KR20120126023A - 3ｄ 모자이크 세그먼트화 및 3ｄ 내비게이터 위상 정정을 이용한 확산 강조 자기 공명 이미징 - Google Patents

3ｄ 모자이크 세그먼트화 및 3ｄ 내비게이터 위상 정정을 이용한 확산 강조 자기 공명 이미징 Download PDF

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Abstract

자기 공명 장치 및 그의 동작 방법에서, 멀티 샷 데이터 취득 시퀀스의 각각의 샷에서 동시에 취득된 이미징 데이터에서 공간적으로 변하는 위상 에러들을 정정하기 위해서 3D 내비게이터 데이터가 취득되고 이용된다. 모자이크 샘플링 방식을 이용하여 각각이 k-공간 전체의 서브세트를 형성하는 블록들에서 각각 k-공간 내로 확산 강조 자기 공명 데이터 및 내비게이터 데이터를 입력한다. 각각의 샷에서의 내비게이터 데이터는 k-공간의 중심에 위치한 블록 내로 입력되고, 각각의 샷에서, 대응하는 이미지 데이터는, 내비게이터 데이터 블록으로부터 적어도 하나의 공간적 방향에서 오프셋되는, k-공간에서의 오프셋 블록 내로 입력된다. 오프셋은 샷마다 변화된다.

Description

3Ｄ 모자이크 세그먼트화 및 3Ｄ 내비게이터 위상 정정을 이용한 확산 강조 자기 공명 이미징{DIFFUSION-WEIGHTED MAGNETIC RESONANCE IMAGING USING 3D MOSAIC SEGMENTATION AND 3D NAVIGATOR PHASE CORRECTION}
본 발명은 확산 강조 자기 공명 이미징에 관한 것이고, 특히 확산 강조 자기 공명 데이터 내의 위상 에러들이 정정되는 방법 및 자기 공명 장치에 관한 것이다.
뇌의 멀티 샷(Multi-shot) 확산 강조 이미징(diffusion-weighted imaging; DWI)은 확산 인코딩 구배들(diffusion-encoding gradients) 동안 뇌에 대한 CSF 맥박 및 심장 관련 박동 움직임(cardiac-related pulsatile motion)의 영향으로 일어나는 공간적으로 의존적인 비선형 위상 에러들에 민감하다. 도 1의 위상 이미지들은 예시적인 샷들(51, 52, 53, 54 및 55)에 대해 예시된 바와 같이, 실질적으로 샷마다 이들 위상 에러들이 어떻게 변하는지를 도시한다. 이것은 정정이 적용되지 않는 경우 최종 이미지에 심각한 이미지 아티팩트들(artefacts)로 이어진다.
각각의 이미지 면이 별개의 슬라이스 선택적 무선 주파수(radiofrequency; RF) 펄스에 의해 여기되는 2D 취득들의 경우, 이들 2D 비선형 위상 에러들의 정정을 허용하는 다수의 기법들이 입증되었다. 이들 방법들은 여기된 슬라이스의 면 내에서 2차원으로 공간적 위상 변화를 맵핑하는 '2D 내비게이터'로부터 신호들을 이용하고, 이 정보를 이용하여 연관된 이미징 데이터를 정정한다. 이들 2D 방법들은 판독 방향을 따라 선형 위상 변화에 대해 정정되는 1D 기법이었던 내비게이터 정정의 원래의 개념의 확장들이다.
DWI의 다수의 응용들에서, 확산 인코딩된 3D 이미지 취득을 수행할 수 있는 것이 유리하다. 이것은 작은 병변들의 향상된 시각화를 제공하고, SPACE 또는 MPRAGE 시퀀스 타입들로 취득되는 3D 해부 데이터 세트들과의 용이한 비교를 허용하는 등방성 해상도를 갖는 데이터 세트들을 취득하는 것을 실현할 수 있게 한다. 이들 3D 데이터 세트들은 임의의 방위를 갖는 2D 슬라이스들의 볼륨 렌더링 또는 재구성과 같은, 쌍방향 및 자동 후처리 절차들을 허용한다. 3D 확산 강조 데이터는 또한 확산 텐서 이미징(diffusion tensor imaging; DTI)에서의 트랙토그래피(tractography) 연구들에 대해 가치가 있다.
