KR102174092B1 - Method for direct monitoring and spatial mapping of neuronal activity - Google Patents

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박장연
이승균
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Abstract

The present invention relates to a new method for direct monitoring and spatial mapping of a neural activity, and more specifically, to a magnetic resonance imaging method for monitoring a neural activity in vivo. The method comprises the steps of: presenting a stimulus which is repeated every period of a first time interval to an individual and receiving a plurality of magnetic resonance image signals according to the stimulus presentation; acquiring data on multiple types of K-space data at a plurality of viewpoints; reconstructing the multiple types of K-space data into multiple types of line data at the plurality of viewpoints; and generating an output image of the plurality of viewpoints based on the acquired multiple types of line data.

Description

신경 활동의 직접 모니터링 및 공간적 매핑을 위한 방법{Method for direct monitoring and spatial mapping of neuronal activity}Method for direct monitoring and spatial mapping of neuronal activity}

본 발명은 신경 활동의 직접 모니터링 및 공간적 매핑을 위한 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 생체 내 신경활동 모니터링을 위한 자기공명영상 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for direct monitoring and spatial mapping of neural activity, and more specifically, to a magnetic resonance imaging method for monitoring neural activity in vivo.

신경활동을 직접 모니터링 및 공간적 매핑하려는 종래의 자기공명영상 기술들은 기존의 상용화된 자기공명영상기법들(예, 경사에코 혹은 스핀에코 영상기법)에 기반하고 있었다. 대표적인 뇌 기능 계측 방법으로서, 혈류 산소 포화도 (Blood Oxygenation Level Dependent, BOLD) 기반 기능적 자기공명영상 (functional Magnetic Resonance Imaging, fMRI), 뇌전도 측정법 (electroencephalograph, EEG) 및 뇌자도 측정법 (magnetoencephalography, MEG) 등이 있지만, 이 중 비침습 (non-invasive)이고 데이터의 공간적 분해능이 가장 높으며, 가장 널리 사용되고 있는 것이 BOLD-기능적 자기공명영상(BOLD-fMRI)이다.Conventional magnetic resonance imaging techniques for direct monitoring and spatial mapping of neural activity were based on conventional commercialized magnetic resonance imaging techniques (eg, gradient echo or spin echo imaging techniques). As a representative brain function measurement method, blood oxygen saturation (BOLD) based functional magnetic resonance imaging (fMRI), electroencephalograph (EEG), and magnetoencephalography (MEG), etc. However, among these, it is non-invasive and has the highest spatial resolution of data, and the most widely used is BOLD-functional magnetic resonance imaging (BOLD-fMRI).

BOLD-fMRI 장치는, 자기공명 (Magnetic Resonance, MR) 신호의 변화를 연속적으로 측정하면서 일정한 외부 자극에 맞추어 MR 신호가 증가되는 부위를 식별하고, 식별된 부위를 활성화된 뇌 부위로서 추정할 수 있다. 즉, BOLD-fMRI는, 뇌가 활동할 때의 BOLD 신호를 반복 측정함으로써, 뇌가 기능적으로 활성화된 영역과 그 정도를 측정하는 방법이라 할 수 있다.The BOLD-fMRI device can continuously measure changes in magnetic resonance (MR) signals, identify a region where the MR signal increases according to a certain external stimulus, and estimate the identified region as an activated brain region. . In other words, BOLD-fMRI can be said to be a method of measuring the functionally activated area and degree of the brain by repeatedly measuring the BOLD signal when the brain is active.

BOLD-fMRI는, 뇌의 구조를 영상화하는 자기공명영상 (Magnetic Resonance Imaging, MRI) 의 원리와 동일하게, 생체 내 조직의 양성자 (proton) 밀도나 종축 이완화 시간 (longitudinal relaxation time) T1, 횡단면 이완화 시간 (transverse relaxation time) T2를 반영하는 것이지만, 뇌의 활성 부위에서의 국소적인 혈류량의 증가와 이에 따른 혈중 산소농도 를 추가로 측정한다는 점에 차이가 있다. BOLD-fMRI는 이러한 혈류역학적 변화에 기반 하기 때문에, 높은 공간해상도로 넓은 뇌 영역의 정보를 제공할 수 있다는 장점에도 불구하고, 신경활동에 대한 간접적인 정보만을 제공하고 신경활동에 비해 매우 낮은 수 초 정도의 시간해상도를 제공한다는 단점을 가지고 있다. BOLD-fMRI is similar to the principle of Magnetic Resonance Imaging (MRI) to image the structure of the brain, the proton density or longitudinal relaxation time T1 of the tissue in vivo, transverse relaxation time. (transverse relaxation time) It reflects T2, but there is a difference in that the local blood flow in the active area of the brain increases and the oxygen concentration in the blood is additionally measured. Since BOLD-fMRI is based on these hemodynamic changes, despite the advantage of being able to provide information on a wide brain region with high spatial resolution, it provides only indirect information on neural activity and is very low in seconds compared to neural activity. It has a disadvantage in that it provides a time resolution of a degree.

신경활동의 직접 모니터링 및 공간적 매핑을 위한 종래 자기공명영상기술들은 기존의 상용화된 기술들에 기반하고 있고 그 실패 사례들이 보고된바 있다. 실패 사례들의 경우 기존의 상용화된 자기공명영상기술들은 생체 내 신경신호를 직접 측정하기에 충분한 신호민감도를 제공하지 못하고 혈류역학적 변화에 의한 신호와의 분리 또한 어려움이 보고되었다.Conventional magnetic resonance imaging techniques for direct monitoring of neural activity and spatial mapping are based on existing commercialized techniques, and failure cases have been reported. In the case of failure cases, conventional commercialized magnetic resonance imaging techniques have not provided sufficient signal sensitivity to directly measure nerve signals in vivo, and it has been reported that it is difficult to separate them from signals due to hemodynamic changes.

신경활동을 직접 모니터링 및 매핑할 수 있다고 성공적인 사례를 보고한 선행 기술들의 경우도 재현 가능성이 없거나 신경활동 신호가 아닌 다른 신호들을 측정한 것으로 밝혀져 현재 학계 내에서는 자기공명영상을 이용한 신경활동의 직접 모니터링 및 매핑이 어렵다고 일반적으로 받아들여지고 있다.Even in the case of the prior art that reported successful cases that neural activity can be directly monitored and mapped, it has been found that there is no reproducibility or that signals other than neural activity signals are measured, so in the current academic world, direct monitoring of neural activity using magnetic resonance imaging And it is generally accepted that mapping is difficult.

결국 종래기술의 가장 큰 문제점은 신경활동을 직접 모니터링 및 매핑할 수 있는 충분한 신호민감도를 확보하기 힘들다는 것이었다.In the end, the biggest problem of the prior art was that it was difficult to secure sufficient signal sensitivity to directly monitor and map neural activity.

NeuroImage, 2009.10.01.; 47(4): 1268-76 NeuroImage, 2009.10.01.; 47(4): 1268-76 MRM (Magnetic Resonance in Medicine), 2007.02.; 57(2): 411-6. Magnetic Resonance in Medicine (MRM), 2007.02.; 57(2): 411-6. IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers), 1994.02.; 41(1): 349-351. IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers), 1994.02.; 41(1): 349-351.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명자들은 짧은 반복시간(Repetition Time, TR)과 짧은 에코시간(Echo Time, TE)을 가지는 라인 스캔 영상기법을 이용하여 높은 공간해상도를 유지하면서도 신경활동전위(action potential) 지속시간(≤~5밀리초) 수준의 초고시간해상도를 가진 영상을 획득함으로써 신경활동전달에 대한 신호민감도를 최대화하는 본원발명을 완성하였다. 또한 본 발명은 짧은 TR과 짧은 TE의 라인 스캔 영상기법을 이용하기 때문에 기본적으로 T1 강조 영상을 제공하고, 따라서 T2 기반 영상 대조도 (image contrast)를 제공하는 BOLD 신호를 최대한 억제하여 신경활동전달 신호가 BOLD 신호와 효과적으로 분리되도록 한다. The present invention was devised to solve the above problems, and the present inventors achieve high spatial resolution by using a line scan imaging technique having a short repetition time (TR) and a short echo time (TE). The present invention was completed to maximize the signal sensitivity to neuronal activity transmission by acquiring an image with ultra-high temporal resolution at the level of an action potential duration (≤~5 milliseconds) while maintaining. In addition, since the present invention uses a short TR and a short TE line scan imaging technique, it basically provides a T1-weighted image, and thus suppresses the BOLD signal that provides the T2-based image contrast as much as possible to the neural activity transmission signal. Is effectively separated from the BOLD signal.

이에, 본 발명의 목적은 개체에 제1 시간 간격의 주기마다 반복되는 자극을 제시하고, 상기 자극 제시에 따른 복수의 자기공명영상 신호를 수신하는 단계; 상기 복수의 자기공명영상 신호를 K 공간에서 상기 제1 시간 간격보다 짧은 제2 시간 간격마다 한 라인씩 샘플링함으로써 복수의 K 공간 상 라인데이터를 복수의 시점에 획득하는 단계; 상기 복수의 K 공간 상 라인데이터를 복수의 시점에서 복수의 라인데이터로 재구성하는 단계; 및 상기 획득된 복수의 라인데이터를 기초로 복수 시점의 출력 영상을 생성하는 단계;를 포함하는 생체 내 신경활동 모니터링 및 공간적 매핑을 위한 자기공명영상 방법을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to present a stimulus that is repeated every period of a first time interval to an individual, and receive a plurality of magnetic resonance image signals according to the stimulus presentation; Obtaining a plurality of line data in a K-space at a plurality of viewpoints by sampling the plurality of magnetic resonance image signals by one line at a second time interval shorter than the first time interval in the K space; Reconstructing the plurality of K-space line data into a plurality of line data at a plurality of viewpoints; And generating output images of a plurality of viewpoints based on the obtained plurality of line data. A magnetic resonance imaging method for monitoring and spatial mapping of neural activity in a living body is provided.

