KR20130135776A - 자기 공명 기법에서 측정 볼륨 내의 검사 대상의 대상-특정 ｂ1 분포를 결정하는 방법, 자기 공명 시스템, 컴퓨터 프로그램, 및 전자적으로 판독가능한 데이터 매체 - Google Patents

자기 공명 기법에서 측정 볼륨 내의 검사 대상의 대상-특정 ｂ1 분포를 결정하는 방법, 자기 공명 시스템, 컴퓨터 프로그램, 및 전자적으로 판독가능한 데이터 매체 Download PDF

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Abstract

자기 공명 기법에서 측정 볼륨 내의 검사 대상의 대상-특정 B1 분포를 결정하는 방법, 자기 공명 시스템, 컴퓨터 프로그램, 및 전자적으로 판독가능한 데이터 매체.
자기 공명 기법에서 측정 볼륨 내의 검사 대상의 대상 특정 B1 분포를 결정하는 본 발명에 따른 방법은,
- 제1 펄스 시퀀스를 사용하여 검사 대상의 제1 측정 데이터 세트를 측정하는 단계;
- 제2 펄스 시퀀스를 사용하여 검사 대상의 제2 측정 데이터 세트를 측정하는 단계;
- 제3 펄스 시퀀스를 사용하여 검사 대상의 제3 측정 데이터 세트를 측정하는 단계;
- 제1 측정 데이터 세트로부터 제1 위상을 결정하고, 제2 측정 데이터 세트로부터 제2 위상을 결정하고, 제3 측정 데이터 세트로부터 제3 위상을 결정하는 단계;
- 제1 위상, 제2 위상, 및 제3 위상으로부터 관련 위상 시프트를 계산하는 단계; 및
- 계산된 관련 위상 시프트로부터 상기 B1 분포를 결정하는 단계를 포함한다.
B1 분포의 결정에 대한 공명 시프트들로 인한 영향은 제1, 제2, 및 제3 위상들의 측정을 통해 회피될 수 있다. 또한, 자기 공명 시스템, 컴퓨터 프로그램, 및 전자적으로 판독가능한 데이터 매체가 청구된다.

Description

자기 공명 기법에서 측정 볼륨 내의 검사 대상의 대상-특정 Ｂ1 분포를 결정하는 방법, 자기 공명 시스템, 컴퓨터 프로그램, 및 전자적으로 판독가능한 데이터 매체{METHOD TO DETERMINE A SUBJECT-SPECIFIC B1 DISTRIBUTION OF AN EXAMINATION SUBJECT IN A MEASUREMENT VOLUME IN THE MAGNETIC RESONANCE TECHNIQUE, MAGNETIC RESONANCE SYSTEM, COMPUTER PROGRAM, AND ELECTRONICALLY READABLE DATA MEDIUM}
본 발명은 자기 공명 기법에서 측정 볼륨 내의 검사 대상의 대상-특정 B1 분포를 결정하는 방법; 자기 공명 시스템; 컴퓨터 프로그램; 및 전자적으로 판독가능한 데이터 매체에 관한 것이다.
자기 공명 기법(이하, 약어 MR이 자기 공명을 의미함)은 검사 대상 내부의 이미지들이 생성될 수 있는 알려진 기법이다. 이에 대해 단순화된 방식으로 표현하면, 검사 대상은 0.2 내지 7 테슬라 이상의 필드 강도를 갖는 비교적 강한 정적의 동종 기본 자기장(또는 B0 필드로 칭함)에 위치되어서, 그 핵 스핀들이 기본 자기장을 따라 배향된다. 측정 데이터의 공간 코딩을 위해, 빠르게 스위칭된 그라디언트 필드들이 기본 자기장 상에 중첩된다. 무선 주파수 여기 펄스들(RF 펄스들)이 핵 자기 공명들을 트리거하기 위해 검사 대상 내로 방사된다.
방사된 RF 펄스들(RF: 무선 주파수)의 자속 밀도는 통상적으로 B1으로 표시된다. 따라서, 펄스-성형화된 무선 주파수 필드가 일반적으로 "B1 필드"로 또한 축약된다. 이에 의해, 검사 대상에서의 원자들의 핵 스핀들이 이들 무선 주파수 펄스들에 의해 여기되어서, 이들은 "여기 플립 각도"(또한 "플립 각도"로 축약됨)로서 알려진 것에 의해 그들의 정상(steady) 상태(기본 자기장 B0에 평행)에서 벗어나서 편향된다. 그 후, 핵 스핀들은 기본 자기장 B0의 방향 주위에서 진행한다. 이에 의해 생성되는 자기 공명 신호들은 무선 주파수 수신 안테나들(수신 코일들)에 의해 취득된다. 취득된 측정 데이터(또한 k-공간 데이터라 칭함)가 k-공간 매트릭스의 복소수값(원시 데이터)으로서 디지털화되고 저장된다. 다차원 퓨리에 변환에 의해, 연관된 MR 이미지가 값들로 채워진 k-공간 매트릭스로부터 재구성될 수 있다. 해부 이미지에 부가하여, 검사 또는 치료 영역의 분광 데이터, 이동 데이터 또는 온도 데이터가 자기 공명 기법의 도움으로 또한 결정될 수 있다.
