KR20130035245A - 자기 공명 시스템의 상이한 구성요소들의 시간 동기화를 위한 방법, 및 자기 공명 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자기 공명 시스템(30)의 다양한 구성요소들의 시간 동기화를 위한 방법에 관한 것으로, 상기 방법은,
절편(52)의 자화를 편향시키기 위해 일련의 진폭 변조 고주파 펄스(70, 71, 72) 및 관련 경사 자장(60a, 60b, 60c)을 발생시키는 단계,
적어도 2개의 스핀 신호(76, 77, 78)를 검출하는 단계,
스핀 신호(76, 77, 78)들 중 2개 사이의 위상차(dPHI)를 결정하는 단계,
자기 공명 시스템(30)의 상이한 구성요소들에 의해 발생되는 변수들, 즉 진폭 변조 고주파 펄스(70, 71, 72)의 포락선(82), 진폭 변조 고주파 펄스(70, 71, 72)의 고주파 성분(80), 및 하나 이상의 경사 자장 중 2개 사이의 적어도 하나의 시간차(dT1, dT2)를 결정하기 위해 상기 위상차(dPHI)를 처리하는 단계, 및
적어도 하나의 시간차(dT1, dT2)에 기초하여 자기 공명 시스템(30)의 관련 구성요소들을 동기화하는 단계를 포함한다.

Description

자기 공명 시스템의 상이한 구성요소들의 시간 동기화를 위한 방법, 및 자기 공명 시스템 {METHOD FOR TIME SYNCHRONIZATION OF DIFFERENT COMPONENTS OF A MAGNETIC RESONANCE SYSTEM, AND MAGNETIC RESONANCE SYSTEM}

본 발명은 획득 시퀀스에서 상호 작용하는 자기 공명 시스템의 상이한 구성요소들의 시간 동기화를 위한 방법, 및 자기 공명 시스템에 관한 것이다.

자기 공명 단층 촬영술은 많은 의료 분야에서 검사 및 진단을 위해 사용되는 촬영 방법이다. 이는 핵자기 공명의 물리적 효과에 기초한다. MR 시스템에서는 자기 공명(MR) 신호를 획득하기 위해, 검사 영역 내에 정적인 기본 자장이 발생되고, 이때 피검체 내 원자의 핵 스핀 또는 자기 모멘트가 정렬된다. MR 획득 시퀀스의 범주 내에서, 핵 스핀은 고주파 펄스의 방사에 의해, 정렬 위치(즉, 휴지 위치)로부터 또는 다른 상태로부터 편향되거나 여기될 수 있다. 여기된 스핀계는 시간에 따른 동특성을 가질 수 있다.

절편의 스핀계의 위상 회전은 코히어런스 곡선에 의해 설명된다. 특정 절편의 스핀계의 스핀들이 모두 동일한 위상 위치를 가지면, 큰 진폭을 갖는 자화 신호가 검출될 수 있다. 상이한 위상의 상이한 스핀들의 신호들 사이에 파괴적인 간섭이 존재하지 않기 때문에 상대적으로 강한 신호가 검출될 수 있다.

고주파 펄스의 방사 시에 절편 선택 경사를 인가함으로써, 국소 자장 강도로 인해 공명 조건이 충족되는 피검체의 절편 내의 핵 스핀만이 여기된다. 그러한 공간 부호화는 판독 중에 위상 코딩 경사 및 주파수 코딩 경사의 인가에 의해 발생할 수 있다. 절편 선택적 여기에 의해, 피검자의 복수의 절편의 MR 영상을 획득할 수 있다.

최근의 MR 시스템은 전형적으로 MR 획득 시퀀스의 개별 부분들을 위한 분배식 제어에 의해 작동한다. 예를 들어, 고주파(RF) 전송 시스템은 각각 고주파 성분 또는 고주파와 저주파 진폭 변조 또는 RF 펄스의 포락선을 발생시키는 RF 발생기 및 진폭 변조 유닛으로 구성될 수 있다. 경사 자장 시스템이 공간 부호화를 위한 경사 자장을 발생시킬 수 있다.

이러한 구성요소들 상호간의 시간 동기화는 고품질의 MR 영상술을 위한 기본 요건이다. 그러한 고도의 시간 동기화의 달성은 이미 종래의 MR 영상술과 관련해서도 필요하였다. 그러나, 시간 동기화가 특히 중요한 또 다른 응용 분야가 있다. 예를 들어, 직교 MR 영상술 시퀀스는 물론 비직교 스캐닝에 따른 k-공간의 스캐닝 계획을 실행하는데 있어서 상당한 관심이 대두되고 있다. 비직교 스캐닝 계획은, 예를 들어, 더 높은 신호 대 잡음비 또는 피검체의 움직임과 관련된 더 나은 내구성과 관련하여 장점을 갖는다. 그러나, 현재 MR 영상술의 임상적 용도로는 거의 거의 전적으로 직교 스캐닝이 사용된다. 그 주된 이유는, 비직교 k-공간 스캐닝 계획의 실현이 직교 스캐닝의 경우보다 더 정밀한 k-공간 궤적의 실현을 요구하기 때문이다. 이는 다양한 MR 시스템 구성요소들의 시간 동기화 레벨이 더 높아야 함을 의미한다. 따라서, k-공간의 비직교 스캐닝 계획에 의한 성공적인 영상 촬영에 있어서 특히 RF 펄스의 고주파 성분과 포락선 또는 경사 자장 사이의 작은 시간차가 중요하다고 알려져 있다.

다양한 MR 시스템 구성요소들 사이의 고도의 동기화가 필요한 또 다른 분야는 특수 RF 펄스이다. 그러한 특수 펄스가 절편 선택을 위한 관련 경사 자장의 특수 진폭 변조에 의해 달성됨에 따라, 공간 여기 프로파일이 특히 유리하게 형성된다. 따라서, 공간 여기 프로파일을 매우 명확하게 정의할 수 있다. 또한, 고주파 피크 전력이 균일할 경우 정지 상태로부터의 자화의 더 큰 편향각을 달성할 수 있고, 그에 따라 동일한 고주파 노출 시 신호 대 잡음비를 증가시킬 수 있다. 그러나, 이 경우 종래의 RF 펄스에 비교하여 시간적으로 경사 자장을 포락선 및 RF 펄스의 고주파 성분과 특히 정밀하게 동기화하는 것이 필요하다.

동기화를 위해, 개별 구성요소들 상호간의 상대 시간차가 직접 측정되는 것을 가능케 하여, 그에 기초한 보정 또는 시간 보상을 실행하는 방법이 사용될 수 있다. 예를 들어, 경사 자장의 상승 에지는 여기서 RF 펄스의 포락선과 최적으로 정밀하게 정합되거나, 그에 상응하게 RF 펄스의 포락선이 고주파 성분과 정합된다.

종래 기술에서는 이러한 상이한 구성요소들의 동기화가 예를 들어, 실험실에서의 다양한 구성요소 파라미터의 직접 측정 검출(이른바 오차 분석)을 통해 이루어진다. 예를 들어, MR 시스템의 설계 단계 또는 개발 단계에서, 구성요소들은 상이한 타이밍 신호들이 분석되어 그에 상응하게 개별 구성요소들이 동기화되도록 영향을 받을 수 있다. 따라서, 예를 들어, 오실로스코프 또는 논리 분석기에 의해, 시간차를 검출할 수 있다. 그러한 방법은 상이한 시스템 오차들이 이러한 보상 측정 및 보상 방법의 결함으로 인해 고유하게 발생할 수 있는 단점을 갖는다. 그러한 시스템 오차는 검출하기가 어렵다. 따라서, 검사된 구성요소들의 모든 대응하는 정보를 활용할 수 있도록 하는 것이 항상 가능한 것은 아니다. 시간 제어를 위한 컴퓨터 구성요소, 예를 들어, 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA)의 정의된 관련 시간 변수가 전자식으로 탭핑(tapping)될 수 없다. 따라서 시간 동기화 시 시스템 오차가 발생할 수 있다. 즉, 구성요소 수준에서의 검사에 의해 검출되지 않았던 시간차가 MR 획득 시퀀스의 실행 시 발생할 수 있다. 또한, 제조되는 모든 MR 시스템에 대해 그러한 방법을 실행하는 것은 복잡하다. 그러므로 이러한 동기화는 일반적으로 현상(developing) 시 수행된다. 따라서, 예컨대 케이블 길이의 변화 등에 의한, MR 시스템에 따라 고유한, 그러나 시스템 모델별로 고유하지는 않은 시간차는 동기화하기가 용이하지 않다.

그러므로, 자기 공명 시스템의 다양한 구성요소들의 시간차의 검출 및 보상을 위한 개선된 방법을 제공할 필요가 있다.

따라서 본 발명의 과제는, 자기 공명 시스템의 다양한 구성요소들의 시간 동기화를 가능케 하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

상기 과제는 독립 청구항들의 특징들에 의해 해결된다. 본 발명의 바람직한 실시예들은 종속항들에 설명되어 있다.

