KR20100002148A

KR20100002148A - Ｋ-스페이스에 정상-상태 자유 세차를 연속적으로 인가하는 자기 공명 영상장치, 방법 및 프로그램

Info

Publication number: KR20100002148A
Application number: KR1020090056077A
Authority: KR
Inventors: 도일 마크; 비더만 로버트
Original assignee: 앨리게니 싱어 리서치 인스티튜트
Priority date: 2008-06-26
Filing date: 2009-06-23
Publication date: 2010-01-06
Also published as: US20090326367A1; US8688193B2; EP2138860A1

Abstract

환자의 이동 부분에 대한 이미지를 형성하는 자기 공명 영상장치는 이미징 코일; 및 상기 이미징 코일들로 하여금 환자의 자기 공명 이미지 시리즈의 k-스페이스에 정상-상태 자유 세차를 연속적으로 적용하게 하고 그리고 상기 이미지 시리즈를 획득하게 하고, 그리고 상기 이미지 시리즈로부터 이미지들을 생성하게끔 하는 컴퓨터를 포함한다. 환자의 이동 부분(moving portion)에 대한 이미지들을 형성하는 방법이 제공되는바, 상기 방법은 환자의 자기 공명 이미지 시리즈의 k-스페이스에 정상-상태 자유 세차를 연속적으로 적용하는 단계; 이미지 시리즈를 획득하는 단계; 및 상기 이미지 시리즈로부터 이미지들을 생성하는 단계를 포함한다. 환자의 이미지들을 형성하는 방법이 제공되는바, 상기 방법은 정상-상태 자유 세차 이미징 시퀀스를 환자의 심장 싸이클의 심전도 r 파(ECG r wave)에 트리거링하는 단계; 및 다수의 연속적인 심장 싸이클들에 대해서 획득되는 데이터와 함께, 이미징 시퀀스에 관련된 일련의 k-스페이스 데이터 세트들에 대한 데이터가 심장 주기에 대해 시분해(time resolve)되는 방식으로 획득되도록, 자기 공명 이미징 스캐너의 이미징 코일로 정상-상태 자유 세차 이미징 시퀀스를 수행하는 단계를 포함한다.

자기 공명 영상, MRI, 태그, 정상 상태 자유 세차, k-스페이스

Description

Ｋ-스페이스에 정상-상태 자유 세차를 연속적으로 인가하는 자기 공명 영상장치, 방법 및 프로그램{MAGNETIC RESONANCE IMAGER, METHOD AND PROGRAM WHICH CONTINUOUS LY APPLIES STEADY-STATE FREE PRECESSION TO K-SPACE}

본 발명은 환자의 이동 부분(moving portion)에 대한 이미지를 형성하는 것에 관한 것이다. 본 명세서에서 이용되는 "본원" 혹은 "본 발명" 이라는 언급은 예시적인 실시예들에 관련된 것이며, 첨부된 청구항들에 의해 포괄되는 모든 실시예들에 관련된 것은 아니다. 좀더 상세하게 본 발명은, 정상-상태 자유 세차(Steady-State Free Precession : SSFP)와 자기 공명 영상장치의 k-스페이스에 관한 태그 패턴(tag pattern)을 이용하여 환자의 이동 부분에 대한 이미지를 형성하는 것에 관한 것이다.

이 섹션은, 본 발명의 다양한 양상들에 관련될 수도 있는 당해 기술분야의 다양한 양상들을 독자들에게 소개하기 위한 것이다. 다음에 설명되는 내용들은, 본 발명에 대한 더 나은 이해를 돕기 위해서 소정의 정보를 제공하기 위한 것이다. 따라서, 다음에 설명되는 내용들은 이러한 점을 참고하여 판독되어야만 하며, 종래기술에 대한 자인(admission)으로서 이해되어서는 안된다.

많은 이들이 SSFP 이미징(imaging)에 태깅(tagging)을 적용하여 왔는데, 이 경우 적용된 태그는, 추가적인 RF 펄스들의 사용을 요구하며 그리고 세로축(longitudinal axis)을 따라 자성(magnetization)을 저장하는 접근법을 이용하는 정규 SSFP RF 트레인(regular SSFP RF train)의 중단을 요구한다. 또한, 일반적으로, 풀 에코 판독(full echo readout)이 이용되었다. 앞서, 태깅을 위한 Common k-스페이스 기법이 설명되었는바, 여기에서는 개별적인 심장 싸이클들(separate cardiac cycles) 동안에 수평 및 수직 태그 패턴들이 적용된다. 이러한 기법에서는, 그리드 태그 패턴(grid tag pattern)을 생성하기 위하여 2 세트의 스트라이프(stripe) 태그들을 적용하는 것보다 개별적인 스트라이프 패턴을 적용함으로써, SNR 향상이 있었다는 점을 유의해야 한다. 하지만, 각각의 판독신호에 대한 풀 에코 획득(full echo acquisition) 때문에, 통상적인 스캔 시간의 200％ 정도로 스캔 시간을 연장하지 않는 한, Common k-스페이스는 45°에서 태그들에 적용될 수 없다. 따라서, 전술한 바와 같이, Common k-스페이스는 오직 수직 및 수평 태그라인들을 획득하는데에만 이용가능하다. 90°에 비하여 45°에서 태그들을 획득하는 것의 주요한 장점들 중 하나는, k-스페이스에서 해당 "위성(satellite)" 태그 신호들이, 중앙 k-스페이스 라인(central k-space line)에 30％ 가량(즉, √2) 더 가깝다는 것이다. 이러한 장점은, 저해상도 k-스페이스 매트릭스가 더 적은 시간 동안에 더 많은 태그 정보를 획득할 수 있다는 것을 의미하며, 90°그리드 태그 시리즈에 비하여 우수한 태그 선명도(tag definition)를 만들어낼 수 있다는 것을 의미한다. 또한, Common k-스페이스에서는, 수평 태그 섹션동안 또는 수직 태그 섹션동안 중 어느 하나에서만 k-스페이스의 중앙 영역(central region)이 획득되어야만 했지만 반면에, 상기 영역은 비-태그 스캔(non-tag scan)과 비교하여 감소된 강도에서 획득되었다. PRESSTO(Partial Recalled Echo in Steady-State Tag Ordering) 라고도 지칭되는 본 발명에서는, 45°태그들이 허용되며, 그리고 임의의 태그들을 적용함이 없이도 상기 중앙 영역이 획득된다. 또한, PRESSTO는 Common k-스페이스에서와 같이, 0°및 90°에서 태그들을 획득하는데도 적용될 수 있으며, 이 경우 이전에 설명된 Common k-스페이스와 PRESSTO와의 주요한 차이점들은 다음과 같다. 1) PRESSTO는 k-스페이스의 가운데 영역(middle region)을 추가적으로 타겟팅하는바, 이는 임의의 태그들을 적용함이 없이도 획득된다. 2) Common k-스페이스 기법은 경사 에코 이미징(gradient echo imaging)에 적용되었지만 반면에, PRESSTO는 SSFP 이미징에 적용된다. 3) Common k-스페이스에서는 k-스페이스의 모든 라인들이 각각의 TR 주기에 대해서 획득되었지만, PRESSTO에서는 일부 라인들이 획득된다. 4) Common k-스페이스에서는 k-스페이스의 오직 하나의 라인만이 TR 주기마다 획득되었지만, PRESSTO에서는 TR 주기당 2개의 라인 세그먼트들이 획득된다.

이전에 설명된 FastHARP 기법은, 다중-에코 경사 에코 기법(multi-echo gradient echo approach)(다중-패스 에코 평면 이미징 기법 : multi-pass echo planar imaging approach)을 이용하여 특정 태그 정보에 대응하는 k-스페이스의 영역들을 획득한다. 경사 에코 이미징에 관하여 서술된 FastHARP에서는, 싸이클당 오직 하나의 태그 방향만이 생성되며, 그리고 k-스페이스의 위성 영역(satellite region)의 중심에 위치한 오직 하나의 영역만이 획득을 위해서 타겟팅된다. 2개의 획득들(acquisitions)을 결합함으로써 그리드 태그가 생성되고, 각각은 일세트의 태그라인들과 함께 획득되며, 상기 각각의 태그 시리즈는 서로 직교한다. 이 점에 있어서, FastHARP는, 각각의 경로에 대해서 오직 하나의 태그 생성 시리즈(tag producing series)가 발생된다는 점에서 Common k-스페이스와 유사점을 가지며, 그리고 각각의 획득을 위하여 k-스페이스의 일부 영역이 타겟팅된다는 점에서 PRESSTO와 유사점을 갖는다. FastHARP와 PRESSTO의 주요한 차이점들은 다음과 같다. 1) FastHARP는 경사 에코 신호를 위해서 기술되는 반면에, PRESSTO는 SSFP 신호들에 적용가능하다. 2) FastHARP는 k-스페이스의 주요한 태그-정의 위성 신호 영역(major tag-defining satellite signal region of k-space)을 타겟팅하는 반면에, PRESSTO는 다수의 위성 신호들을 포함하고 있는 더 큰 영역을 타겟팅한다. 3) FastHARP는 k-스페이스의 중앙 영역을 획득하지 못하는 반면에, PRESSTO는 비-태그화된 획득(non-tagged acquisition)으로 상기 영역을 타겟팅한다.

따라서, 앞서 설명된 여러 기법들은 PRESSTO와 유사점들을 가지고는 있지만, 그 어떤 것도 PRESSTO의 획득 특성을 구현하지는 못한다. 하기의 테이블은 PRESSTO, Common k-스페이스, FastHARP 사이의 유사점과 차이점을 요약한 것이다.

PRESSTO	FastHARP	Common k-스페이스
정상 상태 자유 세차 이미징 시퀀스	경사 회복 에코(gradient recalled echo : GRE)에 기반한 EPI 이미징 시퀀스	경사 회복 에코 이미징 시퀀스
다수의 부분 에코 판독(multiple partial echo readout)	다수의 부분 에코 판독	하나의 풀 라인 에코 판독
태그 생성에 대한 새로운 접근법＊	통상적인 태그 생성	통상적인 태그 생성
태그 정보 없이 k-스페이스의 중앙을 명확하게 타겟팅함＊	k-스페이스의 중앙이 획득을 위해서 타겟팅되지 않음	태그 생성의 부산물(by-product)로서 k-스페이스의 중앙이 획득됨
k-스페이스의 대략 90％가 획득됨	k-스페이스의 대략 10％가 획득됨	모든 k-스페이스가 획득됨
45° 또는 90°태그에도 적용가능함	45° 또는 90°태그에도 적용가능함	타임 페널티가 없이도 90°태그에 적용가능하며, 그리고 스캔 시간을 2배로 하는 타임 페널티가 있으면 45°태그에 적용가능함
각각의 주요 축을 따라 있는 다수의 태그 정의 위성 신호에 민감함	각각의 주요 축을 따라 있는 주요한 태그 정의 위성 신호에만 민감함	각각의 주요 축을 따라 있는 다수의 태그 정의 위성 신호에 민감함

＊ 표시는 다른 기법들에서는 이용되고 있지 않는 PRESSTO 고유의 특징을 나타낸 것이다. PRESSTO 기법이 FastHARP 와 Common k-스페이스와 겹치는 부분이 있기는 하지만, 다른 기법들을 조합하여도 SSFP 태깅 시퀀스에 있어서 PRESSTO의 고유 특질을 얻어낼 수는 없는바, 전술한 바와같이 SSFP는 GRE(gradient echo imaging) 및 EPI(echo planar imaging)와 비교하여 본질적으로 상이한 조건들(conditions)을 갖는다. SSFP, GRE, EPI 사이의 본질적인 차이점들은, SSFP 에서 의 이미징 그레디언트(imaging gradients in SSFP)에 심각한 제약을 가하는데, 이는 다른 2개의 획득기법들에서 충족되어야할 필요는 없다. SSFP에서는, 반복 시간(repetition time)인 TR을 짧게(전형적으로는 4ms 미만으로) 유지시키는 것이 필수적인데, 이는 메인 필드 불균등 효과(main field inhomogeneity effect)에 관한 중요한 아티팩트(significant artifact)의 도입을 회피하기 위해서이다. PRESSTO 는, TR을 적어도 10％ 감소시키면서도, SSFP 영상화에서 요구되는 조건들을 만족시킨다.