따라서, 측정된 신호들은 방사된 RF 펄스들에 또한 의존한다. 자기 공명 신호들로부터 이미지 데이터 세트의 재구성을 위한 통상의 방법들은 균일 기본 자기장 및 강한 선형 그라디언트 자기장들에 부가하여 검사 볼륨에서의 균일 RF 필드 분포(B1 필드 분포)를 또한 가정한다. 그러나, 실제 MR 시스템에서는, B1 필드 분포는 통상적으로 검사 볼륨에서 다양하고, 이것은 신호들로부터 재구성된 MR 이미지들에서 이미지 불균일성(이미지 아티팩트)을 초래하고, 따라서 이미징된 검사 대상을 검출하는 더 불량한 능력을 초래한다. 특히, 전신 이미징 또는 몸통(가슴, 복부, 골반)의 취득들에서, 이미지에서의 인공적 음영들이 3 테슬라 이상의 기본 자기장에서의 불균일한 RF 필드 분포로 인해 발생한다.
또한, 검사 대상에 존재하는 B1 필드에 대한 최적으로 정확한 지식은 자기 공명 단층 촬영의 다수의 응용들에 대해, 예를 들어, 다채널 송신 동작에서의 펄스 계산 또는 정량적 T1 검사에 대해 필수적이다. 대상 특정 전도성 및 자기화율(susceptibility) 분포로 인해, 높은 정적 자기장(특히, 3T 이상)에서 두드러지는 B1 필드의 공간적 의존형 변동들이 발생할 수 있다. 따라서, 설정된 송신 전력에서의 실제로 존재하는 B1 분포의 대상 특정 결정이 다수의 응용들에 있어서 불가피하다.
대상 특정 B1 분포를 결정하기 위한 방법들이 이미 존재한다. 예를 들어, B1 분포가 플립 각도 분포를 통해 결정되는 방법이 Cunningham 등의 논문 "Saturated Double-Angle Method for Rapid B1+ Mapping", Magn. Reson. Med. (2006) 55: Pages 1326-1333에 기재되어 있다. 그러나, 이러한 방법은 특정한 플립 각도(예를 들어, 90°)에 대해 충분하게 정확하지 않다. 이 논문에 기재된 방법의 가속도는 공명 시프트들에 대한 민감성을 초래하고 방법의 동적 범위를 제한한다. 가속도없이, 이 방법은 긴 측정 시간을 요구한다.
"Rapid B1+ Mapping Using a Preconditioning RF Pulse with TurboFLASH Readout", Magn. Reson. Med. (2010) 64: Pages 439-446에서, 청 등은 슬라이스-선택 프리컨디셔닝 RF 펄스가 방사되고 B1 분포가 결정되는 이러한 감소된 종방향 자화를 통해 측정되는 B1 분포를 결정하기 위한 방법을 기재한다. 이러한 방법이 비교적 빠르더라도, 항상 충분하게 알려지지는 않는 검사 대상에서의 T1 이완 시간의 분포에 대해 민감하다.
"Actual Flip-Angle Imaging in the Pulsed Steady State: A Method for Rapid Three-Dimensional Mapping of the Transmitted Radiofrequency Field", Magn. Reson. Med. (2007) 57: Pages 192-200에서, Yarnykh는 각 RF 펄스에 이어서 에코 신호를 각각 생성하는 2개의 상이한 대기 시간들(TR1 및 TR2)이 후속하는 2개의 동일한 RF 펄스들을 포함하는 AFI 펄스 시퀀스(AFI: "실제 플립 각도")가 사용되는 방법을 기재한다. RF 펄스들의 현재의 플립 각도들(및 따라서 B1 분포)은 생성되고 측정된 에코 신호들의 도움으로 계산될 수 있다. 그러나, 3차원(3D) 방법으로서, 이러한 방법은 특히 이동에 민감하다.
검사 대상의 공간상 의존적인 B1 필드 진폭(따라서, B1 분포)을 결정하기 위한 다른 방법은 Sacolick 등에 의해 "B1 Mapping by Bloch-Siegert Shift", Magn. Reson. Med. (2010) 63: Pages 1315-1322에 기재된 바와 같은 Bloch-Siegert 위상 시프트의 활용이다. Bloch-Siegert 위상 시프트는 비공명 RF 펄스(아래에서 Bloch-Siegert 펄스로 칭함)의 방사를 통해 일어난다. 이에 의해, 생성된 위상 시프트는 B1 진폭의 제곱에 비례한다:
Figure pat00001
이에 의해, γ는 자기 회전비를 나타내고,
Figure pat00002
는 진폭(
Figure pat00003
)으로 정규화된 Bloch-Siegert 펄스의 시간 곡선을 나타내고,
Figure pat00004
는 공명 주파수에 대한 Bloch-Siegert 펄스의 주파수의 차이를 나타낸다. 적분은 전체 펄스 지속기간에 걸치고, 여기서, RF 펄스의 주파수는 시간적으로 일정한 것으로 가정된다. 여기에서의 기본 방법에서, Bloch-Siegert 펄스의 진폭(
Figure pat00005
)은 선택된 송신 전력에 대한 측정된 위상 시프트(
Figure pat00006
)로부터 계산된다. Sacolick 등에 의해 나타낸 논문에서와 같이 그라디언트 에코 구현에서의 Bloch-Siegert 방법에 대한 시퀀스의 개략도가 도 1에 제공된다.
"RF Pulse Optimization for Bloch-Siegert B1+ Mapping", Magn. Reson. Med. (2011) DOI: 10.1002/mrm.23271에서, Khalighi 등은 정적 B0 필드의 공간상 의존적인 불균일성, 화학적 시프트, 및 자기화율 차이로 인한 공명 시프트들이 고려되고 사전-생성된 B0 맵을 사용한 B1 진폭의 계산에서 정정되는 방법을 설명한다. 그러나, 이에 의한 B0 맵의 부정확성 및 에러가 B1 진폭의 계산에서 또한 전파한다.
