KR20130086321A - 모션 정정 ｍｒ 확산 이미징을 위한 시스템 - Google Patents

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히만슈 바트
안드레 잔 빌렘 반 데르 쿠웨
매튜 딜런 티스달
케이트 아론 허버레인
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지멘스 메디컬 솔루션즈 유에스에이, 인크.
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Abstract

시스템은 볼륨을 통해 단일 제 1 방향으로 다수의 개별적인 확산 이미지 슬라이스들을 개별적으로 포함하는 제 1 및 제 2 슬라이스 세트들을 순차적으로 획득하는 RF 신호 발생기와 자계 기울기 발생기를 이용하여 확산 MR 이미징에서 사용하기 위한 모션 정정 데이터를 결정한다. 제 1 슬라이스들 세트와 제 2 슬라이스들 세트는, 제 2 슬라이스 세트 획득시, 연속적으로 로우 플립 각 RF 펄스 그 다음 뒤따르는 제 1 슬라이스 세트의 모션 검출을 위해 사용된 2차원(2D) 비-확산 이미지를 나타내는 데이터의 획득을 위한 비-확산 이미지 데이터 판독 자계 기울기 그 다음 연속적으로 뒤따르는, 제 1 확산 이미징 RF 펄스 그 다음 뒤따르는 제 2 슬라이스 세트의 확산 이미지 슬라이스를 나타내는 데이터를 획득하기 위한 준비를 위한 제 1 확산 이미징 위상 인코딩 자계 기울기를 제공함으로써 볼륨 내에서 공간적으로 인터리브된다.

Description

모션 정정 ＭＲ 확산 이미징을 위한 시스템{A SYSTEM FOR MOTION CORRECTED MR DIFFUSION IMAGING}
본 출원은 본 명세서에 그 전체가 인용에 의해 포함된 2012년 1월 24일 출원된 H.Bhat 등에 의한 미합중국 임시 특허 출원 일련번호 61/589,969에 대한 우선권을 주장하는 비-임시출원이다.
본 발명은 해부학적 볼륨의 확산 MR 이미징에서 사용하기 위한 모션 정정 데이터를 결정하기 위한 시스템에 관한 것이다.
확산 MRI는 물 확산의 로컬 마이크로구조 특성들에 의해 가중된 생물학적 조직들의 생체내 이미지들을 발생하고 브레인 영역들간의 연결들을 보여줄 수 있는 자기 공명 이미징(MRI) 방법이다. 자계 기울기의 존재시, 물 분자들의 확산은 MR 이미지들에서 신호 손실을 초래한다. 신호 손실의 정도는 확산의 특성들에 종속되며, 확산의 특성들은 차례로, 환경을 둘러싸는, 구조, 물리적인 상태 및 병리와 같은 조직 특성들에 종속된다. 물 확산에 기초하여 이와 같은 조직 특성들을 탐색하기 위한 MR의 사용은 확산 이미징으로 불리운다. 조직 확산을 탐색하기 위해 사용된 자계 기울기는 확산 기울기로 불리운다. 확산 이미징동안 신호 손실의 양은 디멘션스 프로덕트(dimensionless product): Db에 종속되며, 여기서 D는 mm2/sec의 확산 계수이며, 그리고 b는 확산 기울기의 특성들에 종속되는 sec/mm2의 인자이다. 조직 특성들의 완전한 사진을 재구성하기 위해 확산 기울기의 크기와 방향을 변화시키는 상이한 방법들이 존재한다. 이와 같은 방법들은 확산 인코딩 방법들로 불리운다. 확산 이미징은 일반적으로 2D 멀티-슬라이스 에코-플래너 이미징(EPI : 2D multi-slice echo-planar imaging) 기반 방법들에 의해 수행된다. 휴먼 이미징을 위한 이와 같은 방법들에 대한 전체 스캔 시간은 사용된 확산 인코딩 방법의 타입에 기초하여 1-30분의 범위일 수 있다. 이와 같은 긴 스캔들동안, 벌크 서브젝트 모션(bulk subject motion)이 문제이다. 확산 신경이미징에서, 환자 모션으로 인해 발생하는 문제점들은, i) 상이한 확산 방향들에 의해 획득되는 이미징이 오정렬되어, 확산 파라미터들의 잘못된 계산을 초래하며, ii) 모션이 발생할 때 확산 방향으로 획득된 이미지들이 MR 신호 드롭아웃(dropout)들에 민감하다는 것을 포함한다. 다수의 알려진 시스템들, 회고적과 예상 둘 다는 제한된 성공을 가지고 이러한 문제를 다루려 시도한다. 본 발명의 원리들에 따른 시스템은 이러한 문제와 관련된 문제들을 포괄적으로 다룬다.
시스템은 해부학적 볼륨의 확산 MR 이미징에서 사용하기 위한 모션 정정 데이터를 결정한다. RF(무선 주파수) 신호 발생기는 해부학적 관심 영역에서 RF 여기 펄스들을 발생하며 연관된 RF 에코 데이터의 후속적인 획득을 가능하게 한다. 자계 기울기 발생기는 위상 인코딩 및 판독 RF 데이터 획득을 위해 해부학적 슬라이스 특정 자계 기울기들을 발생한다. 인터리브된 실시예에서, RF 신호 발생기와 기울기 발생기는 볼륨을 통해 단일 제 1 방향으로 다수의 개별적인 확산 이미지 슬라이스들을 개별적으로 포함하는 제 1 및 제 2 슬라이스 세트들을 순차적으로 획득한다. 슬라이스들의 제 1 세트와 슬라이스들의 제 2 세트는, 제 2 슬라이스 세트 획득시, 로우 플립 각 RF 펄스, 그 다음 연속적으로 뒤따르는 제 1 슬라이스 세트의 모션 검출을 위해 사용된 2차원(2D) 비-확산 이미지를 나타내는 데이터의 획득을 위한 비-확산 이미지 데이터 판독 자계 기울기, 그 다음 연속적으로 뒤따르는 제 1 확산 이미징 RF 펄스, 그 다음 뒤따르는 제 2 슬라이스 세트의 확산 이미지 슬라이스를 나타내는 데이터를 획득하기 위한 준비를 위해 제 1 확산 이미징 위상 인코딩 자계 기울기를 제공함으로써 볼륨 내에서 공간적으로 인터리브된다.
통합된 실시예에서, RF 신호 발생기 및 기울기 발생기는, 제 1 확산 이미징 RF 펄스, 모션 검출을 위해 사용된 2차원(2D) 비-확산 이미지를 나타내는 데이터의 획득을 위한 비-확산 이미지 데이터 판독 자계 기울기 그리고 개별적인 확산 이미지 슬라이스를 나타내는 데이터를 획득하기 위해 자기 준비(magnetic preparation)를 위한 제 1 확산 이미징 위상 인코딩 자계 기울기를 포함하는 시퀀스를 제공함으로써 볼륨을 통해 단일 제 1 방향으로 개별적인 확산 이미지 슬라이스를 획득한다.
도 1은, 본 발명의 실시예에 따라서, 해부학적 볼륨의 확산 MR 이미징에서 사용하기 위한 모션 정정 데이터를 결정하기 위한 시스템을 도시한다.
도 2는, 본 발명의 실시예에 따라서, 해부학적 볼륨의 확산 MR 이미징에서 인터리브된 예상 모션 정정을 위해 사용된 기본적인 MR 펄스 시퀀스 컴포넌트들을 도시한다.
도 3은, 본 발명의 실시예에 따라서, 해부학적 볼륨의 확산 MR 이미징에서 통합된 예상 모션 정정을 위해 사용된 기본적인 MR 펄스 시퀀스 컴포넌트들을 도시한다.
도 4는, 본 발명의 실시예에 따라서, 해부학적 볼륨의 확산 MR 이미징에서 통합된 예상 모션 정정을 위해 사용된 MR 펄스 시퀀스를 도시한다.
도 5는, 본 발명의 실시예에 따라서, 해부학적 볼륨의 확산 MR 이미징에서 인터리브된 예상 모션 정정을 위해 사용된 MR 펄스 시퀀스를 도시한다.
도 6은, 본 발명의 실시예에 따라서, 통합된 방법(상부 행)을 위한 EPI 내비게이터 방법과 주체 환자가 스캔들 동안 고의로 움직이는 인터리브된 방법(하부 행)에 의해 검출된 이미지 데이터의 각도들 측면 회전들(Rot(deg)) 및 mm 측면 병진들(Trans(mm))을 도시한다.
도 7은, 본 발명의 실시예에 따라서, 샘플 EPI 내비게이터 이미지 및 통합된 예상 모션 정정 방법(상부 행)과 인터리브된 예상 모션 정정 방법(하부 행)에 대한 대응하는 단일 방향 확산 가중 이미지(DWI)를 도시한다.
도 8a 및 도 8b는, 본 발명의 실시예에 따라서, 비 모션 정정 시퀀스(하부 행 도 8a 및 도 8b)와 비교되는, 통합된 (상부 행, 도 8a) 및 인터리브된(상부 행, 도 8b) 예상 모션 정정 실시예들을 위한 샘플 이미지들을 도시한다.