본 발명이 해결하고자 하는 주요한 문제점 중 하나는, 심장의 자기 공명 이미징에서 싸이클이 진행됨에 따라 그리드 태그라인들이 페이딩(fading)되는 것이다. 태깅에 대한 통상적인 접근법에서는, 그리드 태그라인들이 심전도 r 파(ECG r wave)에서, 즉 심장 수축(systolic contraction)의 시작에서 적용되며, 그리드 태그라인들의 콘트라스트는 심장수축기(systolic period) 내내에서 일반적으로 용인할만하다(acceptable). 심장 주기(cardiac period)가 진행함에 따라, 그리드 태그라인들의 콘트라스트-대-잡음 비율(CNR)은 점진적으로 훼손되는바, 따라서 심장확장기(diastolic period) 동안에, 그리드 태그라인들의 상기 CNR은 심장확장 회복(diastolic recovery)을 적절히 트랙킹할 수 없을 정도로 열화되는 것이 일반적이다. 본 발명은 이와 같은 문제점을 다음과 같은 다양한 방식으로 해결한다. 1) PRESSTO에서는, 통상적인 경사 에코 이미징 대신에 정상 상태 자유 세차(SSFP) 이미징을 이용한다. 경사 에코 이미징에 비하여, SSFP 이미징의 CNR이 보다 양호하기 때문에, 높은 CNR을 얻을 수 있다. 2) 통상적으로는, 하나의 그리드 태그 패턴이 초기에 적용되며(예컨대, 45°로), 직각으로 배향된(예컨대, - 45°로) 일 세트의 스트라이프(stripe) 태그들이 그 즉시 후속된다. 이러한 경우, 2 세트의 스트라이프 패턴들은 서로 파괴적으로 간섭하여, 상기 그리드 태그 CNR을 더욱 열화시킨다. 또한, 2 세트의 스트라이프 태그들을 이러한 방식으로 적용함으로 인해, 연장된 시간 기간(예컨대, 2개의 스트라이프 태그 패턴들을 적용하는데 걸리는 시간은, 스트라이프 시리즈 당 15ms를 점유할 수도 있으며 따라서 30 ms의 총 시간이 걸릴 수 있다)에 대해서 그리드 태그 패턴이 적용된다. PRESSTO에서는, 소정의 심장 싸이클(cardiac cycle) 동안에, 기껏해야 일 세트의 스트라이프 태그들이 적용된다. 이러한 점은, 스트라이프 태그들 사이에서의 파괴적 간섭으로 인한 CNR의 손실을 방지할 수 있으며 그리고 그리드 태그 적용 시간을 단일 스트라이프 태그 적용 시간(예컨대, PRESSTO에서는 약 5 ms)으로 감축시킬 수 있다. 3) 통상적인 경사 에코 기반의 접근법들에서는, 다수의 RF 펄스들(전형적으로는, 3 ~ 5)과 산재된 그레디언트(interspersed gradients)를 조합함으로써, 스트라이프 태그들이 적용된다. SSFP 영상화에 이러한 접근법을 적용하기 위해서는, SSFP 시퀀스가 중단되어야만 하며, 그리고 태그들이 적용되는 동안에 정상 상태 신호를 일시적으로 "저장"할 것이 요구된다. 정상 상태에 대한 이러한 중단은, k-스페이스의 후속되는 몇몇 라인들을 혼란시키는 잔여 의사 신호(residual spurious signal)를 야기하는 것이 일반적이며, 태그 패턴의 적용에 후속하는 초기 데이터를 이용할 수 없게 만든다. PRESSTO에서는, SSFP 신호를 유지하기 위해 필요한, 연속적으로 인가되는 RF 펄스들의 트레인에 그 어떤 혼란도 야기되지 않으며, 그리고 결과적으로 k-스페이스 데 이터를 보상하거나 혹은 폐기(discard)할 필요가 없다. 또한, PRESSTO에서는, SSFP 시퀀스와 비교하여, 태그 패턴을 적용하기 위해서 추가적인 RF 펄스들을 필요로 하지 않는다. 대신에, 비균형 그레디언트(non-balanced gradient)가 적용된다. 4) 일반적으로, 통상적인 그리드 태깅에서는, 태깅 고유의 신호 집중때문에, k-스페이스의 각각의 라인들이 그 전체로서 획득되는 것이 일반적인데, 이는 유용한 신호 데이터의 더 작은 영역들과 함께 주요(primary) 잡음 데이터의 실질적인 영역들이 획득된다는 것을 의미하며, 이것은 CNR의 전체적인 감소를 야기한다. PRESSTO에서는, 각각의 획득에 있어서, 주요(primayr) 데이터가 예상되는 곳으로 타겟팅된, 일부 k-라인들만이 획득되며, 따라서 상기 CNR을 더욱 증가시킬 수 있다. 5) 통상적인 태깅에서는, 오직 하나의 스트라이프 태그 패턴이 획득되는 경우에도, k-스페이스의 상기 중앙 영역(태그들이 그 위에 포개지는(superimposed) 베이스라인 이미지(baseline image)에 상응함)은, 태그 패턴과 상기 영역 사이의 신호 간섭 때문에 낮은 CNR을 여전히 경험한다. PRESSTO에서는, 임의의 태그 패턴을 적용함이 없이 상기 중앙 영역이 명확하게 획득되는바, 따라서 최적의 CNR에서 획득될 수 있다. 6) 일반적으로, 2개의 스트라이프 태그 데이터 세트들을 개별적으로 획득하는 대안적인 접근법들은, 표준 그리드 태그 데이터 세트에 비하여 스캔 시간이 2배이다. PRESSTO에서는, 직각인 스트라이프 태그들의 2개의 세트들 및 태그들이 없는 하나의 중앙 영역에 대응하는 3개의 영역들로 k-스페이스가 분할되며, 그리고 일부 k-스페이스 라인 신호 판독을 이용하여 각각의 영역이 획득을 위하여 우선적으로(primarily) 타겟팅되기 때문에, PRESSTO에서의 스캔 시간은, 단일 스트라이프 태그 획득 스캔의 스캔 시간 이상으로 연장되지 않는다.

PRESSTO의 이러한 모든 피쳐들이, 우수한 CNR 및 짧아진 전체 스캔 시간에 기여하고 있으며, 호흡 멈춤 방식(breathhold manner)으로 수행되는 것을 허용한다.

본 발명은 환자의 이동 부분(moving portion)의 이미지들을 형성하기 위한 자기 공명 영상장치에 관한 것이다. 상기 영상장치는 이미징 코일(imaging coil)을 포함한다. 상기 영상장치는 컴퓨터를 포함하는바, 상기 컴퓨터는 상기 이미징 코일로 하여금, 환자의 자기 공명 이미지 시리즈의 k-스페이스에 정상-상태 자유 세차(steady-state free precession)를 연속적으로 적용케 하고 그리고 상기 이미지 시리즈를 획득하게 하고, 그리고 상기 이미지 시리즈로부터 이미지들을 생성케 한다.

본 발명은 환자의 이동 부분에 대한 이미지들을 생성하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 환자의 자기 공명 이미지 시리즈의 k-스페이스에 정상-상태 자유 세차를 연속적으로 적용하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 상기 이미지 시리즈를 획득하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 상기 이미지 시리즈로부터 이미지들을 생성하는 단계를 포함한다.

본 발명은 환자의 이미지들을 형성하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 환자의 심장 싸이클들(cardiac cycles)의 심전도 r 파(ECG r wave)에 정상-상태 자유 세차 이미징 시퀀스를 트리거링하는 단계를 포함한다. 다수의 연속적인 심장 싸이클들에 대해서 획득되는 데이터와 함께, 이미징 시퀀스에 관한 일련의 k-스페이스 데이터 세트들에 대한 데이터가 심장 주기에 대해 시분해(time resolve)되는 방식으로 획득되도록, 자기 공명 이미징 스캐너의 이미징 코일로 정상 상태 자유 세차 이미징 시퀀스를 수행하는 단계가 존재한다.

본 발명은, MRI로 환자의 이미지를 형성하기 위해, 컴퓨터 판독가능한 매체에 구체화되는 컴퓨터 프로그램에 관한 것으로, 컴퓨터에 의해 생성된 단계들을 포함하는바, 이미징 코일로 RF 펄스들과 그레디언트들을 생산하는 단계를 포함한다. 또한, 상기 이미징 코일로 하여금, 환자의 자기 공명 영상 이미지 시리즈의 k-스페이스에 정상 상태 자유 세차를 연속적으로 적용하게 하고, 그리고 상기 이미지 시리즈를 획득하게 하고, 그리고 상기 이미지 시리즈로부터 이미지들을 생성하게 하는 단계가 존재한다.

이제 도면들 특히 그 중에서도 도12를 참조하면, 환자의 이동 부분에 대한 이미지들을 형성하기 위한 자기 공명 영상장치(10)가 도시되어 있는바, 여러 도면들에서 유사한 참조번호들은 유사하거나 또는 동일한 부분들을 나타낸다. 상기 영상장치(10)는 이미징 코일(14)을 포함한다. 영상장치(10)는 컴퓨터(12)를 포함하는바, 상기 컴퓨터는 이미징 코일(14)로 하여금 정상 상태 자유 세차를 환자의 자기 공명 이미지 시리즈의 k-스페이스에 연속적으로 적용하게 하고, 그리고 상기 이미지 시리즈를 획득하게 하고 그리고 상기 이미지 시리즈로부터 이미지들을 생성하게 한다.

상기 컴퓨터(12)는 이미징 코일(14)로 하여금, 태그 패턴을 이미지 시리즈의 모션 싸이클(motion cycle)에 적용하게 하는 것이 바람직하다. 상기 컴퓨터는 이미징 코일로 하여금 이미지 시리즈를 획득하게 하는 것이 바람직하며, 상기 이미지 시리즈는 태그 패턴 변형(tag pattern deforming)을 나타낸다.

상기 컴퓨터(12)는 이미징 코일(14)로 하여금, 태그라인들(taglines)을 오직 한 방향으로만 적용하게 하거나 또는 싸이클 동안에 태그라인들을 적용하지 않는 것이 바람직하다. 상기 컴퓨터(12)는 이미징 코일(14)로 하여금, 다 합쳐서 k-스페이스 전체 보다는 작은 k-스페이스의 소정의 영역들에게만 태그라인들을 적용케 하는 것이 바람직하다.