제1 태양에 따르면, 본 발명은 자기 공명 시스템의 상이한 구성요소들의 시간 동기화를 위한 방법을 제공하며, 상기 방법은,

절편의 자화를 편향시키기 위해 일련의 진폭 변조 고주파 펄스 및 관련 경사 자장을 발생시키는 단계, 적어도 2개의 스핀 신호를 검출하는 단계, 스핀 신호들 중 2개 사이의 위상차를 결정하는 단계, 자기 공명 시스템의 상이한 구성요소들에 의해 발생되는 변수들, 즉 진폭 변조 고주파 펄스의 포락선, 진폭 변조 고주파 펄스의 고주파 성분, 및 하나 이상의 경사 자장 중 2개 사이의 적어도 하나의 시간차를 결정하기 위해 상기 위상차를 처리하는 단계, 그리고 적어도 하나의 시간차에 기초하여 자기 공명 시스템의 관련 구성요소들을 동기화하는 단계를 포함한다.

RF 펄스에 의해, 절편의 자화를, 예를 들어, 정적 기본 자장에 의해 형성되는 정지 상태로부터 편향시키는 것이 가능하다. 특히, 이러한 고주파 펄스는 자화를 편향시키기 위해 필요한 공명 상태가 특정 위치에 대해서만 정의되도록 경사 자장과 관련될 수 있다. 자화가 정지 상태로부터 편향되면, 자화는 정지 상태를 따라 배향되는 종축 성분 및 정지 상태에 대해 직교하는 횡축 성분에 의해 설명될 수 있다. 자화의 횡축 성분은 기본 자장에 대해 세차 운동한다. 이러한 횡축 성분에 대한 적합한 작용에 의해, 스핀 신호가 발생하는 것이 달성될 수 있다. 스핀 신호는 횡축 자화 성분의 이전에 탈위상화된 코히어런스 곡선의 재위상화에 의해 발생한다.

자화의 코히어런스 곡선이 재위상화되면, 이미 설명된 바와 같이, 매우 강력한 스핀 신호가 발생한다. 이러한 스핀 신호를 예를 들어 고주파 코일을 이용하여 유도식으로 편향시키는 것이 가능하다. 검출된 신호는 정의된 위상을 갖는다. 복수의 검출된 신호가 주어지면, 특히 측정 기술적으로 다양한 신호들 사이의 위상차를 결정할 수 있다. 위상차는 여기서 완전한 재위상화의 시점에서의 스핀 신호의 위상차에 의해 정의된다. 재위상화의 시점은 대개 최대 신호 진폭의 시점과 일치하기도 한다. 최대 진폭의 시점은 재위상화된 코히어런스 곡선과 관련된다. 본 발명의 현재 설명되는 태양에 따르면, 적어도 2개의 스핀 신호들 사이의 측정된 위상차로부터 시간차를 계산할 수 있다. 시간차는 진폭 변조 고주파 펄스의 포락선과 진폭 변조 고주파 펄스의 고주파 성분 사이, 그리고 진폭 변조 고주파 펄스의 포락선과 관련 경사 자장 사이에 존재할 수 있다. 예를 들어, 고주파 펄스의 포락선은 고주파 성분 자체보다는 MR 시스템 내의 다른 구성요소에 의해 발생된다. 고주파 성분은 전형적으로 수치 제어 오실레이터(NCO)에 의해 발생된다. 이와 대조적으로, 진폭 변조는 예를 들어 종래의 신호 발생기에 의해 발생되어, 고주파 성분과 혼합된다. 그러므로, MR 시스템의 이러한 대응하는 구성요소들을 동기화하는 것이 필요하다.

MR 획득 시퀀스 자체에서 측정된 MR 데이터를 사용한 MR 시스템의 다양한 구성요소들의 시간 동기화는 상이한 구성요소들의 측정 분석에 의해 시간 동기화를 달성하는 것에 기초한 방법에 비해 장점을 갖는다. 따라서, 실행은 작동 준비된 MR 시스템 내에서 완전 자동으로 이루어질 수 있다. 또한, 보정은 MR 측정 데이터 자체에 기초하여 실시되므로, 미지의 파라미터로 인한 시스템 오차가 최소화될 수 있다. 동기화는 실제 획득된 MR 데이터를 사용하여 발생하므로, 미검출된 시스템 측정 오차가 감소될 수 있다. 동기화는, 차후에 작동 중에 획득되는 데이터와 매우 유사한 데이터를 사용하여 실시된다. 그러한 방식으로 동기화의 부정확성이 감소한다.

또한, MR 획득 시퀀스에 기초한 방법이 자동으로 수행될 수 있다. 외부 측정 장치를 사용하는 것은 불필요하다. 특히, MR 시스템의 작동 시에 때때로 시간 동기화를 자동으로 검증할 수 있다.

특히, 자화가 기준 주파수에 의해 편향될 수 있는 기준 절편에 대해 소정의 거리만큼 변위된 절편 내에서 자화가 편향되도록 고주파 펄스 및 관련 경사 자장이 발생할 수 있다.

경사 자장 형태의 절편 선택 경사의 인가에 의해, RF 펄스가 피검체 내의 특정 절편에서만 그의 효과를 발휘할 수 있다. 그 이유는, 공간적으로 변하는 자장으로 인해 피검체 내의 특정 지점 또는 특정 절편에서만 자화의 공명 조건이 충족되기 때문이다. 그곳에서만 자화가 RF 펄스에 의해 편향될 수 있다. 특히, RF 펄스의 인가 중에 그러한 절편 선택 경사가 스위칭되는 것이 유리할 수 있다. 특히, 자화가 기준 절편에 대해 미리 정의된 거리를 갖는 절편 내에서 편향되도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 기준 절편은 기준 주파수에 의해 정의될 수 있다. 기준 절편과 관련하여, 경사 자장은 기준 주파수가 거기서 공명 상태를 만족시키므로, 자화가 기준 주파수에 의해 편향될 수 있도록 선택된다. 그러한 절편 내에서의 자화의 여기에 의해, 스핀 신호가 또한 기준 절편으로부터의 절편의 거리에 대한 의존성을 보이는 것이 제공된다. 특히, 여기서 (예를 들어) 기준 절편으로부터의 절편의 거리가 공지되면 신호의 측정에 의해 여기 펄스의 특성을 도출할 수 있다.

예를 들어, 실제로, NCO는 기준 주파수에 대한 주파수 편이를 갖도록 구성된다. 예를 들어, 기준 주파수는 (예를 들어, 시스템에 기초하여) 선택될 수 있거나, (예를 들어) 물 속에서의 핵 스핀의 공명 주파수에 대응할 수 있다. 이러한 주파수 편이는 스위칭된 경사 자장이 공지되면 기준 절편에 대한 절편 변이와 관련된다. 예를 들어, 기준 절편은 여기서 MR 시스템의 기하학적 치수와 관련하여 정의된 미리 배열된 절편을 표시한다. 그러므로, MR 시스템 내에 위치된 피검체의 정의된 영역은 주파수 편이(및 경사 자장)의 선택에 의해 조사될 수 있다.

자화의 편향각 및 위상 위치가 각각 고주파 펄스와 관련될 수 있고, 편향각은 자화의 일부만이 편향되도록 선택되고, 다음의 파라미터들, 즉 고주파 펄스의 편향각, 고주파 펄스의 위상 위치, 경사 자장의 진폭 중 적어도 하나가 고주파 펄스 및 관련 경사 자장의 결과로서 적어도 2개의 상이한 값을 취한다.

자화의 일부만이 RF 펄스의 편향각의 대응하는 치수화에 의해 정지 상태로부터 편향되면, 이는 RF 펄스의 인가 후에도 무한 자화가 존재하는 것에 상응한다. 전체 자화가 기본 자장의 방향에 의해 정의되는 횡축 평면 내로 편향되는 것은 아니다. 바꾸어 말하면, RF 펄스는 유리하게는 90°보다 작은 편향각을 갖도록 선택된다. 90°의 편향각은 전체 자화가 횡축 평면 내로 기울어지는 것과 같은 의미이다.

따라서 기준 주파수에 대해 RF 펄스의 고주파가 편이되면, 고주파 또는 고주파 성분의 위상 위치는 시간의 함수로서 기준 주파수에 대해 변한다. 이를 위상 응답이라 한다. 따라서 RF 펄스의 위상 위치는 유리하게는 고주파 여기 펄스의 포락선의 시간적 중간점에서의 기준 주파수에 대해 정의된다.

예를 들어, 적어도 2개의 고주파 펄스의 편향각들이 상이한 값을 취하는 것이 유리할 수 있다. 이는 (예를 들어, 제1 고주파 펄스 내의) 편향각이 제2 고주파 펄스 내에서와 상이한 값을 취하고, 그러므로 종방향으로부터 횡축 평면으로 기울어지는 자화의 비율이 상이한 값들을 취하는 것을 의미한다. 적어도 2개의 RF 펄스의 위상 위치들이 상이한 값을 취하는 것이 가능할 수도 있다. 따라서, 2개의 경사 자장의 진폭들이 상이한 값을 취할 수 있다.

다양한 파라미터들이 교대로 상이하게 선택됨으로써, 신호 또는 획득 시퀀스의 측정 및 공지된 변수와 관련된 여기 펄스의 상이한 파라미터들을 결정하기에 충분한 연립 방정식이 결정된다. 예를 들어, 모든 여기 펄스 또는 경사 자장이 동일하게 치수화되면, 연립 방정식의 결정성은 불충분할 수 있다. 이는 여기 펄스의 확정적인 파라미터를 제한할 것이다.