도 9 및 도 10은, 본 발명의 실시예에 따라서, 해부학적 볼륨의 확산 MR 이미징에서 인터리브된 예상 모션 정정을 위한 MR 펄스 시퀀스내 이미지 슬라이스 인터리빙을 예시한다.
도 11은, 본 발명의 실시예에 따라서, 확산 이미징에서 예상 모션 정정을 위한 EPI 내비게이터 이미지 데이터의 사용을 예시한다.
도 12는, 본 발명의 실시예에 따라서, 해부학적 볼륨의 인터리브된 확산 MR 이미징에서 사용하기 위한 모션 정정 데이터를 결정하기 위한 시스템에 의해 수행된 프로세스의 흐름도를 도시한다.
도 13은, 본 발명의 실시예에 따라서, 해부학적 볼륨의 통합된 확산 MR 이미징에서 사용하기 위한 모션 정정 데이터를 결정하기 위한 시스템에 의해 수행된 프로세스의 흐름도를 도시한다.
일 실시예에서 시스템은 내비게이터들로서 인터리브되고 통합된 비-확산 인코드된 저해상도 에코 플래너 이미징(Echo planar imaging: EPI) 이미지들을 이용한 확산 이미징을 위해 딱딱한 몸체 예상 모션 정정 방법을 제공한다. 내비게이터 이미지는 원하는 관심 영역의 이미지 데이터 획득에 앞서 해부학적 구조, 예를 들어, 횡경막의 위치를 결정한다. 예를 들어, 내비게이터 이미지들은 움직임에 의한 이미지 흔들림이 최소화되도록 이미지 데이터 획득을 동기화시키기 위해 환자의 호흡 및 기타 움직임을 식별하기 위해 사용된다. 시스템은 멀티-슬라이스 단일 샷 확산 가중 EPI를 위해 예상 모션 정정을 제공한다. 시스템은 확산 스캔동안 모션 내비게이터(EPI 내비게이터 이미지들)로서 비-확산 인코드된 저해상도 단일 샷 EPI 이미지들을 이용함으로써, 2D 멀티슬라이스 확산 이미징을 위한 예상 모션 정정을 제공한다. 시스템은 멀티-슬라이스 단일 샷 확산 가중 EPI를 위한 예상 모션 정정 방법을 제공한다. 딱딱한 몸체 내비게이션은 확산 스캔동안 모션 내비게이터들로서 확산 인코딩 없이 저해상도 단일 샷 EPI 이미지들을 이용하여 달성된다.
도 1은 해부학적 볼륨의 확산 MR 이미징에서 사용하기 위한 모션 정정 데이터를 결정하기 위한 시스템(10)을 도시한다. 기본적인 계자(field magnet)(1)에서, 자계 기울기 발생기(3)를 포함하는 실린더-형상 기울기 코일 시스템이 사용되며, 예를 들어, 이 시스템은 3개의 권선으로 구성된다. 각각의 권선은 데카르트 좌표 시스템의 각각의 방향들로 선형 기울기 필드를 발생하기 위해 증폭기(14)에 의해 전류를 공급받는다. 기울기 필드 시스템(3)의 제 1 권선은 x-방향으로 기울기 Gx를 발생하고, 제 2 권선은 y-방향으로 기울기 Gy를 발생하며, 그리고 제 3 권선은 z-방향으로 기울기 Gz를 발생한다. 각각의 증폭기(14)는 디지털-아날로그 컨버터를 포함하며, 이 컨버터는 적절한 시간들에서 기울기 펄스들의 발생을 위해 시퀀스 컨트롤러(18)에 의해 제어된다. 베이스 자계(B0)의 균질성은 심 코일 공급부(shim coil supply)(15)에 의해 전기적으로 전력이 공급된 심 코일들(2)을 이용하여 정정된다.
기울기 필드 시스템(3)내에, 핵들을 여기시키고 검사될 객체의 핵 스핀들 또는 조사될 객체의 영역을 정렬하기 위해 무선-주파수 전력 증폭기(16)에 의해 멀티플렉서(6)를 통해 방출된 무선-주파수 펄스들을 자기 교류 필드로 변환하는 RF(무선 주파수) 신호 발생기(4)를 포함하는 무선-주파수(RF) 코일들이 위치된다. 인터리브된 실시예에서, RF(무선 주파수) 신호 발생기는 해부학적 관심 영역에서 RF 여기 펄스들을 발생시키고 연관된 RF 에코 데이터의 후속적인 획득을 가능하게 한다. 자계 기울기 발생기는 위상 인코딩 및 판독 RF 데이터 획득을 위한 해부학적 슬라이스 특정 자계 기울기들을 발생한다. RF 신호 발생기(4) 및 기울기 발생기(3)는 볼륨을 통해 단일 제 1 방향으로 다수의 개별적인 확산 이미지 슬라이스들을 개별적으로 포함하는 제 1 및 제 2 슬라이스 세트들을 순차적으로 획득한다. 슬라이스들의 제 1 세트와 슬라이스들의 제 2 세트는, 제 2 슬라이스 세트 획득시, 로우 플립 각 RF 펄스 그 다음 연속적으로 뒤따르는 제 1 슬라이스 세트의 모션 검출을 위해 사용된 2차원(2D) 비-확산 이미지를 나타내는 데이터의 획득을 위한 비-확산 이미지 데이터 판독 자계 기울기, 그 다음 연속적으로 뒤따르는 제 1 확산 이미징 RF 펄스 그 다음 뒤따르는 제 2 슬라이스 세트의 확산 이미지 슬라이스를 나타내는 데이터 획득을 위한 준비를 위한 제 1 확산 이미징 위상 인코딩 자계 기울기를 제공함으로써, 볼륨 내에서 공간적으로 인터리브된다.
통합된 실시예에서, RF(무선 주파수) 신호 발생기(4)는 해부학적 관심 영역에서 RF 여기 펄스들을 발생시키고 연관된 RF 에코 데이터의 후속적인 획득을 가능하게 한다. 자계 기울기 발생기(3)는 위상 인코딩 및 판독 RF 데이터 획득을 위한 해부학적 슬라이스 특정 자계 기울기들을 발생시킨다. RF 신호 발생기(4) 및 기울기 발생기(3)는, 제 1 확산 이미징 RF 펄스, 모션 검출을 위해 사용된 2차원(2D) 비-확산 이미지를 나타내는 데이터의 획득을 위한 비-확산 이미지 데이터 판독 자계 기울기 및 개별적인 확산 이미지 슬라이스를 나타내는 데이터를 획득하기 위한 자기 준비를 위해 제 1 확산 이미징 위상 인코딩 자계 기울기를 포함하는 시퀀스를 제공함으로써 볼륨을 통해 단일 제 1 방향으로 개별적인 확산 이미지 슬라이스를 획득한다.
도 2는 해부학적 볼륨의 확산 MR 이미징에서 인터리브된 예상 모션 정정을 위해 사용된 기본적인 MR 펄스 시퀀스 컴포넌트들을 도시한다. 낮은 픽셀 해상도 2D EPI 내비게이터(EPI NAV) 비-확산 이미지는 제 1 슬라이스 세트의 모션 검출을 위해 사용된 낮은 픽셀 해상도 2D EPI 내비게이터(EPI NAV) 비-확산 이미지를 나타내는 데이터의 획득을 위해 비-확산 이미지 데이터 판독 자계 기울기(205)가 연속적으로 뒤따르는 로우 플립 각 RF 여기 펄스(203)에 의해 획득된다. 연속적인 확산 획득 블록(207)은 제 2 슬라이스 세트의 확산 이미지 슬라이스를 나타내는 데이터를 획득하기 위한 준비를 위해 확산 이미징 위상 인코딩 자계 기울기가 뒤따르는 제 1 확산 이미징 RF 펄스를 포함하는 RF 및 인코딩 그리고 판독 기울기 펄스들을 포함한다. 확산 획득은 Stejskal-Tanner처럼 상이한 확산 인코딩 방법들(Stejskal EO, Tanner JE. Spin Diffusion Measurements: Spin Echoes in the Presence of a Time-Dependent Field Gradient. Journal of Chemical Physics 1965;42:288-292)을 포함할 수 있으며 두번 재 초점이 이루어질 수 있다(Reese TG, Heid O, Weisskoff RM, Wedeen VJ. Reduction of eddy-current-induced distortion in diffusion MRI using a twice-refocused spin echo. Magn Reson Med 2003;49(1):177-182).