본 발명은 공명 주파수의 알려지지 않은 시프트들로 인한 결정된 B1 진폭의 왜곡(adulteration)이 신뢰가능하게 회피되는 방법, 자기 공명 시스템, 컴퓨터 프로그램 및 전자적으로 판독가능한 데이터 매체를 특정하기 위한 목적에 기초한다.
이 목적은 청구항 제1항에 따른 자기 공명 기법, 청구항 제9항에 따른 자기 공명 시스템, 청구항 제10항에 따른 컴퓨터 프로그램, 및 청구항 제11항에 따른 전자적으로 판독가능한 데이터 매체에서 측정 볼륨 내의 검사 대상의 대상-특정 B1 분포를 결정하는 방법을 통해 달성된다.
본 발명은 아래의 고려사항: 수학식 1로부터, 조정된 시스템 주파수로부터의 스핀 공명 주파수의 편차가 결과를 왜곡한다는 것이 명백하다는 것에 기초한다. 스핀의 공명 주파수가 시스템 주파수로부터
Figure pat00007
만큼 벗어나면, 이러한 스핀은 위상 시프트를 경험한다. 따라서, 스핀의 전체 위상(
Figure pat00008
)은 다음과 같고,
Figure pat00009
위상 시프트
Figure pat00010
가 편차
Figure pat00011
에 의존하여 Bloch-Siegert 펄스에 의해 생성된다.
이로부터 발생하는 계산된 B1 진폭의 왜곡을 1차로 제한하기 위해, Sacolick 등에서는, 동일한 Bloch-Siegert 펄스들이 시스템 주파수에 대해 +
Figure pat00012
및 -
Figure pat00013
만큼 시프트된 주파수들로 발생되는 2개의 측정을 구현하는 것이 제안된다. 이들 2개의 취득들의 위상 시프트는 이등분되고, B1 진폭은 수학식 1에 따라 이로부터 계산된다.
위상
Figure pat00014
또는
Figure pat00015
은 시스템 주파수에 대해 +
Figure pat00016
또는 -
Figure pat00017
만큼 시프트된 Bloch-Siegert 펄스들을 이용한 측정들에서 측정된다:
Figure pat00018
Figure pat00019
Figure pat00020
은 기준 위상, 즉, (Sacolick에 따른 방법에서 측정되지 않은) 어떠한 Bloch-Siegert 위상 시프트가 없는 위상 위치를 나타낸다.
2개의 측정된 위상들(
Figure pat00021
및
Figure pat00022
)의 이등분된 차이는 다음과 같이 발생한다.
Figure pat00023
이러한 방식으로 결정된 값은 수학식 1에 따라 B1 필드의 진폭(
Figure pat00024
)을 계산하기 위해 사용된다. 그러나, 공명 시프트(
Figure pat00025
)는 또한 여기에서 여전히 역할을 한다.
Bloch-Siegert 위상 시프트가 Bloch-Siegert 펄스의 주파수 시프트(
Figure pat00026
)에 대한 비선형 의존성을 따르기 때문에, 결정된 B1 진폭이 비공명 스핀들에 대해 상당한 정도로 왜곡되는 위험이 또한 존재한다. 공명 주파수(
Figure pat00027
)의 변동들이 예를 들어, 화학적 시프트, 정적 B0 필드의 불균일성, 및 자기화율 차이들에 의해 초래될 수 있다.
공명 주파수(
Figure pat00028
)의 차이들에 대한 Bloch-Siegert 방법의 이러한 민감성은 Bloch-Siegert 펄스의 주파수 시프트(
Figure pat00029
)가 시스템 주파수에 비하여 충분하게 크도록 선택된다는 점에서 감소될 수 있다. 따라서, 스핀 공명 주파수의 변동들로 인해 발생하는 에러가 제한될 수 있다(예를 들어, Sacolick 등에 의한 인용 논문을 또한 참조). 그러나, 고정된 송신 전력을 가정하면, 이에 의한 Bloch-Siegert 위상 시프트(
Figure pat00030
)가 감소한다(수학식 1 참조). 결과적으로, 통계적 변동들로 인한 측정된 B1 진폭의 상대적 에러가 증가하고, 이것은 특히, 작은 B1 진폭들(및 따라서, 임의의 경우에서 작은 위상 시프트들(
Figure pat00031
))의 측정에 대해 문제가 된다.
자기 공명 기법에서 측정 볼륨 내의 검사 대상의 대상-특정 B1 분포를 결정하기 위한 본 발명에 따르는 방법은,
- 제1 펄스 시퀀스를 사용하여 검사 대상의 제1 측정 데이터 세트를 측정하는 단계;
- 제2 펄스 시퀀스를 사용하여 검사 대상의 제2 측정 데이터 세트를 측정하는 단계;
- 제3 펄스 시퀀스를 사용하여 검사 대상의 제3 측정 데이터 세트를 측정하는 단계;
- 제1 측정 데이터 세트로부터 제1 위상을 결정하고, 제2 측정 데이터 세트로부터 제2 위상을 결정하고, 제3 측정 데이터 세트로부터 제3 위상을 결정하는 단계;
- 제1 위상, 제2 위상, 및 제3 위상으로부터 관련 위상 시프트를 계산하는 단계; 및
- 계산된 관련 위상 시프트로부터 B1 분포를 결정하는 단계를 포함한다.
B1 분포의 결정에 대한 공명 시프트들의 영향은, B1 분포가 결정될 수 있는 관련 위상 시프트를 계산하기 위해 각각의 결정된 펄스 시퀀스를 사용하고 모든 3개의 측정된 위상들을 사용하여 제1, 제2 및 제3 위상의 측정을 통해 회피될 수 있다.