그러나, 이와 관련하여, 고주파 펄스 및 관련 경사 자장의 결과로서, 다음의 파라미터들, 즉 고주파 펄스의 편향각, 고주파 펄스의 위상 위치, 경사 자장의 진폭 중 적어도 하나가 동일한 값을 적어도 2번 취하는 것도 가능하다.

즉, 획득 시퀀스의 특정 파라미터들이 동일하게 선택되면, 이는 기본 연립 방정식의 단순화에 상응할 수 있다. 변수의 개수는 감소된다. 이 경우, 연립 방정식의 결정성이 불충분할 정도로, 즉 명백하게 풀릴 수 없을 정도로 변수의 개수가 감소되지는 않는 것이 보장된다.

상기 방법은 또한, 적어도 하나의 시간차를 결정하기 위해 위상차를 최소화하도록 적어도 하나의 고주파 펄스의 위상 위치를 증분식으로 변경하는 단계도 포함할 수 있다.

특히, 2개의 고주파 펄스들 사이의 위상차를 1회 측정하고 이로부터 직접 시간차를 결정하는 대신에, 추가로 도입된 위상을 이용하여 RF 펄스의 위상을 인가하는 것이 유리할 수 있다. 추가로 도입된 위상은 2개의 스핀 신호들 사이의 위상차가 최소화되거나 소멸될 때까지 증분식으로 변경될 수 있다. 이는 2개의 스핀 신호들 사이의 위상차가 전형적으로 고주파 펄스에 의해 도입되는 추가의 위상에 의존하므로 사실이다. 그러한 방법은 완전 자동으로 실행될 수 있으므로 유리할 수 있다. 정의된 기준(위상차의 최소화)이 달성될 때까지, 정의된 RF 펄스의 위상 위치가 보정 시퀀스의 범주 내에서 연속적으로 변경되도록 적절하게 MR 시스템을 구성할 수 있다. 특히, 위상 증분의 적합한 선택에 의해 시간차의 결정 시에 원하는 시간 분해능을 제공할 수 있다. 따라서 RF 펄스의 위상의 증분을 더 작게 하면, 시간차를 더 정밀하게 결정할 수 있다.

상기에서 설명된 바와 같이, 자동 실행은 그러한 동기화를 빈번하게 실행할 수 있는 장점을 갖는다. 보정 루틴의 범주 내에서의 자동 실행은 MR 시스템의 사용 수명에 걸쳐 동일하게 고도의 시간 동기화가 항상 보장되도록 허용한다. 특히, (예를 들어, 개별 구성요소의 시간차를 생성하는) 시스템 오차를 조기에 검출할 수 있다. MR 시스템의 작동 기간에 걸쳐 나타나는 시간 동기화의 감퇴는 이에 의해 교정될 수 있다.

특히, 관련된 제1, 제2, 및 제3 경사 자장을 갖는 제1, 제2, 및 제3 고주파 펄스에 의해 자화가 편향되고, 스핀 신호가 제1 및 제2 스핀 에코와 자극 스핀 에코로서 검출되는 것이 유리할 수 있다.

본 발명의 그러한 특수한 실시예는 자화를 편향시키기 위해 3개의 RF 펄스가 사용된다는 점에서 기인한다. RF 펄스가 특히 종방향 자화의 일부만을 횡축 평면 내로 편향시키는 편향각, 즉 90°보다 작은 편향각을 가지면, 제1 및 제2 스핀 에코 및 자극 스핀 에코가 발생한다.

따라서, 예를 들어 적합하게 스위칭된 경사 자장에 의한 탈위상화 및 그에 후속하는 고주파 펄스와 적합하게 스위칭된 추가의 경사 자장에 의한 재초점화에 의해 스핀 에코가 발생할 수 있다. 이 경우, 횡축 자화 성분의 코히어런스 곡선은 먼저 제1 경사 자장에 의해 탈위상화된다. 이는 추후 개별 스핀들이 상이한 위상 위치를 갖게 됨을 의미한다. 스핀들 사이에서 파괴적 간섭이 발생하므로, 신호가 검출되지 않을 수 있다. 추가의 RF 펄스가 스핀계에 대한 재초점화 펄스로서 작용할 수 있다. 스핀계의 코히어런스 거동이 역전된다. 그러면 후속하여 스위칭된, 적합한 대수 부호 및 크기의 경사 자장이 코히어런스 거동의 재위상화를 야기할 수 있다. 대응하는 코히어런스 거동의 탈위상화가 약화되면서 스핀 에코가 발생한다.

3개의 RF 펄스가 주어지면, 복수의 스핀 에코가 검출될 수 있다. 이러한 스핀 에코에 추가하여, 시간 동기화를 위한 이른바 자극 에코도 사용하는 것이 유리할 수 있다. 자극 스핀 에코는, 예를 들어 일련의 RF 펄스에 의해 처음에 횡축 평면 내로 편향된 다음 다시 종방향으로 다시 편향되었다가, 최종적으로 자극 스핀 에코의 발생을 위해 다시 횡축 평면으로 편향된 자화의 일부로부터 발생할 수 있다.

특히, 3개의 RF 펄스가 사용되면, 자극 스핀 에코 및 2개의 스핀 에코의 사용은 대응하는 스핀 신호의 신호 진폭이 충분히 큰 장점을 가질 수 있다. 다양한 스핀 신호의 신호 진폭이 클수록, 2개의 스핀 신호들 사이의 위상차가 더 정밀하게 결정될 수 있다. 그러나, 2개의 스핀 신호들 사이의 위상차의 더 정밀한 결정은 MR 시스템의 다양한 구성요소들의 시간차가 더 정밀하게 결정될 수 있는 결과를 갖는다.

여기서, 제1 경사 자장은 제1 경사 진폭을 갖고, 제2 및 제3 경사 자장은 제2 경사 진폭을 갖는 것이 가능하다.

즉, 제2 및 제3 RF 펄스와 각각 관련된 제2 및 제3 경사 자장의 경사 진폭이 동일한 크기로 선택되면, 매우 간단한 연산에 의해 2개의 스핀 신호의 위상차 및 시간차를 추론할 수 있다. 제2 및 제3 경사 자장의 동일한 치수화에 의해, 생성되는 연립 방정식이 단순화되고, 2개의 스핀 신호들 사이의 위상차로부터 직접 RF 펄스의 초기 파라미터를 결정할 수 있다.

특히, 다음과 같이, 진폭 변조 고주파 펄스들의 포락선과 진폭 변조 고주파 펄스의 고주파 성분 사이의 제1 시간차를 계산할 수 있다.

여기서, dPHI는 제2 검출 스핀 에코의 위상과 자극 스핀 에코의 위상 사이의 위상차이고, D는 기준 절편으로부터의 절편의 거리이고,

는 자기 회전비이며, 이때 제1 및 제2 고주파 펄스의 위상 위치는 동일하게 선택된다. 여기서 제1 시간차는 특히 진폭 변조 신호의 시작과 고주파 성분의 삽입 사이의 시간 간격에 의해 정의될 수 있다.

또는, 다음과 같이, 경사 자장과 진폭 변조 고주파 펄스의 고주파 성분 사이의 제2 시간차를 계산할 수도 있다,

여기서, dPHI는 제2 검출 스핀 에코의 위상과 자극 스핀 에코의 위상 사이의 위상차이고, D는 기준 절편으로부터의 절편의 거리이고,

는 자기 회전비이다. 제2 시간차는 여기서 진폭 변조 신호의 시작과 절편 선택 경사의 시작 사이의 시간 간격에 의해 정의될 수 있다.

전술한 바와 같은, 3개의 RF 펄스와, 제2 및 제3 RF 펄스에 속하는 동일한 진폭의 2개의 경사 자장의 매우 간단한 선택에 의해, 상기 공식들에 상응하게 제1 및 제2 시간차를 직접 계산할 수 있다. 특히, 경사 자장(Gs1, Gs2)의 진폭의 공지된 크기, 공지된 자기 회전비, 기준 절편에 대한 절편의 공지된 변위(D), 및 측정된 위상 변이만이 계산에 포함된다.

특히, (위에서 제시된 바와 같이) RF 펄스 위상의 증분식 변동에 의해 시간 차의 계산을 위한 스핀 신호들 사이의 위상 변이를 초기에 최소화하는 것이 유리할 수 있다. 상기 공식들과 조합하여, 이는 제1 및 제2 시간차의 매우 간단한 결정을 허용한다.