상기 컴퓨터(12)는 이미징 코일(14)로 하여금, 상기 소정 영역에 적용된 태그라인만을 획득하게 하는 것이 바람직하다. 상기 컴퓨터(12)는 중첩되는 k-스페이스 영역들로부터의 데이터를 합산하는 것이 바람직하다. 상기 컴퓨터(12)는 이미징 코일(14)로 하여금, 상기 정상 상태 자유 세차를 적용하는 동안에, 인접하는(contiguous) 2개의 RF 펄스들 사이에 비-제로 영역의 그레디언트(a gradient of non-zero)를 삽입하게 하는 것이 바람직하다. 상기 컴퓨터(12)는 이미징 코일(14)로 하여금, 모션 싸이클의 원하는 위치에 태그 생성 그레디언트(tag generating gradient)를 적용하게 하는 것이 바람직하다.

상기 컴퓨터(12)는 이미징 코일(14)로 하여금, 다수의 싸이클들 중 각각의 싸이클 동안에 태그라인들을 오직 한 방향으로만 적용하게 하거나 또는 태그라인들을 적용하지 않는 것이 바람직하다. 상기 컴퓨터(12)는 이미징 코일(14)로 하여금, 상기 싸이클의 에코 획득 세그먼트들에 관련된 그레디언트들을 적용하게 하는 것이 바람직하다. 상기 컴퓨터(12)는 이미징 코일(14)로 하여금, 에코 획득들의 원하는 조합을 이용하여 태그라인들에 관련되거나 혹은 태그라인들과 관련없는 영역을 샘 플링하게 하는 것이 바람직하다. 상기 컴퓨터(12)는 이미징 코일(14)로 하여금, 하나의 매트릭스에 합산함으로써, 각 샘플로부터의 개별적인 신호들을 결합하게 하는 것이 바람직하다. 상기 컴퓨터(12)는 이미징 코일(14)로 하여금, 2D 프리에 변환(Fourier Transform)으로 이미지들을 생성하게 하는 것이 바람직하다.

본 발명은 환자의 이동 부분의 이미지를 형성하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 환자의 자기 공명 이미지 시리즈의 k-스페이스에 정상-상태 자유 세차를 연속적으로 적용하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 상기 이미지 시리즈를 획득하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 상기 이미지 시리즈로부터 이미지들을 생성하는 단계를 포함한다.

상기 적용하는 단계는 이미지 시리즈의 모션 싸이클에 태그 패턴을 적용하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 획득하는 단계는 태그 패턴 변형(deforming)을 나타내는 이미지 시리즈를 획득하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 적용하는 단계는 싸이클 동안에 태그라인들을 오직 한 방향으로만 적용하거나 또는 태그라인들을 적용하지 않는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 적용하는 단계는 k-스페이스의 소정 영역들에만 태그라인들을 적용하는 단계를 포함하는 것이 바람직한바, 상기 소정 영역들은 합쳐도 모든 k-스페이스보다는 작다. 상기 획득하는 단계는, 상기 소정 영역에 적용된 태그라인들만을 획득하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 획득하는 단계는 k-스페이스의 중첩하는 영역들로부터의 데이터를 합산하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 태그라인들을 적용하는 단계는, 정상 상태 자유 세차를 적용하는 동안에, 인접하는(contiguous) 2개의 RF 펄스들 사이에 비-제로(non-zero) 영역의 그레디언트를 삽입하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 적용하는 단계는 모션 싸이클의 원하는 위치에 태그 생성 그레디언트들을 적용하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 획득하는 단계는, 다수의 싸이클들의 각 싸이클 동안에 태그라인들을 오직 한 방향으로만 적용하거나 혹은 태그라인들을 적용하지 않는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 적용하는 단계는 상기 싸이클의 에코 획득 세그먼트들에 관련된 그레디언트들을 적용하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 획득하는 단계는 에코 획득들의 원하는 조합을 이용하여 태그라인들에 관련되거나 혹은 태그라인들과 관련없는 영역을 샘플링하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 획득하는 단계는 하나의 매트릭스로 합산함으로써, 각 샘플로부터의 개별적인 신호들을 결합하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 이미지를 생성하는 상기 단계는 2D 프리에 변환(Fourier Transform)으로 이미지들을 생성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명은 환자의 이미지들을 형성하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 환자의 심장 싸이클들(cardiac cycle)의 심전도 r 파(ECG r wave)에 정상-상태 자유 세차 이미징 시퀀스를 트리거링하는 단계를 포함한다. 다수의 연속적인 심장 싸이클들에 대해서 획득되는 데이터와 함께, 이미징 시퀀스에 관한 일련의 k-스페이스 데이터 세트들에 대한 데이터가 심장 주기에 대해 시분해(time resolve)되는 방식으로 획득되도록, 자기 공명 이미징 스캐너의 이미징 코일(14)로 정상 상태 자유 세차 이미징 시퀀스를 수행하는 단계가 존재한다.

이미징 그레디언트들을 구비한 다수의 구별되는 신호 패턴들 중 하나를 상기 심전도(ECG) 트리거의 검출 직후에 환자에게 적용하는 단계가 있는 것이 바람직하다. 상기 적용하는 단계는, 일 축을 따라 제 1 스트라이프 태그 패턴을 적용하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 적용하는 단계는, 상기 일 축에 대해 수직인 축을 따라 제 2 스트라이프 태그 패턴을 적용하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 적용하는 단계는, 그 어떤 태그 패턴도 적용하지 않는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

스트라이프 태그 패턴을 적용하는 각각의 단계는, 정상 상태 자유 세차 이미징 시퀀스의 비-제로 영역(non-zero area)을 구비하는 그레디언트 파형을 적용하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 그레디언트 파형을 적용하는 상기 단계는 상기 스트라이프 태그 패턴의 방향에 수직한 그레디언트 파형을 적용하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

태그 패턴을 적용하지 않는 상기 단계는, 0으로 균형잡힌(balanced to zero) 영역을 갖는 그레디언트 파형을 적용하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 제 1 스트라이프 태그 패턴 및 제 2 스트라이프 태그 패턴 및 비 태그 패턴(no tag pattern) 각각이 서로 k-스페이스의 구별되고 예측가능한 영역들을 생성하는 단계가 존재하는 것이 바람직하다.

제 1 및 제 2 스트라이프 태그 패턴들은 대각선으로 마주보고 있는 k-스페이스의 2개의 사분면에 주로 데이터를 생성하고, 그리고 비 태그 패턴(no tag pattern)은 k-스페이스의 주로 중앙에 데이터를 생성하는 단계가 존재하는 것이 바 람직하다. 이미징 코일(14)로 k-스페이스의 개별적인 3개의 영역들을 샘플링하는 단계가 존재하는 것이 바람직하다. 초기에는 모든 k-스페이스 포인트들을 0으로 셋팅하고 그리고 연속적으로, 획득된 각각의 k-스페이스에 대해 합산 동작을 이용하여 데이터를 추가하는 단계가 존재하는 것이 바람직하다. 상기 영역의 포인트들이 중첩되는 곳엣 데이터를 합산하는 단계, 포인트들이 중첩되지 않는 0 에서부터 데이터를 합산하는 단계, 및 데이터가 획득되지 않는 곳에서 k-스페이스 포인트를 0으로 유지하는 단계가 존재하는 것이 바람직하다. 상기 일축은 주축에 대해 약 45°이며, 상기 수직축은 주축에 대해 -45°인 것이 바람직하다.

본 발명은 MRI로 환자의 이미지를 형성하기 위해서, 컴퓨터 판독가능한 매체에 구현되는 컴퓨터 프로그램에 관한 것으로, 컴퓨터에 의해 생성된 단계를 포함하는바, 이미징 코일(14)로 RF 펄스들과 그레디언트들을 생성하는 단계를 포함한다. 또한, 이미징 코일로 하여금, 환자의 자기 공명 영상 이미지 시리즈의 k-스페이스에 정상 상태 자유 세차를 연속적으로 적용하게 하고, 그리고 상기 이미지 시리즈를 획득하게 하고, 그리고 상기 이미지 시리즈로부터 이미지들을 생성하게 하는 단계가 존재한다.

정적 자기장(static magnetic field), 이미징 그레디언트와 라디오 주파수 펄스들은 k-스페이스 데이터를 얻기 위해 방사 코일(emitting coil)(14)로 적용된다. 검출기 코일(14) 및 디지타이징 시스템은 전기적인 전압 정보를 디지털 값들로 변환한다. 이들 값들은, 심장 싸이클(cardiac cycle) 내에서의 타이밍에 관련된 정보 및 획득된 데이터에 관한 태깅 조건들과 함께 영상장치 컴퓨터 메모리 어레이 에 저장된다. 경사 세기(gradient strength)는 k-스페이스의 각 영역에 대한 데이터를 얻기 위하여 변경된다. 데이터 획득이 완료되는 때에, k-스페이스 데이터는, PRESSTO에 의해 요구되는 방식으로 정렬되며 그리고 태그 데이터의 시분해 이미지 시리즈로 프로세싱된다.

본 발명의 동작에 있어서, 라인 또는 그리드 태그 패턴이 심장의 이미지 시리즈와 같은 자기 공명 이미지 시리즈에 싸이클의 일 포인트에서 적용되며, 그리고 상기 이미지 이미지 시리즈가 획득되어, 태그 패턴 변형(deforming)을 보여준다. 라인 및 그리드 태깅(tagging)은 이전에 설명되었지만(도1), 하나의 기법과 결합하는 본 발명의 다음과 같은 여러 양상들이 존재하는바, 이는 이전의 접근법들에 비하며 새로운 능력들 및 피쳐들을 이끌어낼 수 있다. 1) 많은 수의 태그 기법들이 경사 회복 에코 이미징을 이용하여 적용되어 온 반면에, 본 발명은 정상 상태 자유 세차(SSFP) 기법에 적용가능하다. 상기 SSFP 시퀀스는 본질적으로 신호가 풍부하기 때문에, 높은 신호대잡음비(SNR)의 이미지 시리즈가 생성된다. 상기 SSFP 기법은, 고속(rapid) 에코 평면 이미징(echo planar imaging : EPI) 기법을 포함하는 경사 회복 에코(gradient recalled echo : GRE) 기법과는 근본적으로 다르다. GRE 기법에서는, 스핀 시스템의 위상은 이미징 시퀀스의 각각의 개별적인 인가의 말미에서, 디페이즈 상태(dephased condition)로 남는 것이 일반적이다. SSFP 이미징에서, 상기 스핀 시스템은, 모든 스핀들이 후속 이미지에 기여하는 것을 허용하기 위해서 리페이즈(rephase)되어야만 한다. 이러한 리페이징 제한은, 그레디언트들에 의해서 맵핑 아웃되는 누적 영역(cumulative area)이 0이 되도록 하는 것과 같은 추가적인 조건들을 그레이언트들에게 부여한다. 2) 상기 태그 패턴은 SSFP 이미징을 위해 이용되는 고유한 라디오 주파수(RF) 펄스 시퀀스를 사용하는 방식으로 적용되는바, 즉, SSFP 시퀀스를 붕괴시킬 수 있는 추가적인 RF 펄스들의 도입을 필요로 하지 않는다. 3) 특히, SSFP 이미징에 적용가능한 부분적인 에코 획득(partial echo acquisition)이 이용되는바, 이는 SWIFT에 의한 이전의 발명, 미국특허출원(출원번호 12/006,540)에 서술되어 있으며, 상기 미국출원은 본 발명에 대한 참조로서 본 명세서에 통합된다. 상기 부분적인 에코 획득은, 높은 신호대잡음비(SNR)를 갖는 데이터를 효율적으로 획득하기 위하여 태그 여기 패턴(tag excitation pattern)과 함께 사용된다. k-스페이스의 각각의 라인들이 복수개의 세그먼트들로 분할되더라도, 스캔 시간은 통상적인 스캔 시간을 초과하지 않는다. 앞서 설명한 바와 같이, SWIFT 획득기법에서는, 스파스 템포럴 샘플링(sparse temporal sampling)을 적용함으로써, 시분해(time resoved) 이미지 시리즈에 대해 용인할만한 스캔 시간이 일부 실현되었다. k-스페이스에서 신호가 좀더 넓게 분산되기 때문에, 태깅된(tagged) 이미지에는 스파스 템포럴 샘플링(sparse temporal sampling)이 적용되지 않는 것이 일반적이다. 따라서, 스캔 시간을 납득할만한 레벨(예컨대, 환자 스캔에 대해 호흡-멈춤(breath-hold) 시간 내에)로 유지하기 위해서는, 효율적인 샘플링 및 그레디언트 설계가 요구된다. 4) k-스페이스의 각 라인들을 복수개의 섹션들로 분할하는 SWIFT 특허의 일 양상은, 본 발명의 신호 포커싱(signal focusing) 특징을 활용함으로써, 높은 SNR을 갖는 데이터를 획득하는데에 이용된다. 오직 이들 영역들이 샘플링되고 있는 때에, K-스페이스의 상이한 영역들에서 SNR을 효과적으로 증가 시키기 위해서 신호 포커싱이 이용된다. 태그 적용을 3개의 상이한 동작들로 분할함으로써, 이러한 것이 달성되는바, 소정의 싸이클에 대해서 이들 중 오직 하나만이 적용된다. 45°에서 라인들을 적용하고; -45°에서 라인들을 적용하고; 그리고 그 어떤 태그 라인도 적용하지 않는다. k-스페이스의 소정의 영역에 대하여, 태그 적용 모드중 오직 하나의 모드만이 동작가능하다. 이러한 방법에 의하여, 신호는 k-스페이스 전체에 분산되지 않고, 소정 영역에 효과적으로 포커싱된다. 그리고 이들 영역들은 상기 부부적인 에코 획득을 이용하여 획득을 위해서 타겟팅된다. 또한, 태그 피쳐들을 동시에 적용하지 않기 때문에(예컨대, 다이아몬드 그리드 패턴을 부여하는 45°및 -45°의 스트라이프 패턴들), 각 태그의 코너들에서와 같이 이들이 중첩되는 곳에서 패턴을 열화시키는 것이 전형적인, 신호들 사이에서 간섭은 존재하지 않는다.