본 발명의 다른 목적은 개체에 제1 시간 간격의 주기마다 반복되는 자극을 제시하고, 상기 자극 제시에 따른 복수의 자기공명영상 신호를 수신하는 영상 신호 획득부; 및 상기 복수의 자기공명영상 신호를 K 공간에서 상기 제1 시간 간격보다 짧은 제2 시간 간격마다 한 라인씩 샘플링함으로써 복수의 K 공간 상 라인데이터를 복수의 시점에서 획득하고, 상기 복수의 K 공간 상 라인데이터를 복수의 시점에서 복수의 라인데이터로 재구성하고, 상기 획득된 복수의 라인데이터를 기초로 복수의 시점에서 출력 영상을 생성하는 제어부;를 포함하는 자기공명영상 장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is an image signal acquisition unit for presenting a stimulus repeated every period of a first time interval to an object and receiving a plurality of magnetic resonance image signals according to the stimulus presentation; And sampling the plurality of magnetic resonance image signals by one line at a second time interval shorter than the first time interval in the K space to obtain line data on a plurality of K spaces at a plurality of viewpoints, and It provides a magnetic resonance imaging apparatus including; a control unit configured to reconstruct line data into a plurality of line data at a plurality of viewpoints and generate output images at a plurality of viewpoints based on the obtained plurality of line data.

그러나 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the above-mentioned problems, and other problems that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 개체에 제1 시간 간격의 주기마다 반복되는 자극을 제시하고, 상기 자극 제시에 따른 복수의 자기공명영상 신호를 수신하는 단계; 상기 복수의 자기공명영상 신호를 K 공간에서 상기 제1 시간 간격보다 짧은 제2 시간 간격마다 한 라인씩 샘플링함으로써 복수의 K 공간 상 라인데이터를 복수의 시점에 획득하는 단계; 상기 복수의 K 공간 상 라인데이터를 복수의 시점에서 복수의 라인데이터로 재구성하는 단계; 및 상기 획득된 복수의 라인데이터를 기초로 복수 시점의 출력 영상을 생성하는 단계;를 포함하는 생체 내 신경활동 모니터링을 위한 자기공명영상 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a stimulus that is repeated every period of a first time interval to an individual, and receives a plurality of magnetic resonance image signals according to the stimulus presentation; Obtaining a plurality of line data in a K-space at a plurality of viewpoints by sampling the plurality of magnetic resonance image signals by one line at a second time interval shorter than the first time interval in the K space; Reconstructing the plurality of K-space line data into a plurality of line data at a plurality of viewpoints; And generating an output image of a plurality of viewpoints based on the obtained plurality of line data. It provides a magnetic resonance imaging method for monitoring neural activity in vivo.

본 발명의 일 구현예로, 자기공명영상 신호를 k 공간에서 샘플링을 수행하는 것은 라인스캔 영상기법, 매우 짧은 에코시간 영상기법(UTE), 경사자장에코(GRE) 영상기법, 고속스핀에코(FSE) 기법, FLAIR(fluid attenuated inversion recovery) 영상 기법, MS-EPI(Multi-shot echo-planar imaging) 기법, 다에코화학전위영상 기법(multiecho chemical shift imaging), 자기공명탄성영상 기법, 자기공명분광법, 2D spoiled GE 영상 기법, HASTE(Half-Fourier acquisition single-shot turbo spin-echo) 영상 기법 및 SS-EPI(Single-shot echo-planar imaging) 기법으로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택된 방법으로 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present invention, performing sampling of a magnetic resonance image signal in k space is a line scan imaging technique, a very short echo time imaging technique (UTE), a gradient magnetic field echo (GRE) imaging technique, and a fast spin echo (FSE). ) Technique, FLAIR (fluid attenuated inversion recovery) imaging technique, MS-EPI (multi-shot echo-planar imaging) technique, multiecho chemical shift imaging technique, magnetic resonance elastic imaging technique, magnetic resonance spectroscopy, 2D spoiled GE imaging technique, HASTE (Half-Fourier acquisition single-shot turbo spin-echo) imaging technique, and SS-EPI (Single-shot echo-planar imaging) technique. , But is not limited thereto.

본 발명의 다른 구현예로, 상기 제2 시간 간격은 신경활동의 활동전위 지속시간 간격으로 제시되는 것일 수 있다.In another embodiment of the present invention, the second time interval may be presented as an action potential duration interval of neural activity.

본 발명의 다른 구현예로, 상기 제1 시간 간격은 특정 자극의 특정 신경신호 전달 경로 상에서의 신경신호 전달시간에 대응하는 시간 간격으로 제시되는 것일 수 있으며, 비제한적인 예시로 상기 제1 시간 간격은 0.1 s 내지 10 s 간격으로 제시되는 것일 수 있다.In another embodiment of the present invention, the first time interval may be presented as a time interval corresponding to a nerve signal transmission time on a specific nerve signal transmission path of a specific stimulus, and as a non-limiting example, the first time interval May be presented at intervals of 0.1 s to 10 s.

본 발명의 다른 구현예로, 상기 제2 시간 간격은 출력 영상의 시간해상도인 것일 수 있다.In another embodiment of the present invention, the second time interval may be a time resolution of an output image.

본 발명의 다른 구현예로, 상기 자기공명영상 신호는 푸리에 분석을 통해 신호를 추출하여 생성된 것일 수 있다.In another embodiment of the present invention, the magnetic resonance image signal may be generated by extracting a signal through Fourier analysis.

본 발명의 또 다른 구현예로, 상기 출력 영상은 반복시간 TR과 같은 시간 해상도를 갖는 것일 수 있으며, 비제한적인 예시로 1 ms 내지 500 ms의 시간해상도를 가질 수 있다.In another embodiment of the present invention, the output image may have a temporal resolution equal to the repetition time TR, and as a non-limiting example, may have a temporal resolution of 1 ms to 500 ms.

본 발명의 또 다른 구현예로, 상기 자기공명영상 신호를 K 공간에서샘플링하는 것은 직교 좌표계 또는 구형 좌표계에서 샘플링하는 것일 수 있다.In another embodiment of the present invention, sampling the magnetic resonance image signal in K space may be sampling in a rectangular coordinate system or a spherical coordinate system.

본 발명의 또 다른 구현예로, 상기 라인데이터는 혈류역학적 변화와 신경활동 신호가 분리가능한 것일 수 있다.In yet another embodiment of the present invention, the line data may be one in which hemodynamic changes and neural activity signals can be separated.

본 발명의 또 다른 구현예로, 상기 출력 영상은 다중 코일을 이용한 영상가속, 2차원 다중 슬라이스 영상, 3차원 영상 및 압축 샘플링으로 이루어진 군에서 선택된 방법으로 편집된 것일 수 있다.In another embodiment of the present invention, the output image may be edited by a method selected from the group consisting of image acceleration using multiple coils, 2D multi-slice images, 3D images, and compression sampling.

본 발명의 또 다른 구현예로, 상기 자기공명영상 신호는 기능적 자기공명영상(Functional Magnetic Resonance Imaging, fMRI)용일 수 있다.In still another embodiment of the present invention, the magnetic resonance imaging signal may be for functional magnetic resonance imaging (fMRI).

또한, 본 발명은 개체에 제1 시간 간격의 주기마다 반복되는 자극을 제시하고, 상기 자극 제시에 따른 복수의 자기공명영상 신호를 수신하는 영상 신호 획득부; 및 상기 복수의 자기공명영상 신호를 K 공간에서 상기 제1 시간 간격보다 짧은 제2 시간 간격마다 한 라인씩 샘플링함으로써 복수의 K 공간 상 라인데이터를 복수의 시점에서 획득하고, 상기 복수의 K 공간 상 라인데이터를 복수의 시점에서 복수의 라인데이터로 재구성하고, 상기 획득된 복수의 라인데이터를 기초로 복수의 시점에서 출력 영상을 생성하는 제어부;를 포함하는 자기공명영상 장치를 제공한다.In addition, the present invention provides an image signal acquisition unit for presenting a stimulus repeated every period of a first time interval to an object and receiving a plurality of magnetic resonance image signals according to the stimulus presentation; And sampling the plurality of magnetic resonance image signals by one line at a second time interval shorter than the first time interval in the K space to obtain line data on a plurality of K spaces at a plurality of viewpoints, and It provides a magnetic resonance imaging apparatus comprising; a control unit configured to reconstruct the line data into a plurality of line data at a plurality of viewpoints and generate output images at a plurality of viewpoints based on the obtained plurality of line data.

본 발명의 일 구현예로, 상기 제어부는 라인데이터를 재구성하여 영상시간을 단축하는 것을 추가로 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the control unit may further include reducing the image time by reconstructing the line data.

본 발명의 다른 구현예로, 상기 제어부는 다중 코일을 이용한 영상가속, 2차원 다중 슬라이스 영상, 3차원 영상 및 압축 샘플링으로 이루어진 군에서 선택된 방법을 이용하는 것일 수 있다.In another embodiment of the present invention, the control unit may use a method selected from the group consisting of image acceleration using multiple coils, 2D multi-slice images, 3D images, and compression sampling.

본 발명의 다른 구현예로, 상기 장치는 생체 내 신경활동 모니터링용인 것일 수 있다.In another embodiment of the present invention, the device may be for monitoring neural activity in vivo.

본 발명에 따르면, 매우 높은 시간해상도를 가진 자기공명영상을 획득함으로써 자극에 따른 신경신호의 전달을 직접적으로 탐지/매핑하여 뇌 전체 신경망에서의 신경신호 전달을 시간적 및 공간적으로 보여줄 수 있는 영상이 가능할 것으로 기대된다.According to the present invention, by obtaining a magnetic resonance image with a very high temporal resolution, an image capable of showing the transmission of neural signals in the entire neural network of the brain in time and space by directly detecting/mapping the transmission of neural signals according to stimulation is possible. Is expected.

또한, 본 발명의 자기공명영상 방법에 따르면 그 동안 기존의 뇌 기능 영상에서 다른 기법으로도 밝히지 못했던 뇌 전체 신경망 작동 기전에 대한 새로운 발견이 가능할 것으로 기대된다.In addition, according to the magnetic resonance imaging method of the present invention, it is expected that a new discovery of the mechanism of operation of the entire brain neural network, which has not been revealed by other techniques in the existing brain function imaging, is expected.

또한, 본 발명은 짧은 TR과 짧은 TE의 라인 스캔 영상기법을 이용하기 때문에 기본적으로 T1 강조 영상을 제공하고, 따라서 T2 기반 영상 대조도 (image contrast)를 제공하는 BOLD 신호를 최대한 억제하여 신경활동전달 신호가 BOLD 신호와 효과적으로 분리되도록 한 우수한 효과가 있다. In addition, since the present invention uses a short TR and a short TE line scan imaging technique, it basically provides a T1-weighted image, thus suppressing the BOLD signal that provides the T2-based image contrast as much as possible to transmit neural activity. There is an excellent effect that the signal is effectively separated from the BOLD signal.