또 다른 태양에 따르면, 다음의 구성요소들, 즉 진폭 변조된 고주파 펄스의 고주파 성분을 발생시키기 위한 고주파 신호 발생기, 진폭 변조 고주파 펄스의 포락선을 발생시키기 위한 진폭 변조 유닛, 진폭 변조 고주파 펄스와 시간적으로 중첩되는 경사 자장을 인가하기 위한 경사 자장 유닛, 스핀 신호를 검출하기 위한 고주파 수신 시스템을 포함하는 자기 공명 시스템이 제공되며, 고주파 전송 시스템은 절편의 자화를 편향시키기 위해 일련의 진폭 변조 고주파 펄스 및 관련 경사 자장을 발생시키도록 구성되고, 고주파 수신 시스템은 적어도 2개의 스핀 신호를 검출하도록 구성되며, 자기 공명 시스템은, 스핀 신호들 중 2개 사이의 위상차를 결정하고, 자기 공명 시스템의 상이한 구성요소들에 의해 발생되는 변수들, 즉 진폭 변조 고주파 펄스의 포락선, 진폭 변조 고주파 펄스의 고주파 성분, 및 하나 이상의 경사 자장 중 2개 사이의 적어도 하나의 시간차를 결정하기 위해 상기 위상차를 처리하고, 적어도 하나의 시간차에 기초하여 자기 공명 시스템의 관련 구성요소들을 동기화도록 구성된 보정 유닛을 추가로 포함한다.

MR 획득 시퀀스는 전형적으로 경사 자장 및 고주파 펄스와 같은 다양한 요소를 포함한다. 이러한 요소들은 MR 시스템의 설명된 다양한 구성요소들에 의해 발생된다. 예를 들어, RF 신호 발생기는 수치 제어 오실레이터(NCO)의 형태로 존재할 수 있다. 고주파 성분의 진폭 변조는 NCO의 신호와 진폭 변조 유닛의 출력 신호의 혼합에 의해 발생할 수 있다. 경사 자장 유닛은 또한 공간적으로 변하는 자장을 발생시키기 위한 경사 자장 시스템을 포함할 수 있다.

이러한 특성들을 가진 자기 공명 시스템을 사용하여, 본원의 방법과 관련하여 상술한 효과에 상응하는 효과가 달성될 수 있다.

위에서 설명된 본 발명의 특성, 특징, 및 장점과, 이들이 달성되는 방법은 도면을 토대로 상세하게 설명되는 하기의 실시예들의 설명과 관련하여 더 명확하고 명백하게 이해될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 자기 공명 시스템의 개략도이다.
도 2는 MR 시스템의 다양한 구성요소들의 시간 동기화를 위한 MR 획득 시퀀스의 고주파 펄스의 개략도이다.
도 3은 MR 시스템의 다양한 구성요소들의 시간 동기화를 위한 MR 획득 시퀀스의 개략도이다.
도 4는 RF 펄스의 고주파 성분과 포락선 사이의 제1 시간차가 도시되어 있는, MR 시스템의 다양한 구성요소들의 시간 동기화를 위한 MR 획득 시퀀스의 고주파 펄스의 개략도이다.
도 5는 RF 펄스의 포락선과 경사 자장 사이의 제2 시간차가 도시되어 있는, MR 시스템의 다양한 구성요소들의 시간 동기화를 위한 MR 획득 시퀀스의 고주파 펄스의 개략도이다.
도 6은 2개의 스핀 신호들 사이의 위상차의 최소화를 결정하기 위한 개략도이다.
도 7은 MR 시스템의 다양한 구성요소들을 동기화하기 위한 방법의 흐름도이다.

도 1은 자기 공명(MR) 데이터를 획득하도록 구성된 자기 공명 시스템(30)을 개략적으로 도시한다. MR 시스템은 하나 이상의 고주파 펄스(15)를 포함할 수 있다. MR 시스템(30)은 또한 기본 자장을 발생시키기에 적합한 자석(10)을 갖는다. 피검체, 도시된 경우에서는 피검자(11)가 베드(13)에 의해 자석(10) 내부로 활주 이동될 수 있다.

자석(10)에 의해 발생되는 기본 자장은 스핀계를 극성화한다. 스핀들은 정지 상태에서 기본 자장의 방향을 따라 향한다. 고주파 코일(15)에 의해, 기본 자장 내에서 자화를 그의 정지 상태로부터 편향시키는 고주파(RF) 펄스가 발생될 수 있다. 고주파 발생기(20) 및 진폭 변조 유닛(24)은 고주파 코일(15)에 의한 고주파 펄스의 인가를 위해 제공된다. 고주파 발생기(20)는 전형적으로 수치 제어 오실레이터(NCO)를 포함할 수 있다. 진폭 변조 유닛(24)에 의한 진폭 변조는 자화의 목표한 공간 여기 프로파일을 달성하기 위해 필요하다.

또한, MR 시스템(30)은 피검자(11)의 영역 내에서 자장 경사를 제공하도록 구성된 경사 자장 시스템(14)을 포함한다. 자장 경사 또는 경사 자장은 스핀계의 공명 상태에 의해 RF 펄스의 효과의 공간 부호화를 생성할 수 있다. 따라서, 기준 절편(51)에 대해 거리(D)만큼 변이된 절편(52) 내에서만 자화를 편향시키는 것이 가능할 수 있다. 그러므로, 경사 자장은 또한 전형적으로 RF 펄스에 대해 평행하게 인가된다. 경사 자장 유닛(23)은 경사 자장의 시간 시퀀스 및 파라미터를 제어한다. 구성요소인 RF 신호 발생기(20), 진폭 변조 유닛(24), 및 경사 자장 유닛(23)이 고주파 전송 시스템(26)을 형성한다.

또한, 고주파 코일(15) 내에서 유도식으로 전압을 일으키는 자화 신호가 컴퓨터(22) 형태의 고주파 수신 시스템(25)에 의해 검출될 수 있다. 작동 유닛(12)이 제어 요소와 연결되어, 사용자가 자기 공명 시스템(30)의 제어를 실행하도록 허용한다.

특히, 이제 RF 전송 시스템(26)의 구성요소들, 즉 RF 신호 발생기(20), 진폭 변조 유닛(24) 및 경사 자장 유닛(23)의 동기화를 보장하는 것이 필요할 수 있다. 특히, MR 획득 시퀀스의 범주 내에서 동기화를 실행하는 것이 유리할 수 있다. 예를 들어, RF 신호 발생기(20)와 진폭 변조 유닛(24)이 제1 시간차와 관련하여 동기화되면, RF 펄스의 고주파 성분이 이후의 MR 획득 시퀀스에서 RF 펄스의 포락선과 전형적으로 정합되는 것이 따라서 보장될 수 있다. 그러한 시간차로 인해 스핀계 에 인가될 수도 있는 추가의 위상이 상기 방식으로 방지된다. 또한, 경사 자장 유닛(23)과 진폭 변조 유닛(24)의 정합 및 시간 동기화 시, MR 획득 시퀀스 중에 스위칭된 경사 자장이 다양한 RF 펄스의 포락선과 시간적으로 동기화되는 것이 보장될 수 있다. 그로 인해, 스핀계에 추가로 인가되는 위상이 재차 억제된다.

MR 시스템의 일반적인 기능은 본 기술 분야의 당업자에게 공지되어 있어서, 일반적인 구성요소들의 더 상세한 설명은 생략한다.

MR 획득 시퀀스의 다양한 구성요소들 사이의 시간차를 결정하기 위한 MR 획득 시퀀스의 RF 펄스가 도 2에 도시되어 있다. 여기서는 3개의 RF 펄스(70, 71, 72)가 시간적으로 연속하여 인가된다. RF 펄스(70, 71, 72)들은 포락선(82) 및 고주파 성분(80)을 포함한다. 절편 선택을 위해 절편 선택 경사(89)가 사용된다. 고주파 성분(80)은 전형적으로 RF 신호 발생기 형태의 수치 제어 오실레이터(NCO)에 의해 발생된다. 절편 선택 경사는 경사 자장(60a, 60b, 60c)의 형태를 갖는다. 이러한 경사 자장은 주어진 고주파 성분(80) 하의 공명 상태가 피검체의 특정 절편에 대해서만 보장되는 것을 보장한다. 이는 자장 강도가 경사 자장(60a, 60b, 60c)의 범주 내에서 공간적으로 변화하는 경우에 해당된다. 경사 자장(60a, 60b, 60c)은 전형적으로 포락선(82) 및 고주파 성분(80)과 동시에 최적으로 인가된다. RF 펄스(70, 71, 72)의 진폭 변조는 따라서 사인 펄스의 형태로 발생할 수 있다. 이는 RF 펄스의 정의된 공간 여기 프로파일의 장점을 갖는다. 사인파형 포락선 또는 진폭 변조가 도 2에 그래프로 표시되어 있다. 그러나, 진폭 변조의 다른 형태를 선택하는 것도 가능하다.

3개의 RF 펄스는 각각 위상 위치(phi1, phi2, phi3) 및 편향각(alpha, beta)에 의해 기술된다. RF 펄스의 위상 위치(phi1, phi2, phi3)는 여기서 고주파 여기 펄스의 포락선(82)의 시간 중간점에서의 기준 주파수에 대한 고주파의 위상 변에 의해 정의된다. 예를 들어, 기준 주파수는 시스템에 기초하여 선택될 수 있거나, 예를 들어, 물 속의 핵 스핀의 공명 주파수에 대응할 수 있다. RF 펄스가 자화를 편향시키기 위해 인가되면, 실제로, 그의 고주파 성분(80)은 기준 주파수에 대한 차이 주파수(Δf)에 의해 대체로 정의된다. 또한, 편향각은 그에 대해 횡방향인 평면 내에서의 (기본 자장에 의해 정의된) 종방향을 벗어난 자화의 숙임각으로서 정의된다. 편향각은 RF 펄스(70, 71, 72)의 진폭에 비례할 수 있고, 일정한 진폭이 주어지면 편향각을 증가시키기 위한 여러 방법들이 또한 공지되어 있다.