그러나, 3D 데이터 취득을 수행할 때, 전체 이미징 볼륨은 2D 경우에서와 같이 단일 이미징 슬라이스만이 아닌 각각의 샷에서 여기된다. 이것은 이제 모든 3차원에서 공간적 위상 변화에 대한 정정을 적용하는 것이 필요하다는 것을 의미하고, 이것은 2D 멀티 샷 이미징에서 이용되는 기존의 취득 및 내비게이터 정정 방식들을 이용하여 가능하지 않다. 따라서, 본 발명의 리포트의 요지는 진정한(true) 3D 위상 정정을 수행하는 데 적절한 이미징 및 내비게이터 데이터를 위한 신규 3D 취득 방식이다.
3D DWI를 수행하기 위한 다수의 시퀀스가 제안되어 왔다.
하나의 접근법은 (Numano T, Homma K, Hirose T. Diffusion-weighted three-dimensional MP-RAGE MR imaging. Magn Reson Imaging. 2005 Apr;23(3):463-8)에 설명된 바와 같이, 3D MPRAGE 시퀀스에서의 낮은 플립 각도 여기들(low-flip-angle excitations)의 각각의 트레인 전에 확산 준비 모듈을 부가하는 것이다. 이 시퀀스에서 적용된 내비게이터 위상 정정이 존재하지 않기 때문에, 그것은 에코 트레인(echo-train)마다 위상 변화들에 민감하다. 이 방법은 마취시킨 동물 연구들에서만 이용되는 것으로 보인다.
인간의 연구들에서 이용된 다른 방법은, 제한된 볼륨으로부터의 단일 샷 3D 취득이다(Jeong E-K, Kim S-E, Kholmovski EG, Parker DL. High resolution DTI of a localized volume using 3D single-shot diffusion-weighted stimulated echo-planar imaging (3D ssDWSTEPI). Magn. Reson. Med. 2006;56:1173-1181). 시퀀스는 각각의 볼륨 취득에 대해 단일 확산 준비를 이용하므로, 샷 간(shot-to-shot) 위상 변화를 갖는 문제들이 존재하지 않는다. 선택된 볼륨에서의 신호는 자극된 에코들의 트레인을 생성하기 위해 일련의 작은 플립 각도들을 갖는 자극된 에코 접근법을 이용하여 공간적으로 인코딩되고, 이들 각각은 2 (면내) 차원들에서 인코딩을 제공하기 위해 EPI 판독으로 샘플링된다. 3차원에서의 공간적 인코딩은 각각의 개별 자극된 에코 신호에 대해 상이한 슬라이스 방향 위상 인코딩 구배를 적용함으로써 생성된다. 단일-샷 판독과 연관된 왜곡 및 블러링(blurring) 문제들을 피하기 위해, 시퀀스의 응용은 관심 있는 작은 볼륨들로 제한된다. 또한, 자극된 에코 취득 및 낮은 플립 각도 검출 펄스들의 결합은 비교적 낮은 신호대 잡음비(signal-to-noise ratio; SNR)를 야기할 가능성이 있다.
3D DWI에서의 내비게이터 정정에 대한 하나의 접근법은 TURBINE 방법에서 제안되었다(McNab JA, Gallichan D, Miller KL. 3D steady-state diffusion-weighted imaging with trajectory using radially batched internal navigator echoes (TURBINE). Magn Reson Med. 2010 Jan;63(1):235-42.0). 이 기법은 짧은 TR을 갖는 낮은 플립 각도 펄스들의 트레인에서의 각각의 RF 여기 펄스 후에 단극성 확산 인코딩 구배가 적용될 때에 형성되는, 확산 강조 안정 상태 자유 세차 운동 신호(diffusion-weighted, steady-state free-precession signal)를 이용한다. 각각의 RF 펄스는 전체 측정 볼륨으로부터의 자기화를 여기하고, EPI 판독을 이용하여 신호들을 2차원으로 공간적으로 인코딩한다. 3차원에서 공간적 인코딩을 제공하기 위해, EPI 공간적 인코딩의 면은 여기마다 그것의 중심축들 중 하나에 대해 회전된다. 각각의 EPI 판독은 k-공간의 중심을 통과하는 면을 샘플링하기 때문에, 2D 위상 정정 데이터는 이미징 데이터로부터 직접 이용가능하고, 별개의 내비게이터 신호가 요구되지 않는다. 그러나, EPI 인코딩의 면에 수직인 위상 변화에 관한 정보가 존재하지 않는다. 이것은, 측정 중에 ECG 신호를 취득하고, 심장 주기(cardiac cycle)에서 유사한 포인트들에서 취득된, 상이한 RF 여기들로부터 데이터를 결합하는 것에 의해 해결된다. 이러한 방법으로, 멀티 샷 3D 내비게이터 신호가 심장 사이클에서 주어진 포인트에 대해 발생된다. 또한, 초기 심장 수축(early systole) 중에 취득된 데이터는, 박동 효과들(pulsatile effects)이 가장 상당할 때, 이미지 재구성 중에 거절되어 이용되지 않았다.