본 발명에 따른 자기 공명 시스템은, 기본 필드 마그넷; 그라디언트 필드 시스템; 무선 주파수 안테나; 상기 그라디언트 필드 시스템 및 무선 주파수 안테나를 제어하기 위한 제어 디바이스; 및 취득된 측정 데이터를 프로세싱하는 시스템 컴퓨터(20)를 포함하고, 설명한 방법을 구현하도록 설계된다.
본 발명에 따른 컴퓨터 프로그램은 상기 컴퓨터 프로그램이 자기 공명 시스템의 제어 디바이스에서 실행될 때 설명한 방법의 모든 단계들을 구현하는 프로그램 수단을 포함한다.
본 발명에 따른 전자적으로 판독가능한 데이터 매체는 그에 저장된 전자적으로 판독가능한 제어 정보를 포함하고, 이 제어 정보는 자기 공명 시스템의 제어 디바이스에서 상기 데이터 매체를 사용하는 경우 설명한 방법을 구현하도록 설계된다.
방법에 관하여 특정된 이점들 및 실시예들은 자기 공명 시스템, 컴퓨터 프로그램 제품 및 전자적으로 판독가능한 데이터 매체에 유사하게 또한 적용된다.
본 발명의 추가의 이점들 및 상세들은 도면을 사용하여 아래에 설명된 예시적인 실시예들로부터 발생한다. 논의한 예들은 본 발명의 어떠한 제한을 나타내지 않는다.
도 1은 종래 기술에 따른 그라디언트 에코 구현에서의 Bloch-Siegert 방법에 대한 시퀀스의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 자기 공명 시스템을 개략적으로 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 방법의 개략적인 워크플로우이다.
도 4는 본 발명에 따른 방법을 위해 사용될 수 있는 제1, 제2 및 제3 펄스 시퀀스들의 개략도이다.
도 1은 종래 기술에 따른 그라디언트 에코 구현에서의 Bloch-Siegert 방법에 대한 시퀀스의 개략도를 도시한다. 시간(t)에 따른, 방사되거나 생성된 무선 주파수 펄스들 또는 신호들(RF), x-방향, y-방향, 및 z-방향(Gx, Gy, Gz)에서 스위칭될 그라디언트들, 및 판독 액션(ADC)이 아래로 잇따라 도시되어 있다.
비공명 RF 펄스(202)(여기서, Bloch-Siegert 펄스로 알려짐)가 슬라이스-선택 그라디언트가 z-방향에서 동시에 스위칭되는 RF 여기 펄스(201) 이후에 후속한다. 생성된 에코 신호(203)가 판독되는 동안, 원하는 공간 코딩 그라디언트들을 스위칭한다. 이러한 펄스 시퀀스는 원하는 k-공간 전체가 스캔될 때까지 상이한 공간 코딩 그라디언트들(Gx, Gy, Gz)을 이용하여 공지의 방식으로 반복된다.
도 2는 (자기 공명 이미징 또는 핵 자기 공명 단층 촬영 장치의) 자기 공명 시스템(5)의 개략도를 도시한다. 이에 의해, 기본 필드 마그넷(1)이 예를 들어, 검사될 신체의 일부의 검사 대상(U)의 검사 영역에서의 핵 스핀들의 편극 또는 정렬을 위한 시간적으로 일정한 강력한 자기장을 생성하고, 이 때 신체는 테이블(23) 상에 놓이고 자기 공명 시스템(5) 내로 슬라이딩된다. 검사될 신체의 일부가 도입되는 통상적인 구형 측정 볼륨(M)에서 핵 자기 공명 측정에 대해 요구되는 기본 자기장의 높은 균일성이 정의된다. 강자성 재료로 이루어진 심 플레이트(shim plate)로 알려진 것이 균일성 요건을 보조하고, 특히 시간 불변 영향을 제거하기 위해 적합한 지점에 부착된다. 시간적 가변 영향들은 심 코일(2) 및 그 심 코일(2)에 대한 적절한 제어(27)에 의해 제거된다.
3개의 서브-권선들로 이루어진 원통형 그라디언트 코일 시스템(3)이 기본 필드 마그넷(1)에서 사용된다. 각 서브-권선에는 대응하는 증폭기(24 내지 26)에 의해 전류가 공급되어 데카르트 좌표계의 각각의 방향에서 선형 그라디언트 필드를 생성한다. 이에 의해, 그라디언트 필드 시스템(3)의 제1 서브-권선은 x-방향에서의 그라디언트(Gx)를 생성하고, 제2 서브-권선은 y-방향에서의 그라디언트(Gy)를 생성하고, 제3 서브-권선은 z-방향에서의 그라디언트(Gz)를 생성한다. 증폭기들(24 내지 26) 각각은 그라디언트 펄스들의 시간-정확 생성을 위한 시퀀스 제어기(18)에 의해 활성화되는 디지털/아날로그 컨버터(DAC)를 포함한다.
