KR20150021904A - 센스­타입 자기 공명 재구성에서 기준 오버샘플링 - Google Patents

센스­타입 자기 공명 재구성에서 기준 오버샘플링 Download PDF

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KR20150021904A
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Abstract

자기 공명 이미징은 감소된 시야에 대한 조절된 SENSE 재구성(22)을 사용하지만, 폴딩 인공물들을 최소화한다. 기준 스캔(14)이 감소된 시야와 관련하여 오버샘플링(16)된다. 오버샘플링(16)은, 감소된 시야보다 더 큰 구역에 대한 코일 감도 정보를 제공한다. 더 큰 구역에 대한 코일 감도들을 이용한 감소된 시야에 대한 대상의 재구성(22)은 더 적은 폴딩 인공물들을 가질 수 있다.

Description

센스­타입 자기 공명 재구성에서 기준 오버샘플링{REFERENCE OVERSAMPLING IN SENSE-TYPE MAGNETIC RESONANCE RECONSTRUCTION}
본 특허 명세서는, 35 U.S.C. §119(e) 하에서, 2013년 8월 21일자로 출원된 임시 미국 특허 출원 시리얼 번호 제 61/868,187호를 우선권으로 청구하며, 상기 출원은 이로써 인용에 의해 통합된다.
본 실시예들은 자기 공명 이미징(MRI:magnetic resonance imaging)에 관한 것이다. 특히, 감소된 시야에 대한 MRI에서의 감도 인코딩(sensitivity encoding)(SENSE) 재구성이 제공된다.
심장 이미징과 같은 애플리케이션(application)들에서, 전체 대상(예컨대, 환자)의 크기와 비교할 때 더 작은 시야(FOV:field-of-view)를 선택하는 것이 때때로 유익하다. 이러한 감소된 FOV는 이미지 해상도의 증가를 허용할 수 있거나, 그리고/또는 데이터 취득 시간을 절약할 수 있다.
SENSE 재구성을 이용한 감소된 FOV(rFOV)는 이미지 도메인(image domain)에서 이미지의 에지(edge)들 주변에 여분의 폴딩(folding)을 유발한다. 이러한 폴딩은, 병렬 이미징을 위한 서브샘플링(subsampling)으로 인한 폴딩 이외의 것이다. SENSE-형 방법들은, 코일 감도 추정(coil sensitivity estimation)을 위해 더 밀도가 높은 샘플링 그리드(sampling grid)들이 사용될 때까지, 감소된 FOV 하에서 에일리어싱(aliasing)을 적절하게 리졸빙(resolving)할 수 없다.
GRAPPA와 같은 코일 단위 재구성 방법(coil-by-coil reconstruction method)들은, FOV 제한들에 대해 강건한데, 그 이유는 보간 커넬(interpolation kernel)들이 코일 감도들보다 더욱 로컬화된 형상(localized shape)들을 가질 수 있기 때문이다. 이러한 로컬화된 형상들은 밀도가 희박한 샘플링 그리드들로 잘-표현될 수 있다. 그러나, GRAPPA 재구성들은 높은 가속 레이트들로 잡음을 나타낸다. SENSE에서 조절(regularization)을 통해 잡음이 완화될 수 있다.
도입부로서, 아래에 설명되는 바람직한 실시예들은 자기 공명 이미징을 위한 방법들, 시스템(system)들, 명령들, 및 컴퓨터 판독가능 미디어(computer readable media)을 포함한다. 감소된 시야와 관련하여 기준 스캔(reference scan)이 오버샘플링(oversampling)된다. 오버샘플링은, 감소된 시야보다 더 큰 구역에 대한 코일 감도 정보를 제공한다. 더 큰 구역에 대한 코일 감도들을 이용하는, 감소된 시야에 대한 대상의 재구성은, 더 적은 폴딩 인공물들을 가질 수 있다.