도 1은 자극과 동조된 매우 높은 시간해상도(≤ ~5 밀리초)를 가진 라인 스캔 영상 기법을 간략히 나타낸 도로, 매우 짧은 에코시간 (ultrashort echo time, UTE) 영상기법과 결합된 라인 스캔 영상기법이다.
도 2는 자극과 동조된 매우 높은 시간해상도 (< ~5 밀리초)를 가지는 라인스캔 영상 기법을 간략히 나타낸 도로, 경사자장에코 (Gradient echo, GRE) 영상기법과 결합된 라인 스캔 영상기법을 나타낸 도이다.
도 3은 자기공명영상 실험 전 전기 자극에 따른 생체 밖에서의 오징어 거대축삭(giant axon)의 세포외 활동전위 측정한 결과이다.
도 4는 전기 자극에 따른 오징어 거대축삭(giant axon)에서의 신경신호 전달 영상을 나타낸다.
도 5는 (a)전기 자극에 따른 생체 내 쥐꼬리에서의 신경신호 전달 실험 자극 제시 및 데이터 획득 패러다임 및, (b) 전기 자극 제시 및 자기공명영상 실험을 위한 쥐꼬리 셋업을 나타낸다.
도 6은 생체 내 쥐꼬리에서의 신경활동 전달 영상을 나타낸 것으로, 좌측 열은 시계열 영상 중 21, 22, 23번째 영상에서의 신경활동 전달을 나타내며, 우측 열은 좌측 열 영상에서 쥐꼬리 내 화소(pixel)들을 수평으로 더한 값들을 나타낸다.
도 7은 생체 내 쥐머리에서의 신경활동 영상을 나타낸 것으로, 시각 자극 제시 후 시각 자극 전달 경로 상에서, 특히 Superior colliculus (SC) 와 Visual cortex (VC)에서 시간에 따른 신경 활성화를 확인한 결과이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따라 생체 내 신경활동을 모니터링하기 위한 단일 과정을 도시한다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따라 생체 내 신경활동을 모니터링하기 위한 단일 과정을 도시한다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따라 생체 내 신경활동 모니터링용 장치의 일 예를 도시한다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 자기공명영상 장치에서 제어부를 보다 구체적으로 도시한다.
FIG. 1 is a road briefly showing a line scan imaging technique with a very high temporal resolution (≤ ~ 5 milliseconds) synchronized with a stimulus, and a line scan imaging technique combined with an ultrashort echo time (UTE) imaging technique. .
FIG. 2 is a schematic diagram showing a line scan imaging technique with very high temporal resolution (< ~5 milliseconds) synchronized with a stimulus, a diagram showing a line scan imaging technique combined with a gradient echo (GRE) imaging technique to be.
3 is a result of measuring the extracellular action potential of a squid giant axon in vitro according to electrical stimulation before magnetic resonance imaging experiments.
4 shows an image of nerve signal transmission in a squid giant axon according to electrical stimulation.
Figure 5 shows (a) a paradigm of stimulation presentation and data acquisition in a rat tail in vivo according to electrical stimulation, and (b) a rat tail setup for electrical stimulation presentation and magnetic resonance imaging experiments.
6 shows the nerve activity transmission image in the rat tail in vivo, the left column shows the nerve activity transmission in the 21st, 22nd, and 23rd image of the time series image, and the right column shows the pixels in the rat tail in the left column image It represents the horizontally added values.
7 shows an image of nerve activity in a rat head in vivo, and is a result of confirming nerve activation over time in the visual stimulus delivery route after presentation of the visual stimulus, particularly in Superior colliculus (SC) and Visual cortex (VC).
8 shows a single process for monitoring neural activity in vivo according to an embodiment of the present invention.
9 shows a single process for monitoring neural activity in vivo according to an embodiment of the present invention.
10 shows an example of a device for monitoring neural activity in a living body according to an embodiment of the present invention.
11 is a more detailed view of a control unit in the magnetic resonance imaging apparatus according to an embodiment of the present invention.

본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.The terms used in the present invention have been selected from general terms that are currently widely used while considering functions in the present invention, but this may vary depending on the intention or precedent of a technician working in the field, the emergence of new technologies, and the like. In addition, in certain cases, there are terms arbitrarily selected by the applicant, and in this case, the meaning of the terms will be described in detail in the description of the corresponding invention. Therefore, the terms used in the present invention should be defined based on the meaning of the term and the overall contents of the present invention, not a simple name of the term.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.When a part of the specification is said to "include" a certain component, it means that other components may be further included rather than excluding other components unless otherwise stated. In addition, terms such as "... unit" and "module" described in the specification mean units that process at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software, or as a combination of hardware and software. .

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어져서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. These terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another component. For example, without departing from the scope of the present invention, a first element may be referred to as a second element, and similarly, a second element may be referred to as a first element. The term and/or includes a combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 단계는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 단계는 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 수행될 수도 있다.When a certain embodiment can be implemented differently, certain steps may be performed differently from the described order. For example, two steps described in succession may be performed substantially simultaneously, or may be performed in an order opposite to the described order.

본 발명은 개체에 제1 시간 간격의 주기마다 반복되는 자극을 제시하고, 상기 자극 제시에 따른 복수의 자기공명영상 신호를 수신하는 단계; 상기 복수의 자기공명영상 신호를 K 공간에서 상기 제1 시간 간격보다 짧은 제2 시간 간격마다 한 라인씩 샘플링함으로써 복수의 K 공간 상 라인데이터를 복수의 시점에 획득하는 단계; 상기 복수의 K 공간 상 라인데이터를 복수의 시점에서 복수의 라인데이터로 재구성하는 단계; 및 상기 획득된 복수의 라인데이터를 기초로 복수 시점의 출력 영상을 생성하는 단계를 포함하는 생체 내 신경활동 모니터링을 위한 자기공명영상 방법을 제공한다.The present invention comprises the steps of: presenting a stimulus that is repeated every period of a first time interval to an individual, and receiving a plurality of magnetic resonance image signals according to the presentation of the stimulus; Obtaining a plurality of line data in a K-space at a plurality of viewpoints by sampling the plurality of magnetic resonance image signals by one line at a second time interval shorter than the first time interval in the K space; Reconstructing the plurality of K-space line data into a plurality of line data at a plurality of viewpoints; And it provides a magnetic resonance imaging method for monitoring neural activity in a living body comprising the step of generating an output image of a plurality of viewpoints based on the obtained plurality of line data.

명세서 전체에서, “자기공명영상(Magnetic Resonance Imaging, MRI)”이란 핵자기 공명 원리를 이용하여 획득된 대상체에 대한 영상을 의미한다.Throughout the specification, “Magnetic Resonance Imaging (MRI)” refers to an image of an object acquired using the principle of nuclear magnetic resonance.

명세서 전체에서, “자기공명영상 방법”이란, 자기공명영상을 획득 및 처리하는 방법일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 자기공명영상 방법은 결과적으로, MRI 영상을 획득하기 위하여, 자기공명영상 신호를 k 공간에서 샘플링하고, 샘플링된 라인데이터를 기초로 출력 영상을 형성할 수 있고, 상기 출력 영상은 소정의 디스플레이수단을 통해 디스플레이하도록 구성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Throughout the specification, the "magnetic resonance imaging method" may be a method of acquiring and processing a magnetic resonance image, but is not limited thereto. As a result, in order to obtain an MRI image, the magnetic resonance imaging method of the present invention may sample a magnetic resonance image signal in k space and form an output image based on the sampled line data, and the output image is It may be configured to display through a display means, but is not limited thereto.

명세서 전체에서 “자극”이란 전기자극, 시각자극, 청각자극 등일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 이들 자극이 제시되는 시간과 자기공명영상에서 한 라인을 얻는 시간이 동기화되고 다음 자극이 제시될 때 다른 라인을 얻도록 영상 펄스시퀀스가 프로그래밍 될 수 있다.Throughout the specification, “stimulation” may be an electrical stimulation, visual stimulation, auditory stimulation, etc., but is not limited thereto. The image pulse sequence can be programmed so that the time these stimuli are presented and the time to obtain one line from the magnetic resonance image are synchronized and another line is obtained when the next stimulus is presented.

예를 들어, 자극이 들어간 후 1 ~ 5 밀리초(ms)마다 라인을 스캔하여 20 ~ 200개로 이루어진 하나의 시계열 데이터 세트를 만들되 이러한 자극이 0.1 ~ 1 초(s) 간격으로 총 64 ~ 256 번 반복되어 64 x 64 ~ 256 x 256의 화소(pixel) 개수를 가지는 2차원 영상 데이터 세트를 얻는 시퀀스로 구성될 수 있다. For example, a line is scanned every 1 to 5 milliseconds (ms) after the stimulus enters to create one time series data set of 20 to 200, but these stimuli are totaled 64 to 256 times at 0.1 to 1 second (s) intervals. It may consist of a sequence that repeatedly obtains a 2D image data set having a number of pixels of 64 x 64 to 256 x 256.

명세서 전체에서, “신경”이란 생물이 주위의 환경과 자극을 감지하고 이에 대처하는 기관으로, 척수신경 또는 뇌신경일 수 있으며, 보다 세부적으로는 중추신경계, 말초신경계, 자율신경계, 눈, 귀, 코, 또는 혀일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Throughout the specification, “nerve” refers to an organ that a creature senses and copes with the surrounding environment and stimuli, and may be the spinal nerve or cranial nerve, and more specifically, the central nervous system, peripheral nervous system, autonomic nervous system, eyes, ears, nose , Or a tongue, but is not limited thereto.

명세서 전체에서, “신경활동”이란 상기 신경이 활동하는 것을 의미하며, 보다 구체적으로는 신경 전달 물질의 신호 또는 학습 및 기억에 관여하는 수용체의 활동을 의미한다.Throughout the specification, "neural activity" refers to the activity of the nerve, and more specifically, refers to a signal of a neurotransmitter or an activity of a receptor involved in learning and memory.

