KR20130086180A - 자기 공명 내비게이터들에 의한 동적 ｂ0 필드 검출, 및 다중채널 수신 및/또는 송신 rf 코일 구성들에 대한 정정 - Google Patents

자기 공명 내비게이터들에 의한 동적 ｂ0 필드 검출, 및 다중채널 수신 및/또는 송신 rf 코일 구성들에 대한 정정 Download PDF

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Abstract

자기 공명 장치에서 B0 필드 맵(기본 자기장의 맵)을 산출하기 위한 방법에 있어서, 내비게이터 펄스가 방출되고, 내비게이터 펄스로부터 얻은 내비게이터 응답은 다중채널 RF 코일 어레이의 적어도 일부 채널들에서 검출된다. 다중채널 RF 코일 어레이의 각각의 채널은 RF 코일을 포함하고, 개개의 RF 코일의 각 위치들에 관한 공간 정보는, 다수의 내비게이터 신호들과 함께, 프로세서에 사용 가능하게 만들어 진다. 각 내비게이터 응답 신호들을 공간 인코딩할 필요없이, 내비게이터 응답 신호들이 각각 검출된 RF 코일들의 위치로부터 얻은 공간 정보를 사용하여, B0 필드 맵이 생성된다.

Description

자기 공명 내비게이터들에 의한 동적 Ｂ0 필드 검출, 및 다중채널 수신 및/또는 송신 RF 코일 구성들에 대한 정정{DYNAMIC B0 FIELD DETECTION BY MAGNETIC RESONANCE NAVIGATORS, AND CORRECTION FOR MULTICHANNEL RECEPTION AND/OR TRANSMISSION RF COIL CONFIGURATIONS}
본 발명은 자기 공명 이미징 시스템에서, 특히, 다중채널 수신 및/또는 송신 RF(radio-frequency) 코일 구성을 사용하는 이미징 시스템에서, 기본 자기장(B0) 필드에서의 4 필드 불균일을 정정하기 위한 방법 및 디바이스에 관한 것이다.
fMRI(functional magnetic resonance imaging)는, 에코-평면 이미징(echo-planar imaging; EPI) 또는 나선형 이미징(spiral imaging)과 같은 빠른 이미징 시퀀스들에 의해, 특히 뇌의, 이미지 볼륨들을 반복적으로 획득하여 구현된다. BOLD(Blood Oxygen Level Detection)로서 공지된 시퀀스는, 검출된 영역에 있는 혈액에서의 산소 레벨에 의존하여 바뀌는 소위 BOLD 신호를 발생하고, 이러한 산소 레벨은 그 영역에서 뇌 활동성을 나타낸다. Two*, CBF 및 CBV에 있어서의 변화들을 포함하는, BOLD 신호에 있어서의 변화들의 검출은, 시험 영역에서 각각의 복셀(voxel)에 대해 구현된 시계열의 통계 분석에 의존한다. 예를 들어, 혈류역학적 반응 함수(hemodynamic response function)와 컨볼루션되는 이용되는 패러다임(예컨대, 능동적 및 기준 조건들)을 갖는 시계열의 상관 분석 또는 GLM(General Linear Model) 분석이 fMRI를 위한 기본 절차이다. 근본적인 전제는, 공간적 도메인에서뿐만 아니라 시간적 도메인에서 측정된 신호의 안정성이다. 이러한 전제조건들은, 확산 이미징(diffusion imaging) 및 관류 이미징(perfusion imaging)과 같은, 다른 빠른 이미징 애플리케이션들에 대해서도 유효하다.
공간 안정성은 그로스 서브젝트 모션(gross subject motion)에 의해 교란될(disturbed) 수 있어, 공간 불안정성에 대한 정정을 위한 많은 기술들이 알려져 있다.
시간 안정성은, 드리프트들(예컨대, 사인 전개 항들(sine expansion terms))의 이론 모델 함수들을 복셀-기반 시간 코스들(voxel-based time courses)에 맞춤(fitting)으로써 유지된다. 자기 공명 시스템에서의 전역적 주파수 변화들(K-공간에서의 동적 비공명 변화들(Dynamic Off-Resonance changes in K-space; DORK) 또한 모니터링 및 정정될 수 있다. 호흡 및 심장박동과 같은 생리적 신호들은, 체외 디바이스들(extracorporeal devices)에 의해 기록될 수 있고, GLM 통계에서와 같이, fMRI 분석에서 리그레서(regressors)로서 사용될 수 있다.