제1 양상에서, 자기 공명 이미징을 위한 방법이 제공된다. 감도 인코딩(SENSE) 재구성을 위한 감소된 시야가 할당된다. 시야는, 적어도 하나의 공간 차원을 따라서 전체 환자로부터 환자의 하위-구역으로 감소된다. 자기 공명 시스템은 감도 인코딩(SENSE) 재구성을 위해 기준 스캔을 수행한다. 기준 스캔은 감소된 시야의 방향으로 오버샘플링된다. 추정된 코일 감도가 상기 방향을 따라서 감소된 시야보다 더 큰 구역을 커버(cover)하도록, 감소된 시야보다 더 큰 FOV에 대해, 오버샘플링된 기준 스캔으로부터 자기 공명 시스템의 코일의 코일 감도가 결정된다. 조절된 SENSE 재구성은, 자기 공명 이미지를 생성하기 위해, 추정된 코일 감도 맵(map)들을 이용하여 수행된다.
제2 양상에서, 비-일시적 컴퓨터 판독가능 스토리지 매체(non-transitory computer readable storage medium)는, 감도 인코딩(SENSE) 재구성을 이용한 자기 공명 이미징을 위해 프로그래밍된 프로세서(programmed processor)에 의해 실행가능한 명령들을 표현하는 데이터(data)를 그 안에 저장한다. 스토리지 매체는, 자기 공명 시스템을 이용하여, 감소된 시야와 관련하여 환자의 기준 스캔을 오버샘플링하고; 상기 환자의 오버샘플링된 기준 스캔으로부터 인코딩 매트릭스(encoding matrix)를 결정하고; 그리고 상기 인코딩 매트릭스의 함수로서 상기 환자의 이미지를 재구성하기 위한 명령들을 포함한다.
제3 양상에서, 자기 공명 시스템이 제공된다. 프로세서는, 감소된 시야보다 더 큰 환자의 구역에 대한 복수의 코일들의 코일 감도들을 이용하여, 환자의 감소된 시야 이미지를 재구성하도록 구성된다.
본 발명은 다음의 청구항들에 의해 정의되고, 본 섹션의 어느 것도 그러한 청구항들에 대한 제한으로서 취해지지 않아야 한다. 본 발명의 추가적인 양상들 및 장점들은 바람직한 실시예들과 함께 아래에 논의되고, 독립적으로 또는 결합하여 이후에 청구될 수 있다.
컴포넌트(component)들 및 도면들이 반드시 실측에 맞는 것은 아니며, 대신에 본 발명의 원리들을 예시할 때 강조가 이루어진다. 또한, 도면들에서, 같은 참조 숫자들은 상이한 도면들을 통틀어 대응하는 부분들을 표시한다.
도 1은 자기 공명 재구성을 위한 방법의 일 실시예의 흐름 차트(chart) 도면이다.
도 2a는 완전히 샘플링된 감소된 시야에 대한 예시적 샘플링 패턴을 예시하고, 도 2b는 위상 인코딩 방향을 따라서 두 배 오버샘플링을 이용한 예시적 샘플링 패턴을 예시하며, 상기 위상 인코딩 방향은 이 예에서 수직 방향으로서 간주된다.
도 3a-도 3e는 상이한 기술들을 이용하여 재구성된 예시적 이미지들을 나타낸다.
도 4는 자기 공명 시스템의 일 실시예이다.
병렬 이미징에서 감소된 FOV 인공물들 및 잡음을 다루기 위해, 조절된 SENSE 재구성 알고리즘(algorithm)과 함께 코일 감도 추정을 위해 오버샘플링된 기준 데이터가 사용된다. 예컨대, 기준 데이터는 코일 감도 추정을 위해 두 배만큼 오버샘플링된다. 조절된 SENSE-기반 재구성 알고리즘과 결합된 채로, 기준을 오버샘플링하는 것은, GRAPPA 및 소프트(soft)-SENSE와 비교할 때, 신호-대-잡음비를 지키면서, 감싸진 인공물들을 감소 또는 제거할 수 있다.
도 1은 자기 공명 재구성을 위한 방법의 흐름 차트를 도시한다. 방법은 도 4의 시스템 또는 다른 시스템에 의해 구현된다. 예컨대, 방법은 MRI 시스템 또는 PACS와 연관된 컴퓨터 또는 프로세서 상에 구현된다. 사용자 입력부, 디스플레이, 및/또는 프로세서는 동작(12)에서 감소된 시야를 할당한다. 자기 공명 시스템은, 송신기들 및 수신기들과 연결된 코일들을 이용하여, 동작들(14, 16 및 24)에서 기준 스캔 및 k-공간 데이터의 취득을 수행한다. 프로세서는 나머지 동작들을 수행한다. 컴포넌트들 사이의 기능들의 다른 분포들이 사용될 수 있다.