명세서 전체에서, “신경활동 모니터링”이란, 상기 신경활동을 직접 탐지, 시간 및 공간적으로 매핑(mapping) 혹은 영상화하는 것일 수 있으며, 보다 구체적으로 신경 활성화 정도를 측정하고, 신경 활성화의 시간 및 공간적 분포를 매핑 혹은 영상화하며, 신경 전달 물질의 신호 또는 학습 및 기억에 관여하는 수용체 등의 기능의 관점에서 신경활동을 해석하는 것을 의미한다. 여기에서 공간적 매핑 혹은 영상화는 신경 활성화가 나타나는 지역을 이미지 상에서 공간적 분포로 나타내는 것을 의미한다. Throughout the specification, “neural activity monitoring” may refer to direct detection, temporal and spatial mapping or imaging of the neural activity, more specifically measuring the degree of nerve activation, and temporal and spatial distribution of nerve activation It means mapping or imaging neurotransmitters and interpreting neuronal activities in terms of functions such as receptors involved in learning and memory. Here, spatial mapping or imaging means representing a region in which nerve activation appears as a spatial distribution on an image.

명세서 전체에서, 자기공명영상 신호를 k 공간에서 샘플링을 수행하는 것은 라인스캔 영상기법, 매우 짧은 에코시간 영상기법(UTE), 경사자장에코(GRE) 영상기법, 고속스핀에코(FSE) 기법, FLAIR(fluid attenuated inversion recovery) 영상 기법, MS-EPI(Multi-shot echo-planar imaging) 기법, 다에코화학전위영상 기법(multiecho chemical shift imaging), 자기공명탄성영상 기법, 자기공명분광법, 2D spoiled GE 영상 기법, HASTE(Half-Fourier acquisition single-shot turbo spin-echo) 영상 기법 및 SS-EPI(Single-shot echo-planar imaging) 기법으로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택된 방법으로 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Throughout the specification, sampling the magnetic resonance image signal in k-space is a line scan imaging technique, a very short echo time imaging technique (UTE), a gradient magnetic field echo (GRE) imaging technique, a fast spin echo (FSE) technique, and a FLAIR. (fluid attenuated inversion recovery) imaging technique, multi-shot echo-planar imaging (MS-EPI) technique, multiecho chemical shift imaging technique, magnetic resonance elastic imaging technique, magnetic resonance spectroscopy, 2D spoiled GE imaging Technique, HASTE (Half-Fourier acquisition single-shot turbo spin-echo) imaging technique, and SS-EPI (Single-shot echo-planar imaging) technique, which may be performed by one or more selected methods, but is limited thereto. It is not.

본 발명은 기존의 상용화된 자기공명영상 기술들과 동일한 정도의 높은 공간해상도를 가질 수 있다. 다시 말해, 상기 생체 내 신경활동 모니터링을 위한 자기공명영상 방법의 첫 단계에서 언급된, 복수의 자기공명영상 신호를 K 공간에서 상기 제1 시간 간격보다 짧은 제2 시간 간격마다 한 라인씩 샘플링함으로써 복수의 K 공간 상 라인데이터를 복수의 시점에 획득할 때, 한 라인의 샘플링 개수와 제1 시간 간격의 주기마다 반복되는 자극의 개수를 증가시킴으로써 기존의 자기공명영상 기술들과 동일한 정도의 높은 공간해상도를 만들 수 있다. The present invention may have a high spatial resolution equal to that of conventional commercial magnetic resonance imaging technologies. In other words, a plurality of magnetic resonance imaging signals mentioned in the first step of the magnetic resonance imaging method for monitoring neural activity in vivo are sampled by one line at a second time interval shorter than the first time interval in the K space. When acquiring the line data on the K space of a plurality of viewpoints, the number of samples of one line and the number of stimuli that are repeated every period of the first time interval are increased, thereby providing a high spatial resolution equal to that of conventional magnetic resonance imaging techniques. Can be made.

한편, 본 발명은 기존의 상용화된 자기공명영상 기술들과 비교해 훨씬 높은 시간해상도를 제공할 수 있다. 상기 언급된 제 2시간 간격은 실질적으로 자기공명영상에서 반복시간(Repetition Time, TR)에 해당하며, 또한 제 2시간 간격은 본 발명의 시간해상도에 해당한다. 따라서 장비가 하드웨어 및 소프트웨어적으로 허용하는 반복시간(TR)까지 제 2시간 간격시간을 줄일 수 있으며, 따라서 이러한 시간간격까지 시간해상도를 높일 수 있다. 현재 상용화된 연구용 및 임상용 자기공명영상 장비에서 이러한 반복시간(TR)은 몇 백 마이크로 초(μs)에서 몇 밀리 초(ms) 수준까지 감소할 수 있다. On the other hand, the present invention can provide a much higher temporal resolution compared to conventional commercialized magnetic resonance imaging techniques. The second time interval mentioned above substantially corresponds to the repetition time (TR) in the magnetic resonance image, and the second time interval corresponds to the time resolution of the present invention. Therefore, it is possible to reduce the second time interval time up to the repetition time (TR) allowed by the device in hardware and software, and thus increase the time resolution up to this time interval. In currently commercialized research and clinical magnetic resonance imaging equipment, this repetition time (TR) can be reduced from a few hundred microseconds (μs) to a few milliseconds (ms).

명세서 전체에서 "펄스 시퀀스" 란, MRI 시스템에서 영상 데이터를 얻기 위해 반복적으로 인가되는 특정한 순서의 RF 펄스, 경사자기장(gradient) 펄스들의 열을 의미한다. 펄스 시퀀스는 RF 펄스의 시간 파라미터, 예를 들어, 반복 시간 (Repetition Time, TR) 및 에코 시간 (Echo Time Echo, TE) 등을 포함할 수 있다. 명세서 전체에서 "경사자기장 펄스" 란, 양성자 스핀들의 위치 인코딩을 위해 촬영 공간 내의 자기장에 의도적인 크기 변화를 일으키도록 설치된 경사자기장 코일에 인가되는 신호를 의미한다.Throughout the specification, the term "pulse sequence" refers to a sequence of RF pulses and gradient pulses in a specific sequence that are repeatedly applied to obtain image data in an MRI system. The pulse sequence may include a time parameter of the RF pulse, for example, a repetition time (TR) and an echo time (Echo Time Echo, TE). Throughout the specification, a "gradient magnetic field pulse" means a signal applied to a gradient magnetic field coil installed to cause an intentional change in magnitude in a magnetic field in an imaging space in order to encode a position of a proton spindle.

명세서 전체에서 “라인 데이터”란, 생체(인체 또는 피검체)를 구성하는 수소 원자의 공명주파수 신호를 k-공간에서 한 라인을 샘플링하여 획득한 데이터를 의미한다.Throughout the specification, “line data” refers to data obtained by sampling a line in a k-space of the resonance frequency signal of hydrogen atoms constituting a living body (human or subject).

도 1을 참고하면, K-공간의 한 라인은 하나의 자극에 대하여 획득된 자기공명영상 신호에 대응된다.Referring to FIG. 1, one line in the K-space corresponds to a magnetic resonance image signal acquired for one stimulus.

도 1을 참고하면, 생체에 제1 시간 간격의 주기마다 반복되는 자극을 제시하고, 수신된 자기공명영상 신호를 제1 시간 간격보다 짧은 제2 시간 간격마다 K-공간에 라인데이터로 획득하고, 획득된 데이터를 복수의 K-공간에서 복수의 라인데이터로 재구성하는 과정이 포함된다. 본 발명에서는 신경활동 모니터링을 위해 짧은 반복 시간 (Repetition Time, TR)과 짧은 에코 시간 (Echo Time Echo, TE)을 실시예로 제안하고 있지만, 반복 시간과 에코 시간은 그 범위에서 제한을 가지지 않는다. Referring to FIG. 1, a stimulus that is repeated every period of a first time interval is presented to a living body, and a received magnetic resonance image signal is acquired as line data in a K-space every second time interval shorter than the first time interval, The process of reconstructing the acquired data into a plurality of line data in a plurality of K-spaces is included. In the present invention, a short repetition time (TR) and a short echo time (Echo Time Echo, TE) are proposed as examples for neural activity monitoring, but the repetition time and the echo time are not limited in the range.

본 발명의 일 실시예에 따른 개체(피검체, 대상체)는 신체의 전체 또는 일부를 포함할 수 있다. 신경활동이 있는 신체의 일부이면 그 대상이 제한되지 않고 포함되나, 예를 들어, 개체에는 간이나, 심장, 자궁, 뇌, 유방, 복부 등의 장기가 포함될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 신체의 일부는 개체에서 분리되거나 분리되지 않은 상태일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 여기서, 개체는 대표적으로 인체를 예로 들 수 있으나, 이에 한정되지 않고 다른 동물들(예를 들어, 원숭이, 생쥐, 소, 말, 돼지, 개, 양, 염소, 호랑이, 토끼, 뱀, 닭, 돼지 또는 고양이 등 포유동물; 오징어, 문어, 낙지, 쭈꾸미, 조개, 굴, 달팽이 등 연체동물; 지렁이, 거머리, 갯지렁이 등 환형동물; 등)도 해당될 수 있다.An object (subject, object) according to an embodiment of the present invention may include all or part of a body. If a part of the body with neural activity is included, the target is not limited, but for example, the individual may include organs such as the liver, heart, uterus, brain, breast, and abdomen, but is not limited thereto. A part of the body may or may not be separated from the individual, but is not limited thereto. Here, the individual may be a representative example of the human body, but is not limited thereto, and other animals (for example, monkeys, mice, cows, horses, pigs, dogs, sheep, goats, tigers, rabbits, snakes, chickens, pigs Or mammals such as cats; mollusks such as squid, octopus, octopus, octopus, shellfish, oysters, snails; annular animals such as earthworms, leeches, and lugworms; etc.) may also be applicable.

본 발명의 일구현예로, 상기 제2 시간 간격은 신경활동의 활동전위 지속시간 간격으로 제시되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.As an embodiment of the present invention, the second time interval may be presented as an action potential duration interval of neural activity, but is not limited thereto.