본 발명, PRESSTO는, 효과적으로 획득된 태깅(tagged) 이미지 시리즈에 대해서 높은 SNR을 얻는바, 이는 싸이클에 대하여 태그가 페이드(fade)하는 것과 같은 그리드 태깅의 대부분의 심각한 문제점들을 극복할 수 있다. 일반적으로, 태그 페이드(tag fade)는 태그 패턴에 대한 검사(examination)를 싸이클의 초기 부분으로(즉, 심장 이미징에서 심장수축(systole)까지로) 제한한다. 시간에 대한 태그 페이드는 여러가지 이유 때문이다. 1) 이미지화되는 조직(tissue) 고유의 스핀 이완 특성(T1 이완 : T1 relaxation). 2) 태그 피쳐(tag feature)들이 서로 간섭하는 정도. 3) 스캔 고유의 SNR, 더 높은 SNR 데이터 세트들이 더 낮은 태그 페이드에 관련된다(즉, 태그들은 더 높은 SNR을 갖는 스캔의 싸이클에서 더 잘 식별될 수 있 다).

조직(tissue)의 T1 이완은 근본적인 제한으로서, T1은 긴 것이 바람직하다. 그리고 조영제(contrast agent)를 투입함으로써 T1이 감소될 수는 있는 반면에, T1을 늘리는 것은 일반적으로 용이하지 않다(메인 자기장 세기를 증가시키지 않고서). 하지만, 상업적인 스캐너에서 이용되는 통상적인 자기장 세기(예컨대, 1.5T 내지 3T)에서, 근육의 T1은 심장 싸이클의 심장확장기 부분(diastolic portion of the cardiac cycle)에서 양호한 태그 지속(good tag persistence)을 제공하기에 충분한 것이 일반적이며, 그리고 중요한 태그 페이드 문제점들은 시퀀스 종속 양상들(sequence dependant aspect)에 관한 것이다. 태그 피쳐들 간의 간섭이 태그 페이드의 주요한 원인이다. 개별적인 획득들을 통해서 각각의 태그 스트라이프 패턴을 얻어내고 따라서 수행되는 스캔의 개수를 증가시킴으로써, 이러한 문제점들이 종종 해결되고 있다. 본 발명에서는, 3개의 개별적인 태그 피쳐들이 식별되며, 이들 중 오직 하나만이 소정의 싸이클 동안에 인가된다. 따라서, 이들 피쳐들 사이에서는 그 어떤 상호작용도 가능하지 않다. 양호한 SNR을 제공할 수 있는 본 발명의 양상은 여러 피쳐들과 관련되어 있는바, 이들 피쳐들은 신호가 풍부한 SSFP 시퀀스를 이용한다는 점, 태그 패턴을 k-스페이스의 개별 영역들로 분할함으로써 획득되는 신호 포커싱(signal focusing), 및 통상적인 태그 획득법들에 비해 더 양호한 "기본(basis)" 이미지(k-스페이스의 중앙 영역에 대응하는)를 제공할 수 있다는 점 등을 포함한다.

본 발명은 다음과 같은 동작들의 세트를 포함한다.

태그 생성(Tag Generation)

SSFP 이미징에서, 핵심적인 사항들은 RF 펄스 트레인을 중단되지않게 유지하는 것 즉, 주 자기장에서의 불균등성(inhomogeneity)의 결과인 위상 분산(phase dispersion)으로 인한 신호 혼란을 회피하기 위하여 시퀀스의 충만 시간(repletion time : TR)을 짧게 유지(예컨대, 4ms로)하는 것과, 그리고 적용된 임의의 그레디언트 영역들(gradient areas)을 각각의 TR 기간에 대해서 0으로 균형잡는 것이다. PRESSTO 에서는, TR 기간에 대해서 비-제로 영역(non-zero area)을 유발하는 그레디언트 파형을 이용함으로써, 45°및 -45°태그 패턴들이 적용된다(도2). 이에 의하면, 인가된 그레디언트에 수직한 스핀들은, 주기적으로 0도를 통과하는 싸인파 위상 분포(sinusoidal distribution of phase)를 경험하게 될 것이다. SSFP 시퀀스의 다음 RF 펄스에서는, 0 위상에 가까운 스핀들만이 후속 에코 신호들에 기여하게 될 것이다. 따라서, 하나의 TR 기간에 대해서 이러한 비-제로 그레디언트를 적용함으로써, SSFP 신호를 이용하여 획득된 후속 이미지들 동안에 획득된 데이터에 하나의 스트라이프 태그 패턴이 나타나게 될 것이다. SSFP 이미징에 이용되는 RF 펄스 각도가 일반적으로 45°내지 60°범위에 있으므로, 기여하지 않는 스핀들(non-contributing spins)만이, 상기 각도로 횡단면(transverse plane)을 향해서 기울어졌을 것이다(tipped). 이상적으로는, 스핀은 90°로 기울어져야 한다(즉, 횡단면 안으로). 이것에 더 가깝게 접근시키기 위하여 조건들을 조정하기 위해서, 연속적인 제 2 또는 제 3 TR 기간에서 상기 태그 생성 그레디언트를 반복함으로써, 전술한 스트라이프 태그 생성 절차가 강화될 수 있다. 태그 생성 그레디언트의 방향을 변경함으로써, 주기적인 스트라이프 패턴의 방향이 변경될 수 있다. PRESSTO 에서는, 최종 그리드 패턴에 기여하는 3개의 패턴들이 존재한다. 1) 45°스트라이프(도2). 2) -45°스트라이프(도3). 그리고 3) 비태그화된(untagged) "기본(basis)" 이미지(도4). PRESSTO에서는, 이들 구별되는 패턴들 중에서 오직 하나만이, 소정의 싸이클 기간 동안에 적용된다(도5). 기본적으로, 상기 3개의 특징적인 패턴들은 k-스페이스의 서로다른 3개의 영역들에 신호를 생성한다. 1) 45°스트라이프들은, 45°축을 따라 주기적으로 배치된 일련의 "위성(satellite)" 신호 집단(signal concentration)을 생성한다(도3). 2) -45°스트라이프들은, -45°축을 따라 주기적으로 배치된 일련의 "위성(satellite)" 신호 집단(signal concentration)을 생성한다(도3). 그리고 3) 비태그화된 기본 이미지(untagged basis image)는, k-스페이스의 중앙에 위치한 신호 집단을 생성한다. 이들 패턴들 중에서 오직 하나만을 소정의 싸이클에서 적용함으로써, 모든 k-스페이스 신호들이 이들 영역들로 각각 포커싱되며, 따라서 본 발명의 신호 포커싱 양상을 만들어낼 수 있다. 중앙의 기본 이미지는 베이스라인 이미지를 형성하는바, 베이스라인 이미지 상에는 상기 위성 태그 신호가 작용한다. 즉, k-스페이스의 중앙 영역은 태그 정보가 없는 이미지를 형성하며, 그리고 k-스페이스에 위성 태그 신호들이 나타나는 때에, 이들은 상기 기본 이미지 상에 스트라이프 패턴을 효율적으로 부과(impose)한다. 2세트의 직교 스트라이프들이 적용되는 통상적인 그리드 태깅(grid tagging)에서는, 기본 이미지를 위해 이용가능한 신호는 상대적으로 낮은 SNR 성질을 갖는다. PRESSTO에서 기본 이미지는, 그 어떤 태그도 적용되어 있지 않은 k-스페이스 데이터로 구성되어 있으 며, 결과적으로 작용할 태그 데이터에 대해서 개선된 이미지를 제공할 수 있다.