EPI 이미지들 및 나선형 이미지들에서의 정적 및 동적 이미지 열화는, B0 필드로 이동된 객체 그 자체에 의해(정적 B0 필드 왜곡), 또는 생리적 변화들, 객체의 이동 혹은 시스템 불안정성에 의해 야기된 외부의 동적 변화들에 의해(동적 B0 필드 변화) 일반적으로 야기된, 비-균일 B0 필드에 그 소스를 갖는다.
B0 필드의 매핑은, 그 결과로, 이용되는 이미지 처리 절차들에서 이미지 정정을 위해 사용되는 이미지 왜곡 맵들 또는 복셀 변위 맵들로 변환되는, B0 필드 맵들을 얻게 되는 공지된 기술이다.
고-품질 B0 필드 맵의 측정은, 그러나, 피스 당 6초와 10초 사이에서 지속되는 적어도 다수의 스캔 반복들(TRs)을 요구하고, 종종 그 결과로서 매핑 절차가 1분과 2분 사이에서 지속되게 한다. 동적 노이즈 및 이미지 열화에 대한 이러한 추가적인 소스들은 신뢰할 수 있는 MR 이미지들(fMRI, DWI, 관류)의 검출을 방해하고(hamper), 따라서, 이러한 소스들을 모니터링하고, 예를 들어, fMRI 시리즈들의 통계 분석에 있어서, 이미지 정정에서 그들의 영향을 고려하는 것이 필수적이다. 이러한 노이즈 소스들은 실시간으로 존재하고, 데이터 획득(인-라인)의 진전(progress) 동안 이미지 정정을 위해 직접 사용될 수 있다. 그러나, 아주 종종, 측정(데이터 획득)이 완료된 후에 (오프-라인 후-처리) 더 복잡한 통계 분석이 구현된다.
생리학적 노이즈에 기인하는 시간 변화의 정정을 위한 공지된 절차들의 예들은, 1996년, 자기 공명 의과학회지, 35권, 3번, 290-298페이지의, Le 등에 의한, "Retrospective Estimation and Correction of Physiological Artifacts in fMRI by Direct Extraction of Physiological Activity from MR Data"; 2000년, 자기 공명 의과학회지, 44권, 1번, 162-167 페이지의, Glover 등에 의한, "image-Based Method for Retrospective Correction of Physiological Motion Artifacts in fMRI:RETROICOR"; 2007년, 자기 공명 의과학회지, 25권, 6번, 869-882페이지의, Pfeuffer 등에 의한, "Functional MR Imaging in the Awake Monkey:Effects of Motion on Dynamic Off-Resonance and Processing Strategies"; 및 2002년, 자기 공명 의과학회지, 47권, 344-353페이지의, Pfeuffer 등에 의한, "Correction of Physiologically Induced Global Off-Resonance Effects in Dynamic Echo-Planar and Spiral Functional Imaging"에 기술되어 있다. EPI 왜곡 정정(정적 및 동적)은, 2002년, 자기 공명 의과학회지, 48권, 771-780페이지의, Ward 등에 의한, "Real-Time Autoshimming for Echo Planar Timecourse Imaging"; 2004년, 자기 공명 의과학회지, 52권, 1156-1166페이지의, Zaitsev 등에 의한, "Point Spread Function Mapping with Parallel Imaging Techniques and High Acceleration Factors: Fast, Robust, and Flexible Method for Echo-Planar Imaging Distortion Correction"; 및 2007년, 자기 공명 의과학회지, 57권, 731-741페이지의, Xiang 등에 의한, "Correction for Geometric Distortion and N/2 Ghosting in EPI by Phase Labeling for Additional Coordinate Encoding(PLACE)"에 기술되어 있다.
본 발명의 목적은, RF 여기 신호들을 송신(방출)하기 위해 및/또는 여기(excitation)에 뒤따르는 결과적인 RF 신호들을 수신하기 위해, 다중채널 RF 코일 구성을 사용하는 자기 공명 데이터 획득 절차들에 있어서 스캔 반복들 동안(from scan repetition-to- scan repetition) 이미징 파라미터들의 재산출 및/또는 이미지 보정에 사용하기 위한 B0 매핑을 개선하기 위한 것이다.