도 5는 해부학적 볼륨의 확산 MR 이미징에서 인터리브된 예상 모션 정정을 위해 시스템(10)(도 1)에 의해 사용된 MR 펄스 시퀀스를 도시한다. 낮은 픽셀 해상도 2D EPI 내비게이터(EPI NAV) 비-확산 이미지는 (슬라이스 N을 포함하는) 제 1 슬라이스 세트의 모션 검출에 사용된 낮은 픽셀 해상도 2D EPI 내비게이터 (EPI NAV) 비-확산 이미지를 나타내는 데이터의 획득을 위해 비-확산 이미지 데이터 판독 자계 기울기(505)가 연속적으로 뒤따르는 로우 플립 각(예를 들어, 10도) RF 여기 펄스(503)에 의해 획득된다. 기울기(505) 다음, 펄스 시퀀스는 90도 플립 각 RF 여기 펄스(507)와 확산 이미징 위상 인코딩 자계 기울기(509) 그 다음 연속적으로 뒤따르는 180도 플립 각 이미징 RF 펄스(511) 그 다음 뒤따르는 제 2 확산 이미징 위상 인코딩 자계 기울기(513), 그 다음 뒤따르는 (슬라이스 M을 포함하는) 제 2 슬라이스 세트의 확산 이미지 슬라이스를 나타내는 데이터의 획득을 위한 확산 이미지 데이터 판독 자계 기울기(515)를 포함한다. 확산 및 EPI 내비게이터 획득들은 특별한 확산 인코딩 방법을 이용한 확산 이미징 방향으로 사전결정된 전체 슬라이스들의 수를 획득하기 위해 (연속적인 RF 여기 펄스들 사이의) 다수의 개별적인 TR 반복 시간들을 포함하는 전체 반복 시간(TRALL)동안 규정된 슬라이스들을 획득한다. 슬라이스들을 획득하기 위해 확산 및 비-확산 획득들은 독립적인 순서로 일어날 수 있다.
딱딱한 몸체 내비게이션은 확산 스캔동안 모션 내비게이터들(EPI 내비게이터들)로서 비확산 인코드된 저해상도 단일 샷 EPI 이미지들을 이용하여 달성된다. 확산을 위해 슬라이스 M을 획득하기에 앞서, 슬라이스 N은 EPI 내비게이터 이미지 데이터의 획득을 위해 낮은(10°) 플립 각에 의해 획득되고 EPI 내비게이터와 확산 획득들은 분리된다. 확산 이미지 시리즈들은 2개의 인터리브들에서 획득되고, 슬라이스들 M과 N은 공간적으로 인접하지만, 확산 스캔에서 시간적으로 TR/2 분리된다. 7-9초의 전형적인 TR들 동안 이와 같은 낮은 플립 각 여기는 확산 획득시 무시할 수 있는 신호 손실을 가져온다. 예를 들어, 인터리브된 방법을 위해, EPI 내비게이터 획득은 획득시 슬라이스당 10.5ms로 획득된다. 확산 획득을 위해 EPI 내비게이터 이미지 데이터를 획득하기 위한 최적화된 방법이 사용된다. 확산 획득이 인터리브 1을 획득 중일 때, EPI 내비게이터는 인터리브 2를 획득하고 확산 획득이 인터리브 2를 획득 중일 때 EPI 내비게이터는 도 9에 예시된 바와 같이 인터리브 1을 획득한다. 이러한 방법으로 EPI 내비게이터와 확산 슬라이스들은 시간적으로 TRALL/2 분리된다. 이것은 EPI 내비게이터와 확산 획득들간의 상호작용을 최소화하고 EPI 내비게이터 스캔으로 인한 확산 스캔에 있어서 최소 신호 감쇄를 가져온다.
도 9 및 10은 확산과 EPI 내비게이터 슬라이스들간의 인터리빙을 표시하는 인터리브된 예상 모션 정정 이미징을 도시한다. 도 10은 도 9의 펄스 시퀀스의 슬라이스들에 대응하는 확산 슬라이스들과 EPI 내비게이터 슬라이스들간의 인터리빙을 표시하는 인터리브된 예상 모션 정정 이미징의 단일 TRALL을 예시한다. 확산 이미지 획득은 보통은 2개의 인터리브들에서 획득된다. (펄스 시퀀스(903)의) 확산 인터리브 1은 확산 슬라이스들(1, 3, 5...N-1)을 포함하며 (펄스 시퀀스(905)의) 인터리브 2는 확산 슬라이스들(2, 4, 6...N)을 포함한다.
도 9는 해부학적 볼륨의 확산 MR 이미징에서 인터리브된 예상 모션 정정을 위한 MR 펄스 시퀀스에서 이미지 슬라이스 인터리빙을 예시한다. 펄스 시퀀스 부분(903)은 확산 이미지 슬라이스들(1, 3, 5...N_1)과 EPI 내비게이터 이미지 슬라이스들(2, 4...N)을 포함하는 확산 이미징 인터리브 1과 2D EPI 내비게이터(EPI NAV) 비-확산 이미지 인터리브 2를 포함한다. 펄스 시퀀스 부분(905)은 확산 이미지 슬라이스들(2, 4...N)과 EPI 내비게이터 이미지 슬라이스들(1, 3, 5...N_1)을 포함하는 확산 이미징 인터리브 2와 2D EPI 내비게이터(EPI NAV) 비-확산 이미지 인터리브 1을 포함한다. 인터리브된 방법은 확산 이미지들을 위해 오리지널 TE를 유지하고, 결과적으로 확산 이미지들에서 SNR 변화가 없다. 인터리브된 예상 모션 정정 확산 MR 이미징 방법은 여분의 RF 펄스들을 특정 흡수 레이트(Specific Absorption Rate: SAR)에서 약간의 증가를 가져오는 시퀀스에 추가하며 확산 및 EPI 내비게이터 이미지 획득들이 서로 간섭하지 않도록 인터리빙 프로세스를 사용한다. 인터리브된 방법은 볼륨 등록을 위한 모션 추정치들을 제공한다.
도 3은 해부학적 볼륨의 확산 MR 이미징에서 통합된 예상 모션 정정을 위해 사용된 기본적인 MR 펄스 시퀀스 컴포넌트들을 도시한다. 딱딱한 몸체 내비게이션은 확산 스캔동안 모션 내비게이터들(EPI 내비게이터)로서 비확산 인코드된 저해상도 단일 샷 EPI 이미지들을 이용하여 달성된다. 낮은 픽셀 해상도 2D EPI 내비게이터(EPI NAV) 비-확산 이미지 데이터는 모션 검출을 위해 사용된 낮은 픽셀 해상도 2D EPI 내비게이터(EPI NAV) 비-확산 이미지를 나타내는 데이터의 획득을 위해 비-확산 이미지 데이터 판독 자계 기울기(305)가 연속적으로 뒤따르는 90도 RF 여기 펄스(303)에 의해 획득된다. 연속적인 확산 이미징 위상 인코딩 자계 기울기(307)는 개별적인 확산 이미지 슬라이스를 나타내는 데이터를 획득하기 위해 이미징 볼륨을 자기적으로 준비한다. 확산 및 EPI 내비게이터 획득들은 동일한 슬라이스를 획득한다. 확산 획득은 앞서 기술된 Stejskal-Tanner 및 두 번 재초점 방법들처럼 상이한 확산 인코딩 방법들을 포함할 수 있다. 확산 이미징 위상 인코딩 자계 기울기(307)를 위한 에코 시간(TE)은 추가적인 EPI 내비게이터 획득(305)을 책임지기 위해 조절된다. 이것은 사용된 확산 인코딩 방법의 타입에 응답하여 선택된 적절한 주입 시간(fill time)의 사용에 의해 이루어진다.
도 4는 해부학적 볼륨의 확산 MR 이미징에서 통합된 예상 모션 정정을 위해 사용된 MR 펄스 시퀀스를 도시한다. 낮은 픽셀 해상도 2D EPI 내비게이터(EPI NAV) 비-확산 이미지 데이터는 모션 검출을 위해 사용된 낮은 픽셀 해상도 2D EPI 내비게이터(EPI NAV) 비-확산 이미지를 나타내는 데이터의 획득을 위해 비-확산 이미지 데이터 판독 자계 기울기(405)가 연속적으로 뒤따르는 90도 RF 여기 펄스(403)에 의해 획득된다. 연속적인 확산 이미징이 위상 인코딩 자계 기울기(407)는 개별적인 확산 이미지 슬라이스를 나타내는 데이터를 획득하기 위해 이미징 볼륨을 자기적으로 준비한다. 기울기(407)는 개별적인 확산 이미지 슬라이스를 나타내는 데이터의 획득을 위해 제 2 확산 이미징 180도 RF 펄스(409), 제 2 확산 이미징 위상 인코딩 자계 기울기(413) 그리고 확산 이미지 데이터 판독 자계 기울기(415)가 연속적으로 뒤따른다. 게다가, 제 2 확산 이미징 RF 펄스(409)에 이어서 그리고 제 2 확산 이미징 위상 인코딩 자계 기울기(413)에 앞서, 시간 지연(주입 시간)(411)은 에코 시간(TE) 값을 정정하기 위해 펄스 시퀀스내에 포함된다. 대응하는 주입 시간(411)은 스핀 에코 조건을 위한 TE 대칭을 유지하기 위해 180° RF 펄스(409)에 뒤이어 삽입된다. 본 연구에서 7.5ms 판독은 EPI 내비게이터가 슬라이스당 TE에서의 15ms 증가를 가져오는데 사용된다. 도 3 및 4의 펄스 시퀀스들을 이용해 수행된 통합된 예상 모션 정정 확산 MR 이미징은 확산 이미지들 획득 시 TE에 있어서 증가를 포함하며, 이는 확산 이미지들에서 SNR 손실을 초래할 수 있다. 통합된 방법은 볼륨 등록을 위해 슬라이스에서 사용되는 슬라이스 특정 모션 추정치들을 제공한다.