무선 주파수 전력 증폭기에 의해 방출된 무선 주파수 펄스들을, 검사될 대상 또는 검사될 대상의 영역의 핵들의 여기 및 핵 스핀들의 정렬을 위한 교류 자기장으로 변환하는 무선 주파수 안테나(4)가 그라디언트 필드 시스템(3) 내에 위치된다. 무선 주파수 안테나(4)는 예를 들어, 환상, 선형 또는 매트릭스형 배열의 형태의 하나 이상의 RF 송신 코일들 및 하나 이상의 RF 수신 코일들로 이루어진다. 전진하는 핵 스핀들로부터 나오는 교류 자기장 - 즉, 일반적으로, 하나 이상의 무선 주파수 펄스들 및 하나 이상의 그라디언트 펄스들로 이루어진 펄스 시퀀스에 의해 초래된 핵 스핀 에코 신호들 - 이 또한 무선 주파수 안테나(4)의 RF 수신 코일들에 의해, 무선 주파수 시스템(22)의 무선 주파수 수신 채널(8, 8')에 증폭기(7)를 통해 공급되는 전압(측정 신호)으로 변환된다. 무선 주파수 시스템(22)은 핵 자기 공명의 여기를 위해 무선 주파수 펄스들이 생성되는 송신 채널(9)을 더 포함한다. 이에 의해, 각각의 무선 주파수 펄스들은 시스템 컴퓨터(20)에 의해 사전 결정된 펄스 시퀀스에 기초한 일련의 복소수들로서 시퀀스 제어기(18)에서 디지털적으로 표현된다. 이러한 복소수 시퀀스는 각각의 입력(12)을 통해 무선 주파수 시스템(22)에서의 디지털/아날로그 컨버터(DAC)에 실수부 및 허수부로서 공급되고, 상기 디지털/아날로그 컨버터(DAC)로부터 송신 채널(9)로 공급된다. 송신 채널(9)에서, 펄스 시퀀스들은 그 기본 주파수가 측정 볼륨에서의 핵 스핀들의 공명 주파수에 대응하는 무선 주파수 반송파 신호에 대해 변조된다. RF 송신 코일들의 변조된 펄스 시퀀스들은 증폭기(28)를 통해 무선 주파수 안테나(4)에 공급된다.
송신 동작으로부터 수신 동작으로의 스위칭은 송/수신 다이플렉서(6)를 통해 발생한다. 무선 주파수 안테나(4)의 RF 송신 코일은 측정 볼륨(M) 내에 핵 스핀들의 여기를 위한 무선 주파수 펄스들을 방사하고 RF 수신 코일들을 통해 결과적인 에코 신호들을 스캔한다. 대응하게 취득된 핵 자기 공명 신호들은 무선 주파수 시스템(22)의 수신 채널의 제1 복조기(8')에서 중간 주파수로 위상-감응식으로 복조되고, 아날로그/디지털 컨버터(ADC)에서 디지털화된다. 이러한 신호는 제로의 주파수로 더 복조된다. 제로의 주파수로의 복조 및 실수부 및 허수부로의 분리는 디지털 도메인에서의 디지털화 이후에 제2 복조기(8)에서 발생하고, 그 복조기(8)는 복조된 데이터를 출력(11)을 통해 이미지 컴퓨터(17)에 출력한다. MR 이미지가 이러한 방식으로 취득된 측정 데이터로부터 이미지 컴퓨터(17)에 의해 재구성될 수 있다.
측정 데이터, 이미지 데이터 및 제어 프로그램들의 관리는 시스템 컴퓨터(20)를 통해 발생한다. 특히, 시스템 컴퓨터(20)는 측정 데이터 세트의 위상 시프트를 결정하는 수단(20.1), 결정된 위상 시프트들로부터 관련 위상 시프트를 계산하는 수단(20.2), 및 관련 위상 시프트로부터 B1 분포를 결정하는 수단(20.3)을 갖는다. (시스템 컴퓨터(20)에서의 측정 데이터의 처리 시에 발생하는) 중간 결과들 및 결과들 - 특히, 특정 B1 분포들 - 은 예를 들어, 후속 MR 측정에서 더 사용하기 위해 저장 및/또는 디스플레이될 수 있다.
제어 프로그램들의 사양에 기초하여, 시퀀스 제어기(18)는 각각의 원하는 펄스 시퀀스들의 생성 및 k-공간의 대응하는 스캐닝을 모니터링한다. 특히, 이에 의해, 시퀀스 제어기(18)는 그라디언트들의 시간 정확한 스위칭, 정의된 위상 진폭을 갖는 무선 주파수 펄스들의 방출, 및 핵 자기 공명 신호들의 수신을 제어한다. 무선 주파수 시스템(22) 및 시퀀스 제어기(18)에 대한 시간 베이스가 신시사이저(19)에 의해 제공된다. (예를 들어, 제어 프로그램들이 DVD(21)상에 저장되는) MR 이미지를 생성하기 위한 대응하는 제어 프로그램들 및 (특히, 비공명 RF 펄스들의 원하는 주파수와 같은) 사용자의 일부에 대한 다른 입력들의 선택 및 생성된 MR 이미지들의 프리젠테이션이, 입력을 가능하게 하는 입력 수단(예를 들어, 키보드(15) 및/또는 마우스(16)) 및 디스플레이를 가능하게 하는 디스플레이 수단(예를 들어, 모니터(14))을 포함하는 단말기(13)를 통해 발생한다.
도 3은 본 발명에 따른 방법의 개략적인 워크플로우 도면을 도시한다.
처음에, 검사 대상의 제1 측정 데이터 세트(DS1)가 제1 펄스 시퀀스를 사용하여 측정되고(블록 101.1), 검사 대상의 제2 측정 데이터 세트(DS2)가 제2 펄스 시퀀스를 사용하여 측정되고(블록 101.2), 검사 대상의 제3 측정 데이터 세트(DS3)가 제3 펄스 시퀀스를 사용하여 측정된다(블록 101.3).
이에 의해, 이롭게도, 제2 및 제3 펄스 시퀀스들은 모든 RF 여기 펄스 이후에 단지 각각의 비공명 RF 펄스 만큼 제1 펄스 시퀀스와 상이하다. 따라서, 제1, 제2, 및 제3 측정 데이터 세트들은, 측정 데이터 세트들 각각이 영향을 받는 위상 시프트들만이 상이하기 때문에 양호하게 비교가능하다.