RF 펄스의 고주파 성분(80)의 위상 위치는 따라서 기준 주파수에 대한 시간의 함수로서 변화한다. 이는 도 2에서 위상 응답(81)에 의해 표시되어 있다. 더 큰 (더 작은) 차이 주파수가 여기서 시간의 함수로서 위상 응답(81)의 더 강한 (더 약한) 변화를 생성한다. 특히, 도 2에서, 자화의 편향이 기준 절편에 대해 소정의 거리(D)만큼 변이된 절편 내에서 발생하는 경우가 도시되어 있다. 기준 절편은, 예를 들어, 자화의 공명 주파수가 기준 주파수인 절편으로서 정의될 수 있다. 예를 들어, 거리(D)는 그 다음 기준 주파수에 대한 고주파 성분(80)의 변이로부터 생성된다. 그러므로, 절편 내의 스핀을 편향시키기 위해, 절편 선택 경사(89)로서 경사 자장을 인가하는 것이 필요하다. 이는 진폭(Gs)을 모두 가질 수 있는 경사 자장(60a, 60b, 60c)의 범주 내에서 발생한다. 경사 자장의 진폭(Gs)은 여기서 자장 강도의 공간적 변화의 속도를 표시한다. RF 펄스의 고주파는 그 다음 기준 주파수에 대한 변이(δf)를 기술하는 다음의 방정식에 의해 결정된다:

여기서,

는 자기 회전비를 표시한다. 위에서 설명된 바와 같이, Δf*t에 따른 선형 위상 응답(81)이 발생하고, 여기서 t는 시간을 표시한다.

MR 시스템의 다양한 구성요소들의 시간 동기화와 관련하여, 다음의 도 4-6과 관련하여 상세하게 설명되는 바와 같이, 편향각이 상이한 RF 펄스들에 대해 동일하게 선택되는 것이 유익할 수 있다. 예를 들어, 제1 RF 펄스(70)는 편향각(alpha)를 가질 수 있고, 제2 및 제3 펄스(71, 72)는 각각 편향각(beta)를 가질 수 있다. 이는 스핀 신호 진폭의 계산이 도 3과 관련하여 설명되는 바와 같이, 현저하게 단순화되는 장점을 갖는다.

MR 획득 시퀀스의 다양한 구성요소들 사이의 시간차를 결정하기 위한 MR 획득 시퀀스가 도 3에 도시되어 있다. 특히, 스핀 신호(76, 77, 78)의 위치는 여기 펄스(70, 71, 72)에 대한 시간 곡선에 도시되어 있다. 여기 펄스(70, 71, 72)는 여기서 고주파 성분(80)에 의해 그래프로 표현된 도 2와 관련하여 상기에서 설명된 바와 같이 여기 펄스에 대응한다.

또한, 절편 선택 경사(89)의 관련 경사 자장(60a, 60b, 60c)이 인덱싱된다. 진폭(Gs)을 구비한 이러한 경사 자장(60a, 60b, 60c)은 유리하게는 RF 펄스(70, 71, 72)와 시간적으로 동기화되어야 한다. 도 3으로부터 명백한 바와 같이, 추가의 경사 자장(60d, 60e)이 다양한 RF 펄스(70, 71, 72)들 사이에서 스위칭된다. 이러한 경사 자장은 횡축 자화 성분의 탈위상화 또는 재위상화를 생성하는 목적을 갖는다. 이는 코히어런스 곡선(50)에 의해 설명된다. 코히어런스 곡선(50)은 도 3에 도시되어 있다. 이는 다양한 발생하는 스핀 신호(76, 77, 78)를 설명하기 위해 하기에서 상세하게 설명되어야 한다.

제1 RF 펄스(70)는 그러한 지점까지 정지 상태로 있었던 자화(종축 자화)의 일부를 정지 상태로부터 편향시켜서, 횡축 성분을 발생시킨다. RF 펄스(70, 71, 72)의 인가 동안 횡축 성분의 탈위상화는 무시될 수 있다. 횡축 성분은 제1 RF 펄스의 인가 후에 스위칭된 경사 자장(60d)에 의해 탈위상화된다. 이는 도 3의 그래프에서 제1 RF 펄스(70)와 제2 RF 펄스(71) 사이의 코히어런스 곡선(50)의 상승에 의해 명백히 나타나 있다.

이어서 제2 RF 펄스(71)가 스핀계에 작용한다. 상기 제2 RF 펄스(71)는 다양한 효과를 갖는다. 제1 효과는, 기존의 횡축 자화의 일부가 종방향으로 꺾이게 한다. 종축 자화의 이러한 일시적인 부분은 도 3의 그래프에서 제2 RF 펄스(71)와 제3 RF 펄스(72) 사이의 점선에 의해 표현되어 있다. 경사 자장(60e)은 정적인 비세차 종방향 부분에 대해 영향을 미치지 않으므로, 자화의 이러한 부분의 재위상화 또는 탈위상화를 야기하지 않는다. RF 펄스(71)의 또 다른 효과는, 기존의 종축 자화로부터 일부가 횡축 성분으로 꺾이는 점에 있다. 이러한 새로 발생한 자화의 횡축 성분은 제2 RF 펄스(71) 직후에 소멸되는 탈위상화를 보이는 코히어런스 곡선(50)을 갖는다. RF 펄스(71)의 제3 효과는, 이미 존재하는 횡축 자화의 일부가 역전(이른바 재초점화)되는 점이다. 자화의 이러한 부분의 코히어런스 곡선(50)은 제2 RF 펄스(71) 전후에 각각 상이한 부호의 탈위상화를 보인다. 특히, 자화의 이러한 부분은 경사 자장(60e)에 의해 재위상화되고, 제2 RF 펄스(71)와 제3 RF 펄스(72) 사이에서 스핀 신호(76)를 발생시킨다. 이러한 스핀 신호(76)는 처음에 탈위상화된 자화 성분의 재위상화로부터 발생하므로 스핀 에코라고 지칭된다. 또한, 제1 RF 펄스(70)에 의해 발생되는 제2 RF 펄스(71)의 횡축 자화의 일부에 대해서는 영향이 미치지 않는다.

제3 RF 펄스(72)는 제2 RF 펄스(71)와 관련하여 설명된 바와 동일한 효과를 갖는다. 특히, 제2 RF 펄스(71)에 의해 종방향으로 꺾인 자화의 부분도 제3 RF 펄스(72)에 의해 횡축 평면으로 꺾인다. 자화의 이러한 부분은 자극 스핀 에코(77)를 발생시킨다. 계속해서 2차 스핀 에코(78)가 발생한다. 도 3에 더 이상 도시되지 않은 시점에 추가의 스핀 에코들이 발생한다. 그럼에도, 이러한 더 높은 스핀 에코(예를 들어, 제3 및 제4 스핀 에코)도 하기에서 설명되는 바와 같이 MR 시스템의 상이한 구성요소들의 동기화를 위한 방법을 실행하기 위해 사용될 수 있다.

특히, 탈위상화 또는 재위상화를 위해 사용되는 다양한 경사 자장(60d, 60e, 60f)이 자극 스핀 에코(77) 및 2차 스핀 에코(78)이 상이한 시점에서 발생하도록 치수화되는 것이 유리할 수 있다. 도 3의 실시예에서, 이는 (제2 RF 펄스(71)와 제3 RF 펄스(72) 사이에서 스위칭되는) 경사 자장(60e)이 경사 자장(60d, 60f)과 상이한 진폭을 갖는 점에서 보장된다. 특히, 여기서 제2 RF 펄스(71)와 제3 RF 펄스(72) 사이의 탈위상화의 속도가 제1 RF 펄스(70)와 제2 RF 펄스(71) 사이 그리고 제3 RF 펄스(72) 이후의 탈위상화(재위상화)의 속도보다 더 큰 것이 달성된다. 이는 코히어런스 곡선(50)의 기울기에 의해 그래프로 표시되어 있다. 코히어런스 곡선(50)의 탈위상화(재위상화)를 위한 경사 자장(60d, 60e, 60f)의 다른 치수가 가능하다.

90°보다 작아서 코히어런스 곡선(50)에 대해 전술한 작용을 하는 자화의 편향각을 각각 갖는 3개의 RF 펄스(70, 71, 72)를 이용한 MR 획득 시퀀스의 실행예가 문헌에 공지되어 있다. 특히, 스핀 신호(76, 77, 78)의 특성이 계산될 수 있다. 예를 들어, 문헌[Scheffler, Concepts in Mag. Res. 11 (1999) 291-304]에 기초한 계산에 의해, 하기와 같이 개별 스핀 신호(76, 77, 78)들의 자화 벡터(M1, M2, M3)가 도출된다:

제1 스핀 신호(76)의 자화, 즉 제1 스핀 에코(SE1):

i는 여기서 허수 단위를 표시하고, EXP는 지수 함수를 표시하고, sin은 사인 함수를 표시한다.