신호 획득(Signal Acquisition)

PRESSTO에서는 k-스페이스의 3개의 특징적인 영역들에 대해서 신호 획득이 수행된다. 1) 초기 에코 세그먼트(early echo segment) 2) 후기(late) 에코 세그먼트 그리고 3) 중기(mid) 에코 세그먼트(도6). 이는 SWIFT 발명에서 설명된 방식과 유사하다. PRESSTO에서 주요한 차이점은, SWIFT에 비하여 초기 및 후기 에코 세그먼트들이 신호 에코중에서 더 큰 비율을 차지하고 있다는 점이다. PRESSTO에서는, 초기 및 후기 에코 세그먼트들이 25% 대신에 대략 40% 정도를 차지할 것이다. SWIFT 에서와 같이, 2개의 에코 세그먼트들이 각각의 TR 기간 동안에 판독(read-out)된다. 또한, PRESSTO에서는, 중기 섹션은 약 40%(SWIFT에서 이용되었던 50% 대신에)를 차지한다. 이에 대해서는 미국특허출원(출원번호 12/006,540)에 개시되어 있으며, 상기 미국특허출원은 본 발명에 대한 참조로서 본 명세서에 통합된다. 또한, PRESSTO에서는 TR 기간당 2개의 중기 에코 세그먼트들이 판독되며, 반면에 SWIFT에서는 오직 하나만이 판독된다. PRESSTO에서, 이들 3개의 상이한 에코 세그먼트 판독들은, 태그 데이터를 판독하기 위하여 다음과 같이 효율적으로 이용된다. 1) 45°스트라이프 패턴이 적용되는 경우, k-스페이스의 중앙 영역을 샘플링함이 없이 대각선적으로 집중된 신호 영역들을 샘플링하도록, 대각선적으로 대향되는 k-스페이스의 영역들에 있는 초기 및 후기 에코 세그먼트들이 샘플링된다(도7). 만일, k-스페이스의 하나의 라인에 대응하는 풀(full) 에코 신호를 판독하기 위해 통상적인 획득법이 이용된다면, TR 당 오직 하나의 라인만이 획득가능할 것이다. PRESSTO에서는, 데이터 샘플링이 일어나는 각각의 사분면(quadrant)이, 그 사분면에 있는 라인들의 40%에 대해서 샘플링된다. 따라서, 통상적으로는, 타겟팅된 2개의 사분면들의 40%에 대한 획득은, 통상적인 스캔 시간의 80%를 차지하게 될 것이다. 이 시점에서 스캔이 완료된 것이 아니기 때문에, 최종 스캔은 통상적인 스캔 시간의 약 200% 를 차지하게 될 것이다. 초기, 후기 및 중기 에코 세그먼트들을 획득하는데 이용되는 3개의 구별되는 리드-그레디언트(read-gradient) 파형들이 도8에 도시되어 있다. PRESSTO에서, 이들 그레디언트 파형들은, TR 기간당 2개의 라인 세그먼트들이 획득되는 것을 허용하며, 따라서 이들 2개의 사분면들에 대한 획득은, 80% 대신에, 통상적인 스캔 시간의 40%만을 차지한다. 2) -45°스트라이프 패턴이 적용되는 경우, k-스페이스의 중앙 영역을 샘플링함이 없이 대각선적으로 집중된 신호 영역들을 샘플링하도록, 대각선적으로 대향되는 k-스페이스의 영역들에 있는 초기 및 후기 에코 세그먼트들이 샘플링된다(도7). 45°패턴과 유사하게, 상보적인 사분면들에서, 상기 태그 신호에 대한 획득은 통상적인 스캔 시간의 40%을 차지한다. 3) PRESSTO에서 샘플링될 세번째 영역은 비태그화된 이미지에 관련된다. 일반적으로, 상기 영역은, 스트라이프 또는 그리드 태그와의 상호작용때문에, 매우 심하게 생략된 신호(dramatically truncated signal)를 포함한다. 이것은 k-스페이스의 중앙에 위치하며, 그리고 라인 또는 그리드 태그 시리즈를 따라 획득되는 것이 전형적이다. PRESSTO에서 상기 중앙 영역은 개별적으로 취급 및 획득된다. 상기 중앙 영역은, 중기 에코 판독 획득(middle echo read out acquisition)을 이용하여 획득되며, 그리고 상기 영역을 획득하는 경우, 그 어떤 태그 데이터도 적용되지 않 는다. 사실상(effectively), 상기 중기 섹션은 통상적인, 비태그화된(non-tagged) 데이터 세트이다. PRESSTO에서는, k-스페이스 라인 숫자의 약 40%에 대해서 상기 영역이 샘플링된다. 일반적으로, 이 정도까지의 샘플링은 풀(full) 획득의 40%를 점유할 것이다. PRESSTO에서는, TR 기간당 2개의 라인 세그먼트들이 획득되기 때문에, 상기 획득은 통상적인 스캔 획득의 오직 20%만을 차지한다(도8). 따라서, PRESSTO에서, k-스페이스의 타겟팅된 모든 영역들을 획득하기 위한 순수 시간(net time)은, 통상적인 스캔과 동일한 시간이 될 것이다(즉, 100%). 또한, SSFP 이미징 시퀀스들은 오프-레조넌스 효과(off-resonance effect)에 매우 민감한바, 실제적으로 이는 상기 효과를 최소화하기 위하여 짧은 TR을 요구한다. 각각의 에코에 대한 획득을 세그먼트들로 분할함으로써, 순수 TR이 통상적인 풀 에코 스캔에 비하여, 적어도 10%만큼 감소된다. 여기에 예시된 일례에서 통상적인 TR은 4ms가 될 것이며, 그리고 PRESSTO 스캔에 대한 TR은 3.6ms가 된다. 이와같이 TR이 소량 감소하더라도, 최종적인 이미지에 대해서는 상당한 정도의 개선된 효과를 가지게 된다.

신호 조합 및 처리(Signal Combination and Processing))

PRESSTO에서, k-스페이스의 몇몇 영역들은 샘플링되지 않은 채로 남아있으며, 몇몇 영역들은 2번(twice) 샘플링된다. 각각의 영역에 대한 데이터가 획득되며 그리고 이미징 시스템 컴퓨터(12) 내의 중간(intermediate) 데이터 어레이에 저장된다. 획득 완료 이후에, 복합(composite) k-스페이스 매트릭스가 다음과 같이 구성된다. 각각의 프레임에 대해서, 각각의 엘리먼트에 0(zero)이 입력된 공칭(nominal) 스캔 사이즈(예컨대, 256×256)에 사이즈가 매칭된 매트릭스에서 시작 하여, k-스페이스의 각 영역에 대응하는 데이터가 대응 엘리먼트에 더해진다. 오직 하나의 샘플링 포인트가 발생하는 곳에서는, 상기 데이터는 존재하는 유일한 값이다. 데이터 샘플링이 일어나지 않는 곳에서넌, 이들 값들은 0 레벨로 남아있는다. 2개의 영역들(예컨대, 중앙 및 각각의 태그-정의 세그먼트) 사이에서 데이터가 중첩되는 곳에서는, 상기 데이터가 더해지며, 평균화되지 않는다. 시리즈의 각 프레임에 대해서 2D 프리에 변환(2D Fourier Transform)을 수행함으로써, 이미지들이 생성된다. 샘플링된 영역의 에지들에서, k-스페이스의 중앙 영역이 높은 신호(high signal)를 갖는 것도 가능하다. 이러한 경우, 상기 데이터는 최종 이미지에서 Gibbs 링잉 아티팩트(Gibbs ringing artifacts)를 생성할 수도 있다. 이를 경감하기 위하여, 필터가 적용되어 샘플링된 영역의 에지들쪽으로 상기 신호를 점진적으로 절단(truncate)할 수 있다. 이는, k-스페이스 영역의 중앙으로부터 형성된 베이스라인 이미지를 약간 흐릿하게(blur) 할 수 있으며, 그리고 링잉 아티팩트를 제거한다.

도1a 내지 도1d에는, 2가지 경우들에 대해서 k-스페이스(도1a 및 도1b)와 해당 태그 패턴들(도1c 및 도1d)이 도시되어 있다. 도1a는 이미지 축에 대해 45°에서(도1c) 2세트의 태그 라인들에 대한 상태들(conditions)을 나타내며, 도1b는 이미지 축에 대해 -45°에서(도1d) 2세트의 태그 라인들에 대한 상태들(conditions)을 나타낸다. k-스페이스 표현에서, 중앙의 솔리드 서클(solid circle)은 k-스페이스의 중앙 영역을 나타내며, 솔리드 그레이 서클들(solid gray circles)은 솔리드 태그 라인들에 대응하는 신호 "위성(satellite)" 영역들이며, 그리고 해칭된 서클 들(hatched circles)은 점선 태그 라인에 대응하는 신호 "위성(satellite)" 영역들이다. 태그 라인 밀도의 세부사항들에 의존하여, 적어도 하나, 전형적으로는 위성 k-스페이스 신호들의 여러개의 집단들(concentrations)이 각각의 축을 따라 나타난다. 태그-정의 오프-센터 신호 집단들(tag-defining off-center signal concentrations)(즉, "위성들")은, k-스페이스 표현들에서 도시된 그레이 라인들을 따라 분포된다.

도2에서, PRESSTO에서 이용되는 태그 및 이미징 그레디언트들이 도시된다. 최상부 패널은 RF 펄스들을 나타내며, 이는 시퀀스의 TR에 대응하는 정규 간격들(regular interval)에서 적용된다. 45°및 -45°태그 그레디언트들이 아래쪽 2개의 패널들에 도시되는바, 이는 측정 및 위상 인코딩 그레디언트들을 각각 나타낸다. 솔리드 라인으로 표시되는 그레디언트들에 의해서 45°태그들이 적용되며, 그리고 대시 라인(dashed lines)으로 표시되는 그레디언트들에 의해서 -45°태그들이 적용된다. 이미징 그레디언트들(Image Grad)은 상기 태그 생성 그레디언트들과는 상이하며, 각각의 연속적인 TR 기간 동안에 모션 싸이클(예컨대, 심장 주기)에 걸쳐 적용된다. 이미징 그레디언트들에 대한 세부 내용은 도8을 참조하여 설명된다.

도3a 내지 도3d에는, 2가지 경우에 대해서, k-스페이스 신호 패턴(도3a 및 도3b)과 대응 이미지 태그 패턴(도3c 및 도3d)이 도시되어 있다. 도3a 및 도3c는, 이미지 축에 대해 -45°에서 2세트의 태그 라인들에 대한 상태들(conditions)을 나타내며, 도3b 및 도3d는, 이미지 축에 대해 45°에서 2세트의 태그 라인들에 대한 상태들(conditions)을 나타낸다. k-스페이스 표현에서, 중앙의 솔리드 서클(solid circle)은 k-스페이스의 중앙 영역을 나타낸다. 솔리드 그레이 서클들(solid gray circles)은 솔리드 태그 라인들에 대응하는 상기 신호 영역들이다. 즉, 이들이 중앙 신호를 궤도선회(orbit)하기 때문에 태그-정의 "위성(satellite)" 신호라고 지칭되는 신호 영역들이다. 직교하는 2개의 태그 패턴들이 동시에 적용되었던 도1a 내지 도1d의 일례와 비교하면, 여기에서의 신호는, 오직 중심과 하나의 대각선 축 사이에서만 분포된다(2개의 대각선 축들 사이에서 분포되는 대신에). 이러한 점은 PRESSTO에 의해 얻을 수 있는 신호 포커싱 양상을 나타낸다. 즉, 2개의 태그 축들에 대해서 신호를 흩뿌리지 않음으로써, 상기 태그 신호 위성들은, 직접적으로 적용된 그리드 태그에 비하여 신호대잡음비(SNR)를 증가시켰다. 상기 중앙 신호는 태그 패턴을 정의하는데에 기여하지 않는다는 점을 유의해야 한다. 대신에, k-스페이스의 중앙 영역은, 소위 "기본 이미지(basis image)"를 정의한다. 즉, 다른 점에서 보면 정상(normal) 이미지를 닮은, 태그 패턴이 없는 이미지를 정의한다. PRESSTO에서, 상기 중앙 영역은 태그들이 적용되지 않은 때에, 획득을 위해서 타겟팅되는바, 이는 도4a 내지 도4d에 도시된 바와 같다.