본 발명의 다른 구현예로, 상기 제1 시간 간격은 상기 제1 시간 간격은 0.1 초(s) 내지 10 초(s), 0.5 s 내지 10 s, 또는 0.1 s 내지 5s 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 더욱 구체적으로 0.1 초(s)와 1 초 사이에 있는 시간들, 즉, 0.1 초와 0.15 초, 0.2 초, 0.25 초, 0.3 초, 0.35 초, 0.4 초, 0.45 초, 0.5 초, 0.55 초, 0.6 초, 0.65 초, 0.7 초, 0.75 초, 0.8 초, 0.85 초, 0.9 초, 0.95 초, 1 초 일 수 있다. 또한 1 초 이상의 시간들, 2초 내지 5 초, 10 초 일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. In another embodiment of the present invention, the first time interval may be 0.1 seconds (s) to 10 seconds (s), 0.5 s to 10 s, or 0.1 s to 5 s, but is limited thereto. It is not. In addition, more specifically, times between 0.1 second (s) and 1 second, i.e., 0.1 seconds and 0.15 seconds, 0.2 seconds, 0.25 seconds, 0.3 seconds, 0.35 seconds, 0.4 seconds, 0.45 seconds, 0.5 seconds, 0.55 seconds , 0.6 seconds, 0.65 seconds, 0.7 seconds, 0.75 seconds, 0.8 seconds, 0.85 seconds, 0.9 seconds, 0.95 seconds, 1 second. In addition, times of 1 second or more, 2 seconds to 5 seconds, and may be 10 seconds, but are not limited thereto.

본 발명의 다른 구현예로, 상기 제2 시간 간격은 출력 영상의 시간해상도인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In another embodiment of the present invention, the second time interval may be a time resolution of an output image, but is not limited thereto.

본 발명의 다른 구현예로, 상기 자기공명영상 신호는 푸리에 분석을 통해 신호를 추출하여 생성된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In another embodiment of the present invention, the magnetic resonance image signal may be generated by extracting a signal through Fourier analysis, but is not limited thereto.

본 발명의 다른 구현예로, 상기 자기공명영상 신호는 푸리에 분석을 통해 노이즈가 제거된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In another embodiment of the present invention, the magnetic resonance image signal may have noise removed through Fourier analysis, but is not limited thereto.

본 발명의 또 다른 구현예로, 상기 출력영상은 1 ms 내지 500 ms의 제2 시간 간격 또는 시간 해상도를 갖는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 보다 구체적으로, 상기 출력영상은 1 ms 내지 400 ms, 1 ms 내지 300 ms, 1 ms 내지 200ms, 1 ms 내지 100 ms, 1 ms 내지 70ms, 1 ms 내지 50 ms, 1 ms 내지 30 ms, 1 ms 내지 20 ms, 1 ms 내지 15 ms, 1 ms 내지 10 ms, 1 ms 내지 8 ms, 1 ms 내지 7 ms, 1 ms 내지 5 ms, 2 ms 내지 7 ms, 2 ms 내지 5 ms, 3 ms 내지 7 ms, 3 ms 내지 5 ms, 또는 4 ms 내지 5 ms의 제2 시간 간격 또는 시간 해상도를 갖는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In another embodiment of the present invention, the output image may have a second time interval or time resolution of 1 ms to 500 ms, but is not limited thereto. More specifically, the output image is 1 ms to 400 ms, 1 ms to 300 ms, 1 ms to 200 ms, 1 ms to 100 ms, 1 ms to 70 ms, 1 ms to 50 ms, 1 ms to 30 ms, 1 ms To 20 ms, 1 ms to 15 ms, 1 ms to 10 ms, 1 ms to 8 ms, 1 ms to 7 ms, 1 ms to 5 ms, 2 ms to 7 ms, 2 ms to 5 ms, 3 ms to 7 It may have a second time interval or time resolution of ms, 3 ms to 5 ms, or 4 ms to 5 ms, but is not limited thereto.

또한, 상기 출력 영상은 구체적으로 1 밀리 초(ms) 내지 30 밀리 초의 시간 해상도를 갖는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 보다 구체적으로, 상기 출력 영상은 0.5 밀리 초, 1 밀리 초, 2 밀리 초, 3 밀리 초, 4 밀리 초, 5 밀리 초, 6 밀리 초, 7 밀리 초, 8 밀리 초, 9 밀리 초, 10 밀리 초, 20 밀리 초, 30 밀리 초의 시간 해상도를 갖는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In addition, the output image may specifically have a time resolution of 1 millisecond (ms) to 30 milliseconds, but is not limited thereto. More specifically, the output image is 0.5 msec, 1 msec, 2 msec, 3 msec, 4 msec, 5 msec, 6 msec, 7 msec, 8 msec, 9 msec, 10 msec Second, 20 milliseconds, and may have a time resolution of 30 milliseconds, but is not limited thereto.

본 발명의 또 다른 구현예로, 상기 자기공명영상 신호를 K 공간에서의 샘플링을 수행하는 것은 자기공명영상 신호를 직교 좌표계 또는 구형 좌표계에서 샘플링하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In still another embodiment of the present invention, the sampling of the MRI signal in K space may be to sample the MRI signal in a rectangular coordinate system or a rectangular coordinate system, but is not limited thereto.

본 발명의 또 다른 구현예로, 상기 라인데이터는 혈류학적 변화와 신경활동 신호가 분리가능 한 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In another embodiment of the present invention, the line data may be one in which hematologic changes and neural activity signals can be separated, but is not limited thereto.

본 발명의 또 다른 구현예로, 상기 출력 영상은 다중 코일을 이용한 영상가속, 2차원 다중 슬라이스 영상, 3차원 영상 및 압축 샘플링으로 이루어진 군에서 선택된 방법으로 편집된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In another embodiment of the present invention, the output image may be edited by a method selected from the group consisting of image acceleration using multiple coils, a two-dimensional multi-slice image, a three-dimensional image, and compression sampling, but is not limited thereto. .

본 발명의 또 다른 구현예로, 상기 자기공명영상 신호는 기능적 자기공명영상(Functional Magnetic Resonance Imaging, fMRI)용일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In yet another embodiment of the present invention, the magnetic resonance imaging signal may be for functional magnetic resonance imaging (fMRI), but is not limited thereto.

또한, 본 발명은 개체에 제1 시간 간격의 주기마다 반복되는 자극을 제시하고, 상기 자극 제시에 따른 복수의 자기공명영상 신호를 수신하는 영상 신호 획득부; 및 상기 복수의 자기공명영상 신호를 K 공간에서 상기 제1 시간 간격보다 짧은 제2 시간 간격마다 한라인 씩 샘플링함으로써 복수의 K 공간 상 라인데이터를 복수의 시점에서 획득하고, 상기 복수의 K 공간 상 라인데이터를 복수의 시점에서 복수의 라인데이터로 재구성하고, 상기 획득된 복수의 라인데이터를 기초로 복수의 시점에서 출력 영상을 생성하는 제어부;를 포함하는 자기공명영상 장치를 제공한다.In addition, the present invention provides an image signal acquisition unit for presenting a stimulus repeated every period of a first time interval to an object and receiving a plurality of magnetic resonance image signals according to the stimulus presentation; And sampling the plurality of magnetic resonance image signals one line at a second time interval shorter than the first time interval in K space to obtain line data on a plurality of K spaces at a plurality of viewpoints, and It provides a magnetic resonance imaging apparatus comprising; a control unit configured to reconstruct the line data into a plurality of line data at a plurality of viewpoints and generate output images at a plurality of viewpoints based on the obtained plurality of line data.

본 발명의 일 실시예에 따른 장치와 관련하여서는 전술한 방법에 대한 내용이 적용될 수 있다. 따라서, 장치와 관련하여, 전술한 방법에 대한 내용과 동일한 내용에 대하여는 설명을 생략하였다.In relation to the apparatus according to an embodiment of the present invention, the contents of the above-described method may be applied. Accordingly, description of the same contents as those of the above-described method in relation to the apparatus is omitted.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기공명영상 장치(1200)의 일 예를 도시한다.10 shows an example of a magnetic resonance imaging apparatus 1200 according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 다른 실시예에 따라 자기공명영상 시스템을 이용하여 개체 내의 신경활동 정보를 획득하기 위한 장치(1200)는, 개체에 대한 자기공명영상 신호를 수신하는 영상 신호 획득부(1210), 및 획득된 신호를 K 공간 상 에 라인데이터로 샘플링하며, 샘플링된 라인데이터를 복수의 K 공간 상 복수의 라인데이터로 재구성하고, 재구성된 라인데이터를 영상으로 출력하는 제어부(1220)를 포함할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, an apparatus 1200 for obtaining neural activity information in an object using a magnetic resonance imaging system includes an image signal acquisition unit 1210 for receiving a magnetic resonance image signal for the object, and The control unit 1220 may include a controller 1220 that samples the obtained signal as line data on the K-space, reconstructs the sampled line data into a plurality of line data on the K-space, and outputs the reconstructed line data as an image.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기공명영상 장치(1200)에서 제어부를 보다 구체적으로 도시한다.11 is a more detailed illustration of a control unit in the magnetic resonance imaging apparatus 1200 according to an embodiment of the present invention.

상기 제어부는 수신된 자기공명영상 신호를 K-공간에 샘플링하는 영상 정보 획득부(1310), K-공간에 샘플링된 데이터를 복수의 K-공간에 복수의 라인데이터로 재구성하는 라인데이터 획득부(1320), 및 재구성된 라인데이터를 영상으로 출력하는 영상출력부(1330)를 포함할 수 있다.The control unit includes an image information acquisition unit 1310 that samples the received magnetic resonance image signal in the K-space, and a line data acquisition unit that reconstructs data sampled in the K-space into a plurality of line data in a plurality of K-spaces ( 1320), and an image output unit 1330 that outputs the reconstructed line data as an image.

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 자기공명영상 장치는, 생체 내 신경활동 모니터링용인 것일 수 있다.The magnetic resonance imaging device according to an embodiment of the present invention may be for monitoring neuronal activity in a living body.

한편, 상술한 본 발명의 실시예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다.Meanwhile, the above-described embodiments of the present invention can be written as a program that can be executed in a computer, and can be implemented in a general-purpose digital computer that operates the program using a computer-readable recording medium.

이러한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등) 및 캐리어 웨이브(예를 들면, 인터넷을 통한 전송)와 같은 저장매체를 포함할 수 있다.Such computer-readable recording media include magnetic storage media (e.g., ROM, floppy disk, hard disk, etc.), optical reading media (e.g., CD-ROM, DVD, etc.), and carrier waves (e.g., Internet). It may include a storage medium such as transmission).

본 발명의 일 구현예로, 상기 제어부는 라인데이터를 재구성하여 영상시간을 단축하는 것을 추가로 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the control unit may further include reducing the image time by reconstructing the line data.