이롭게도, 제1 펄스 시퀀스는 비공명 RF 펄스를 전혀 포함하지 않으며, 따라서, 기준 측정으로서 사용될 수 있다. 제1, 제2, 및 제3 펄스 시퀀스들의 예들이 도 4와 관련하여 아래에 더 나타난다.
제2 펄스 시퀀스의 비공명 RF 펄스는 시스템 주파수, 즉, RF 여기 펄스의 주파수에 대해 주파수 값(
Figure pat00032
) 만큼 시프트된다. 제3 펄스 시퀀스의 비공명 RF 펄스는 시스템 주파수, 즉, RF 여기 펄스의 주파수에 대해 주파수 값(
Figure pat00033
) 만큼 시프트된다. 시스템 주파수는 통상적으로, 검사된 스핀 시스템의 (우세한) 공명 주파수로 설정된다. 이롭게도,
Figure pat00034
= -
Figure pat00035
=
Figure pat00036
이 선택된다.
이러한 경우에, 시스템 주파수에 대해 +
Figure pat00037
및 -
Figure pat00038
만큼 시프트된 비공명 RF 펄스들을 갖는 2개의 취득들에 부가하여 - 종래 기술(여기에서 Bloch-Siegert 펄스들)에서는 비공명 RF 펄스들이 이미 측정되었음 - , 비공명 RF 펄스가 없는 측정이 다르게는 변경되지 않는 시퀀스 순서를 가정하여 구현된다(도 4를 또한 참조). 제1 위상 - 수학식 3 및 4에서 발생하는 기준 위상(
Figure pat00039
) - 이 이러한 측정으로부터 결정된다(블록 103.1). 제2 위상(예를 들어, 위상(
Figure pat00040
))이 예를 들어, 비공명 RF 펄스의 주파수가 시스템 주파수 보다 높은 제2 펄스 시퀀스를 사용한 측정으로부터 결정된다(블록 103.2). 제3 위상(예를 들어, 위상(
Figure pat00041
))이 예를 들어, 비공명 RF 펄스의 주파수가 시스템 주파수 보다 낮은 제3 펄스 시퀀스를 사용한 측정으로부터 결정된다(블록 103.3).
관련 위상 시프트(
Figure pat00042
)가 3개의 정의된 위상들로부터 계산된다(블록 105).
이제, 수학식 1에 따른 B1 진폭(
Figure pat00043
)의 계산에 대해 요구되는 위상 시프트가 수학식 5를 통해서가 아니라 오히려 아래의 변형된 방식으로 관련 위상 시프트(
Figure pat00044
)로서 계산된다.
Figure pat00045
수학식 3 및 4로, 이것은 다음을 발생시킨다.
Figure pat00046
따라서, 발행할 수도 있는 공명 시프트(
Figure pat00047
)가 계산에서 제거된다. 따라서, 공명 시프트로 인한 왜곡이 더 이상 발생하지 않는다. 기준 위상(
Figure pat00048
)의 추가의 측정을 통해, Bloch-Siegert 위상 시프트(
Figure pat00049
)와 시스템 주파수에 대한 비공명 RF 펄스(
Figure pat00050
)의 주파수 사이의 반비례 관계가 공명 시프트들의 영향을 제거하기 위해 활용될 수 있다.
Figure pat00051
및
Figure pat00052
의 동일한 대수 부호들을 가정하더라도, 시스템 주파수로부터 제2 펄스 시퀀스의 비공명 RF 펄스의 주파수 차이(
Figure pat00053
)가 시스템 주파수로부터 제3 펄스 시퀀스의 비공명 RF 펄스의 주파수 차이(
Figure pat00054
)와 동일한 절대값을 갖지 않을 때에도, 이것은 일반적으로 다음을 발생시킨다.
[수학식 7']
Figure pat00055
따라서, 관련 위상 시프트(
Figure pat00056
)의 계산은 제2 및 제3 위상들 중 더 작은 위상(
Figure pat00057
)으로부터 제1 위상(기준 위상(
Figure pat00058
))의 감산, 및 제1 위상(기준 위상(
Figure pat00059
))으로부터 제2 및 제3 위상들 중 더 큰 위상(
Figure pat00060
)의 감산을 포함한다.
더욱 구체적으로는, 관련 위상 시프트는 제1 위상(
Figure pat00061
)과 제2 및 제3 위상들 중 더 작은 위상(
Figure pat00062
)의 차이의 역수, 및 제2 및 제3 위상들 중 더 큰 위상(
Figure pat00063
)과 제1 위상(
Figure pat00064
)의 차이의 역수의 합의 절반의 역수로서 계산될 수 있다.
제1 펄스 시퀀스(PS1), 제2 펄스 시퀀스(PS2), 및 제3 펄스 시퀀스(PS3)는, 이들이 본 발명에 따른 방법을 위해 사용될 수 있기 때문에, 도 4에 개략적으로 도시된다.