도4a 내지 도4d에는 2가지 경우에 대해서, 중앙 k-스페이스 신호(도4a 및 도4b)와 대응 이미지(도4c 및 도4d)가 도시되어 있다. 도4a와 도4c는 태그들이 적용되지 않은 것이고, 도4b와 도4d는 태그들이 적용된 것이다. 태그 패턴이 적용된 도4b와 도4d에서, k-스페이스에서 상기 "위성" 태그-정의 신호들은 제거되었으며, 오직 중앙 k-스페이스 신호만이 남는다. 태그들이 적용되지 않는 경우(도4a 및 도4c), 그 어떤 신호도 k-스페이스의 위성 신호들에 분포되지 않으며, 그리고 결과적 으로 상기 중앙 k-스페이스 영역은 태그들이 적용되는 경우(도4b 및 도4d)보다 더 높은 SNR을 가지며, 그리고 몇몇 신호가 태그-정의 위성들에 분포된다. 중앙 k-스페이스 신호들을 프리에 변환함으로써 형성되는 해당 이미지들은, 탑 패널에서 뚜렷한 경계선들(distinct boundary lines)에 의해 나타나는 바와같이 비-태그(no-tag) 세트에 대해서 샤프 디테일(sharp detail)을 나타내던가 또는 아래쪽 패널에서 두꺼운 회색 경계선들에 의해서 나타나는 바와같이 태그 세트에 대해서 로우 디테일(low detail)을 나타낸다. 상기 이미지 표현들 둘다는, 태그 스트라이프들 또는 그리드들이 적용되었다는 증거를 갖지 못함을 유의해야 한다.

이제 도5를 참조하면, 심장 이미징(cardiac imaging)에 대해서, PRESSTO 시퀀스의 적용이 ECG 싸이클에 동기화된다. 이러한 일례에서는, 45°태그 패턴이 첫번째 싸이클의 시작에서 적용되며, R 파(R wave)의 검출이 뒤따르며, 그리고 개별적인 심장 위상들(cardiac phases)(상기 일례에서는 6)에 대응하는 데이터가 검출된다. 두번째 심장 싸이클(cardiac cycle)에서는, -45°태그 패턴이 적용되며, 그리고 개별적인 심장 위상들에 대한 데이터가 획득된다. 세번째 심장 싸이클에서는 비 태그(no tag) 데이터가 적용되며, 그리고 k-스페이스의 중앙 영역에 대응하는 데이터가 획득된다. 이러한 것은, 모션 싸이클(상기 일례에서는 심장 싸이클) 하나당 오직 하나의 특징적인 태그 또는 비-태그 패턴만이 적용되는 본 발명의 원리를 보여준다. 통상적으로, k-스페이스 세그먼트 각각을 샘플링하기에 충분한 데이터를 얻기 위해서는, 획득을 완료하기 위해서 복수회의 싸이클들을 요구할 것이다.

도6a와 도6b에는 PRESSTO의 에코 분할 양상이 예시되어 있다. 도6a에는, 통 상적인 k-스페이스 매트릭스가 도시되어 있는바, 여기에서는 k-스페이스의 각 라인들이 하나의 에코 신호로서 획득된다. PRESSTO에서는, 각각의 라인이 3개의 에코 세그먼트들로 분할된다. 상기 일례에서, 도6b의 상기 "초기(도트 라인)" 및 "후기(대시 라인)" 세그먼트들 각각은 라인의 40%를 점유하며, "중기(솔리드 라인)" 섹션은 라인의 40%를 점유한다. 상기 초기 및 중기 섹션과 후기 및 중기 섹션이 서로 중첩되기 때문에, 이를 나타내기 위해서 상기 중기 섹션이 약간 어긋나게 도시되어 있긴 하지만, 실제로는 해당 초기, 중기, 및 후기 에코 섹션들은 동일한 라인에 대해서 얻어진다.

도7a와 도7b에는, PRESSTO에 대해서 대각선 태그들을 이용하는, k-스페이스의 신호 샘플링 범위(signal sampling extent of k-space)가 도7a에 도시되어 있으며, k-스페이스 신호 패턴이 도7b에 도시되어 있다. k-스페이스 샘플링 체계에서, 솔리드 그레이 영역들은, 일 세트의 대각선 태그 정의 신호들(k-스페이스 표현에서 솔리드 그레이 서클들)에 관련된 초기 및 후기 에코 세그먼트들을 나타낸다. 상기 샘플링 체계에서, 해칭된 영역들은, 제 2 세트의 대각선 태그 정의 신호들(k-스페이스 표현에서 해칭된 서클들)에 관련된 초기 및 후기 에코 세그먼트들을 나타낸다. 중앙 영역에 대한 샘플링은 중간(mid) 에코 획득 그레디언트들을 이용하여 수행되는바, 이는 그 어떤 태그 패턴도 적용되지 않은 중앙 영역을 샘플링하기 위해 적용된다.

도8에는 PRESSTO 이미징을 위해 이용되는 그레디언트 파형들이 도시되어 있다. 최상위 패널은 중기 섹션에 대한 측정 그레디언트(measurement gradient)를 도 시하는바, 여기서, 두꺼운 그레이 라인은 데이터가 샘플링되는 때를 나타낸다. 중간 패널은 초기 에코 세그먼트에 대한 측정 그레디언트(measurement gradient)를 나타내며, 여기서 두꺼운 그레이 라인은 데이터가 샘플링되는 때를 나타낸다. 그리고 후기 에코 측정 그레디언트는 도시되어 있지 않는데, 후기 에코 측정 그레디언트는 그레디언트 극성들이 반대로 되어 있다는 점을 제외하면 초기 에코 세그먼트와 유사하다. 마지막 패널은 최대 위상 인코딩 라인에 해당하는 위상에서 도시된, 위상 인코딩 그레디언트(phase encoding gradient)를 나타낸다. 수직 대시(vertical dashed) 라인은, 위상 인코딩 그레디언트가 적용되지 않은 기간에 데이터 샘플링이 완수되는 것을 나타낸다.

도9는 PRESSTO 태그 이미징 시퀀스를 적용하는 방식에 대한 블록도이다. PRESSTO 체계는 자기 공명 이미징 스캐너 상에서 구현된다.

도10은 통상적인 접근법(위쪽 패널) 및 Common k-스페이스 접근법(아래쪽 패널)에 대한 통상적인 그레디언트 에코 기반 태깅의 k-스페이스 피쳐들을 나타낸다. 상기 Common k-스페이스 접근법은 PRESSTO와 유사하다. 통상적인 k-스페이스 표현에서는, 간섭하는 크로스-텀(cross-terms)들이 생성되지만(원형), 상기 Common k-스페이스 데이터에는 존재하지 않는다. 수평 스트라이프들(사각형) 및 수직 스트라이프들(다이아몬드)의 생성을 책임지는 대표적인 기본 태그 신호들이 각각의 세트에 도시되어 있다.

도11은 통상적인 접근법(위쪽 패널) 및 Common k-스페이스 접근법(아래쪽 패널)에 대한 통상적인 그레디언트 에코 기반 태깅의 이미지 피쳐들을 도시한 것이 다. 왼쪽 프레임들은 심장 수축 말기의 이미지들(end-systolic images)이며, 오른쪽 프레임들은 심장 확장 말기의 이미지들(end-diastolic images)이다. 통상적인 이미지들에서는, 낮은 콘트라스트-대-잡음 비율(CNR)과 좀더 빠른 태그 페이드(특히, 심장 확장 말기의 프레임에서)가 있었음을 유의해야 한다. Common k-스페이스 이미지들에서는, 그리드 태그들을 정의하는 라인들이 좀더 샤프해졌으며, 그리고 심장 확장 말기에서 그리드 태그들이 높은 콘트라스트를 갖음을 유의해야 한다.

도9를 참조하여, PRESSTO의 동작 모드가 설명된다. 자기 공명 이미징(MRI) 스캐너를 이용하여, 정상-상태-자유-세차(SSFP) 이미징 시퀀스를 실행한다. 상기 SSFP 이미징 시퀀스는 심전도(ECG) r 파에 트리거링되는바, 따라서 다수의 연속적인 심장 싸이클들에 대해서 획득되는 데이터와 함께, 일련의 k-스페이스 데이터 세트들에 대한 데이터가 심장 싸이클에 대해 시분해(time resolve)되는 방식으로 획득된다. PRESSTO에서는, 각각의 심장 싸이클 동안에 3개의 패턴들 중 하나가 적용되며, 그 즉시 ECG 트리거의 검출이 후속되며, 각각이 MRI 신호의 상이한 준비 모드(different mode of preparation of the MRI signal)를 완료한다. 3개의 신호 준비 옵션들(signal preparation options)은 다음과 같다. 1) 일 축을 따라 일련의 스트라이프들을 적용한다(예컨대, 메인 축에 대해서 45 각도로). 2) 직교 축을 따라 일련의 스트라이프들을 적용한다(예컨대, 메인 축에 대해서 -45 각도로). 3) 비 태그 패턴 즉, "널(null)" 패턴이 적용된다. 하나의 반복 기간(repetition period)(TR 인터벌)에 대한 SSFP 이미징 시퀀스의 "리드(read)" 및 "위상 인코드(phase encode)" 이미징 그레디언트를 비-제로 영역(non-zero area)을 갖는 그레 디언트 파형으로 교체함으로써, 스트라이프 태그 패턴이 적용된다. 그레디언트의 방향은, 원하는 태그 스트라이프 방향에 수직하게 적용된다. 비-제로 영역을 갖는 그레디언트를 적용함으로써, 인체의 스핀(spins of body)은 그레디언트의 방향에 수직한 주기적인 위상 시프트(cyclic phase shift)를 주기적으로 경험하게 된다. 정규 SSFP 시퀀스의 다음번 RF 펄스를 적용하는 때에, 이러한 주기적인 위상 시프트는, 상기 RF 펄스와의 동위상 조건(in-phase conditions)에 근접한 스핀들(spins)만이 후속 신호에 기여하게 한다. 따라서, 일련의 병렬 라인들(즉, 스트라이프 태그 패턴)에 있는 스핀들(spins)만이, 스트라이프 태그 패턴의 적용 직후의 심장 싸이클에 기여하게 될 것이다. 스트라이프 태그 패턴이 적용되지 않는 경우에는, 영상화된 평면에 있는 모든 스핀이 SSFP 신호에 기여하도록, 0으로 균형잡힌 영역을 갖는 그레디언트가 적용된다.

PRESSTO에서는 소정의 심장 싸이클 동안에, 상기 3개의 신호 준비 패턴들 중 오직 하나만이 적용된다. 3개의 신호 준비 패턴들 각각은, 구별 및 예측가능한 k-스페이스 영역들에 신호를 기본적으로 생성한다. 스트라이프 태그 패턴 각각은, k-스페이스의 대각선으로 대향하는 2개의 사분면들에 주로 데이터를 생성하는 반면에, 비-태그 패턴은 k-스페이스의 중앙에 위치한 데이터를 주로 생성한다. PRESSTO에서는, 효율적인 데이터 수집(collection)을 위해서 k-스페이스의 이들 영역들이 타겟팅되는바, 데이터가 집중되는 특정 영역상에 수집(collection)을 포커싱함으로써 타겟팅된다. PRESSTO에서는, 각각 TR 기간 동안에 k-스페이스의 일부 라인들만이 판독되며, 그리고 이러한 시간 절약 접근법에 의해서, 제2의 일부 k-스페이스 라인 세그먼트가 동일한 TR 기간 동안에 판독될 수 있다. 이러한 양상은 PRESSTO를 시간 효율적으로 만드는바, 이는 TR 기간 당, 2개까지인 부분적인 k-스페이스 라인들이 획득되기 때문이다. k-스페이스의 어떤 영역이 획득될 것인가에 따라(신호 준비 절차와 결합하여), 신호 판독 및 위상 인코딩을 위한 그레디언트들이 적절히 조정된다. 따라서, 각각의 심장 싸이클 동안에, 그레디언트 파형이 적용되는바, 이는 다른 심장 싸이클들 동안에 적용되는 파형과는 명확히 다를 수도 있다. 이러한 것은 SSFP 신호에 해로운 영향을 끼치지 않는데, 이는 모든 이미징 그레디언트들이 각각의 TR 기간 동안에 0 으로 균형잡혀서, SSFP 신호의 유지(maintenance)를 보장하기 때문이다. k-스페이스의 개별적인 3개의 영역들이 샘플링되며 그리고 "초기(early)", "후기(late)" 및 "중기(middle)" 로 지칭된다. 이들 용어들은, k-스페이스의 통상적인 완전한 라인을 참조한 것이다. 상기 "초기" 및 "후기" 세그먼트들은, k-스페이스의 중심에 대해 대칭적이며, 그리고 전체 k-스페이스 라인의 대략 40%를 점유한다. 이들은, 외부 k-스페이스 에지로부터 에코 피크(echo peak)쪽으로 그리고 상기 에코 피크 이후에는 반대편 외부 k-스페이스 에지쪽으로 각각 확장하는 k-스페이스 섹션들에 대응한다. 상기 "중기" 섹션은 에코 피크를 중심으로 대칭적으로 위치한 k-스페이스 라인의 대략 40%에 해당한다.