이러한 목적은, 본 발명에 따라 B0 맵을 생성하기 위해, 각 채널들 각각(또는 각 채널들 전체 중에서 적어도 다수의 채널들)으로부터 수신된 내비게이터들을 사용함으로써 달성된다. 이로써, 각각의 개개의 RF 코일로부터의 신호의 추가적인 공간 선택(지역화(localization))이 달성된다. 이것은, 그 후, 내비게이터 신호 아티팩트 검출과 결합된다. 본 발명에 따르면, 공간 맵을 얻을 수 있게 하기 위해, 내비게이터 그 자체에서의 공간 인코딩이 필요하지 않다. 대신, 필요한 공간 정보는 다중채널 코일 구성에서 각 다중 코일로부터 얻어진다.
도 1은 본 발명에 따른 사용에 적합한 유형의 다중채널 자기 공명(MR) 코일 어레이의 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 2a는 에코 평면 이미징(echo planar imaging; EPI) 시퀀스의 맥락에서 내비게이터의 사용을 개략적으로 도시한다.
도 2b는 나선형 이미징 시퀀스에서 내비게이터의 사용을 개략적으로 도시한다.
도 3a는 오프-라인 이미지 정정을 위한 본 발명에 따른 B0 필드 맵의 생성을 개략적으로 도시한다.
도 3b는 원근 이미지 획득 정정을 위한 본 발명에 따른 B0 필드 맵의 사용을 개략적으로 도시한다.
도 4는 다수-반복 데이터 획득 절차에서 반복동안(from repetition-to-repetition) B0 필드 맵을 사용하여 본 발명에 따라 실시될 수 있는 정정들을 개략적으로 도시한다.
도 5는 4개의 동적 B0 필드 변화를 정정하기 위한 본 발명에 따른 B0 필드 맵의 생성을 개략적으로 도시한다.
도 1은 자기 공명 데이터 획득을 위한 송신 또는 수신 코일로서 사용되는 유형의 다중채널 RF 코일 구성의 일례를 개략적으로 도시한다. 이 실시예에서 다중채널 코일 어레이는, 일반적으로 원통형인 전체 구성 주위에 연속적인 고리형 링들로 배열된 어레이의 개개의 코일들에 의해 각각 형성된, 32개의 채널들을 갖는다. 개개의 코일들(1.1, 1.2, 1.3, 1.4, ... 1.8)은 하나의 고리형 링을 형성하는 것으로 도시되고, 개개의 코일들(2.1, 3.1 및 4.1)로 각각 명시된, 연속적인 고리형 링들이 또한 존재한다.
도 2a는 에코-평면 이미징(echo-planar imaging; EPI) 시퀀스와 결합한 내비게이터의 공지된 사용을 개략적으로 도시하고, 여기에서 내비게이터 및 연관된 기울기(gradient)는 RF 여기 이후, 아마도 슬라이스 선택 기울기(slice selective gradient)로 방출(활성화)된다. 이미지 획득은 신호 샘플링에 의해 교번 극성(alternating polarity)의 기울기로 발생한다.
EPI에서 내비게이터에 의한 B0 매핑의 종래의 사용에서는, 내비게이터 자체로부터 공간 정보를 얻을 필요가 있고, 이로 인해 신호 획득 및/또는 계산에 관한 절차들을 더 복잡하게 만들어 아마 더 많은 시간을 소모하게 만들 것이다.
도 2b에 개략적으로 도시된 바와 같이, B0 매핑을 위해 내비게이터를 사용하는 또 다른 공지된 기술은 나선형 이미징이다. 나선형 이미징의 경우에, 내비게이터는, 별도로 더 일찍 방출된 신호보다는, 신호 샘플링(의 일부)에 임베드된다.
본 발명에 따르면, 내비게이터로부터의 에코들은, 다중채널 코일 어레이의 개개의 코일들 중 적어도 일부, 및 바람직하게는 전부에 의해 개별적으로 획득된다. 병렬 이미징의 경우에서와 같이, 예를 들어, 이러한 개개의 코일들 각각의 민감도 프로파일은, 이를테면, 교정 절차(calibration procedure)에서 실시된 결정에 의해, 사전에 공지된다. 본 발명에 따르면, 코일 어레이의 각각의 개개의 코일들에 의해 개별적으로 수신되는 내비게이터 에코들은, B0 맵을 만들어 내기 위해 내비게이터 에코들을 사용하는데 필요한 공간 정보를 제공한다.