도 11은 확산 이미징에서 예상 모션 정정을 위한 EPI 내비게이터 이미지 데이터의 사용을 예시한다. 예상 모션 정정을 위한 저해상도 비-확산 인코드된 EPI 내비게이터 이미지들의 사용은 인터리브된 방법과 통합된 방법 둘 다를 위해 실질적으로 동일하다. 연속적인 RF 여기 펄스들간의 제 1 반복 시간(TR)(963)으로부터 EPI 내비게이터 이미지는 기준 이미지로서 사용된다. 후속적인 TR들(예를 들어, 965, 967, 969)로부터 EPI 내비게이터 이미지들은 이미지 등록을 이용하여 기준 이미지들과 비교되며 이미지들의 상대적인 변위들이 계산된다. 기준 이미지와 특별한 TR의 이미지간의 계산된 변위는 주체의 모션이 보상되도록 다음 TR의 이미지를 위한 슬라이스 좌표들을 갱신하기 위해 사용된다. 예를 들어, TR1(963)을 위한 기준 이미지는 상대적인 변위를 식별하기 위해 TR2(965)의 이미지와 비교되고 임의의 상대적인 변위는 TR3(967)의 이미지의 좌표들을 갱신하기 위해 사용된다.
인터리브되고 통합된 모션 정정 확산 이미징 실시예 둘 다를 위해, TR의 코스에 걸쳐서, 비 확산 인코드된 저해상도 볼륨이 EPI 내비게이터 슬라이스들로부터 생성되고 3D 딱딱한 몸체 모션 모델을 이용하는 3DPACE(3D Prospective Motion Correction for MRI)에 기초하여 예상 모션 정정을 위해 사용된다. 제 1 볼륨은 알려진 3DPACE 방법에 의해 기준 위치를 결정하기 위해 사용된다. EPI 내비게이터 이미지들은 스캐너 상에서 실시간 피드백 프레임워크를 이용해 재구성되며 추가적인 50ms 지연은 3DPACE 방법에 의해 주어진 모션 추정치들에 기초하여 다음 TR을 위해 실시간 슬라이스 위치 갱신들을 가능하게 하도록 각각의 TR의 종료시 도입된다. 예시적인 테스트에서, 5명의 건강한 지원자들이 제 1 및 제 2 실시예 모션 정정 방법들을 이용해, 그리고 표준 비 모션 정정 단일 샷 EPI 시퀀스에 의해 스캔되었다. 시스템 모션 정정의 효율성을 평가하기 위해, 주체들은 3개의 확산 스캔동안 사전정의된 모션 프로토콜을 따르도록 고의로 명령을 받았다. 이미징은 3T 스캐너(Siemens MAGNETOM Skyra)상에서 수행되었다. 확산 스캔을 위한 파라미터들은 : 시야(FOV): 220×220㎟, 매트릭스:128×128, b=1000s/㎟, 2mm 두께를 갖는 60 개의 슬라이스들, TE 73ms, TR 7600/60ms, 30 개의 확산 방향들, bw=1396Hz/pixel, GRAPPA 인자=2 이었다. EPI 내비게이터 스캔을 위한 파라미터들은 : 시야(FOV): 256×256㎟, 매트릭스:32×32, 부분 푸리에 인자=0.66, b/w=4596Hz/pixel, 2mm 두께를 갖는 60 개의 슬라이스들(확산 획득과 동일) 이었다. 통합된 체계에 대해 : TE 88ms, TR 8610/60ms. b-값으로부터 독립성을 증명하기 위해, b=3000s/㎟ 및 60 개의 방향들을 갖는 추가적인 확산 스캔이 하나의 지원자에 모여졌다.
도 6은 환자가 스캔들 동안 고의로 움직인 인터리브된 방법(하부 행) 및 통합된 방법(상부 행)과 을 위한 EPI 내비게이터 방법에 의해 검출된 도들(Rot(deg))(603, 607) 측면에서 검출된 이미지 객체 회전들과 이미지 데이터의 mm(Trans(mm)605, 609) 측면의 대응하는 정정 이미지 데이터 병진들을 도시한다. 차트들은 30개의 상이한 확산 방향들(x-축) 상부 행과 60개의 상이한 확산 방향들 하부 행에 대한 환자 모션의 3개의 에피소드들을 도시한다. 도 7은 샘플 EPI 내비게이터 이미지(707), 그리고 통합된 예상 모션 정정 방법(상부 행)을 위한 대응하는 단일 방향 확산 가중 이미지(DWI)(703)와 샘플 EPI 내비게이터 이미지(709), 그리고 인터리브된 예상 모션 정정 방법(하부 행)을 위한 대응하는 단일 방향 확산 가중 이미지(DWI)(705)를 도시한다. 통합된 예상 모션 정정 방법(상부 행)은 제 1 b-값(1000) 및 30개의 확산 방향들에 대해 수행되며 인터리브된 예상 모션 정정 방법(하부 행)은 상이한 제 2 b-값(3000) 및 64개의 확산 방향들에 대해 수행된다. EPI 내비게이터 이미지들은 확산 인코드되지 않으며 3000의 b-값에 대해 조차 양호한 SNR을 가지며 신뢰할 수 있는 모션 추정치들을 제공한다.
도 8a 및 도 8b는 이 모션 정정 시퀀스(도 8a 및 도 8b 하부행)과 비교된, 통합된 예상 모션 정정 실시예(상부 행, 도 8a)에 대한 샘플 이미지들(803, 805) 및 인터리브된 예상 모션 정정 실시예(상부 행, 도 8b)에 대한 샘플 이미지들(823, 825)을 도시한다. 모션 정정 시퀀스들 둘 다에서 트레이스 가중(TW)(805, 825) 및 프랙셔널 이방성(FA)(803, 823) 이미지들에서 개선이 분명하다. 게다가, 정정된 방법과 정정되지 않은 방법간의 확산 이미지들에서 신호 레벨 차이를 평가하기 위해 백질(white matter)에서 신호비(ROI)가 TW 이미지로 측정되었다. 통합된 모션 정정 방법은 (증가된 TE로 인해) 17.7% 신호 감소를 가져온 반면에; 인터리브된 모션 정정 기법은 0.57% 신호 감소를 가져왔다. 예상 모션 정정 실시예들은 확산 신경이미징을 유익하게 향상시키며 사용된 b-값에 독립적으로 작동하며 b-매트릭스의 회고적인 조절이 필요없다. 통합된 실시예에서, TE와 TR은 대응하는 신호 감소와 더불어 증가하는 반면에 인터리브된 실시예는 단지 최소 TR에서 작은 증가(~10%)만을 요구한다.
도 12는 해부학적 볼륨의 인터리브된 확산 MR 이미징에서 사용하기 위한 모션 정정 데이터를 결정하기 위해 시스템(10)(도 1)에 의해 수행된 프로세스의 흐름도를 도시한다. 단계(852)에서 단계(851)의 시작에 이어서 RF(무선 주파수) 신호 발생기(4)는 해부학적 관심 볼륨(영역)에서 RF 여기 펄스들을 발생시키며 연관된 RF 에코 데이터의 후속적인 획득을 가능하게 한다. 단계(855)에서 자계 기울기 발생기(3)는 위상 인코딩 및 판독 RF 데이터 획득을 위해 해부학적 슬라이스 특정 자계 기울기들을 발생시킨다. 단계(857)에서 RF 신호 발생기(4)와 기울기 발생기(3)는 볼륨을 통해 단일 제 1 방향으로, 제 2 슬라이스 세트를 획득하기 위해 제 1 펄스 시퀀스를 제공함으로써 다수의 개별적인 확산 이미지 슬라이스들을 개별적으로 포함하는 제 1 및 제 2 슬라이스 세트들을 순차적으로 획득한다. 슬라이스들의 제 1 세트와 슬라이스들의 제 2 세트는 볼륨 내에서 공간적으로 인터리브된다.
제 1 펄스 시퀀스는 로우 플립 각 RF 펄스 그 다음 연속적으로 뒤따르는 제 1 슬라이스 세트의 모션 검출을 위해 사용된 2차원(2D) 비-확산 이미지를 나타내는 데이터의 획득을 위한 비-확산 이미지 데이터 판독 자계 기울기 그 다음 연속적으로 뒤따르는, 제 1 확산 이미징 RF 펄스 그 다음 뒤따르는 제 2 슬라이스 세트의 확산 이미지 슬라이스를 나타내는 데이터를 획득하기 위한 준비를 위한 제 1 확산 이미징 위상 인코딩 자계 기울기를 포함한다. 제 1 확산 이미징 위상 인코딩 자계 기울기는 제 2 확산 이미징 RF 펄스 그 다음 제 2 확산 이미징 위상 인코딩 자계 기울기가 뒤따르고, 그 다음 확산 이미지 슬라이스를 나타내는 데이터의 획득을 위한 확산 이미지 데이터 판독 자계 기울기가 연속적으로 뒤따른다. 로우 플립 각은 실질적으로 5-30도 각을 포함하며, 제 1 확산 이미징 RF 펄스는 실질적으로 90도 펄스이고 제 2 확산 이미징 RF 펄스는 실질적으로 180도 펄스이다. 일 실시예에서 확산 이미지 데이터 판독 자계 기울기는 에코 플래너 이미징 확산 이미지 데이터 판독 자계 기울기이다.