본 발명의 다른 구현예로, 상기 제어부는 다중 코일을 이용한 영상가속, 2차원 다중 슬라이스 영상, 3차원 영상 및 압축 샘플링으로 이루어진 군에서 선택된 방법을 이용하는 것일 수 있다.In another embodiment of the present invention, the control unit may use a method selected from the group consisting of image acceleration using multiple coils, 2D multi-slice images, 3D images, and compression sampling.

본 발명에 있어서, “영상 신호 획득부”는 피검체의 생체 조직의 수소 원자에 자기장과 고주파를 인가하고, 이에 대한 응답으로 피검체로부터 자기공명영상 데이터를 획득한다. 즉, 영상 신호 획득부는 자기공명영상 데이터를 획득하는 부로, 주자기장 코일, 경사자기장(gradient) 코일, RF 코일, 마그넷 룸 등과 같이 자기공명영상 분야에서 이미 알려 구성요소들로 구현된 장치로서, 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 자명한 장치에 해당될 수 있으므로, 자세한 설명은 생략하도록 하겠다.In the present invention, the “image signal acquisition unit” applies a magnetic field and high frequency to hydrogen atoms of a biological tissue of the subject, and acquires magnetic resonance image data from the subject in response thereto. That is, the image signal acquisition unit is a unit that acquires magnetic resonance image data, and is a device already known in the field of magnetic resonance imaging, such as a main magnetic field coil, a gradient coil, an RF coil, and a magnet room, and implemented with components. Since it may correspond to a device that is obvious to a person skilled in the art, a detailed description will be omitted.

본 발명에 있어서, “제어부”는 예를 들어, 메모리의 k-공간 (예컨대, 푸리에(Fourier) 공간 또는 주파수 공간이라고도 지칭됨)에 디지털 데이터를 배치하고, 이러한 데이터를 2차원 또는 3차원 푸리에 변환을 하여 화상 데이터로 재구성할 수 있다. In the present invention, the “control unit” arranges digital data in a k-space (for example, also referred to as a Fourier space or a frequency space) of a memory, and converts the data into a two-dimensional or three-dimensional Fourier transform. Can be reconstructed into image data.

또한, 제어부는 필요에 따라, 화상 데이터의 합성 처리나 차분 연산 처리 등도 수행할 수 있다. 합성 처리는, 픽셀에 대한 가산 처리, 최대치 투영(Maximum Intensity Projection, MIP)처리 등을 포함할 수 있다. 또한, 제어부는 재구성되는 화상 데이터뿐만 아니라 합성 처리나 차분 연산 처리가 행해진 화상 데이터를 메모리(미도시) 또는 외부의 서버에 저장할 수 있다.In addition, the control unit can perform image data synthesis processing, difference calculation processing, and the like as necessary. The synthesis processing may include an addition processing for a pixel, a maximum intensity projection (MIP) processing, and the like. In addition, the controller may store not only the reconstructed image data but also the image data subjected to the synthesis process or the difference calculation process in a memory (not shown) or an external server.

본 발명에 따른 장치는 프로세서, 프로그램 데이터를 저장하고 실행하는 메모리, 디스크 드라이브와 같은 영구 저장부(permanent storage), 외부 장치와 통신하는 통신 포트, 터치 패널, 키(key), 버튼 등과 같은 사용자 인터페이스 장치 등을 포함할 수 있다. 소프트웨어 모듈 또는 알고리즘으로 구현되는 방법들은 상기 프로세서 상에서 실행 가능한 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드들 또는 프로그램 명령들로서 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체 상에 저장될 수 있다. 여기서 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체로 마그네틱 저장 매체(예컨대, ROM(readonly memory), RAM(random-access memory), 플로피 디스크, 하드 디스크 등) 및 광학적 판독 매체(예컨대, 시The device according to the present invention includes a processor, a memory for storing and executing program data, a permanent storage such as a disk drive, a communication port for communicating with an external device, a user interface such as a touch panel, keys, and buttons. Devices, etc. Methods implemented as software modules or algorithms may be stored on a computer-readable recording medium as computer-readable codes or program instructions executable on the processor. Here, the computer-readable recording medium is a magnetic storage medium (e.g., readonly memory (ROM), random-access memory (RAM), floppy disk, hard disk, etc.) and optical reading medium (e.g.

디롬(CD-ROM), 디브이디(DVD: Digital Versatile Disc)) 등이 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템들에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 판독 가능한 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 매체는 컴퓨터에 의해 판독가능하며, 메모리에 저장되고, 프로세서에서 실행될 수 있다.These include CD-ROM and DVD (Digital Versatile Disc). The computer-readable recording medium is distributed over network-connected computer systems, so that computer-readable codes can be stored and executed in a distributed manner. The medium is readable by a computer, stored in memory, and executed on a processor.

본 실시예는 기능적인 블록 구성들 및 다양한 처리 단계들로 나타내어질 수 있다. 이러한 기능 블록들은 특정 기능들을 실행하는 다양한 개수의 하드웨어 또는/및 소프트웨어 구성들로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시 예는 하나 이상의 마이크로프로세서들의 제어 또는 다른 제어 장치들에 의해서 다양한 기능들을 실행할 수 있는, 메모리, 프로세싱, 로직(logic), 룩 업 테이블(look-up table) 등과 같은 직접회로 구성들을 채용할 수 있다. 구성 요소들이 소프트웨어 프로그래밍 또는 소프트웨어 요소들로 실행될 수 있는 것과 유사하게, 본 실시 예는 데이터 구조, 프로세스들, 루틴들 또는 다른 프로그래밍 구성들의 조합으로 구현되는 다양한 알고리즘을 포함하여, C, C++, 자바(Java), 어셈블러(assembler) 등과 같은 프로그래밍 또는 스크립팅 언어로 구현될 수 있다. 기능적인 측면들은 하나 이상의 프로세서들에서 실행되는 알고리즘으로 구현될 수 있다. 또한, 본 실시예는 전자적인 환경 설정, 신호 처리, 및/또는 데이터 처리 등을 위하여 종래 기술을 채용할 수 있다. “매커니즘”, “요소”, “수단”, “구성”과 같은 용어는 넓게 사용될 수 있으며, 기계적이고 물리적인 구성들로서 한정되는 것은 아니다. 상기 용어는 프로세서 등과 연계하여 소프트웨어의 일련의 처리들(routines)의 의미를 포함할 수 있다.This embodiment can be represented by functional block configurations and various processing steps. These functional blocks may be implemented with various numbers of hardware or/and software configurations that perform specific functions. For example, the embodiment is an integrated circuit configuration such as memory, processing, logic, and a look-up table, which can execute various functions by controlling one or more microprocessors or by other control devices. Can be hired. Similar to how components can be implemented with software programming or software elements, this embodiment includes various algorithms implemented with a combination of data structures, processes, routines or other programming components, including C, C++, Java ( Java), an assembler, or the like may be implemented in a programming or scripting language. Functional aspects can be implemented with an algorithm running on one or more processors. In addition, the present embodiment may employ a conventional technique for electronic environment setting, signal processing, and/or data processing. Terms such as “mechanism”, “element”, “means”, and “composition” can be used widely, and are not limited to mechanical and physical configurations. The term may include a meaning of a series of routines of software in connection with a processor or the like.

본 명세서에서 설명하는 특정 실행들은 예시들로서, 어떠한 방법으로도 기술적 범위를 한정하는 것은 아니다. 명세서의 간결함을 위하여, 종래 전자적인 구성들, 제어 시스템들, 소프트웨어, 상기 시스템들의 다른 기능적인 측면들의 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다.The specific implementations described in this specification are examples, and do not limit the technical scope in any way. For brevity of the specification, descriptions of conventional electronic configurations, control systems, software, and other functional aspects of the systems may be omitted. In addition, the connection or connection members of the lines between the components shown in the drawings exemplarily represent functional connections and/or physical or circuit connections. Connections, or circuit connections, may be represented.

본 발명의 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본 발명의 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. Throughout the specification of the present invention, when a certain part "includes" a certain constituent element, it means that other constituent elements may be further included rather than excluding other constituent elements unless otherwise stated. The terms "about", "substantially", etc. of the degree used throughout the specification of the present invention are used at or close to the numerical value when manufacturing and material tolerances specific to the stated meaning are presented, and the present invention To aid in understanding of, accurate or absolute figures are used to prevent unreasonable use of the stated disclosure by unscrupulous infringers.

본 발명의 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.Throughout the specification of the present invention, the term "combination of these" included in the expression of the Makushi format refers to one or more mixtures or combinations selected from the group consisting of components described in the expression of the Makushi format, the It means to include one or more selected from the group consisting of components.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 하기 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, a preferred embodiment is presented to aid the understanding of the present invention. However, the following examples are provided for easier understanding of the present invention, and the contents of the present invention are not limited by the following examples.

[[ 실시예Example ]]

실시예Example 1. 초고시간해상도 라인 스캔 기반 영상 방법( 1. Ultra-high-resolution line scan-based imaging method ( UltrashortUltrashort Time-resolution Line-scan-based Imaging Method) Time-resolution Line-scan-based Imaging Method)

시간 해상도를 활동전위(action potential)의 지속기간(4~5 밀리초)의 수준으로 높일 경우 활동전위의 일시적인(transient) 영향을 효과적으로 측정할 가능성이 높아질 것으로 예상하며, 특히 보편적으로 사용되는 반복적인 자극 제시 실험 디자인의 경우 동일한 신경활동부위에서 발생하는 신경신호들의 지속적인 결맞음 획득이 가능하게 되어 신경신호민감도가 크게 향상될 것으로 예상되었다.Increasing the temporal resolution to the level of the duration of the action potential (4-5 milliseconds) is expected to increase the possibility of effectively measuring the transient effect of the action potential. In the case of the stimulus presentation experiment design, it was expected that the neural signal sensitivity could be greatly improved as it was possible to obtain consistent coherence of neural signals generated in the same neural activity site.

이에, 시간해상도마다 데이터의 한 라인씩 획득하는 라인 스캔 영상기법을 활용하면 자기공명영상으로도 활동전위 수준의 시간해상도를 구현할 수 있다 (도 1).Accordingly, if a line scan imaging technique that acquires one line of data for each temporal resolution is used, a temporal resolution at the level of an action potential can be implemented even with a magnetic resonance image (Fig. 1).