도 3a에 개략적으로 표시된 바와 같이, 본 발명에 따른 이러한 방식으로 얻은 B0 필드 맵은, MR 이미지 획득 절차의 완료에 뒤따르는 이미지 재구성(후 처리) 동안 구현된, 이미지 데이터의 오프-라인 정정에 사용될 수 있다.
도 3b에서 개략적으로 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 B0 필드 맵은, 내비게이터 에코 및 B0 필드 맵의 공식화(formulation) 이후의 이미지 획득에 있어서 즉각적인 예상 정정(immediate prospective correction)을 실시하기 위해 대안적으로 또는 추가적으로 사용될 수 있다.
게다가, 도 4에 도시된 바와 같이, 다중채널 코일 구성으로부터 본 발명에 따라 생성된 B0 필드 맵을 사용하는 정정은, 다수-반복 데이터 획득 절차에 있어서 연속적인 반복에서 정정들을 실시하기 위해 사용될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 다중채널 MR 시스템에서 구현된, 제1 반복(TR1)에서 MR 데이터 및 내비게이터 에코들이 획득되어 B0 필드 맵을 생성하고, 그 후, 다음 반복(TR2)에서 정정을 구현하기 위해 B0 필드 맵이 사용될 수 있다. 원한다면, 이 절차는 각각의 후속하는 반복에 대해 반복될 수 있다. 정정은 주파수 또는 시밍(shimming)에서의 변화일 수 있고, 또는 다음 여기에서의 RF 펄스는 B0 필드 맵에 기초하여 새롭게 산출될 수 있다.
도 5의 상부에 개략적으로 도시된 바와 같이, 동적인 변화들을 보이는 B0 필드에서의 정정들을 실시하기 위해, 또 다른 예가 도 5에 개략적으로 도시된다. 다수의 슬라이스(S1, S2...Sn)가 시험 서브젝트로부터 획득될 때, 다수의 반복(TR1, TR2...) 각각에서, B0 필드 맵의 슬라이딩 윈도우 산출이 구현될 수 있다. 제1 산출은, 예를 들어, 제1 반복에서 획득된 슬라이스들에만 기초할 수 있고, 그 다음에, 윈도우는, B0 필드 맵 산출로부터, 반복(TR1)으로부터의 하나 이상의 슬라이스를 제거하는 한편, 다음 반복(TR2)으로부터 동일한 수의 슬라이스를 포함하기 위해 이동될 수 있는 등이다.
당업자에 의해 수정 및 변경이 실시될 수 있지만, 발명자의 의도는, 본 기술 분야에 대한 그의 공헌의 범위 내에, 변경 및 수정 모두가, 합리적이고 적절하게 포함되도록, 여기에서 인정된 특허 안에서 구현하는 것이다.

Claims (11)

  1. B0 필드 맵을 생성하기 위한 방법으로서,
    기본 자기장(B0 필드)이 존재하는 자기 공명 데이터 획득 유닛에서 내비게이터 펄스를 활성화하는 단계 - 상기 자기 공명 데이터 획득 장치는 다중채널 무선-주파수(RF) 수신 코일 어레이를 포함하고, 상기 다중채널 RF 코일 어레이의 각각의 채널은 RF 코일을 포함함 - ;
    상기 다중채널 RF 어레이의 복수의 채널 각각에서 내비게이터 응답 신호를 검출하고, 이에 의해, 복수의 내비게이터 응답 신호를 생성하는 단계;
    상기 복수의 내비게이터 응답 신호를 컴퓨터화된 프로세서에 제공하고, 또한 상기 컴퓨터화된 프로세서에, 상기 다중채널 RF 어레이의 상기 코일들의 각 위치들을 식별하는 지역화 정보(localization information)를 제공하는 단계; 및
    상기 컴퓨터화된 프로세서에서,
    상기 복수의 내비게이터 응답 신호가 각각 검출되는 상기 복수의 채널에서 상기 코일들에 대한 각각의 상기 지역화 정보로 상기 복수의 내비게이터 응답 신호를 공간적으로 체계화하고, B0 필드 맵을 데이터 파일로서 전자 양식으로 사용 가능하게 함으로써, B0 필드 맵을 생성하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 데이터 획득 유닛에 자기 공명 펄스 시퀀스를 제공하고 상기 자기 공명 펄스 시퀀스로 상기 내비게이터 펄스를 구현하여 상기 B0 필드에 위치한 서브젝트로부터 자기 공명 데이터를 획득하도록 상기 데이터 획득 유닛을 동작시키는 단계를 