제3 스핀 신호(78)의 자화, 즉 제2 스핀 에코(SE2):

제2 스핀 신호(77)의 자화, 즉 자극 스핀 에코(STE):

2차 스핀 에코(SE2)는 따라서 제1 RF 펄스(phi1)의 위상에 전적으로 의존한다. 자극 에코(STE)는 phi1, phi2, 및 phi3에 대한 의존성을 보여준다. 하기에 따라 RF 펄스의 위상을 선택할 수 있다:

이로부터 1차 및 2차 스핀 에코(SE1, SE2) 및 자극 에코(STE)가 평행하게 배향됨을 알 수 있다. 이는 하기에서 도 4 내지 도6과 관련하여 이용된다.

MR 획득 시퀀스의 다양한 구성요소들 사이의 시간차를 결정하기 위한 MR 획득 시퀀스의 RF 펄스가 도 4에 도시되어 있다. RF 펄스는 도 2 및 3과 관련하여 설명된 RF 펄스에 상응한다. 그러나, 도 4에서, 여기 펄스(70, 71, 72)의 고주파 성분의 시작은 특히 포락선의 시작에 대해 제1 시간차(dT1)만큼 변위된다. 그로 인해, 하기과 같이 계산되는 위상 응답(81)의 위상 오차가 발생한다.

도 4의 위상 응답(81)의 이러한 위상 오차는 다양한 RF 펄스(70, 71, 72)의 위상 응답(81)의 dphi1(RF 펄스(70)) 및 dphi2(RF 펄스(71, 72))만큼의 우측으로의 변위로써 그래프로 표시되어 있다.

하기에서, 도 4를 참조하여, 다양한 신호(76, 77, 78)의 상대 위상의 측정에 의해 위상 오차에 관한 추론이 도출될 수 있는 방법 및 특히 제1 시간차(dT1)가 계산될 수 있는 방법이 상세하게 설명된다.

현재 설명되는 실시예에서, 제2 및 제3 RF 펄스(71, 72)의 위상은 제1 시간차(dT1)를 결정하기 위해 동일하게 선택된다 (즉, phi2 = phi3). 이와 관련하여, 도 2와 관련된 설명을 참조한다. 그러므로, 제2 및 제3 RF 펄스(71, 72)의 위상 오차는 또한 dphi2 및 dphi3로서 동일하게 표시된다.

또한, 개별 RF 펄스와 관련된 경사 자장의 모든 진폭을 동일하게 선택하지 않는 것이 유리하다:

제1 RF 펄스(70)의 경사 자장(60a): 진폭(Gs1)

제2 RF 펄스(71)의 경사 자장(60b): 진폭(Gs2)

제3 RF 펄스(72)의 경사 자장(60c): 진폭(Gs2)

경사 자장들의 진폭은 도 4에 그래프로 표시되어 있다.

도 4에서 설명되는 실시예에서와 같이, (제1 고주파 펄스(70)와 관련된) 경사 자장(60a) 및 (제2 고주파 펄스(71) 및 제3 고주파 펄스(72)와 관련된) 경사 자장(60b, 60c)이 상이한 진폭을 가지면, 제1 여기 펄스(70)의 (고주파 성분(80)에 의해 설명되는) 고주파가 제2 및 제3 RF 펄스(71, 72)의 고주파 성분(80)에 의해 설명되는 고주파와 상이한 값을 갖는 것이 필요하다. 이는 상이한 경사 자장(60a, 60b, 60c)에도 불구하고 피검체 내의 동일한 절편 내의 스핀에 대한 공명 상태가 충족되도록 하는 데 필요하다. 그래프에서, 이는 제2 및 제3 RF 펄스(71, 72)의 고주파 성분(80)에 비교하여 제1 RF 펄스(70)의 고주파 성분(80)의 더 낮은 값에 의해 표시된다. 또한, 기준 주파수에 대한 고주파의 더 작은 편이로 인해, 제1 RF 펄스(70)는 제2 및 제3 RF 펄스(71, 72)보다 시간의 함수로서 위상 응답(81)의 더 작은 변화를 갖는다.

포락선(82)에 대한 고주파 성분(80)의 시작의 제1 시간차(dT1)는 도 4에 표시되어 있는 바와 같이, 제1 RF 펄스(70)에서의 dphi1의 위상 오프셋 및 제2 및 제3 RF 펄스(71, 72)에서의 dphi2의 위상 오프셋을 생성한다.

이로부터 하기의 식이 도출된다.

이 식으로부터 하기 식이 도출된다.

또한, 하기의 식이 도출된다:

이 식으로부터 하기 식이 도출된다.

이로부터, 개별 스핀 신호(76, 77, 78)에 대한 인수 함수(Arg)의 적용에 의해 위상이 계산될 수 있다. 도 3을 참조하여 상세하게 설명된 바와 같이, 스핀 신호(76, 77, 78)는 제1 스핀 에코(SE1), 제2 스핀 에코(SE2), 및 자극 에코(STE)와 관련된다. 이들 신호의 위상은 하기와 같다.

예를 들어, 자기 공명 시스템의 다양한 구성요소들을 동기화하기 위한 보정 측정의 범주 내에서, 2차 스핀 에코(SE2)[스핀 신호(78)]와 자극 스핀 에코(STE)[스핀 신호(77)] 사이의 위상차(dPHI)를 측정할 수 있다.

dPHI에 대한 상기 공식으로부터, 하기와 같이 시간차를 계산할 수 있다.

이로부터, 하기 식이 도출된다.

이러한 공식은 RF 펄스의 고주파 성분(80)과 포락선(81) 사이의 제1 시간차(dT1)가 도 4와 관련하여 설명된 바와 같이 MR 획득 시퀀스의 실행예에 의해 결정되는 것을 가능케 한다. 이는 3개의 스핀 신호(76, 77, 78)의 검출에 의해 발생한다. 출력 파라미터의 적합한 선택 및 위상차의 검출에 의해, 제1 시간차(dT1)의 미지의 파라미터를 결정할 수 있다.

제1 시간차(dT1)를 결정하는 가능성이 도 4와 관련하여 상기에서 설명되었지만, 많은 다른 대응하는 가능성이 dT1을 결정하기 위해 존재함이 명확해야 한다. 도 4에서 설명된 실시예는 그러므로 제한적으로 해석되지 않아야 한다. 여기서 단지 진폭, 절편 선택 경사, 및 고주파와 같은 일련의 공지된 파라미터 및 상대 위상 위치와 같은 일련의 측정된 파라미터로부터, MR 획득 시퀀스의 미지의 파라미터, 특히 시간차(dT1)를 결정하는 것이 가능한 것이 본질적이다. 바꾸어 말하면, 명백한 해답을 달성하기 위해 충분한 결정성을 갖도록 참여 변수의 연립 방정식을 세워야 한다. 이는 해답을 얻기 위해 항상 그러한 충분히 많은 기지의 파라미터가 존재해야 함을 의미한다.

동시에, 연립 방정식의 간단한 해법을 가능케 하도록 특정 참여 변수들을 동일화함으로써 파라미터 공간이 감소되는 것이 유리할 수 있다. 도 2와 관련하여, 이는 제2 및 제3 RF 펄스(71, 72)와 관련된 경사 자장(60b, 60c)의 동일한 진폭(GS2)의 선택에 의해 발생한다.

예를 들어, 경사 자장(60b, 60c)들의 진폭을 상이하게 선택하는 것도 가능하다. 이 경우, 다양한 신호들의 위상 위치에 대한 대응하는 공식들은 더 복잡해질 수 있다. 그러나, 특히 그러한 방식으로 연립 방정식으로부터 파라미터를 제거하기 위해 3개의 경사 자장(60a, 60b, 60c)들 중 적어도 2개가 동일한 진폭을 갖는 것이 유리할 수 있다. 도 3과 관련하여, 제1 시간차(dT1), 예를 들어 제1 스핀 신호(76)를 결정하기 위해 제2 스핀 신호(77) 및 제3 스핀 신호(78), 즉 자극 스핀 에코 및 2차 스핀 에코 대신에 다른 스핀 신호를 사용하는 것도 가능할 수 있다. 도 3으로부터, 따라서 스핀 에코 형태의 추가의 스핀 신호가 이후의 시점에서 검출될 수 있음이 이미 명확하다. 코히어런스 곡선(50)의 추가의 다각화가 도 3에 완전히 기록되지 않음으로써, 추가의 더 높은 스핀 에코의 그래프는 도시되지 않았다. 그러나, 원칙적으로, 여기 또는 편향 고주파 펄스(70, 71, 72)의 파라미터의 추론을 가능케 하는 신호만 측정하면 된다.

MR 획득 시퀀스의 상이한 구성요소들 사이의 시간차를 결정하기 위한 MR 획득 시퀀스의 RF 펄스가 도 5에 도시되어 있다. RF 펄스는 도 2, 3, 및 4와 관련하여 설명된 RF 펄스에 대응한다. 그러나, 특히 RF 펄스(70, 71, 72)에 각각 속하는 경사 자장(60a, 60b, 60c)은 각각의 포락선에 대한 제2 시간차(dT2)만큼 변위된다. 도 4와 관련하여 이미 설명된 바와 같이, 개별 RF 펄스의 절편 선택 진폭은 상이한 수준이 되도록 선택된다.