3D 확산 강조 취득에서 위상 에러들을 정정하기 위해 2D 데이터를 이용하는 아이디어는 또한 (von Mengershausen M, Norris DG, Driesel W. 3D diffusion tensor imaging with 2D navigated turbo spin echo. MAGMA. 2005;18(4))에서 터보 스핀 에코(turbo-spin-echo; TSE) 시퀀스와 관련하여 설명되었다.
미국 특허 번호 제7,205,763호에 설명된 2D 내비게이터 정정된 판독 세그먼트화 EPI(rs-EPI) 기법이 다음 섹션에서 새로운 방법을 설명하기 전에 다음과 같이 간단히 검토된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 각각의 샷에서, kx 방향에서 제한된 커버리지 및 ky 방향에서 전체 커버리지를 갖는 EPI 판독을 이용하여 2개의 스핀 에코들이 샘플링된다. 이미징 에코에 대해서, 가변 디페이즈(dephase) 구배 GR이 kx를 따라 k-공간 오프셋을 제공하기 위해 판독 방향을 따라 적용되어, k-공간의 '세그먼트'가 이미지에 대해 요구되는 kx 포인트들의 서브세트에 대해 취득된다. 내비게이터 에코에 대해, 고정된 디페이즈 구배 GR가 적용되어, 이 경우의 판독 세그먼트는 항상 k-공간의 중심에 위치한다. 이미지 재구성 중에, 내비게이터 데이터는 이미징 에코에 의해 샘플링된 대응하는 판독 세그먼트에 대해 이미지 도메인 위상 정정을 수행하는 데 이용된다. 결정적으로, 이미징 및 내비게이터 취득들 모두는 k-공간의 연속 영역들을 샘플링하여, 나이키스트 샘플링 조건(Nyquist sampling condition)이 kx 및 ky 방향들 모두에서 실현된다. 이것은 에일리어싱된 신호 기여들(aliased signal contributions)의 복잡화 없이 내비게이터 위상 정정이 적용될 수 있게 한다.
감소된 kx 커버리지는 단일 샷 EPI보다 EPI 판독에서의 에코들 사이에 훨씬 더 짧은 간격을 허용하고, 이로써 민감성 아티팩트들을 줄인다. EPI 에코 트레인 길이에서의 대응하는 감소는 T2 * 쇠퇴(decay)로 인한 블러링을 감소시키고, 단일 샷 EPI로 가능하지 않은 높은 공간적 해상도들을 허용한다.
본 발명에 따른 방법은 각각의 샷에서 대응하는 이미징 데이터에서의 공간적으로 변하는 위상 에러들을 정정하는데 이용될 수 있는 진정한 3D 내비게이터 데이터를 취득하는 방법을 제공한다. 이것을 가능하게 하기 위해, 요구되는 k-공간의 전체 범위의 서브세트를 형성하는, 3D k-공간의 k-공간 포인트들의 연속 세트를 (각각의 샷에서) 샘플링하는 '모자이크' 샘플링 방식이 이용된다. 내비게이터 데이터는 k-공간의 중심에서 고정된 영역으로부터 취득되고, 이미징 데이터는 모든 3개의 축을 따라 k-공간 중심으로부터 오프셋될 수 있는 k-공간의 영역으로부터 취득된다. 각각의 샷에서 이미징 데이터 오프셋들은 변화되어, k-공간 전체는 멀티 샷 취득에 의해 샘플링된다. 데이터 포인트들이 연속적이기 때문에, 나이키스트 샘플링 조건은 이제 모든 3차원에서 실현되고, 3D 위상 정정은 에일리어싱된 신호들로부터의 문제들 없이 적용될 수 있다.
각각의 차원에서의 샘플링된 영역의 정도는 통상적으로 선택된 이미지 해상도에 대해 요구되는 k-공간 포인트들의 전체 범위의 것보다 작을 수 있다. 그러나, 일부 스캐닝 프로토콜들에 의하면, 각각의 샷에서 k-공간 축들 중 하나 또는 두개를 따르는 k-공간 포인트들의 완전한 세트를 샘플링하는 것이 가능할 수 있다. 일부 경우들에서, 이 접근법은 이미지 아티팩트들을 감소시키거나 더 빠른 스캔 횟수를 허용할 수 있다.