포함하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 자기 공명 펄스 시퀀스는 여기 위상(excitation phase) 및 데이터 샘플링 위상을 포함하고, 상기 여기 위상을 수정하기 위해 상기 B0 필드 맵을 사용하는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 여기 위상에서, 펄스 파형을 갖는 적어도 하나의 RF 펄스를 방사하고, 상기 적어도 하나의 RF 펄스의 수정된 RF 파형을 산출하기 위해 상기 B0 필드 맵을 사용하는 단계를 포함하는 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 자기 공명 펄스 시퀀스는 여기 위상 및 데이터 샘플링 위상을 포함하고, 상기 데이터 샘플링 위상을 수정하기 위해 상기 B0 필드 맵을 사용하는 방법.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 자기 공명 펄스 시퀀스는, 여기 위상 및 데이터 샘플링 위상을 포함하는 에코 평면 이미징 시퀀스이고, 상기 여기 위상과 상기 데이터 샘플링 위상 사이의 상기 에코 평면 이미징 시퀀스에서 상기 내비게이터 펄스를 활성화하는 방법.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 자기 공명 펄스 시퀀스는 여기 위상 및 데이터 샘플링 위상을 포함하는 나선형 이미징 시퀀스이고, 상기 나선형 이미징 시퀀스의 상기 데이터 샘플링 위상에서 상기 내비게이터 펄스를 활성화하는 방법.
  8. 제2항에 있어서,
    이미지 프로세서에서, 상기 자기 공명 데이터로부터 이미지를 생성하고, 상기 이미지를 정정하기 위해 상기 B0 필드 맵을 사용하는 단계를 포함하는 방법.
  9. 제2항에 있어서,
    복수의 연속적인 반복으로 상기 자기 공명 펄스 시퀀스를 반복하고, 상기 반복들 중 적어도 하나에서 상기 내비게이터 펄스를 활성화하고, 상기 반복들 중 상기 적어도 하나에 뒤따르는 적어도 하나의 후속하는 반복에서 상기 자기 공명 펄스 시퀀스를 수정하기 위해 상기 B0 필드 맵을 사용하는 단계를 포함하는 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 반복들 각각에서 상기 서브젝트의 복수의 슬라이스로부터 상기 자기 공명 데이터를 획득하고, 바로 연속으로 발생하는 상기 반복들 중 두 개로부터의 상이한 슬라이스들을 각각 연속적으로 포괄하는 슬라이딩 윈도우를 사용하여 상기 B0 필드 맵을 산출하는 단계를 포함하는 방법.
  11. 기본 자기장(B0 필드)을 생성하는 기본 필드 자석(basic field magnet), 및 다중채널 무선-주파수(RF) 수신 코일 어레이를 포함하는 자기 공명 데이터 획득 유닛 - 상기 다중채널 RF 코일 어레이의 각각의 채널은 RF 코일을 포함함 - ;
    내비게이터 펄스를 활성화하고 상기 다중 채널 RF 어레이의 복수의 채널들 각각에서 내비게이터 응답 신호를 검출하여, 복수의 내비게이터 응답 신호를 생성하도록 상기 데이터 획득 유닛을 동작시키도록 구성되는 제어 유닛; 및
    상기 복수의 내비게이터 응답 신호들이 제공되고, 또한 상기 다중채널 RF 어레이의 상기 코일들의 각 위치들을 식별하는 지역화 정보가 제공되는 컴퓨터화된 프로세서
    를 포함하고,
    상기 컴퓨터화된 프로세서는, 상기 복수의 내비게이터 응답 신호가 각각 검출되는 상기 복수의 채널에서 상기 각 코일들에 대한 상기 지역화 정보로 상기 복수의 내비게이터 응답 신호를 공간적으로 체계화하고, B0 필드 맵을 데이터 파일로서 전자 양식으로 사용 가능하게 함으로써, B0 필드 맵을 생성하도록 구성되는 자기 공명 장치.
KR1020130007022A 2012-01-23 2013-01-22 자기 공명 내비게이터들에 의한 동적 ｂ0 필드 검출, 및 다중채널 수신 및/또는 송신 rf 코일 구성들에 대한 정정 KR101588082B1 (ko)

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