PRESSTO에서 얻어지는 타겟팅된 3개의 k-스페이스 영역들은, 중첩 방식으로 획득되는 몇몇 영역들 및 데이터가 획득되지 않는 몇몇 영역들과 함께, 사각형 k-스페이스 매트릭스에 대한 거의 완전한 커버(coverage)를 제공한다. PRESSTO에서는, 이것이 용이해지는바 즉, 초기에 모든 k-스페이스 포인트들을 0으로 세팅하고 그리고 연속해서, 획득된 각각의 k-스페이스 영역에 대해서 합산 동작을 이용하여 데이터를 더함으로써(즉, 포인트들이 중첩되는 곳에서는 데이터가 합산되고, 데이터가 오직 한번만 획득되는 곳에서는 0으로 초기화된 값들에 합산 동작에 의해 데이터가 더해지고, 데이터가 획득되지 않는 곳에서는 상기 값은 0으로 남아있음), 용이해진다. 이러한 방식으로 일련의 k-스페이스 데이터 세트들을 어셈블링한 이후에, 프리에 변환을 수행하는 통상적인 단계에 의해서 이미지들이 생성되며, 그리고 각각의 k-스페이스 세트에 대한 데이터 구조(data organization)에 관련되며, 심장 싸이클 전체에 대해 시분해된다.

Commom k-스페이스 태깅 기법은 PRESSTO와 공유되는 몇몇 피쳐들을 갖는다. 도10에는 통상적인 기법 대 Common k-스페이스 태깅 기법에 대한 k-스페이스 패턴들이 도시되어 있다. 이 경우, 상기 태그 라인들은 일세트의 수직 및 수평 스트라이프들에 대응한다. 통상적인 데이터 세트에서는, 선명한 크로스-텀(cross-terms)들이 보이고 있는데, 이것들은 k-스페이스의 주요한(primary) 영역에 있는 신호를 손상시킨다. 도11의 대응 심장 이미지들에는, 통상적인 기법과 Common k-스페이스 기법에 대한 심장 수축 말기(end systolic) 프레임 및 심장 확장 말기(end diastolic) 프레임이 도시되어 있다. Common k-스페이스 이미지들에서는, 심장 수축 말기(end systolic)에서 특히, 심장 확장 말기(end diastolic)에서, 통상적인 이미지들에 비하여 태그 CNR이 양호하다는 것을 명확히 알 수 있다.

본 명세서에서 설명된 PRESSTO를 적용하는 일례에서는, 대각선 다이아몬드 태그 패턴이 사용되었다. 수직 및 수평 태그들(박스-그리드 태그)과 같은 또 다른 패턴을 이용하는 것도 가능하며, 추가적인 형상을 만들어내기 위하여 추가적인 태그 스트라이프 방향들을 도입하는 것도 가능하다. 전술한 바와같이, 태그 패턴의 각 구성요소(component)는 별도로 적용되며 그리고 지배적인 신호 기여(dominant signal contribution)로 영역들을 획득하는데에 PRESSTO가 이용된다. 만일 3세트의 스트라이프들이 적용된다면, 스캔 시간이 증가되어 통상적인 스캔(다른 모든 파라미터들은 상수로 남아있음)의 스캔 시간을 넘어설 것이다.

전술한 바와같이, 이전 기법들에서 볼 수 있었던 PRESSTO의 요소(elements)들이 존재한다. 2개의 고유한 피쳐들이 있는바, 이들은 다음과 같은 것들로, 그 어떤 기술에서도 이전에는 이용되지 않았던 것으로 여겨진다. 1) RF 펄스들의 정규 SSFP 적용을 혼람시킴이 없이 태그 스트라이프 패턴을 적용하는 방법. 2) 그 어떤 태그도 적용함이 없이 k-스페이스의 중앙 영역을 타겟팅하는 특성. 부분 에코 판독과 같은 PRESSTO의 다른 특성들 및 싸이클당 오직 일세트의 태그 스트라이프 패턴들만을 적용하는 것은, Common k-스페이스 및 FastHARP에서 이전에 이용되었었다. 하지만, 이들 2개의 기법들은 경사 회복 에코(GRE) 이미징 시퀀스 상에 변화들(variants)을 배타적으로 적용한 것이며, 반면에 PRESSTO는 SSFP 이미징 시퀀스를 채용한다.

GRE 기법에 대비되는 PRESSTO의 중요한 장점들은, SSFP 이미징 시퀀스의 사용으로 인하여 높은 SNR이 PRESSTO에서 얻어진다는 것이다. SSFP를 이용하는 기존의 태깅 기법과 비교하면, PRESSTO는 SSFP 이미징에서 이용되는 RF 펄스의 정규 트레인을 혼란시키지 않는 방식으로 태그들을 도입한다. 이러한 점은, 신호가 정상- 상태(steady-state)를 재구축하는 동안에 추가 아티팩트들이 생성되지 않는다라는 장점을 갖는다. k-스페이스의 타겟팅된 영역들을 획득하는 FastHARP 기법과 비교하면, PRESSTO는 다수의 신호 위성들을 획득한다라는 장점을 갖는바, 즉 태그들이 더 잘 정의된다.

비록, 예시를 위한 목적으로 전술한 실시예들에서 본 발명이 상세히 설명되었지만, 이러한 상세 내용은 전적으로 예시를 위한 것일 뿐이라는 점을 유의해야 하며, 본 발명의 사상이나 범위를 벗어남이 없이도 당업자에 의해 다양한 변형예들이 만들어질 수도 있음을 유의해야 한다.

첨부된 도면들에서, 본 발명의 바람직한 실시예와 본 발명을 수행하는 바람직한 방법들이 예시된다.

도1a 내지 도1d에는, 2가지 경우에 대해서 k-스페이스(도1a 및 도1b)와 대응 태그 패턴들(도1c 및 도1d)이 도시되어 있다. 도1a는 이미지 축에 대해 45°(도1c)에서 2 세트의 태그라인들에 대한 상태들(conditions)을 나타내며, 그리고 도1b는 이미지 축에 대해 90°(도1d)에서 2 세트의 태그라인들에 대한 상태들(conditions)을 나타낸다.

도2에는 PRESSTO에서 이용되는 태그 및 이미징 그레디언트가 도시되어 있다. 상부 패널은, 시퀀스의 TR에 대응하는 정규 인터벌에서 적용되는 RF 펄스들을 나타낸다.

도3a 내지 도3d에는, 2가지 경우에 대해서 k-스페이스(도3a 및 도3b)와 대응 태그 패턴들(도3c 및 도3d)이 도시되어 있다. 도3a와 도3c는 이미지 축에 대해 -45°에서 2 세트의 태그라인들에 대한 상태들(conditions)을 나타내며, 그리고 도3b와 도3d는 이미지 축에 대해 45°에서 2 세트의 태그라인들에 대한 상태들(conditions)을 나타낸다.

도4a 내지 도4d에는, 2가지 경우에 대해서 중앙 k-스페이스 신호(도4a와 도4b) 및 대응 이미지(도4c 및 도4d)가 도시되어 있다. 도4a 및 도4c는 태그들이 적용되지 않은 것이고, 도4b 및 도4d는 태그들이 적용된 것이다.

도5는 심장 이미징(cardiac imaging)에 대해서, PRESSTO 시퀀스의 적용이 심 전도(ECG) 싸이클에 동기화된 것을 도시한다.

도6a 및 도6b는 PRESSTO의 에코 분할 양상을 도시한 것이다.

도7a 및 도7b는 PRESSTO에 대해서, 대각선(diagonal) 태그들을 이용하는, k-스페이스의 신호 샘플링 확장을 도시한 것이다.

도8은 PRESSTO 영상화에서 이용되는 그레디언트 파형을 도시한 도면이다.

도9는 PRESSTO 태그 영상화 시퀀스를 적용하는 방법의 블록도이다.

도10은 종래 기법(위쪽 패널)과 Common k-스페이스 기법(아래쪽 패널)에 대해, 통상적인 그레디언트 에코 기반 태깅의 k-스페이스 특성을 도시한 것이다.

도11은 종래 기법(위쪽 패널)과 Common k-스페이스 기법(아래쪽 패널)에 대해, 통상적인 그레디언트 에코 기반 태깅의 이미지 특성을 도시한 것이다.

도12는 본 발명의 영상장치에 대한 블록도이다.

Claims

환자의 이동 부분(moving portion)에 대한 이미지들을 형성하는 방법으로서,

환자의 자기 공명 이미지 시리즈의 k-스페이스에 정상-상태 자유 세차(Steady-State Free Precession)를 연속적으로 적용하는 단계;

이미지 시리즈를 획득하는 단계; 및

상기 이미지 시리즈로부터 이미지들을 생성하는 단계

를 포함하는 환자의 이동 부분에 대한 이미지들을 형성하는 방법.
제1항에 있어서,

상기 적용하는 단계는,

상기 이미지 시리즈의 모션 싸이클에 태그 패턴을 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 환자의 이동 부분에 대한 이미지들을 형성하는 방법.
제2항에 있어서,

상기 획득하는 단계는,

태그 패턴 변형(tag pattern deforming)을 보여주는 이미지 시리즈를 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 환자의 이동 부분에 대한 이미지들을 형성하는 방법.
제3항에 있어서,

상기 적용하는 단계는,

상기 싸이클 동안에 오직 한 방향으로만 태그 라인들을 적용하거나 혹은 비 태그 라인들(no tag lines)을 적용하지 않는 것을 특징으로 하는 환자의 이동 부분에 대한 이미지들을 형성하는 방법.
제4항에 있어서,

상기 적용하는 단계는,

모두 합쳐 전체 k-스페이스 보다는 작은 k-스페이스의 소정 영역들에만 태그 라인들을 적용하는 것을 특징으로 하는 환자의 이동 부분에 대한 이미지들을 형성하는 방법.
제5항에 있어서,

상기 획득하는 단계는,

상기 소정 영역들에 적용된 태그 라인들만을 획득하는 것을 특징으로 하는 환자의 이동 부분에 대한 이미지들을 형성하는 방법.
제6항에 있어서,

상기 획득하는 단계는,

중첩되는 k-스페이스의 영역들로부터의 데이터를 합산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 환자의 이동 부분에 대한 이미지들을 형성하는 방법.
제7항에 있어서,