이에 의해, 각각의 펄스 시퀀스의 무선 주파수 펄스들 및 신호들은 도 4의 상위 3개의 라인들에 각각 표시되고, 여기서, 제1, 제2, 및 제3 펄스 시퀀스들(PS1, PS2, PS3)이 구별된다. 각 펄스 시퀀스(PS1, PS2, PS3)에서, 측정 데이터로서 측정되는 에코 신호(403.1, 403.2, 403.3)는 RF 여기 펄스(401.1, 401.2, 401.3) 이후에 생성된다. 또한, 비공명 RF 펄스(402.2, 402.3)가 3개의 펄스 시퀀스들(PS1, PS2, PS3) 중 단지 2개에서 연관된 RF 여기 펄스(401.2, 401.3) 이후에 방사된다. 이에 의해, 비공명 RF 펄스들(402.2, 402.3)은 상이하다. 제2 펄스 시퀀스(PS2)의 비공명 RF 펄스(402.2)의 주파수는 이롭게도, 제3 펄스 시퀀스(PS3)의 비공명 RF 펄스(402.3)의 주파수와 동일한 절대값 만큼이지만 반대 방향으로, 펄스 시퀀스(PS2, PS3)의 RF 여기 펄스(401.2, 401.3)의 주파수로부터 벗어난다.
예를 들어, 비공명 RF 펄스들은 (예를 들어, 블록 시뮬레이션들의 도움으로) 페르미 펄스들로서 설계되어서, 최적으로 작은 여기가 검사된 스핀의 공명 범위("on-공명")에서, 예를 들어, 800Hz아래의 공명 시프트들을 가정하면 1%아래에서 발생하고, RF 여기 펄스의 주파수로부터 제2 및/또는 제3 펄스 시퀀스의 비공명 RF 펄스의 주파수 차이는 각각의 결과적인 위상 시프트가 B1 분포의 다음의 결정의 정밀도를 향상시키기 위해 충분히 크도록 선택된다. 이것은 비공명 RF 펄스의 주파수 차이가 특히, 공명 시프트들로 인해 발생하는 결정된 B1 진폭의 원치않은 에러들없이, 종래 기술에서 이전에 가능했던 것 보다 시스템 주파수(여기 펄스의 주파수)에 비하여 더 작도록 선택될 수 있다는 것을 의미한다. 공명 시프트들로 인한 결정된 B1 진폭들의 왜곡들은 여기에 제안된 관련 위상 시프트로부터 B1 진폭들의 계산에 의해 유효하게 제한될 수 있다. 이에 의해, B1 진폭들의 뜻밖의 왜곡으로 이어지는 공명 시프트들없이, 이전에 종래 기술의 경우에서 보다 현저하게 작도록 시스템 주파수로부터 비공명 RF 펄스의 주파수의 차이(
Figure pat00065
)를 선택할 수 있다. 주파수 차이(
Figure pat00066
)의 감소는 Bloch-Siegert 위상 시프트(
Figure pat00067
)의 증가를 발생시키고(수학식 1 또는 7 참조), 이것은 결정된 Bloch-Siegert 위상 시프트들(
Figure pat00068
) 및 따라서, 결정된 B1 진폭들의 달성가능한 통계적 정밀도에 대해 긍정적인 효과를 갖는다.
가능한 작은 주파수 차이의 이러한 이점은 비공명 RF 펄스의 펄스 지속기간을 단축시키기 위해 또한 활용될 수 있다. Bloch-Siegert 시퀀스의 측정 지속기간이 전자파 인체 흡수율(SAR)의 제한을 위해 필요한 대기 시간들이 도입되어야 한다는 점에서 상당한 정도로 제공되기 때문에, 전체 측정 지속기간이 유사하게, 비공명 RF 펄스를 단축시킴으로써 현저하게 단축될 수 있다. 따라서, 기준 위상의 추가의 측정을 위해 추가로 요구되는 측정 지속기간이 보상될 수 있다.
가능하게는, 멀티채널 기법이 사용될 때 멀티채널 송신 동작에서 다양한 송신 채널들의 위상 위치의 결정을 위해 요구되는 측정들로부터 기준 위상을 결정하기 위해 비공명 RF 펄스없이 측정을 추출하는 것이 가능하다. 이에 의해, 그렇지 않으면 필요할 기준 위상의 결정을 위한 추가의 측정 지속기간이 생략된다.
예를 들어, Sacolick 등에 의한 이미 인용한 논문에서,
Figure pat00069
=4000Hz의 주파수 차이가 선택되었다. 여기에 설명한 방법으로, 그렇지 않으면 동일할 조건들하에서,
Figure pat00070
=2000Hz의 주파수 차이는 결과적인 품질을 저하시키는 결정된 B1 진폭들의 에러들이 없는 더 양호한 결과들을 초래한다.
도 1과 유사하게, 도 4에서의 하위 4개의 라인들은 펄스 시퀀스들(PS1, PS2, PS3) 각각에서 동일한 x-방향, y-방향, 및 z-방향으로 스위칭될 각각의 연관된 그라디언트들(Gx, Gy, Gz) 및 데이터 취득 ADC를 나타낸다. 표시된 펄스 시퀀스들(PS1, PS2, PS3)은 또한 그라디언트 에코 구현으로 여기에 제공된다. 그러나, 상이한 알려진 시퀀스 타입을 사용하는 것이 또한 가능하며, 여기서, 또한, 제1 펄스 시퀀스(PS1), 제2 펄스 시퀀스(PS2), 및 제3 펄스 시퀀스(PS3)는 3개의 펄스 시퀀스들(PS1, PS2, PS3) 중 2개에서만 사전설정된 비공명 RF 펄스들(402.2, 402.3)에 의해 제1 펄스 시퀀스(여기서, PS1)와 단지 다르고, 비공명 RF 펄스들(402.2 및 402.3)은 상이한 비공명 RF 펄스들이다. 이에 의해, 비공명 RF 펄스들(402.2 및 402.3)은 특히, 그들의 주파수에서만 다르고, 이것은 이들이 상이하게 변조된다는 것을 의미한다. 이에 의해, 펄스 형상은 비공명 RF 펄스들(402.2 및 402.3) 양자에서 동일하다.