그 목적을 위해, 본 발명에서는 라인 스캐닝 방법을 매우 짧은 에코시간 (Ultra-short echo time, UTE) 영상기법 (도 1) 및 경사자장에코 (Gradient echo, GRE) 영상기법과 결합시키고 (도 2), 반복시간(TR)에 해당하는 시간 해상도를 4.5 밀리 초(ms)까지 높여 실험하였다.For that purpose, in the present invention, the line scanning method is combined with an ultra-short echo time (UTE) imaging technique (FIG. 1) and a gradient echo (GRE) imaging technique (FIG. 2). , The experiment was performed by increasing the time resolution corresponding to the repetition time (TR) to 4.5 milliseconds (ms).

실시예Example 2. 데이터 처리 및 분석 (Data Processing and Analysis) 2. Data Processing and Analysis

UTE 영상기법의 경우에는 구 좌표계 데이터를 직교 좌표계 데이터로 변환하는 그리딩(gridding) 후에, GRE 영상기법 경우에는 직접적으로 고속 푸리에 변환 (FFT)을 사용하는, 자체적으로 개발한 MATLAB (ver.8.2.0; R2013b) 프로그램을 이용하여 이미지를 재구성하였다. 시간 경과(time course) 데이터를 필터링한 후 시계열 이미지로부터 활동 전위 또는 전류에 대한 반응의 일련의 2D 공간 매핑이 획득되었다. 노치 필터(notch filter)를 적용하여 60-Hz 전기 노이즈를 제거하고 80 Hz에서 컷오프한 약한 로우 패스 필터(low-pass filter)를 적용하여 노이즈를 줄였다.In the case of the UTE imaging technique, after gridding that converts the old coordinate system data to the Cartesian coordinate system data, in the case of the GRE imaging technique, it directly uses Fast Fourier Transform (FFT), which was developed in-house MATLAB (ver.8.2. 0; R2013b) The image was reconstructed using the program. After filtering the time course data, a series of 2D spatial mappings of the response to action potentials or currents were obtained from time series images. A notch filter was applied to remove 60-Hz electrical noise, and a weak low-pass filter cut off at 80 Hz was applied to reduce noise.

실시예Example 3. 실험 3. Experiment

본 발명의 유효성을 확인하기 위한 사전 실험을 위해 초고자장 동물용 자기공명영상장비(9.4-T Bruker (BioSpec 94 /30, Ettlingen, Germany) 스캐너를 사용하였다. 생체 외(in vitro) 오징어 거대 축색 (giant axon), 생체 내(in vivo) 쥐 꼬리 및 쥐 머리를 대상으로 실험을 수행하였다. in vitro 오징어 축색 돌기와 in vivo 쥐 꼬리 실험의 경우 전기 자극을 제시한 후 발생한 활동 전위가 오징어 축색 돌기와 쥐 꼬리를 따라 전달되는 것을 영상을 통해 확인하고자 했다. in vivo 쥐 머리를 대상으로 한 실험의 경우 시각 자극을 제시한 후 시각 자극 경로를 따라 신경활성화 부위들의 시간적인 선후 관계를 영상화하고자 했다. 특별히 Superior colliculus (SC)와 Visual cortex (VC) 의 V1영역에서의 나타나는 신경활성화 반응과 그 시간적 선후관계를 확인하고자 했다. For a preliminary experiment to confirm the effectiveness of the present invention, an ultra-high magnetic field animal magnetic resonance imaging device (9.4-T Bruker (BioSpec 94 /30, Ettlingen, Germany) scanner was used. In vitro) Squid Giant Axon ( giant axon), in vivo rat tail, and rat head.In the case of in vitro squid axon and in vivo rat tail, the action potentials generated after electrical stimulation were shown in the squid axon and rat tail. In the case of an experiment on a rat head in vivo, we tried to image the temporal relationship between nerve activation sites along the visual stimulation pathway after presenting visual stimulation. The purpose of this study was to confirm the neuronal activation response in the V1 region of (SC) and visual cortex (VC) and its temporal progenitor relationship.

실시예Example 4. 생체 외 오징어 거대 4. In vitro squid giant 축삭에서의In the axon 신경활동 영상 (Direct imaging of neuronal activity at in vitro squid giant axon) Direct imaging of neuronal activity at in vitro squid giant axon

오징어 거대 축삭을 대상으로 본 발명을 적용하여, 신경활동의 직접적인 탐지 및 매핑의 가능성을 확인하였다(도 3, 및 도 4). 산 오징어에서 추출한 오징어 거대 축색을 완충액이 들어 있는 원통형 팬텀에 넣고, 주 자기장에 종축으로 수직인 방향으로 자기공명영상장비 안에 넣은 후, 2차원 UTE 영상기법과 결합된 라인스캔 영상기법을 이용하여 코로널(coronal) 단면으로 단일 슬라이스를 촬영하였다. 스캔 파라미터는 다음과 같다 : TR / TE = 4.5 / 0.25 ms, 시간 해상도 = 4.5 ms, 공간 해상도 = 1.56 x 1.56 mm2, 슬라이스 두께 = 5 mm, 방사형 뷰(view) 개수 = 202. 신호 평준화(signal averaging)는 시도하지 않았다. 자기공명영상 실험 전 오징어 거대 축삭이 살아 있는 지, 따라서 전기 신호 인가시 활동 전위를 잘 전달하는 지를 확인하기 위해 세포외 활동 전위를 측정하였다 (도 3). By applying the present invention to the squid giant axon, the possibility of direct detection and mapping of neural activity was confirmed (FIGS. 3 and 4). Squid giant axis color extracted from live squid is placed in a cylindrical phantom containing a buffer solution, placed in a magnetic resonance imaging device in a direction perpendicular to the longitudinal axis of the main magnetic field, and then, using a line scan imaging technique combined with a two-dimensional UTE imaging technique. A single slice was taken with a coronal section. The scan parameters are as follows: TR / TE = 4.5 / 0.25 ms, temporal resolution = 4.5 ms, spatial resolution = 1.56 x 1.56 mm 2 , slice thickness = 5 mm, number of radial views = 202. Signal leveling (signal) averaging) did not try. Before the magnetic resonance imaging experiment, the extracellular action potential was measured to confirm whether the squid giant axon is alive, and therefore, transmits the action potential well when the electrical signal is applied (FIG. 3).

오징어 거대 축삭에서 전기 자극에 따른 활동전위의 전달시 4.5 밀리초의 시간해상도를 가진 시계열 영상 중에 활동전위가 지나는 시점의 영상에서 최대 ~10% 정도의 신호 변화를 확인하였다 (도 4).During the transmission of the action potential according to the electrical stimulation in the squid giant axon, a signal change of about ~10% was confirmed in the image at the time when the action potential passed among the time series images with a time resolution of 4.5 milliseconds (FIG. 4).

실시예Example 5. 생체 내 쥐꼬리에서의 신경활동 전달 영상 (Direct imaging of neuronal activity at in vivo mouse tail) 5. Direct imaging of neuronal activity at in vivo mouse tail

또한 생체 내 쥐꼬리를 대상으로 본 발명을 적용하여, 생체 내 상황에서 신경활동의 직접적인 탐지 및 매핑의 가능성을 확인하였다 (도 4). 쥐꼬리를 주 자기장과 같은 방향으로 놓고 꼬리 끝 부분에 전기 자극을 제시할 수 있는 실험 세팅을 한 후 (도 5), 시계열 영상에서 시간에 따라 신경활동이 전달되는 것을 확인할 수 있도록 쥐꼬리가 포함되는 두께의 코로널(coronal) 슬라이스로 잡아 촬영을 진행하였다. 2차원 GRE 영상기법과 결합된 라인스캔 영상기법을 이용하였다. 스캔 파라미터는 다음과 같다 : TR / TE = 4.5 / 2 ms, 시간 해상도 = 4.5 ms, 공간 해상도 = 0.1 x 0.1 mm2, 슬라이스 두께 = 5 mm. 10개의 신호를 평준화(signal averaging) 하였다. In addition, by applying the present invention to the rat tail in vivo, the possibility of direct detection and mapping of neural activity in the in vivo situation was confirmed (Fig. 4). After setting the rat tail in the same direction as the main magnetic field and setting the experiment to present electrical stimulation at the tip of the tail (Fig. 5), the thickness including the rat tail to confirm that neural activity is transmitted over time in a time series image Photographing was carried out by grabbing a coronal slice of. Line scan imaging technique combined with 2D GRE imaging technique was used. The scan parameters are as follows: TR / TE = 4.5 / 2 ms, temporal resolution = 4.5 ms, spatial resolution = 0.1 x 0.1 mm 2 , slice thickness = 5 mm. Ten signals were equalized (signal averaging).

전기 자극을 제시했을 때 쥐꼬리 상에서 신경활동의 전달로 보이는 신호 변화가 4.5 밀리 초의 시간 해상도 시계열 영상 중에서 21, 22, 23번째 영상에서 확인되었다 (도 6). When the electrical stimulation was presented, the signal change seen as the transmission of neural activity on the rat tail was confirmed in the 21st, 22nd, and 23rd images of the 4.5 millisecond time-resolution time series images (FIG. 6).

실시예Example 6. 생체 내 쥐머리에서의 신경활동 전달 영상 (Direct imaging of neuronal activity in the in 6. Direct imaging of neuronal activity in the in vivo rat head vivovivo mouse brain) mouse brain)

또한 생체 내 쥐머리를 대상으로 본 발명을 적용하여, 본 발명이 신경활동의 직접적인 탐지 및 매핑을 통해 뇌기능 영상으로 작동할 수 있는 지 알아보았다. 시각 자극을 제시한 후 시각 자극 경로를 따라 신경활성화 부위들의 시간적인 선후 관계를 영상화하였다. 시각 자극 경로 중 Superior colliculus (SC)와 Visual cortex (VC)의 V1영역에서의 신경활성화 반응을 동시에 확인할 수 있도록 코로널(coronal) 단면의 싱글 슬라이스를 잡은 후, 2차원 GRE 영상기법과 결합된 라인스캔 영상기법을 적용하였다. 스캔 파라미터는 다음과 같다 : TR / TE = 4.5 / 2 ms, 시간 해상도 = 4.5 ms, 공간 해상도 = 0.25 x 0.25 mm2, 슬라이스 두께 = 1 mm. 4개의 신호를 평준화(signal averaging) 하였다.In addition, by applying the present invention to a rat head in vivo, it was investigated whether the present invention can operate as a brain function image through direct detection and mapping of neural activity. After presenting the visual stimulus, the temporal relationship between nerve activation sites was imaged along the visual stimulus path. Among the visual stimulation pathways, a single slice of the coronal section is captured so that the nerve activation response in the V1 region of the superior colliculus (SC) and the visual cortex (VC) can be checked at the same time, and the line combined with the 2D GRE imaging technique The scan imaging technique was applied. The scan parameters are as follows: TR / TE = 4.5 / 2 ms, temporal resolution = 4.5 ms, spatial resolution = 0.25 x 0.25 mm 2 , slice thickness = 1 mm. Four signals were equalized (signal averaging).