태그 라인들을 적용하는 상기 단계는,

인접하는(contiguous) 2개의 RF 펄스들 사이에 비-제로 영역(non-zero area)의 그레디언트(gradient)를 정상-상태 자유 세차를 적용하는 동안에 삽입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 환자의 이동 부분에 대한 이미지들을 형성하는 방법.
제8항에 있어서,

상기 적용하는 단계는,

상기 모션 싸이클의 원하는 포인트에 태그 생성 그레디언트들을 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 환자의 이동 부분에 대한 이미지들을 형성하는 방법.
제9항에 있어서,

상기 획득하는 단계는,

복수의 싸이클들 중에서 각각의 싸이클 동안에 오직 한 방향으로만 태그 라인들을 적용하거나 혹은 태그 라인들을 적용하지 않는 것을 특징으로 하는 환자의 이동 부분에 대한 이미지들을 형성하는 방법.
제10항에 있어서,

상기 적용하는 단계는,

상기 싸이클의 에코 획득 세그먼트들에 관련되는 그레디언트들을 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 환자의 이동 부분에 대한 이미지들을 형성하는 방법.
제11항에 있어서,

상기 획득하는 단계는,

에코 획득들의 원하는 조합을 이용하여, 태그 라인들에 관련된 영역들 혹은 태그 라인들에 관련되지 않은 영역들을 샘플링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 환자의 이동 부분에 대한 이미지들을 형성하는 방법.
제12항에 있어서,

상기 획득하는 단계는,

하나의 매트릭스에 합산함으로써, 각각의 샘플로부터의 개별 신호들을 조합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 환자의 이동 부분에 대한 이미지들을 형성하는 방법.
제13항에 있어서,

이미지를 생성하는 상기 단계는,

2D 프리에 변환으로 이미지들을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 환자의 이동 부분에 대한 이미지들을 형성하는 방법.
환자의 이미지들을 형성하는 방법으로서,

정상-상태 자유 세차 이미징 시퀀스를 환자의 심장 싸이클(cardiac cycle)의 심전도 r 파(ECG r wave)에 트리거링하는 단계; 및

다수의 연속적인 심장 싸이클들에 대해서 획득되는 데이터와 함께, 이미징 시퀀스에 관련된 일련의 k-스페이스 데이터 세트들에 대한 데이터가 심장 주기에 대해 시분해(time resolve)되는 방식으로 획득되도록, 자기 공명 이미징 스캐너의 이미징 코일로 정상-상태 자유 세차 이미징 시퀀스를 수행하는 단계

를 포함하는 환자의 이미지들을 형성하는 방법.
제15항에 있어서,

이미징 그레디언트들을 구비한 다수의 구별되는 신호 패턴들 중 하나를 ECG 트리거를 검출한 직후에 환자에게 적용하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 환자의 이미지들을 형성하는 방법.
제16항에 있어서,

상기 적용하는 단계는,

일 축을 따라 제 1 스트라이프 태그 패턴을 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 환자의 이미지들을 형성하는 방법.
제17항에 있어서,

상기 적용하는 단계는,

상기 일 축에 직교하는 축을 따라 제 2 스트라이프 태그 패턴을 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 환자의 이미지들을 형성하는 방법.
제18항에 있어서,

상기 적용하는 단계는,

비 태그 패턴(no tag pattern)을 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 환자의 이미지들을 형성하는 방법.
제19항에 있어서,

스트라이프 태그 패턴들을 적용하는 각각의 단계는,

정상-상태 자유 세차 이미징 시퀀스의 비-제로 영역(non-zero area)을 구비한 그레디언트 파형(gradient waveform)을 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 환자의 이미지들을 형성하는 방법.
제20항에 있어서,

그레디언트 파형을 적용하는 상기 단계는,

스트라이프 태그 패턴의 방향에 수직한 그레디언트 파형을 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 환자의 이미지들을 형성하는 방법.
제21항에 있어서,

비 태그 패턴을 적용하는 상기 단계는,

0으로 균형잡힌 영역을 구비한 그레디언트 파형을 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 환자의 이미지들을 형성하는 방법.
제22항에 있어서,

상기 제 1 스트라이프 태그 패턴, 제 2 스트라이프 태그 패턴 및 상기 비 태그 패턴 각각이, 서로 구별되고 예측가능한 k-스페이스의 영역들에 신호들을 생성하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 환자의 이미지들을 형성하는 방법.
제23항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 스트라이프 태그 패턴들은 대각선으로 마주보고 있는 k-스페이스의 2개의 사분면에 주로 데이터를 생성하고, 그리고 상기 비 태그 패턴(no tag pattern)은 k-스페이스의 주로 중앙에 데이터를 생성하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 환자의 이미지들을 형성하는 방법.
제24항에 있어서,

상기 이미징 코일로 k-스페이스의 개별적인 3개의 영역들을 샘플링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 환자의 이미지들을 형성하는 방법.
제25항에 있어서,

초기에 모든 k-스페이스 포인트들을 0으로 셋팅하고 그리고 연속적으로, 획득된 각각의 k-스페이스에 대해 합산 동작을 이용하여 데이터를 추가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 환자의 이미지들을 형성하는 방법.
제26항에 있어서,

포인트들이 중첩되는 곳에서는 데이터를 합산하고, 포인트들이 중첩되지 않는 곳에서는 0에다 데이터를 더하고, 그리고 데이터가 획득되지 않는 곳에서는 k-스페이스 포인트를 0으로 유지시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 환자의 이미지들을 형성하는 방법.
제27항에 있어서,

상기 일 축은 주축(main axis)에 대해 약 45°이며, 그리고 상기 직교하는 축은 주축(main axis)에 대해 약 -45°인 것을 특징으로 하는 환자의 이미지들을 형성하는 방법.
환자의 이동 부분에 대한 이미지들을 형성하는 자기 공명 영상장치로서,

이미징 코일들; 및

상기 이미징 코일들로 하여금 환자의 자기 공명 이미지 시리즈의 k-스페이스에 정상-상태 자유 세차(Steady-State Free Precession)를 연속적으로 적용하게 하고 그리고 상기 이미지 시리즈를 획득하게 하고, 그리고 상기 이미지 시리즈로부터 이미지들을 생성하게끔 하는 컴퓨터

를 포함하는 환자의 이동 부분에 대한 이미지들을 형성하는 자기 공명 영상장치.
제29항에 있어서,

상기 컴퓨터는 상기 이미징 코일들로 하여금,

상기 이미지 시리즈의 모션 싸이클에 태그 패턴을 적용하게 하는 것을 특징으로 하는 환자의 이동 부분에 대한 이미지들을 형성하는 자기 공명 영상장치.
제30항에 있어서,

상기 컴퓨터는 상기 이미징 코일들로 하여금,

태그 패턴 변형(tag pattern deforming)을 보여주는 이미지 시리즈를 획득하게 하는 것을 특징으로 하는 환자의 이동 부분에 대한 이미지들을 형성하는 자기 공명 영상장치.
제31항에 있어서,

상기 컴퓨터는 상기 이미징 코일들로 하여금,

싸이클 동안에 오직 한 방향으로만 태그 라인들을 적용하거나 혹은 태그 라인들을 적용하지 않게 하는 것을 특징으로 하는 환자의 이동 부분에 대한 이미지들을 형성하는 자기 공명 영상장치.
제32항에 있어서,

상기 컴퓨터는 상기 이미징 코일들로 하여금,

모두 합쳐 전체 k-스페이스 보다는 작은 k-스페이스의 소정 영역들에만 태그 라인들을 적용하게 하는 것을 특징으로 하는 환자의 이동 부분에 대한 이미지들을 형성하는 자기 공명 영상장치.
제33항에 있어서,

상기 컴퓨터는 상기 이미징 코일들로 하여금,

상기 소정 영역들에 적용된 태그 라인들만을 획득하게 하는 것을 특징으로 하는 환자의 이동 부분에 대한 이미지들을 형성하는 자기 공명 영상장치.
제34항에 있어서,

상기 컴퓨터는 상기 이미징 코일들로 하여금,

중첩되는 k-스페이스 영역들로부터의 데이터를 합산하게 하는 것을 특징으로 하는 환자의 이동 부분에 대한 이미지들을 형성하는 자기 공명 영상장치.
제35항에 있어서,

상기 컴퓨터는 상기 이미징 코일들로 하여금,

인접하는(contiguous) 2개의 RF 펄스들 사이에 비-제로 영역(non-zero area)의 그레디언트(gradient)를 정상-상태 자유 세차를 적용하는 동안에 삽입하게 하는 것을 특징으로 하는 환자의 이동 부분에 대한 이미지들을 형성하는 자기 공명 영상장치.
제36항에 있어서,

상기 컴퓨터는 상기 이미징 코일들로 하여금,

상기 모션 싸이클의 원하는 포인트에 태그 생성 그레디언트들을 적용하게 하는 것을 특징으로 하는 환자의 이동 부분에 대한 이미지들을 형성하는 자기 공명 영상장치.
제37항에 있어서,

상기 컴퓨터는 상기 이미징 코일들로 하여금,

복수의 싸이클들 중에서 각각의 싸이클 동안에 오직 한 방향으로만 태그 라인들을 적용하거나 혹은 태그 라인들을 적용하지 않게 하는 것을 특징으로 하는 환 자의 이동 부분에 대한 이미지들을 형성하는 자기 공명 영상장치.
제38항에 있어서,

상기 컴퓨터는 상기 이미징 코일들로 하여금,

상기 싸이클의 에코 획득 세그먼트들에 관련되는 그레디언트들을 적용하게 하는 것을 특징으로 하는 환자의 이동 부분에 대한 이미지들을 형성하는 자기 공명 영상장치.
제39항에 있어서,

상기 컴퓨터는 상기 이미징 코일들로 하여금,

에코 획득들의 원하는 조합을 이용하여, 태그 라인들에 관련된 영역들 혹은 태그 라인들에 관련되지 않은 영역들을 샘플링하게 하는 것을 특징으로 하는 환자의 이동 부분에 대한 이미지들을 형성하는 자기 공명 영상장치.
제40항에 있어서,

상기 컴퓨터는 상기 이미징 코일들로 하여금,

하나의 매트릭스에 합산함으로써, 각각의 샘플로부터의 개별 신호들을 조합하게 하는 것을 특징으로 하는 환자의 이동 부분에 대한 이미지들을 형성하는 자기 공명 영상장치.
제41항에 있어서,

상기 컴퓨터는 상기 이미징 코일들로 하여금,

2D 프리에 변환으로 이미지들을 생성하게 하는 것을 특징으로 하는 환자의 이동 부분에 대한 이미지들을 형성하는 자기 공명 영상장치.
MRI로 환자의 이미지를 형성하기 위해 컴퓨터 판독가능한 매체 상에 구체화된 컴퓨터 프로그램으로서, 컴퓨터 생성 단계들을 포함하며, 상기 컴퓨터 생성 단계들은,

이미징 코일들로 RF 펄스들 및 그레디언트들을 생성하는 단계; 및

상기 이미징 코일들로 하여금, 환자의 자기 공명 이미지 시리즈의 k-스페이스에 정상-상태 자유 세차를 연속적으로 적용하게 하고, 상기 이미지 시리즈를 획득하게 하고, 그리고 상기 이미지 시리즈로부터 이미지들을 생성하게 하는 단계

를 포함하는 MRI로 환자의 이미지를 형성하기 위해 컴퓨터 판독가능한 매체 상에 구체화된 컴퓨터 프로그램.