도 1은, 위에서 언급한 바와 같이, 샷마다 비선형 공간적 위상 변화를 도시하는, 2D 멀티 샷 DWI 시퀀스로 얻어지는 내비게이터 이미지들을 도시한다.
도 2는, 위에서 언급한 바와 같이, 2D 내비게이터 정정된 rs-EPI에 대한 공지된 펄스 시퀀스 및 k-공간 다이어그램을 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 3D 모자이크 세그먼트화를 이용하는 이미징 및 내비게이터 데이터에 대해 샘플링된 k-공간 영역들을 개략적으로 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른, 도 3에 도시된 방식으로 3D k-공간을 샘플링하는 데 적절한 펄스 시퀀스를 도시한다.
도 5는 본 발명에 따라 구성되고 동작하는 자기 공명 이미징 시스템의 기본적인 컴포넌트들을 도시하는 개략적인 블록도이다.
도 5는 본 발명에 따른 구배 펄스들이 발생되는 자기 공명 토모그래피 장치를 개략적으로 도시한다. 자기 공명 토모그래피 장치의 디자인은 아래 논의되는 예외들을 가지고, 종래의 토모그래피 장치와 대응한다. 기본적인 필드 자석(1)은 예를 들어, 검사될 인간의 신체의 일부와 같은 대상의 검사 영역에서 핵 스핀들의 분극(polarization) 또는 얼라인먼트(alignment)를 위한 일시적으로 변함없는 강한 자기장을 발생한다. 자기 공명 데이터 취득에 필요한 기본적인 자기장의 높은 균질성은 검사될 인간의 신체의 부분들이 넣어지는 구형 측정 볼륨 M으로 정의된다. 균질성 요건들의 지지를 위해, 특히 일시적으로 변하지 않는 영향들의 제거를 위해, 강자성 물질로 만들어지는 심 플레이트들(shim plates)이 적절한 위치에 실장된다. 일시적으로 변하는 영향들은 심 전류 서플라이(15)에 의해 활성화되는 심 코일들(2)에 의해 제거된다.
3개의 코일들(권선들)로 이루어지는 원통형 구배 코일 시스템(3)이 기본적인 필드 자석(1)에 이용된다. 각각의 코일에는 데카르트 좌표계(Cartesian coordinate system)의 각각의 방향에서 선형 구배 필드의 발생을 위해 증폭기(14)에 의해 전류가 공급된다. 구배 필드 시스템(3)의 제1 코일은 x-방향에서 구배 Gx를 발생하고, 제2 코일은 y-방향에서 구배 Gy를 발생하고, 제3 코일은 z-방향에서 구배 Gz를 발생한다. 각각의 증폭기(14)는 구배 펄스들의 시간 정확한 발생을 위해 시퀀스 컨트롤러(18)에 의해 활성화되는 디지털-아날로그 컨버터를 갖는다.
구배 필드 시스템(3) 내에 배치된 것은, 검사될 대상의 영역의, 또는 검사될 대상의 핵 스핀들의 얼라인먼트 및 핵들의 여기를 위해 무선 주파수 전력 증폭기(16)에 의해 방출되는 무선 주파수 펄스들을 교번 자기장(magnetic alternating field)으로 변환하는 무선 주파수 안테나(4)이다. 프로세싱 운동 핵 스핀들(즉, 통상적으로 하나 이상의 무선 주파수 펄스들 및 하나 이상의 구배 펄스들로 이루어지는 펄스 시퀀스에 의해 야기되는 핵 스핀 에코 신호들)로부터 유래하는 교번 필드는 또한 무선 주파수 안테나(4)에 의해 무선 주파수 시스템(22)의 무선 주파수 수신기 채널(8)에 증폭기(7)를 통해 공급되는 전압으로 변환된다. 무선 주파수 시스템(22)은 또한 핵 스핀들의 여기를 위해 무선 주파수 펄스들을 발생하는 송신 채널(9)을 갖는다. 각각의 무선 주파수 펄스들은 시스템 컴퓨터(20)에 의해 시퀀스 컨트롤러(18)에서 미리 결정되는 펄스 시퀀스에 따르는 일련의 복소수로서 디지털적으로 표현된다. 이러한 넘버 시리즈(number series)는 실수부 및 허수부로서 각각의 입력들(12)을 통해 무선 주파수 시스템(22)의 디지털-아날로그 컨버터(DAC)에, 그리고 이로부터 송신 채널(9)에 공급된다. 송신 채널(9)에서, 펄스 시퀀스들은 그의 베이스 주파수가 측정 볼륨에서의 핵 스핀들의 공명 주파수에 대응하는 무선 주파수 캐리어 신호로 변조된다.