제 1 확산 이미징 위상 인코딩 자계 기울기는 제 2 슬라이스 세트의 확산 이미지 슬라이스 획득시 사용된 절반의 에코 시간(TE)내에 실질적으로 일어나고 제 2 확산 이미징 위상 인코딩 자계 기울기와 에코 플래너 확산 이미지 데이터 판독 자계 기울기는 제 2 슬라이스 세트의 확산 이미지 슬라이스 획득시 사용된 절반의 에코 시간(TE)내에 실질적으로 일어난다. 예를 들어, 시스템은 (a) Stejskal-Tanner, (b) 두번 재초점 방법들, (c) 시뮬레이트된 에코, (d) q-공간, (e) 확산 스펙트럼 이미징 그리고 (f) 확산 텐서(tensor) 이미징, 방법들을 포함하는 다수의 상이한 확산 획득 방법들 중 하나를 이용하여 제 2 슬라이스 세트의 확산 이미지 슬라이스를 나타내는 데이터를 획득한다. RF 신호 발생기 및 기울기 발생기는, 제 1 슬라이스 세트 획득시, 로우 플립 각 RF 펄스 그 다음 연속적으로 뒤따르는 제 2 슬라이스 세트의 모션 검출을 위해 사용된 2차원(2D) 비-확산 이미지를 나타내는 데이터의 획득을 위한 비-확산 이미지 데이터 판독 자계 기울기 그 다음 연속적으로 뒤따르는, 제 1 확산 이미징 RF 펄스 그 다음 뒤따르는 제 1 슬라이스 세트의 확산 이미지 슬라이스를 나타내는 데이터를 획득하기 위한 준비를 위한 제 1 확산 이미징 위상 인코딩 자계 기울기를 제공한다. 일 실시예에서, 로우 플립 각 RF 펄스는 개재하는 펄스들 없이 비-확산 이미지 데이터 판독 자계 기울기가 뒤따른다. 게다가, 비-확산 이미지 데이터 판독 자계 기울기는 개재하는 펄스들 없이 제 1 확산 이미징 RF 펄스가 뒤따르며 제 1 확산 이미징 RF 펄스는 개재하는 펄스들 없이 제 1 확산 이미징 위상 인코딩 자계 기울기가 뒤따른다.
단계(859)에서, 시스템(10)은 제 1 방향과 다른 단일 제 2 방향으로 2차원(2D) 비-확산 이미지를 획득한다. 단계(863)에서 이미징 컴퓨터(17)(도 1)내 이미지 데이터 프로세서는 비교된 비-확산 이미지들간 객체의 움직임을 검출하기 위해 단일 제 1 및 제 2 방향들의 이미지들의 세트를 포함하는 다수의 2차원(2D) 비-확산 이미지들을 비교한다. 이미지 데이터 프로세서는 검출된 움직임을 보상하기 위해 단일 제 1 방향으로 획득된 확산 이미지 슬라이스에 관하여 단일 제 2 방향으로 획득된 확산 이미지 슬라이스의 3차원 공간 좌표들을 정정하기 위해 객체의 검출된 움직임을 사용한다. 도 12의 프로세스는 단계(881)에서 종료된다.
도 13은 해부학적 볼륨의 통합된 확산 MR 이미징에서 사용하기 위한 모션 정정 데이터를 결정하기 위해 시스템에 의해 수행된 프로세스의 흐름도를 도시한다. 단계(952)에서 단계(951)의 시작에 이어서 RF(무선 주파수) 신호 발생기(4)는 해부학적 관심 볼륨(영역)에서 RF 여기 펄스들을 발생시키며 연관된 RF 에코 데이터의 후속적인 획득을 가능하게 한다. 단계(955)에서 자계 기울기 발생기(3)는 위상 인코딩 및 판독 RF 데이터 획득을 위한 해부학적 슬라이스 특정 자계 기울기들을 발생시킨다. 단계(957)에서 RF 신호 발생기(4)와 기울기 발생기(3)는 제 2 펄스 시퀀스를 제공함으로써 볼륨을 통해 단일 제 1 방향으로 개별적인 확산 이미지 슬라이스를 획득한다.
제 2 펄스 시퀀스는 제 1 확산 이미징 RF 펄스, 모션 검출을 위해 사용된 2차원(2D) 비-확산 이미지를 나타내는 데이터의 획득을 위한 비-확산 이미지 데이터 판독 자계 기울기 및 개별적인 확산 이미지 슬라이스를 나타내는 데이터 획득을 위한 자기 준비를 위해 제 1 확산 이미징 위상 인코딩 자계 기울기를 포함한다. 제 2 펄스 시퀀스는 후속적인 제 2 확산 이미징 RF 펄스, 제 2 확산 이미징 위상 인코딩 자계 기울기 및 개별적인 확산 이미지 슬라이스를 나타내는 데이터의 획득을 위해 확산 이미지 데이터 판독 자계 기울기를 더 포함한다. 일 실시예에서, 제 2 확산 이미징 RF 펄스에 이어서 그리고 제 2 확산 이미징 위상 인코딩 자계 기울기에 앞서, 제 2 펄스 시퀀스는 에코 시간(TE) 값을 정정하기 위해 시간 지연을 포함한다.
일 실시예에서, 제 1 확산 이미징 RF 펄스는 실질적으로 90도 펄스이며 제 2 확산 이미징 RF 펄스는 실질적으로 180도 펄스이다. 게다가, 제 1 확산 이미징 위상 인코딩 자계 기울기는 개별적인 확산 이미지 슬라이스 획득시 사용된 절반의 에코 시간(TE)내에 실질적으로 일어나고 제 2 확산 이미징 위상 인코딩 자계 기울기와 에코 플래너 이미징 확산 이미지 데이터 판독 자계 기울기는 개별적인 확산 이미지 슬라이스 획득시 사용된 절반의 에코 시간(TE)내에 실질적으로 일어난다. 일 실시예에서, 확산 이미지 데이터 판독 자계 기울기는 에코 플래너 이미징 확산 이미지 데이터 판독 자계 기울기이다. 예를 들어, 시스템은 (a) Stejskal-Tanner, (b) 두번 재초점 방법들, (c) 시뮬레이트된 에코, (d) q-공간, (e) 확산 스펙트럼 이미징 그리고 (f) 확산 텐서 이미징, 방법들을 포함하는 다수의 상이한 확산 획득 방법들 중 하나를 이용하여 확산 이미지 슬라이스를 나타내는 데이터를 획득한다.
단계(959)에서, 시스템(10)은 제 1 방향과 다른 단일 제 2 방향으로 2차원(2D) 비-확산 이미지를 획득한다. 단계(963)에서 이미징 컴퓨터(17)(도 1)내 이미지 데이터 프로세서는 비교된 비-확산 이미지들간 객체의 움직임을 검출하기 위해 단일 제 1 및 제 2 방향의 이미지들의 세트를 포함하는 다수의 2차원(2D) 비-확산 이미지들을 비교한다. 이미지 데이터 프로세서는 검출된 움직임을 보상하기 위해 단일 제 1 방향으로 획득된 확산 이미지 슬라이스에 관하여 단일 제 2 방향으로 획득된 확산 이미지 슬라이스의 3차원 공간 좌표들을 정정하기 위해 객체의 검출된 움직임을 사용한다. 도 13의 프로세스는 단계(981)에서 종료된다.
도 1로 되돌아가서, RF 코일들(4)은 측정 볼륨(M) 내 지지 테이블(5)위 환자내 핵 양자 스핀들을 여기시키기 위해 RF 펄스들을 방출하며 결과적인 RF 에코 신호들을 획득한다. 대응적으로 획득된 자기 공명 신호들은 위상-감지 방식으로 RF 시스템(22)의 수신기 프로세싱 유닛(8)에서 복조되며, 각자의 아날로그-디지털 컨버터들(11)을 통해 측정 신호의 실수부(real part)와 허수부(imaginary part)로 변환되어 이미징 컴퓨터(17)에 의해 처리된다. 이미징 컴퓨터(17)는 처리되어 획득된 RF 에코 펄스 데이터로부터 이미지를 재구성한다. RF 데이터, 이미지 데이터 그리고 컨트롤 프로그램들의 프로세싱은 시스템 컴퓨터(20)의 제어하에 수행된다. 사전결정된 펄스 시퀀스 컨트롤 프로그램들에 응답하여, 시퀀스 컨트롤러(18)는 원하는 펄스 시퀀스들과 k-공간의 대응하는 스캐닝의 발생을 제어한다. 특히, 시퀀스 컨트롤러(18)는 적절한 시간들에서 자기 기울기들의 스위칭, 결정된 위상 및 진폭을 갖는 RF 펄스들의 송신 및 RF 에코 데이터 형태로 자기 공명 신호들의 수신을 제어한다. 합성기(19)는 RF 시스템(22)과 시퀀스 컨트롤러(18)의 동작들의 타이밍을 결정한다. MR 이미지와 발생된 핵 스핀 이미지의 디스플레이를 발생하기 위한 적절한 컨트롤 프로그램들의 선택은 터미널(콘솔)(21)을 통해 사용자에 의해 수행되며, 이 터미널은 키보드와 하나 또는 하나를 초과하는 스크린들을 포함한다.