시각 자극 경로 중 Superior colliculus (SC)와 Visual cortex (VC)의 V1영역에서의 나타나는 신경활성화 반응과 그 시간적 선후관계를 영상으로 확인하였다 (도 7). SC 영역에서의 신경활성화 반응이 V1 영역에서의 신경활성화 반응보다 대략 30 밀리 초 정도 먼저 나타났고 시계열 영상에서 명확한 시간적 선후 관계를 가지고 영상화되었다. 이 정도의 높은 공간해상도와 시간해상도로 뇌에서 신경활성화 영역 사이의 시간적 선후 관계를 영상화하여 보여주었다.Among the visual stimulation pathways, the neuronal activation reactions appearing in the V1 region of the superior colliculus (SC) and the visual cortex (VC) and their temporal relationship were confirmed by images (Fig. 7). The neuronal activation response in the SC area appeared approximately 30 milliseconds earlier than the neuroactive response in the V1 area, and the time series images were imaged with a clear temporal precedence relationship. With this high spatial and temporal resolution, the temporal relationship between neuronal activation regions in the brain was imaged and shown.

종합하면, 본 발명의 방법에 따라 높은 공간해상도 및 시간해상도로 뇌 신경활성화 영역 사이의 시간적 선후 관계를 명확히 확인할 수 있어, 자기공명영상의 획득 및 처리에 유용하게 사용할 수 있음을 확인하였다.In summary, according to the method of the present invention, it was confirmed that the temporal precedence relationship between the neuronal activation regions of the brain can be clearly identified with high spatial and temporal resolution, and thus can be usefully used for acquisition and processing of magnetic resonance images.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.The above description of the present invention is for illustrative purposes only, and those of ordinary skill in the technical field to which the present invention pertains will be able to understand that it is possible to easily transform it into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative and non-limiting in all respects.

Claims (15)

개체에 제1 시간 간격의 주기마다 반복되는 자극을 제시하고, 상기 자극 제시에 따른 복수의 자기공명영상 신호를 수신하는 단계;
상기 복수의 자기공명영상 신호를 K 공간에서 상기 제1 시간 간격보다 짧은 제2 시간 간격마다 한 라인씩 샘플링함으로써 복수의 K 공간 상 데이터를 복수의 시점에서 획득하는 단계;
상기 복수의 K 공간 상 데이터를 복수의 시점에서 복수의 라인데이터로 재구성하는 단계; 및
상기 획득된 복수의 라인데이터를 기초로 복수 시점의 출력 영상을 생성하는 단계;를 포함하는 생체 내 신경활동 모니터링을 위한 자기공명영상 방법.
Presenting a stimulus that is repeated every period of a first time interval to an individual, and receiving a plurality of magnetic resonance image signals according to the presentation of the stimulus;
Sampling the plurality of magnetic resonance image signals by one line at a second time interval shorter than the first time interval in the K space to obtain a plurality of data on the K space at a plurality of viewpoints;
Reconstructing the plurality of K-space data into a plurality of line data at a plurality of viewpoints; And
Generating output images of a plurality of viewpoints based on the obtained plurality of line data; Magnetic resonance imaging method for monitoring neural activity in a living body comprising.
제1항에 있어서,
자기공명영상 신호를 k 공간에서 샘플링을 수행하는 것은 라인스캔 영상기법, 매우 짧은 에코시간 영상기법(UTE), 경사자장에코(GRE) 영상기법, 고속스핀에코(FSE) 기법, FLAIR(fluid attenuated inversion recovery) 영상 기법, MS-EPI(Multi-shot echo-planar imaging) 기법, 다에코화학전위영상 기법(multiecho chemical shift imaging), 자기공명탄성영상 기법, 자기공명분광법, 2D spoiled GE 영상 기법, HASTE(Half-Fourier acquisition single-shot turbo spin-echo) 영상 기법 및 SS-EPI(Single-shot echo-planar imaging) 기법으로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택된 방법으로 수행되는 것을 특징으로 하는, 자기공명영상 방법.
The method of claim 1,
Sampling a magnetic resonance image signal in k space is a line scan imaging technique, a very short echo time imaging technique (UTE), a gradient magnetic field echo (GRE) imaging technique, a fast spin echo (FSE) technique, and a FLAIR (fluid attenuated inversion) technique. recovery) imaging technique, MS-EPI (Multi-shot echo-planar imaging) technique, multiecho chemical shift imaging technique, magnetic resonance elastic imaging technique, magnetic resonance spectroscopy technique, 2D spoiled GE imaging technique, HASTE ( Half-Fourier acquisition single-shot turbo spin-echo) imaging technique and SS-EPI (Single-shot echo-planar imaging), characterized in that performed by one or more selected from the group consisting of a method, magnetic resonance imaging method.
제1항에 있어서,
상기 제2 시간 간격은 신경활동의 활동전위 지속시간 간격으로 제시되는 것을 특징으로 하는, 자기공명영상 방법.
The method of claim 1,
The second time interval is characterized in that presented as an action potential duration interval of neural activity, magnetic resonance imaging method.
제1항에 있어서,
상기 제1 시간 간격은 0.1 s 내지 10 s 간격으로 제시되는 것을 특징으로 하는, 자기공명영상 방법.
The method of claim 1,
The first time interval is characterized in that presented at intervals of 0.1 s to 10 s, magnetic resonance imaging method.
제1항에 있어서,
상기 제2 시간 간격은 출력 영상의 시간해상도인 것을 특징으로 하는, 자기공명영상 방법.
The method of claim 1,
The second time interval is characterized in that the time resolution of the output image, magnetic resonance imaging method.
제1항에 있어서,
상기 자기공명영상 신호는 푸리에 분석을 통해 신호를 추출하여 생성된 것을 특징으로 하는, 자기공명영상 방법.
The method of claim 1,
The magnetic resonance imaging method, characterized in that generated by extracting the signal through Fourier analysis.
제1항에 있어서,
상기 출력 영상은 1 ms 내지 500 ms의 시간 해상도를 갖는 것을 특징으로 하는, 자기공명영상 방법.
The method of claim 1,
The magnetic resonance imaging method, characterized in that the output image has a temporal resolution of 1 ms to 500 ms.
제1항에 있어서,
자기공명영상 신호를 k 공간에서 샘플링을 수행하는 것은 자기공명영상 신호를 직교 좌표계 또는 구형 좌표계에 샘플링하는 것을 특징으로 하는, 자기공명영상 방법.
The method of claim 1,
Sampling the magnetic resonance image signal in k-space comprises sampling the magnetic resonance image signal in a rectangular coordinate system or a spherical coordinate system.
제1항에 있어서,
상기 라인데이터는 혈류학적 변화와 신경활동 신호가 분리 가능한 것을 특징으로 하는, 자기공명영상 방법.
The method of claim 1,
The line data, magnetic resonance imaging method, characterized in that the hemodynamic change and neural activity signal can be separated.
제1항에 있어서,
상기 출력 영상은 다중 코일을 이용한 영상가속, 2차원 다중 슬라이스 영상, 3차원 영상 및 압축 샘플링으로 이루어진 군에서 선택된 방법으로 편집된 것을 특징으로 하는, 자기공명영상 방법.
The method of claim 1,
The output image is edited by a method selected from the group consisting of image acceleration using multiple coils, two-dimensional multi-slice images, three-dimensional images, and compression sampling.
제1항에 있어서,
상기 자기공명영상 신호는 기능적 자기공명영상(Functional Magnetic Resonance Imaging, fMRI)용인 것을 특징으로 하는, 자기공명영상 방법.
The method of claim 1,
The magnetic resonance imaging method, characterized in that for functional magnetic resonance imaging (Functional Magnetic Resonance Imaging, fMRI).
개체에 제1 시간 간격의 주기마다 반복되는 자극을 제시하고, 상기 자극 제시에 따른 복수의 자기공명영상 신호를 수신하는 영상 신호 획득부; 및
상기 복수의 자기공명영상 신호를 k 공간에서 상기 제1 시간 간격보다 짧은 제2 시간 간격마다 한 라인씩 샘플링함으로써 복수의 k 공간 상 라인데이터를 복수의 시점에서 획득하고,
상기 복수의 k 공간 상 라인데이터를 복수의 시점에서 복수의 라인데이터로 재구성하고,
상기 획득된 복수의 라인데이터를 기초로 복수의 시점에서 출력 영상을 생성하는 제어부;를 포함하는 자기공명영상 장치.
An image signal acquisition unit for presenting a stimulus that is repeated every period of a first time interval to an object and receiving a plurality of magnetic resonance image signals according to the stimulus presentation; And
By sampling the plurality of magnetic resonance image signals one line at each second time interval shorter than the first time interval in k space to obtain a plurality of line data on k spaces at a plurality of viewpoints,
Reconstructing the plurality of k-space line data into a plurality of line data at a plurality of viewpoints,
A magnetic resonance imaging apparatus comprising: a control unit for generating an output image at a plurality of viewpoints based on the obtained plurality of line data.
제12항에 있어서,
상기 제어부는 라인데이터를 재구성하여 영상시간을 단축하는 것을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 자기공명영상 장치.
The method of claim 12,
The control unit further comprises shortening the image time by reconstructing the line data, magnetic resonance imaging apparatus.
제12항에 있어서,
상기 제어부는 다중 코일을 이용한 영상가속, 2차원 다중 슬라이스 영상, 3차원 영상 및 압축 샘플링으로 이루어진 군에서 선택된 방법을 이용하는 것을 특징으로 하는, 자기공명영상 장치.
The method of claim 12,
The control unit uses a method selected from the group consisting of image acceleration using multiple coils, two-dimensional multi-slice images, three-dimensional images, and compression sampling.
제12항에 있어서,
상기 장치는 생체 내 신경활동 모니터링용인 것을 특징으로 하는, 자기공명영상 장치.
The method of claim 12,
The device is a magnetic resonance imaging device, characterized in that for monitoring nerve activity in vivo.
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