송신 모드로부터 수신 모드로의 절환은 송신-수신 다이플렉서(6)에 의해 일어난다. 무선 주파수 안테나(4)는 핵 스핀들의 여기를 위해 측정 볼륨 M으로 무선 주파수 펄스들을 방사하고 결과로서 생기는 에코 신호들을 샘플링한다. 취득된 핵 자기 공명 신호들은 무선 주파수 시스템(22)의 수신 채널(8)에서 위상 민감하게 복조되고, 각각의 아날로그-디지털 컨버터에서 측정 신호의 실수부와 허수부로 변환된다. 이미지는 그렇게 취득된 측정 데이터로부터 이미지 컴퓨터(17)에 의해 재구성된다. 측정 데이터, 이미지 데이터 및 제어 프로그램들의 관리는 시스템 컴퓨터(20)를 통해 일어난다. 제어 프로그램들에 기초하여, 시퀀스 컨트롤러(18)는 각각 원하는 펄스 시퀀스들의 발생 및 k-공간의 대응하는 샘플링을 모니터한다. 시퀀스 컨트롤러(18)는 구배들의 시간 정확성 스위칭, 정의된 위상 및 진폭을 갖는 무선 주파수 펄스들의 방출 및 자기 공명 신호들의 수신을 제어한다. 무선 주파수 시스템(22) 및 시퀀스 컨트롤러(18)에 대한 타임 베이스는 신시사이저(synthesizer)(19)에 의해 제공된다. 발생된 자기 공명 이미지의 표현(representation)뿐만 아니라 핵 자기 공명 이미지의 발생을 위한 대응하는 제어 프로그램들의 선택은 하나 이상의 스크린뿐만 아니라 키보드를 갖는 단말기(21)를 통해 일어난다.
도 3은 본 발명에 따라 도 5에 도시된 시스템을 동작시킴으로써, 3D 모자이크 세그먼트화를 이용하여 이미징 및 내비게이터 데이터를 위해 샘플링되는 k-공간 영역들을 개략적으로 도시한다. 각각의 영역은 연속적인 k-공간 포인트들의 블록을 형성하는, kz 면들의 세트로 이루어진다.
도 4는 도 3에 도시된 방식으로 3D k-공간을 샘플링하기 위해 본 발명에 따라 이용될 수 있는 펄스 시퀀스를 도시한다. 이러한 펄스 시퀀스는 도 5에서 시퀀스 컨트롤러(18) 또는 시스템 컴퓨터(20)에 의해 발생될 수 있다. 시퀀스는 단일 판독 중에 모든 세 방향으로 공간적 인코딩이 적용될 수 있는, 단일 샷, 에코 볼류머 이미징(echo-volumar imaging; EVI) 기법에 기초한다(Mansfield P, Howseman AM, Ordidge RJ. Volumar imaging using NMR spin echoes: echo-volumar imaging (EVI) at 0.1 T. J. Phys. E. 1989;22: 234; Mansfield P, Harvey PR, Stehling MK. Echo-volumar imaging. MAGMA 1994;2:291-294). rs-EPI와 같이, kx 포인트들의 서브세트를 샘플링하기 위해 신속하게 스위칭되는 판독 구배가 이용되고, 이미징 에코를 위해 가변 kx 오프셋을 제공하고 내비게이터 에코를 위해 고정 kx 오프셋을 제공하기 위해 프리-페이즈(pre-phase) 구배들이 이용된다.
y 방향을 따르는 공간적 인코딩을 위해, 블립된 위상 인코딩 구배(blipped phase-encoding gradient)가 이용되지만, 2D rs-EPI 시퀀스(도 2)와 달리, ky 포인트들의 서브세트만이 샘플링된다. 이미징 에코의 시작에서 가변 ky 오프셋을 제공하고 내비게이터 에코의 시작에서 고정 ky 오프셋을 제공하기 위해 프리-페이즈 구배들이 이용된다. 이 ky 공간적 인코딩 모듈은 이미징 및 내비게이터 판독들 모두 동안에 다수 회 반복된다. 각각의 적용 후에, 초기 ky 오프셋으로 돌아가기 위해 y 방향을 따라 추가의 구배가 적용되고, 다음 kz 면으로 내비게이트하기 위해 슬라이스 인코딩 (z) 방향을 따라 블립된 구배가 적용된다. 프리-페이즈 구배들은 이미징 및 내비게이터 에코들을 위해 각각 가변 및 고정 kz 오프셋을 적용하기 위해 z를 따라 이용된다.