일 실시예에서, RF 코일들(4)은 환자의 길이에 대응하는 볼륨(M)의 길이를 따라서 단면들로 정렬된 다수의 RF 코일들의 서브세트 또는 실질적으로 모두를 포함한다. 게다가, 코일들(4)의 개별적인 섹션 RF 코일은 단일 MR 이미지를 발생하기 위해 병렬로 사용되는 RF 이미지 데이터를 제공하는 다수의 RF 코일들을 포함한다. RF 펄스 신호들은 RF 코일들(4)에 인가되고, RF 코일들(4)은 응답으로 90도에 의해 또는 소위 "스핀 에코" 이미징을 위해 100도 및 80도에 의해, 또는 소위 "기울기 에코" 이미징을 위해 90도 보다 작거나 동일한 각들에 의해 이미지화된 몸체내 양자들의 스핀들을 회전시키는 자계 펄스들을 발생시킨다. 인가된 RF 펄스 신호들에 응답하여, RF 코일들(4)은 MR 신호들, 즉, 여기된 양자들이 정적 및 기울기 자계들에 의해 설정된 평형 위치로 복귀함에 따라서 몸체내 여기된 양자들로부터의 신호들을 수신한다. 프로세싱 핵 스핀들로부터 생겨난 교류 필드로서 RF 코일들(4)에 의해 수신된 핵 스핀 에코 신호들을 포함하는 MR 신호들은 무선-주파수 증폭기(7)와 멀티플렉서(6)를 통해 무선-주파수 시스템(22)의 무선-주파수 수신기 프로세싱 유닛(8)으로 공급되는 전압으로 변환된다.
무선-주파수 시스템(22)은 양자들을 여기시키기 위해 RF 신호 송신 모드에서 그리고 결과적인 RF 에코 신호들을 처리하기 위해 수신 모드에서 동작한다. 송신 모드에서, 시스템(22)은 볼륨(M)에서 핵 자기 공명을 개시하기 위해 송신 채널(9)을 통해 RF 펄스들을 전송한다. 특히, 시스템(22)은 복소수들의 디지털적으로 표시된 수치적 시퀀스를 제공하기 위해 시퀀스 컨트롤러(18)와 함께 시스템 컴퓨터(20)에 의해 사용된 펄스 시퀀스와 연관된 각자의 RF 에코 펄스들을 처리한다. 이러한 수치적인 시퀀스는 고-주파수 시스템(22)의 디지털-아날로그 컨버터(12)를 통해 그리고 상기 디지털-아날로그 컨버터(12)로부터 송신 채널(9)로 실수부와 허수부로서 공급된다. 송신 채널(9)에서, 펄스 시퀀스들은 측정 볼륨(M)내 핵 스핀들의 공명 주파수에 대응하는 베이스 주파수를 갖는 무선-주파수 캐리어 신호에 의해 변조된다. 전송 동작에서 수신 동작으로의 변환은 멀티플렉서(6)를 통해 이루어진다. RF 코일들(4)은 측정 볼륨(M)에서 핵 양자 스핀들을 여기시키기 위해 RF 펄스들을 방출하며 결과적인 RF 에코 신호들을 획득한다. 대응적으로 획득된 자기 공명 신호들은 위상-감지 방식으로 RF 시스템(22)의 수신기 프로세싱 유닛(8)에서 복조되며, 그리고 각자의 아날로그-디지털 컨버터들(11)을 통해 측정 신호의 실부부와 허수부로 변환되어 이미징 컴퓨터(17)에 의해 처리된다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이 프로세서는 임무들을 수행하기 위해 컴퓨터 판독가능 매체상에 저장된 기계-판독가능 명령들을 실행하기 위한 디바이스이며 하드웨어와 펌웨어의 임의의 하나 또는 조합을 포함할 수 있다. 프로세서는 또한 임무들을 수행할 수 있는 기계-판독가능 명령들을 저장하는 메모리를 포함할 수 있다. 프로세서는 실행가능한 프로시저 또는 정보 디바이스에 의해 사용하기 위해 정보를 조작, 분석, 변경, 변환 또는 전송, 및/또는 정보를 출력 디바이스로 라우트함으로써 정보에 따라 작용한다. 프로세서는, 예를 들어, 컴퓨터, 컨트롤러 또는 마이크로프로세서의 능력들을 사용하거나 포함할 수 있으며 범용 컴퓨터에 의해 수행되지 않는 특수 목적 기능들을 수행하기 위해 실행가능한 명령들을 이용하여 조절된다. 프로세서는 컴포넌트들간의 상호작용 및/또는 통신을 가능하게 하는 임의의 다른 프로세서와 (전기적으로 그리고/또는 실행가능한 컴포넌트들을 포함하는 것으로서)결합될 수 있다. 사용자 인터페이스 프로세서 또는 발생기는 전자 회로 또는 소프트웨어 또는 디스플레이 이미지들 또는 이미지들의 부분들을 발생하기 위해 둘의 조합을 포함하는 알려진 엘리먼트이다. 사용자 인터페이스는 프로세서 또는 기타 디바이스와 사용자 상호작용을 가능하게 하는 하나 또는 하나를 초과하는 디스플레이 이미지들을 포함한다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 실행가능한 어플리케이션은, 예를 들어, 사용자 커맨드 또는 입력에 응답하여, 운영 체제, 문맥 데이터 획득 시스템 또는 기타 정보 처리 시스템의 기능들과 같은, 사전결정된 기능들을 구현하기 위해 프로세서를 조절하기 위한 코드 또는 기계 판독가능 명령들을 포함한다. 실행가능한 프로시저는 코드 또는 기계 판독가능 명령의 세그먼트, 서브-루틴, 또는 코드의 기타 구별 섹션 또는 하나 또는 하나를 초과하는 특별한 프로세스들을 수행하기 위한 실행가능한 어플리케이션의 일부이다. 이들 프로세스들은 입력 데이터 및/또는 파라미터들을 수신하는 단계, 수신된 입력 데이터에 대한 동작들을 수행하는 단계 및/또는 수신된 입력 파라미터들에 응답하여 기능들을 수행하는 단계, 그리고 결과적인 출력 데이터 및/또는 파라미터들을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)는 디스플레이 프로세서에 의해 발생되는 하나 또는 하나를 초과하는 디스플레이 이미지들을 포함하며 프로세서 또는 기타 디바이스 및 연관된 데이터 획득과 처리 기능들과 사용자 상호작용을 가능하게 한다.
UI는 또한 실행가능한 프로시저 또는 실행가능한 어플리케이션을 포함한다. 실행가능한 프로시저 또는 실행가능한 어플리케이션은 UI 디스플레이 이미지들을 나타내는 신호들을 발생하기 위해 디스플레이 프로세서를 조절한다. 이들 신호들은 사용자에 의한 시청을 위해 이미지를 표시하는 디스플레이 디바이스로 공급된다. 실행가능한 프로시저 또는 실행가능한 어플리케이션은, 키보드, 마우스, 라이트 펜, 터치 스크린 또는 사용자로 하여금 프로세서에 데이터를 제공하도록 하는 임의의 다른 수단과 같은 사용자 입력 디바이스들로부터 신호들을 더 수신한다. 실행가능한 프로시저 또는 실행가능한 어플리케이션의 컨트롤하에, 프로세서는 입력 디바이스들로부터 수신된 신호들에 응답하여 UI 디스플레이 이미지들을 조작한다. 이러한 방법으로, 사용자는 입력 디바이스들을 이용하여 디스플레이 이미지와 상호작용하며, 프로세서 또는 기타 디바이스들과 사용자 상호작용을 가능하게 한다. 본 명세서에서 기능들과 프로세스 단계들은 사용자 커맨드에 응답하여 자동적으로 또는 전체적으로 또는 부분적으로 수행될 수 있다. 자동적으로 수행된 (단계를 포함하는) 활동은 활동의 사용자 직접 개시없이 실행가능한 명령 또는 디바이스 동작에 응답하여 수행된다.
정의들.
EPI는 이미지 획득에 관계되는 에코 플래너 이미징을 포함하며 이에 의해 완료 이미지는 기울기 에코 또는 스핀 에코 시퀀스의 단일 데이터 샘플(k-공간 라인들은 1회 반복 시간에 획득된다)로부터 형성된다.