제1 RF 펄스(70)의 경사 자장(60a): 진폭(Gs1)

제2 RF 펄스(71)의 경사 자장(60b): 진폭(Gs2)

제3 RF 펄스(72)의 경사 자장(60c): 진폭(Gs2)

각각의 절편 선택 경사(89)의 시작이 이제 각각의 포락선(82)(즉, 진폭 변조 신호)의 시작에 대해 dT2만큼 시간적으로 변위되면, 그에 따라 절편 선택 축 상에서 추가의 경사 모멘트(M)가 발생된다. 이는 dT2 = 0과 관련하여 자화의 횡축 성분에 추가의 위상 회전을 발생시킨다:

코히어런스 곡선의 탈위상화에 대한 시간차의 효과는 이것이 스핀 신호의 진폭의 감소로 이어지지만 스핀 신호의 위상은 변하지 않으므로 무시된다. 예를 들어, 여기된 절편 두께의 대응하는 작은 선택에 의해 신호 감소를 최소화할 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같은 획득 시퀀스 내의 다양한 경사 모멘트가 이제 상세하게 설명된다. 추가의 모멘트(dM)가 제1 및 제2 RF 펄스(70, 71)들 사이에서 발생된다.

이는 횡축 성분의 대응하는 위상 회전으로 이어진다.

모멘트(M1, M2)는 도 5에서 어둡게 도시되어 있다. 이러한 위상 회전(dphi1)은 자화의 횡축 성분에 대한 효과와 관련한 RF 펄스의 추가의 위상으로서 간주될 수 있다.

추가의 경사 모멘트가 경사 진폭들이 동일한 크기이므로, 제2 및 제3 RF 펄스(71, 72)들 사이에서 발생하지 않는다. 제2 RF 펄스(71) 이후 및 제3 RF 펄스(72) 이전의 대응하는 경사 모멘트는 상이한 대수 부호를 갖는다.

그러나, 제3 RF 펄스(72) 이후에 추가 모멘트,

가 발생하고, 이는 다시 횡축 성분의 위상 회전(dphi3)을 발생시킨다:

도 2와 관련하여 위에서 추가로 제시된 바와 같이, 추가의 위상(dphi3)은 자극 스핀 에코(STE) 및 2차 스핀 에코(SE2)에 관련된다. 이 경우, 스핀 신호(76, 77, 78)의 위상은 다음과 같다:

도 4와 관련하여 이미 설명된 바와 같이, 2차 스핀 에코와 자극 스핀 에코 사이의 dPHI 위상차를 측정할 수 있다. 이는 다음과 같다.

대입하면 하기와 같이 도출된다.

이로써, 절편 선택 경사(89)와 포락선(82) 사이의 제2 시간차(dT2)가 하기와 같이 도출된다.

도 4와 관련하여 이미 설명된 바와 같이, 도 5의 실시예는 제한적인 것으로 해석되지 않아야 한다. 특히, RF 펄스(70, 71, 72)의 파라미터 또는 측정된 스핀 신호는 상이한 파라미터들을 가질 수 있거나 상이할 수 있다. 제2 시간차(dT2)를 결정하기 위해 도출되는 연립 방정식이 충분한 결정성을 갖도록, 반드시 충분히 많은 수의 파라미터가 공지되어야 한다. 특히 도 5에서는 포락선(82)과 절편 선택 경사(89) 사이의 제2 시간차(dT2)를 결정하기 위해, 제2 RF 펄스(71)와 제3 RF 펄스(72)가 동일한 위상을 갖는 점이 이용되지 않았다. 이것이, 고주파 성분(80)과 포락선(82) 사이의 제1 시간차(dT1)를 결정하기 위해 도 3과 관련하여 위에서 설명된 예와의 차이점이다. 그러나, 도 4와 관련하여 제1 시간차(dT1)를 결정하기 위해 3개의 RF 펄스(70, 71, 72)의 위상을 선택하는 것도 가능하다.

원칙적으로 2개의 신호(71, 72)들 사이의 위상 변이의 측정으로부터 시간차(dT1, dT2)에 대한 추론을 도출하는 것이 어떻게 가능한지는 앞에서 도 4 및 5를 참조하여 설명되었다. 도 6과 관련하여, 시간차(dT1, dT2)를 얻기 위해 위상 변이(dPHI)가 적합하게 결정되는 것을 특히 간단하게 가능케 하는 방법이 하기에서 설명된다. 이를 위해, 제1 RF 펄스(70)에 큰 값 범위 내에서 작은 증분으로 변경되는 추가의 위상(ε)이 인가된다. 각각의 ε에 대해, MR 실험은 도 4 및 5와 관련하여 상기에서 상세하게 설명된 바와 같이, 3개의 RF 펄스 및 적어도 스핀 에코(SE2, STE)의 검출 또는 측정에 의해 실행된다. 2차 스핀 에코(SE2)와 자극 스핀 에코(STE) 사이의 위상차[Arg(SE2) - Arg(STE)]가 각각 결정된다. 측정된 데이터로부터, SE2와 STE가 평행해지는 ε가 탐색되고, 이는 제2 스핀 에코 및 자극 스핀 에코가 동일한 위상을 갖거나, 위상차가 최소화됨을 의미한다. 하기에서 설명되는 바와 같이, 이는 도 4(도 5)와 관련하여 설명된 것처럼 제1 시간차(dT1)[제2 시간차(dT2)]의 결정을 직접 허용한다.

dT1의 결정을 위해, 위상(ε)이 제1 RF 펄스(70)에 추가로 인가되면, 스핀 신호(SE2, STE)의 위상은 각각 하기와 같이 도출된다.

파라미터(ε)는 하기의 식이 유효할 때까지 변경된다.

대입하면 하기의 방정식이 도출된다.

이로부터, 도 4와 관련한 설명과의 비교에서 제공된 바와 같이 하기 식이 도출된다.

dPHI는 여기서 도 4와 관련하여 상기에서 설명된 바와 같이 정의된다.

dT2를 결정하기 위해, 개별 에코(SE2, STE)의 위상에 대해, 다음이 적용된다.

ε는 다시

가 유효할 때까지 변경된다.

대입하면 하기의 방정식이 도출된다.

이로부터, 도 5와 관련된 설명와의 비교에서 제공된 바와 같이 하기 식이 도출된다.

ε가 원하는 시간 분해능(R)을 사용하여 변경되는 간격(dε)을 정의할 수 있다. 시간 분해능(R)이 높을수록, 다양한 구성요소들의 동기화가 더 정밀하게 이루어진다. 그러나, 동시에, 도시된 방법에 따른 동기화는 더 오래 걸릴 수 있다.

dT1과 관련하여, 주어진 시간 분해능에서 필요한 간격은 하기와 같이 도출된다:

dT2와 관련하여, 주어진 시간 분해능에서 필요한 간격은 하기와 같이 도출된다:

도 7은 MR 시스템의 다양한 구성요소들의 동기화를 위한 본 발명의 실시예에 따른 방법에 따른 흐름도이다. 방법은 단계(700)에서 시작한다. 단계(701)에서 우선 예비 보정이 실행된다. 예비 보정은 포락선(82)과 고주파 펄스(80) 사이 또는 포락선(82)과 절편 선택 경사(89) 사이에서 각각 (상기에서 설명된) 시간차들(dT1, dT2) 중 적어도 하나를 제거하는 목적을 가질 수 있다. 즉, 제1 시간차(dT1) 또는 제2 시간차(dT2)가 단계(701)의 범주 내의 예비 보정에 의해 이미 제거되었으면, 본 발명에 따른 방법의 추가의 단계들이 예를 들어 동시의 제1 및 제2 시간차로 인한 효과들의 중첩으로부터 생성되는 제한이 없이 실행될 수 있다. 2개의 상이한 시간차(dT1, dT2)로 인해 발생하는 다양한 효과들의 중첩이 배제될 수 있다. 예를 들어, 단계(701)에 따른 예비 보정은 현상(developing) 프로세스에서 관련 MR 시스템 구성요소들의 적합한 분석을 통해 실행될 수 있다. 이는 앞에서 이미 설명되었다.

이어서 단계(702)에서, (도 2-5와 관련하여 설명된 바와 같은) 동기화 획득 시퀀스에 대한 초기 파라미터들의 선택이 실행될 수 있다. 예를 들어, 상이한 절편 선택 경사(89)들의 진폭은 상이하게 또는 동일하게 선택될 수 있다. 또한, 측정을 위해 사용되는 다양한 스핀 신호들이 선택될 수 있다. 이는 RF 펄스(70, 71, 72)의 파라미터가 다양한 스핀 신호에 의해 추론될 수 있음을 의미한다. 4개 또는 5개의 대응하는 RF 펄스가 예를 들어 3개의 RF 펄스(70, 71, 72) 대신에 사용되는 것도 가능하다. 이 경우, 스핀 신호의 개수 또는 위치가 변경될 수 있다. 도 3과 관련하여 설명된 것보다 코히어런스 곡선(50)의 더 복잡한 진행이 가능하다.