각각의 샷에 대한 데이터 취득 후에, 3D 내비게이터 위상 정정은 먼저 이미징 및 내비게이터 데이터 모두를 이미지(또는 실제) 공간으로 변환하기 위해 역 3D 푸리에 변환을 적용함으로써 이미지 도메인에서 적용될 수 있다. 다음으로, 복소 이미징 데이터 I(x,y,z)는 모든 픽셀 크기가 1로 정규화된 복소 내비게이터 데이터 N(x,y,z)의 버전에 의해 픽셀당 기초로(on a pixel-by-pixel basis) 곱해져서, 정정된 복소 픽셀 값들 Icor의 세트가 발생된다.
Figure pat00001
이미징 및 내비게이터 데이터 사이의 180° 리포커싱(refocusing) 펄스의 존재는, 정정을 적용할 때 내비게이터 데이터의 켤레 복소수(complex conjugate)를 이용할 필요가 없다는 것을 의미한다는 것에 유의해야 한다.
정정이 수행된 후에, 순방향(forward) 3D 푸리에 변환을 이용하여 정정된 이미징 데이터 I cor (x,y,z)를 다시 k-공간으로 변환하고, 여기서 상이한 샷들로부터의 데이터가 복소 데이터 포인트들의 3D 어레이에서 적절한 k-공간 좌표에 저장된다. 모든 요구되는 데이터 포인트들이 정정되고 저장되었을 때, 최종 3D 이미지 데이터 세트는 전체 저장된 데이터 세트에 3D 역 푸리에 변환을 적용함으로써 발생된다.
2D 내비게이터 정정된 rs-EPI에서 전술된 바와 같이, 판독 세그먼트들 사이의 인터페이스들에서의 미스매치(mismatch)로 인한 아티팩트들은 판독 세그먼트들의 에지들에서 부가적인 '오버랩핑(overlapping)' 데이터 포인트들을 취득함으로써 최소화될 수 있다. 유사하게, 3D 모자이크 세그먼트화를 이용하여 모든 3차원들에서 샘플링된 k-공간 영역의 에지에서 부가적인 데이터 포인트들을 취득하는 것은 유리할 수 있다. 이 경우, 부가적인 데이터 포인트들은 내비게이터 위상 정정 중에 이용된 다음 정정된 데이터를 저장할 때 폐기된다.
2D 내비게이터들에 대해 전술한 내비게이터 위상 정정(Miller KL, Pauly JP. Nonlinear phase correction for navigated diffusion imaging. Magn. Reson. Med. 2003;50:343-353; Miller K, Pauly JM. Method of removing dynamic nonlinear phase errors from MRI data. US Patent No.: 6853191 B1 (2005))에 대한 대안적인 접근법은 k-공간에서 다이렉트 디컨볼루션(direct deconvolution)으로서 정정을 적용하는 것이다. 이것은 정정을 적용하기 위해서 이미지 도메인으로 데이터를 변환하기 위한 요건을 회피하고, 2D 경우에 프로세싱 시간을 실질적으로 감소시키는 것으로 판명되었다. 3D 모자이크 세그먼트화 시퀀스를 이용하여 취득된 데이터에 대해 이 아이디어를 3D 디컨볼루션으로 확장하는 것은 3D 내비게이터 정정 및 전체 이미지 재구성의 속도에 있어 상당한 증가를 제공할 가능성이 있다.
z 방향을 따르는 비교적 느린 공간적 인코딩은 이 방향을 공간적 왜곡 및 민감성 아티팩트들에 가장 민감하게 만든다. 이 문제를 최소화하기 위해서, 병렬 이미징 기법(예를 들어, GRAPPA)은 샘플링되는 k-공간 포인트들의 수를 줄이기 위해 ky 및 kz 방향들 모두를 따라 이용될 수 있고, 이에 의해 kz 면들의 취득 사이의 시간을 줄인다. 이미징 및 내비게이터 데이터 세트들 모두는 통상적으로 동일한 방식으로 언저샘플링(unsersampled)될 수 있고, 그 다음에 GRAPPA는 두 경우들에서 데이터를 재구성하는 데 이용될 수 있다.
전체 스캔 시간을 줄이기 위해서, 3D k-공간의 한쪽에서의 일부 데이터가 생략될 수 있고 부분적인 푸리에 방법을 이용하여 데이터가 재구성될 수 있다. 이 접근법은 2D rs-EPI에서 샷들의 수를 줄이는 효과적인 방식인 것으로 앞서 나타내었다.