인버젼 리커버리(IR) 펄스는 포지티브 z-축으로부터 종방향 자화를 180도만큼 네거티브 z-축으로 반전시킨다. IR 펄스들은 (T1 가중, T2 가중된 바와 같이) 상이한 종류들의 MR 콘트라스트를 달성하기 위해 메인 이미징 펄스 시퀀스에 앞서 준비 펄스들로서 사용된다. 단열 IR 펄스들은 비-단열적인 RF 펄스들보다 이미징 볼륨에 걸쳐서 보다 균일한 콘트라스트를 제공하기 위해 사용된다.
iPAT(integrated Parallel Acquisition Techniques)는 "평행 이미징"을 포함한다. iPAT는 감소된 위상 인코딩과 RF 코일 정보의 추가를 통해 보다 빠른 스캐닝을 가능하게 한다. 2의 iPAT 인자는 약 2배 빠른 스캐닝을 가능하게 하고, 3의 iPAT 인자는 약 3배 빠른 스캐닝을 가능하게 하고, 기타 등등이 있다.
TI는 인버젼 리커버리 펄스와 다음 RF 여기 펄스간의 시간인 인버젼 시간을 포함한다. TI는 이미지 콘트라스트를 결정한다.
T1은 종방향(또는 스핀-래티스) 완화 시간 T1 붕괴 상수를 포함한다.
T2는 양자 스핀 컴포넌트를 위해 횡단(또는 스핀-스핀) 완화 시간 T2 붕괴 상수를 포함한다.
TR은 연속적인 RF 여기 펄스들간의 시간인 반복 시간을 포함한다.
TRALL은 특별한 확산 인코딩 방법을 이용하여 확산 이미징 방향으로 사전결정된 전체 슬라이스들의 수를 획득하기 위해 연속적인 RF 여기 펄스들간의 다수의 개별적인 TR 반복 시간들을 포함하는 전체 반복 시간을 포함한다.
TE(Echo Time)는 RF 펄스의 시작과 수신된 에코 신호내 최대간의 시간 기간을 포함한다. 시퀀스는 매 TR 초들마다 반복된다.
B0는 메인 정적 베이스 MRI 자계이다.
B1은 RF 전송 코일 필드이다.
b-값은 확산 가중 이미지들에 대한 기울기들의 영향을 요약하는 확산 가중 시퀀스들의 인자를 포함하고, 값 b가 높을수록, 확산 가중이 확산에 대한 감도를 더 강하게 증가시킨다.
도 1-13의 시스템과 프로세스들은 배타적이지 않다. 기타 시스템들, 프로세스들 그리고 메뉴들은 동일한 목적들을 성취하기 위해 본 발명의 원리들에 따라서 파생될 수 있다. 비록 본 발명이 특별한 실시예들을 참조하여 기술되었다고 하더라도, 본 명세서에 도시되고 기술된 실시예들과 변화들은 단지 예시를 위한 것이라는 것이 이해될 것이다. 현재 설계의 변경들은, 본 발명의 범주를 벗어남이 없이, 당업자에 의해 구현될 수 있다. 시스템은 상이한 인터리브되고 통합된 확산 이미징 실시예들에서 확산 스캔동안 모션 내비게이터들(EPI 내비게이터 이미지들)로서 비-확산 인코드된 저해상도 단일 샷 EPI 이미지들을 이용하여 2D 멀티슬라이스 확산 이미징을 위한 예상 모션 정정을 제공한다. 게다가, 프로세스들과 어플리케이션들은, 대안적인 실시예들에서, 도 1의 유닛들을 연결하는 네트워크를 통해 하나 또는 하나를 초과하는 (예를 들어, 분산된) 프로세싱 디바이스들에 위치될 수 있다. 도 1-13에 제공된 임의의 기능들과 단계들은 하드웨어, 소프트웨어 또는 둘의 조합으로 구현될 수 있다.

Claims (24)

  1. 해부학적 볼륨의 확산 MR 이미징에서 사용하기 위한 모션 정정 데이터를 결정하기 위한 시스템으로서,
    해부학적 관심 영역에서 RF 여기 펄스들을 발생하고 연관된 RF 에코 데이터의 후속적인 획득을 가능하게 하기 위한 RF(무선 주파수) 신호 발생기; 그리고
    위상 인코딩 및 판독 RF 데이터 획득을 위해 해부학적 슬라이스 특정 자계 기울기들을 발생하기 위한 자계 기울기 발생기
    를 포함하며,
    상기 RF 신호 발생기와 상기 기울기 발생기는 상기 볼륨을 통해 단일 제 1 방향으로 다수의 개별적인 확산 이미지 슬라이스들을 개별적으로 포함하는 제 1 및 제 2 슬라이스 세트들을 순차적으로 획득하며,
    상기 제 1 세트 슬라이스들과 상기 제 2 세트 슬라이스들은 상기 제 2 슬라이스 세트 획득시,
    로우 플립 각 RF 펄스 그 다음 연속적으로 뒤따르는 상기 제 1 슬라이스 세트의 모션 검출을 위해 사용된 2차원(2D) 비-확산 이미지를 나타내는 데이터의 획득을 위한 비-확산 이미지 데이터 판독 자계 기울기 그 다음 연속적으로 뒤따르는,
    제 1 확산 이미징 RF 펄스 그 다음 뒤따르는 상기 제 2 슬라이스 세트의 확산 이미지 슬라이스를 나타내는 데이터 획득을 위한 준비를 위한 제 1 확산 이미징 위상 인코딩 자계 기울기를 제공함으로써,
    상기 볼륨 내에서 공간적으로 인터리브되는,
    모션 정정 데이터를 결정하기 위한 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 RF 신호 발생기와 상기 기울기 발생기는 상기 제 1 슬라이스 세트 획득시,
    로우 플립 각(low flip angle) RF 펄스 그 다음 연속적으로 뒤따르는 상기 제 2 슬라이스 세트의 모션 검출을 위해 사용된 2차원(2D) 비-확산 이미지를 나타내는 데이터의 획득을 위한 비-확산 이미지 데이터 판독 자계 기울기 그 다음 연속적으로 뒤따르는,
    제 1 확산 이미징 RF 펄스 그 다음 뒤따르는 상기 제 1 슬라이스 세트의 확산 이미지 슬라이스를 나타내는 데이터 획득을 위한 준비를 위한 제 1 확산 이미징 위상 인코딩 자계 기울기
    를 제공하는,
    모션 정정 데이터를 결정하기 위한 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 확산 이미징 위상 인코딩 자계 기울기는 연속적으로 제 2 확산 이미징 RF 펄스 그 다음 제 2 확산 이미징 위상 인코딩 자계 기울기가 뒤따르고, 그 다음 상기 확산 이미지 슬라이스를 나타내는 상기 데이터의 획득을 위한 확산 이미지 데이터 판독 자계 기울기가 뒤따르는,
    모션 정정 데이터를 결정하기 위한 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 로우 플립 각은 실질적으로 5-30도 각을 포함하고,
    상기 제 1 확산 이미징 RF 펄스는 실질적으로 90도 펄스이며, 그리고
    상기 제 2 확산 이미징 RF 펄스는 실질적으로 180도 펄스인,
    모션 정정 데이터를 결정하기 위한 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 확산 이미징 위상 인코딩 자계 기울기는 상기 제 2 슬라이스 세트의 상기 확산 이미지 슬라이스 획득시 사용된 절반의 에코 시간(TE)내에 실질적으로 일어나며, 그리고
    상기 제 2 확산 이미징 위상 인코딩 자계 기울기와 상기 에코 플래너 이미징 확산 이미지 데이터 판독 자계 기울기는 상기 제 2 슬라이스 세트의 상기 확산 이미지 슬라이스 획득시 사용된 절반의 상기 에코 시간(TE)내에 실질적으로 일어나는,
    모션 정정 데이터를 결정하기 위한 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 확산 이미징 위상 인코딩 자계 기울기는 상기 제 2 슬라이스 세트의 상기 확산 이미지 슬라이스 획득시 사용된 절반의 에코 시간(TE)내에 실질적으로 일어나는,
    모션 정정 데이터를 결정하기 위한 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 로우 플립 각 RF 펄스는 개재하는(intervening) 펄스들 없이 상기 비-확산 이미지 데이터 판독 자계 기울기가 뒤따르며,
    상기 비-확산 이미지 데이터 판독 자계 기울기는 개재하는 펄스들 없이 상기 제 1 확산 이미징 RF 펄스가 뒤따르며, 그리고
    상기 제 1 확산 이미징 RF 펄스는 개재하는 펄스들 없이 상기 제 1 확산 이미징 위상 인코딩 자계 기울기가 뒤따르는,
    모션 정정 데이터를 결정하기 위한 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 시스템은
    상기 제 1 방향과 다른 단일 제 2 방향으로 2차원(2D) 비-확산 이미지를 획득하며
    비교된 비-확산 이미지들간의 객체의 움직임을 검출하기 위해 상기 단일 제 1 및 제 2 방향으로 이미지들의 세트를 포함하는 다수의 2차원(2D) 비-확산 이미지들을 비교하기 위한 이미지 데이터 프로세서를 포함하는,
    모션 정정 데이터를 결정하기 위한 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 이미지 데이터 프로세서는 상기 검출된 움직임을 보상하기 위해 상기 단일 제 1 방향으로 획득된 확산 이미지 슬라이스에 관하여 상기 단일 제 2 방향으로 획득된 확산 이미지 슬라이스의 상기 3차원 공간 좌표들을 정정하기 위해 상기 객체의 상기 검출된 움직임을 사용하는,
    모션 정정 데이터를 결정하기 위한 시스템.