특히, RF 펄스들 중 하나의 위상 위치에 대한 초기 파라미터가 단계(702)에서 선택될 수 있다. 도 6과 관련하여 설명된 바와 같이, 예를 들어, 제1 RF 펄스(70)의 위상은 위상(ε)이 인가됨으로 인해 증분식으로 변경될 수 있다. 위상(ε)은 제1 RF 펄스(70)의 고유 위상에 부가하여 변경될 수 있다. 따라서 단계(703)에서, 적어도 2개의 신호의 위상이 동일한지가 검사될 수 있다. 예를 들어, 도 3과 관련하여 설명된 바와 같이, 제2 스핀 신호(77) 및 제3 스핀 신호(78)의 위상이 동일한지가 검사될 수 있다. 제2 스핀 신호(77) 및 제3 스핀 신호(78)는 여기서 자극 스핀 에코(STE) 및 2차 스핀 에코(SE2)에 대응한다. 단계(703)에서의 측정에 의해, 자극 스핀 에코(STE) 및 2차 스핀 에코(SE2)의 위상이 동일하지 않다고 검출되면, 위상(ε)은 제1 RF 펄스(70)가 상이한 위상을 갖도록 증분될 수 있다. 이는 단계(704)의 범주 내에서 발생한다.

단계(703) 및 단계(704)는 측정에서 2개의 스핀 신호들의 위상이 동일하다고 검출될 때까지 반복된다. 즉, 단계(703)에서 2개의 스핀 신호들의 위상이 동일하다고 검출되면, 단계(705)에서 공지된 위상(ε)에 기초하여 MR 시스템의 대응하는 구성요소들의 동기화가 실행될 수 있다. MR 시스템의 관련 구성요소들은 고주파 신호 발생기(20), 경사 자장 유닛(23), 및 진폭 변조 유닛(24)일 수 있다.

RF 펄스(70, 71, 72) 및 절편 선택 경사(89)의 발생을 담당하는 MR 시스템의 구성요소들이 단계(705)에서 시간적으로 동기화된 후에, 단계(706)에서 본 측정이 실행될 수 있다. 이어서 단계(707)에서 프로세스가 종료된다.

본 발명의 실시예들은 MR 시스템의 구성요소들을 동기화하기 위해 사용될 수 있다. 적용 분야 중 하나로서 비직교 샘플링을 이용한 MR 시스템이 있으나, 실시예가 이러한 시스템으로만 제한되는 것은 아니다.

Claims (11)

1. 자기 공명 시스템(30)의 다양한 구성요소들의 시간 동기화를 위한 방법이며,
   - 절편(52)의 자화를 편향시키기 위해 일련의 진폭 변조 고주파 펄스(70, 71, 72) 및 관련 경사 자장(60a, 60b, 60c)을 발생시키는 단계,
   - 적어도 2개의 스핀 신호(76, 77, 78)를 검출하는 단계,
   - 스핀 신호(76, 77, 78)들 중 2개 사이의 위상차(dPHI)를 결정하는 단계,
   - 자기 공명 시스템(30)의 상이한 구성요소들에 의해 발생되는 변수들, 즉 진폭 변조 고주파 펄스(70, 71, 72)의 포락선(82), 진폭 변조 고주파 펄스(70, 71, 72)의 고주파 성분(80), 및 하나 이상의 경사 자장 중 2개 사이의 적어도 하나의 시간차(dT1, dT2)를 결정하기 위해 상기 위상차(dPHI)를 처리하는 단계, 및
   - 적어도 하나의 시간차(dT1, dT2)에 기초하여 자기 공명 시스템(30)의 관련 구성요소들을 동기화하는 단계를 포함하는, 자기 공명 시스템의 다양한 구성요소들의 시간 동기화 방법.
2. 제1항에 있어서, 고주파 펄스(70, 71, 72) 및 관련 경사 자장(60a, 60b, 60c)은 절편(52) 내의 자화가 편향되도록 발생되고, 상기 절편은 기준 주파수에 의해 자화가 편향될 수 있는 기준 절편(51)에 대해 소정의 거리(D)만큼 변위되는, 자기 공명 시스템의 다양한 구성요소들의 시간 동기화 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 고주파 펄스(70, 71, 72)에 각각 자화의 편향각(alpha, beta) 및 위상 위치(phi1, phi2)가 할당되고, 상기 편향각(alpha, beta)은 자화의 일부만이 편향되도록 선택되며, 고주파 펄스(70, 71, 72) 및 관련 경사 자장(60a, 60b, 60c)의 결과로서, 다음의 파라미터들, 즉 고주파 펄스의 편향각, 고주파 펄스의 위상 위치, 경사 자장의 진폭(Gs1, Gs2) 중 적어도 하나는 적어도 2개의 상이한 값을 취하는, 자기 공명 시스템의 다양한 구성요소들의 시간 동기화 방법.
4. 제3항에 있어서, 고주파 펄스(70, 71, 72) 및 관련 경사 자장(60a, 60b, 60c)의 결과로서, 다음의 파라미터들, 즉 고주파 펄스의 편향각, 고주파 펄스의 위상 위치, 경사 자장의 진폭(Gs1, Gs2) 중 적어도 하나는 동일한 값을 적어도 2회 취하는, 자기 공명 시스템의 다양한 구성요소들의 시간 동기화 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 시간차(dT1, dT2)를 결정하기 위해 위상차(dPHI)를 최소화하도록 적어도 하나의 고주파 펄스(70, 71, 72)의 위상 위치의 증분 변동(ε)을 실시하는 단계를 추가로 포함하는, 자기 공명 시스템의 다양한 구성요소들의 시간 동기화 방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 자화는 관련 제1, 제2, 및 제3 경사 자장(60a, 60b, 60c)을 가진 제1, 제2, 및 제3 고주파 펄스(70, 71, 72)에 의해 편향되고, 스핀 신호(76, 77, 78)는 제1 및 제2 스핀 에코(SE1, SE2) 및 자극 스핀 에코(STE)으로서 검출되는, 자기 공명 시스템의 다양한 구성요소들의 시간 동기화 방법.
7. 제6항에 있어서, 제1 경사 자장은 제1 경사 진폭(Gs1)을 갖고, 제2 및 제3 경사 자장은 제2 경사 진폭(Gs2)을 갖는, 자기 공명 시스템의 다양한 구성요소들의 시간 동기화 방법.
8. 제7항에 있어서, 진폭 변조 고주파 펄스(70, 71, 72)의 포락선과 상기 진폭 변조 고주파 펄스(70, 71, 72)의 고주파 성분 사이의 제1 시간차(dT1)는 다음 식에 따라 계산되며,
   

   

   
   여기서, dPHI는 제2 검출 스핀 에코(SE2)의 위상과 자극 스핀 에코(STE)의 위상 사이의 위상차이고, D는 기준 절편(51)으로부터의 절편(52)의 거리이고,

   

   는 자기 회전비이며, 이때 제1 및 제2 고주파 펄스의 위상 위치들은 동일하게 선택되는, 자기 공명 시스템의 다양한 구성요소들의 시간 동기화 방법.
9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 경사 자장과 진폭 변조 고주파 펄스(70, 71, 72)의 고주파 성분 사이의 제2 시간차(dT2)는 다음 식에 따라 계산되며,
   

   

   
   여기서, dPHI는 제2 검출 스핀 에코(SE2)의 위상과 자극 스핀 에코(STE)의 위상 사이의 위상차이고, D는 기준 절편(51)으로부터의 절편(52)의 거리이고,

   

   는 자기 회전비인, 자기 공명 시스템의 다양한 구성요소들의 시간 동기화 방법.
10. 자기 공명 시스템(30)이며,
    상기 자기 공명 시스템은,
    진폭 변조 고주파 펄스의 고주파 성분을 발생시키기 위한 고주파 신호 발생기(20)와, 진폭 변조 고주파 펄스의 포락선을 발생시키기 위한 진폭 변조 유닛(24)과, 진폭 변조 고주파 펄스와 시간적으로 중첩되는 경사 자장(60a, 60b, 60c)을 인가하기 위한 경사 자장 유닛(23)을 포함하는 고주파 전송 시스템(26), 및
    스핀 신호를 검출하기 위한 고주파 수신 시스템(25)을 포함하며,
    상기 고주파 전송 시스템(26)은 절편의 자화를 편향시키기 위해 일련의 진폭 변조 고주파 펄스(70, 71, 72) 및 관련 경사 자장(60a, 60b, 60c)을 발생시키도록 구성되고,
    상기 고주파 수신 시스템(25)은 적어도 2개의 스핀 신호(76, 77, 78)를 검출하도록 구성되며,
    상기 자기 공명 시스템은,
    - 스핀 신호(76, 77, 78)들 중 2개 사이의 위상차(dPHI)를 결정하고,
    - 자기 공명 시스템(30)의 상이한 구성요소들에 의해 발생되는 변수들, 즉 진폭 변조 고주파 펄스(70, 71, 72)의 포락선, 진폭 변조 고주파 펄스(70, 71, 72)의 고주파 성분, 및 하나 이상의 경사 자장 중 2개 사이의 적어도 하나의 시간차(dT1, dT2)를 결정하기 위해 상기 위상차(dPHI)를 처리하고,
    - 적어도 하나의 시간차(dT1, dT2)에 기초하여 자기 공명 시스템(30)의 관련 구성요소들을 동기화하도록 구성된 보정 유닛(27)을 추가로 포함하는,
    자기 공명 시스템(30).
11. 제10항에 있어서, 제2항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하도록 구성된 자기 공명 시스템(30).

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