2D rs-EPI에서 이미지 품질을 향상시키는 것으로 발견된 다른 기법은 내비게이터 위상 정정 절차에 의해 제거될 수 없는 과도한 위상 에러들이 존재할 때 측정된 데이터를 대체하기 위해 재-취득 방식을 이용하는 것이다. 이 방법에서, 이러한 오류가 생긴 데이터 세트들은 높은 공간적 주파수 위상 에러의 고레벨에 대응하는, k-공간에서의 큰 신호 분포 폭에 의해 식별된다. 유사한 재-취득 절차는 또한 새로운 모자이크 세그먼트화 3D 시퀀스와 함께 이용될 수 있다. 이 경우, 모든 3개의 k-공간 축을 따라 신호 기여 폭을 고려하는 것이 필요하다.
본 기술분야의 통상의 기술자에 의해 수정들 및 변경들이 제안될 수 있지만, 발명자의 의도는 이 기술분야에 그의 기여의 범위 내에서 타당하고 적절하게 나올 수 있는 바와 같은 모든 변경들 및 수정들을 여기서 보장된 특허 내에서 구체화하는 것이다.
1: 기본적인 필드 자석
6: 다이플렉서
7: 증폭기
8: 수신 채널
9: 송신 채널
15: 심 코일 서플라이
16: RF 증폭기
17: 이미지 컴퓨터
18: 시퀀스 컨트롤러
19: 신시사이저
20: 시스템 컴퓨터

Claims (5)

  1. 위상 정정 확산 강조 자기 공명 데이터(phase-corrected diffusion-weighted magnetic resonance data)를 발생하기 위한 방법으로서,
    확산 강조 자기 공명 데이터 및 내비게이터 데이터(navigator data)를 취득하기 위해 멀티 샷 확산 강조 펄스 시퀀스(multi-shot, diffusion-weighted pulse sequence)를 이용하여 자기 공명 데이터 취득 유닛을 동작시키는 단계 - 상기 확산 강조 자기 공명 데이터는 위상 에러들을 나타냄 - ;
    상기 멀티 샷 확산 강조 펄스 시퀀스의 각각의 샷에 대해, k-공간 중심에서 고정된 3D 블록 내로 내비게이터 데이터를 입력하고, 상기 고정된 3D 블록과 적어도 하나의 공간적 방향에서 상이한 k-공간의 오프셋 3D 블록 내로 상기 확산 강조 자기 공명 데이터를 입력함으로써, 상기 k-공간 중심을 갖는 k-공간 내의 포인트들을 각각 표현하는 3D 위치들에서 상기 확산 강조 자기 공명 데이터 및 상기 내비게이터 데이터를 전자 메모리에 입력하는 단계 - 상기 고정된 3D 블록 및 상기 오프셋 3D 블록 각각은 k-공간 전체의 서브세트이고, 상기 k-공간 전체가 상기 확산 강조 자기 공명 데이터에 의해 채워질 때까지 상기 오프셋 3D 블록의 상기 오프셋을 샷마다(from shot-to-shot) 변화시킴 - ; 및
    상기 메모리에 대한 액세스를 갖는 컴퓨터화된 프로세서(computerized processor)에서, k-공간에서 입력된 상기 내비게이터 데이터를 이용하여 k-공간에서 입력된 상기 확산 강조 자기 공명 데이터의 상기 위상 에러들을 정정하고, 이에 의해 위상 정정 확산 강조 자기 공명 데이터를 발생시키고, 전자 데이터 파일로서 추가 프로세싱을 위해 이용가능한 상기 위상 정정 확산 강조 자기 공명 데이터를 만드는 단계
    를 포함하는 위상 정정 확산 강조 자기 공명 데이터의 발생 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    핵 스핀들의 여기(excitation of nuclear spins), 확산 준비, 및 데이터 판독을 포함하는 시퀀스로 상기 확산 강조 자기 공명 데이터 및 상기 내비게이션 데이터를 취득하기 위해 상기 자기 공명 데이터 취득 유닛을 동작시키는 단계를 포함하는 위상 정정 확산 강조 자기 공명 데이터의 발생 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 핵 스핀들의 여기는 슬라이스 선택적(slice-selective) 90도 RF 펄스를 방사(radiating)하는 것을 포함하는 위상 정정 확산 강조 자기 공명 데이터의 발생 방법.