  10. 제 3 항에 있어서,
    상기 확산 이미지 데이터 판독 자계 기울기는 에코 플래너(planar) 이미징 확산 이미지 데이터 판독 자계 기울기인,
    모션 정정 데이터를 결정하기 위한 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 시스템은 다수의 상이한 확산 획득 방법들 중 하나를 이용하여 상기 제 2 슬라이스 세트의 상기 확산 이미지 슬라이스를 나타내는 데이터를 획득하는,
    모션 정정 데이터를 결정하기 위한 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 다수의 확산 획득 방법들은 (a) Stejskal-Tanner, (b) 두번 재초점 방법들, (c) 시뮬레이트된 에코, (d) q-공간, (e) 확산 스펙트럼 이미징 그리고 (f) 확산 텐서(tensor) 이미징 방법들
    을 포함하는,
    모션 정정 데이터를 결정하기 위한 시스템.
  13. 해부학적 볼륨의 확산 MR 이미징에서 사용하기 위한 모션 정정 데이터를 결정하기 위한 시스템으로서,
    해부학적 관심 영역에서 RF 여기 펄스들을 발생하고 연관된 RF 에코 데이터의 후속적인 획득을 가능하게 하기 위한 RF(무선 주파수) 신호 발생기; 그리고
    위상 인코딩 및 판독 RF 데이터 획득을 위해 해부학적 슬라이스 특정 자계 기울기들을 발생하기 위한 자계 기울기 발생기
    를 포함하며,
    상기 RF 신호 발생기와 상기 기울기 발생기는
    제 1 확산 이미징 RF 펄스,
    모션 검출을 위해 사용된 2차원(2D) 비-확산 이미지를 나타내는 데이터의 획득을 위한 비-확산 이미지 데이터 판독 자계 기울기, 그리고
    상기 개별적인 확산 이미지 슬라이스를 나타내는 데이터를 획득하기 위한 자기 준비를 위한 제 1 확산 이미징 위상 인코딩 자계 기울기
    를 포함하는 시퀀스를 제공함으로써 상기 볼륨을 통해 단일 제 1 방향으로 개별적인 확산 이미지 슬라이스를 획득하는,
    모션 정정 데이터를 결정하기 위한 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 시퀀스는
    제 2 확산 이미징 RF 펄스,
    제 2 확산 이미징 위상 인코딩 자계 기울기, 그리고
    상기 개별적인 확산 이미지 슬라이스를 나타내는 데이터의 획득을 위한 확산 이미지 데이터 판독 자계 기울기
    를 포함하는,
    모션 정정 데이터를 결정하기 위한 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 2 확산 이미징 RF 펄스에 이어서 그리고 상기 제 2 확산 이미징 위상 인코딩 자계 기울기에 앞서, 에코 시간(TE) 값을 정정하기 위해 시간 지연을 포함하는 단계를 포함하는,
    모션 정정 데이터를 결정하기 위한 시스템.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 확산 이미징 RF 펄스는 실질적으로 90도 펄스이며 그리고
    상기 제 2 확산 이미징 RF 펄스는 실질적으로 180도 펄스인,
    모션 정정 데이터를 결정하기 위한 시스템.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 확산 이미징 위상 인코딩 자계 기울기는 상기 개별적인 확산 이미지 슬라이스 획득시 사용된 절반의 상기 에코 시간(TE)내에 실질적으로 일어나며 그리고
    상기 제 2 확산 이미징 위상 인코딩 자계 기울기와 상기 에코 플래너 이미징 확산 이미지 데이터 판독 자계 기울기는 상기 개별적인 확산 이미지 슬라이스 획득시 사용된 절반의 상기 에코 시간(TE)내에 실질적으로 일어나는,
    모션 정정 데이터를 결정하기 위한 시스템.
  18. 제 13 항에 있어서,
    상기 시스템은
    상기 제 1 방향과 다른 단일 제 2 방향으로 2차원(2D) 비-확산 이미지를 획득하고
    비교된 비-확산 이미지들간의 객체의 움직임을 검출하기 위해 상기 단일 제 1 및 제 2 방향으로 이미지들의 세트를 포함하는 다수의 2차원(2D) 비-확산 이미지들을 비교하기 위한 이미지 데이터 프로세서
    를 포함하는,
    모션 정정 데이터를 결정하기 위한 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 이미지 데이터 프로세서는 상기 검출된 움직임을 보상하기 위해 상기 단일 제 1 방향으로 획득된 확산 이미지 슬라이스에 관하여 상기 단일 제 2 방향으로 획득된 확산 이미지 슬라이스의 상기 3차원 공간 좌표들을 정정하기 위해 상기 객체의 상기 검출된 움직임을 사용하는,
    모션 정정 데이터를 결정하기 위한 시스템.
  20. 제 14 항에 있어서,
    상기 확산 이미지 데이터 판독 자계 기울기는 에코 플래너 이미징 확산 이미지 데이터 판독 자계 기울기인,
    모션 정정 데이터를 결정하기 위한 시스템.
  21. 제 13 항에 있어서,
    상기 시스템은 다수의 상이한 확산 획득 방법들 중 하나를 이용하여 상기 확산 이미지 슬라이스를 나타내는 데이터를 획득하는,
    모션 정정 데이터를 결정하기 위한 시스템.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 다수의 확산 획득 방법들은 (a) Stejskal-Tanner, (b) 두번 재초점 방법들, (c) 시뮬레이트된 에코, (d) q-공간, (e) 확산 스펙트럼 이미징 그리고 (f) 확산 텐서 이미징 방법들
    을 포함하는,
    모션 정정 데이터를 결정하기 위한 시스템.
  23. 해부학적 볼륨의 확산 MR 이미징에서 사용하기 위한 모션 정정 데이터를 결정하기 위한 방법으로서,
    해부학적 관심 볼륨에서 RF 여기 펄스들을 발생하는 단계;
    상기 볼륨에서 위상 인코딩 및 판독 RF 데이터 획득을 위해 해부학적 슬라이스 특정 자계 기울기들을 발생하는 단계; 그리고
    상기 RF 여기 펄스 및 슬라이스 특정 자계 기울기 발생에 응답하여, 상기 볼륨을 통해 단일 제 1 방향으로 다수의 개별적인 확산 이미지 슬라이스들을 개별적으로 포함하는 제 1 및 제 2 슬라이스 세트들을 순차적으로 획득하는 단계
    를 포함하며,
    상기 제 1 슬라이스들 세트와 상기 제 2 슬라이스들 세트는 상기 제 2 슬라이스 세트 획득시,
    연속적으로 로우 플립 각 RF 펄스 그 다음 뒤따르는 상기 제 1 슬라이스 세트의 모션 검출을 위해 사용된 2차원(2D) 비-확산 이미지를 나타내는 데이터의 획득을 위한 비-확산 이미지 데이터 판독 자계 기울기 그 다음 연속적으로 뒤따르는,
    제 1 확산 이미징 RF 펄스 그 다음 뒤따르는 상기 제 2 슬라이스 세트의 확산 이미지 슬라이스를 나타내는 데이터 획득을 위한 준비를 위한 제 1 확산 이미징 위상 인코딩 자계 기울기를 제공함으로써,
    상기 볼륨 내에서 공간적으로 인터리브되는
    모션 정정 데이터를 결정하기 위한 방법.
  24. 해부학적 볼륨의 확산 MR 이미징에서 사용하기 위한 모션 정정 데이터를 결정하기 위한 방법으로서,
    해부학적 관심 영역에서 RF 여기 펄스들을 발생하는 단계;
    위상 인코딩 및 판독 RF 데이터 획득을 위한 해부학적 슬라이스 특정 자계 기울기들을 발생하는 단계; 그리고
    상기 RF 여기 펄스 및 슬라이스 특정 자계 기울기 발생에 응답하여,
    제 1 확산 이미징 RF 펄스,
    모션 검출을 위해 사용된 2차원(2D) 비-확산 이미지를 나타내는 데이터의 획득을 위한 비-확산 이미지 데이터 판독 자계 기울기 그리고
    상기 개별적인 확산 이미지 슬라이스를 나타내는 데이터를 획득하기 위한 자기 준비를 위해 제 1 확산 이미징 위상 인코딩 자계 기울기를 포함하는 시퀀스를 제공함으로써 상기 볼륨을 통해 단일 제 1 방향으로 개별적인 확산 이미지 슬라이스를 획득하는 단계
    를 포함하는,
    모션 정정 데이터를 결정하기 위한 방법.
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