3T 자기 공명 장치와 함께 여기에 설명한 방법의 구현의 예에서, 신뢰가능한 결과들이 심각한 공명 시프트들을 가정한 경우에도 달성될 수 있는 것으로 나타날 수 있다. 시스템 주파수에 대하여
Figure pat00071
=2000Hz의 주파수 시프트를 가정하여 변조된 4밀리초의 펄스 지속기간을 갖는 비공명 RF 펄스들(Bloch-Siegert 펄스들)이 사용되었다. 이에 의해, 비공명 RF 펄스들의 펄스 형상은 수학식 8에 의해 설명될 수 있는 페르미 펄스를 따르고,
Figure pat00072
예를 들어, 파라미터들: 펄스 지속기간 T=4ms, A=0.391ms, 및
Figure pat00073
=0.125ms를 갖는다. 이러한 방식으로 생성된 RF 펄스의 진폭은
Figure pat00074
에 해당한다.
시스템 주파수를 변화시킴으로써 공명 시프트를 시뮬레이션하였다. 측정은, 최대 11%의 상대적 에러가 선택된 Bloch-Siegert 펄스를 갖는 Sacolick에 따른 원래의 방법에 따라 800Hz까지의 범위에서 공명 시프트들에 대해 발생하였다는 것을 나타낸다. 이와 반대로, 최대 에러는 여기에 제안된 방법으로 2%로 감소될 수 있다.
기본 자기장의 분포 및 화학적 시프트 및 자기화율 차이들로 인한 공명 시프트들이 정량화되는 (아마도, 에러가 있는) B0 맵의 사용이 생략될 수 있다.

Claims (11)

  1. 자기 공명 기법에서 측정 볼륨 내의 검사 대상의 대상 특정 B1 분포를 결정하는 방법으로서,
    - 제1 펄스 시퀀스를 사용하여 상기 검사 대상의 제1 측정 데이터 세트를 측정하는 단계;
    - 제2 펄스 시퀀스를 사용하여 상기 검사 대상의 제2 측정 데이터 세트를 측정하는 단계;
    - 제3 펄스 시퀀스를 사용하여 상기 검사 대상의 제3 측정 데이터 세트를 측정하는 단계;
    - 상기 제1 측정 데이터 세트로부터 제1 위상을 결정하고, 상기 제2 측정 데이터 세트로부터 제2 위상을 결정하고, 상기 제3 측정 데이터 세트로부터 제3 위상을 결정하는 단계;
    - 상기 제1 위상, 상기 제2 위상, 및 상기 제3 위상으로부터 관련 위상 시프트를 계산하는 단계; 및
    - 상기 계산된 관련 위상 시프트로부터 상기 B1 분포를 결정하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 펄스 시퀀스 및 상기 제3 펄스 시퀀스는 각 RF 여기 펄스 이후에 각각의 비공명 RF 펄스 만큼만 상기 제1 펄스 시퀀스와 상이한 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 펄스 시퀀스는 비공명 RF 펄스를 포함하지 않는 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제2 펄스 시퀀스의 상기 비공명 RF 펄스의 주파수는 상기 제3 펄스 시퀀스의 상기 비공명 RF 펄스의 주파수와 동일한 절대값 만큼이지만 반대 방향으로 펄스 시퀀스의 상기 RF 여기 펄스의 주파수로부터 벗어나는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 관련 위상 시프트는 상기 제1 위상, 상기 제2 위상, 및 상기 제3 위상으로부터 계산되어, 발생할 수도 있는 공명 시프트가 상기 계산에서 제거되는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 관련 위상 시프트의 계산은 상기 제2 위상 및 상기 제3 위상 중 더 작은 위상으로부터 상기 제1 위상을 감산하는 것, 및 상기 제1 위상으로부터 상기 제2 위상 및 상기 제3 위상 중 더 큰 위상을 감산하는 것을 포함하는 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 관련 위상 시프트는 상기 제1 위상과 상기 제2 위상 및 상기 제3 위상 중 더 작은 위상의 차이의 역수, 및 상기 제2 위상 및 상기 제3 위상 중 더 큰 위상과 상기 제1 위상의 차이의 역수의 합의 절반의 역수로서 계산되는 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 펄스 시퀀스 및/또는 상기 제3 펄스 시퀀스의 비공명 RF 펄스의 주파수와 상기 RF 여기 펄스의 주파수의 차이는, 각각의 결과적인 펄스 시프트가 상기 B1 분포의 후속 결정의 정확도를 향상시키기 위해 충분히 크도록 선택되는 방법.
  9. 자기 공명 시스템(5)으로서,
    기본 필드 마그넷(1); 그라디언트 필드 시스템(3); 무선 주파수 안테나(4); 상기 그라디언트 필드 시스템(3) 및 상기 무선 주파수 안테나(4)를 제어하는 제어 디바이스(10); 및 취득된 측정 데이터를 프로세싱하는 시스템 컴퓨터(20)를 포함하고,
    상기 자기 공명 시스템(5)은 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 방법을 구현하도록 설계되는, 자기 공명 시스템.
  10. 컴퓨터 프로그램이 자기 공명 시스템(5)의 시스템 컴퓨터(20)에서 실행될 때, 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 방법의 모든 단계들을 구현하는 프로그램 수단을 갖는 컴퓨터 프로그램.
  11. 전자적으로 판독가능한 제어 정보가 저장된 전자적으로 판독가능한 데이터 매체로서, 상기 제어 정보는 자기 공명 시스템(5)의 시스템 컴퓨터(20)에서 상기 데이터 매체(21)를 사용하는 경우 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 방법을 구현하도록 설계되는, 전자적으로 판독가능한 데이터 매체.
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