  4. 위상 정정 확산 강조 자기 공명 데이터를 발생하기 위한 자기 공명 시스템으로서,
    자기 공명 데이터 취득 유닛;
    확산 강조 자기 공명 데이터 및 내비게이터 데이터를 취득하기 위해 멀티 샷 확산 강조 펄스 시퀀스를 이용하여 상기 자기 공명 데이터 취득 유닛을 동작시키도록 구성되는 컴퓨터화된 제어 유닛 - 상기 확산 강조 자기 공명 데이터는 위상 에러들을 나타냄 - ;
    상기 제어 유닛이 상기 멀티 샷 확산 강조 펄스 시퀀스의 각각의 샷에 대해, k-공간 중심에서 고정된 3D 블록 내로 내비게이터 데이터를 입력하고, 상기 고정된 3D 블록과 적어도 하나의 공간적 방향에서 상이한 k-공간의 오프셋 3D 블록 내로 상기 확산 강조 자기 공명 데이터를 입력함으로써, 상기 k-공간 중심을 갖는 k-공간 내의 포인트들을 각각 표현하는 3D 위치들에서 상기 확산 강조 자기 공명 데이터 및 상기 내비게이터 데이터를 입력하는 전자 메모리 - 상기 고정된 3D 블록 및 상기 오프셋 3D 블록 각각은 k-공간 전체의 서브세트이고, 상기 k-공간 전체가 상기 확산 강조 자기 공명 데이터에 의해 채워질 때까지 상기 오프셋 3D 블록의 상기 오프셋을 샷마다 변화시킴 - ; 및
    k-공간에서 입력된 상기 내비게이터 데이터를 이용하여 k-공간에서 입력된 상기 확산 강조 자기 공명 데이터의 상기 위상 에러들을 정정하고, 이에 의해 위상 정정 확산 강조 자기 공명 데이터를 발생시키고, 전자 데이터 파일로서 추가 프로세싱을 위해 이용가능한 상기 위상 정정 확산 강조 자기 공명 데이터를 만들도록 구성되는, 상기 메모리에 대한 액세스를 갖는 컴퓨터화된 프로세서
    를 포함하는 자기 공명 시스템.
  5. 프로그래밍 명령어들로 인코딩된 비-일시적(non-transitory) 컴퓨터 판독가능한 저장 매체로서,
    상기 저장 매체는 자기 공명 시스템의 컴퓨터화된 제어 및 프로세싱 시스템 내로 로딩하도록 구성되고, 상기 자기 공명 시스템은 자기 공명 데이터 취득 유닛 및 메모리를 포함하고, 상기 프로그래밍 명령어들은 상기 컴퓨터화된 제어 및 프로세싱 시스템으로 하여금,
    확산 강조 자기 공명 데이터 및 내비게이터 데이터를 취득하기 위해 멀티 샷 확산 강조 펄스 시퀀스를 이용하여 상기 자기 공명 데이터 취득 유닛을 동작하도록 하고 - 상기 확산 강조 자기 공명 데이터는 위상 에러들을 나타냄 -,
    상기 멀티 샷 확산 강조 펄스 시퀀스의 각각의 샷에 대해, k-공간 중심에서 고정된 3D 블록 내로 내비게이터 데이터를 입력하고, 상기 고정된 3D 블록과 적어도 하나의 공간적 방향에서 상이한 k-공간의 오프셋 3D 블록 내로 상기 확산 강조 자기 공명 데이터를 입력함으로써, 상기 k-공간 중심을 갖는 k-공간 내의 포인트들을 각각 표현하는 3D 위치들에서 상기 확산 강조 자기 공명 데이터 및 상기 내비게이터 데이터를 전자 메모리에 입력하도록 하고 - 상기 고정된 3D 블록 및 상기 오프셋 3D 블록 각각은 k-공간 전체의 서브세트이고, 상기 k-공간 전체가 상기 확산 강조 자기 공명 데이터에 의해 채워질 때까지 상기 오프셋 3D 블록의 상기 오프셋을 샷마다 변화시킴 -,
    k-공간에서 입력된 상기 내비게이터 데이터를 이용하여 k-공간에서 입력된 상기 확산 강조 자기 공명 데이터의 상기 위상 에러들을 정정하고, 이에 의해 위상 정정 확산 강조 자기 공명 데이터를 발생시키고, 전자 데이터 파일로서 추가 프로세싱을 위해 이용가능한 상기 위상 정정 확산 강조 자기 공명 데이터를 만들도록 하는
    컴퓨터 판독 가능한 저장 매체.
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