동작들은 도시된 순서로 또는 다른 순서들로 수행된다. 예컨대, 동작들(12-20)이 순차적으로 수행되고, 그런 다음 동작(24)이 수행되고, 그런 다음 동작들(22 및 26)이 수행된다. 동작들은, 일반적으로 균일한 주 자기장에 놓는 것과 같이, MRI 시스템에서 환자에 대해 수행된다.
부가적이거나, 상이하거나, 또는 더 적은 동작들이 제공될 수 있다. 예컨대, 동작(26)에서 이미지의 디스플레이가 제공되는 것이 아니라, 대신에 이미지가 저장 또는 전송된다. 다른 예로서, L1-조절된 재구성과 같은 SENSE 재구성을 위한 프로세스(process)들을 표현하는 다른 동작들이 제공된다. 필터링 또는 다른 이미지 프로세스들이 사용될 수 있다. 또 다른 예에서, 구배들 또는 다른 자기 공명 스캔 동작들의 애플리케이션이 제공된다.
일반적으로, 도 1은 환자의 자기 공명 이미징을 위한 SENSE 재구성에 관한 것이다. 재구성은 예컨대 환자의 기관 또는 하위-부위에 특정한 이미징과 연관된 감소된 시야를 갖는다(예컨대, 심장 MR). 감소된 시야로 인한 폴딩 인공물들을 방지 또는 제한하기 위해, 시야보다 더 큰 구역에 대한 코일 감도가 사용된다. 시야의 감소 방향을 따라서 기준 스캔을 오버샘플링함으로써, 재구성에서 더 큰 구역에 대한 코일 감도들이 추정 및 사용된다.
동작(12)에서, 감소된 시야가 할당된다. 완전한 또는 전체 시야는 전체 환자이거나, 또는 적어도 환자의 목부터 상부 다리들까지이다. 팔들은 전체 시야의 일부로 고려될 수 있거나 또는 고려되지 않을 수 있다. 임의의 환자 조직이 자기 공명의 검출에 영향을 끼친다. 전체 시야가 고려될 때, 이러한 영향들이 설명된다. 하나 또는 그 초과의 공간 차원들을 따라서 시야가 감소될 때, 그러면 영향들은 또한 설명되지 않을 수 있다.
시야는 환자의 하위-부위가 되도록 감소된다. 예컨대, 시야는, 심장 이미징(예컨대, 네 개의 심실 뷰(chamber view))을 위해, 단지 환자의 가슴 구역이 되도록 감소된다. 이러한 감소는 환자의 축방향(위 및/또는 아래 범위(superior and/or inferior extent)의 변경)을 따라서 이루어진다. 좌-우 또는 뒤-위(posterior-superior) 직교 축들과 같은 다른 축들을 따르는 감소가 사용될 수 있다. 다른 예로서, 시야는 간과 주위 조직들을 포함하지만, 폐들, 심장, 또는 다른 상반신(upper body) 기관들을 포함하지 않도록 감소된다. SENSE 재구성을 위한 감소된 시야들과 같이, 임의의 현재 알려진 또는 이후에 개발되는 감소된 시야들이 사용될 수 있다. SENSE-형 재구성 ― 여기서, 데이터는 스캔 대상 자체보다 더 작은 시야에 대해 취득됨 ― 은 감소된 시야이다.
감소된 시야는 프로세서에 의해 할당되거나 또는 메모리로부터 로딩된다. 예컨대, 스캔 프로토콜(scan protocol)이 사용자에 의해 또는 환자 오더(order)에 기초하여 선택된다. 스캔 프로토콜은 환자 및/또는 자기 공명 시스템과 관련하여 시야를 정의한다. 자기 공명 시스템은 프로세서에 의해 감소된 시야에서 스캐닝하도록 구성된다. 다른 예로서, 사용자는, 환자의 이미지 또는 이미지들에 걸쳐 형상, 그래픽(graphic) 또는 박스(box)를 크기결정하는 것과 같이, 감소된 시야를 선택한다. 환자와 관련한 관심대상 위치 구역의 표시는, 감소된 시야를 제공한다. 일 실시예에서, 사용자는 심장 이미징 스캔 프로토콜을 선택하고, 그런 다음 환자의 심장 또는 다른 심장 구역 위에, 프로세서 결정된 관심대상 구역을 확인하거나 또는 사용자 결정된 관심대상 구역을 포지셔닝(positioning)시킨다. 관심대상 구역은 감소된 시야로서 할당된다. 또 다른 예로서, 프로세서는, 환자 및 대응하는 감소된 시야에 관심대상 구역을 위치시키기 위해 이미지 프로세싱을 수행한다.
동작(14)에서, 기준 스캔이 자기 공명 시스템에 의해 수행된다. SENSE 또는 SENSE 타입들의 스캔들에 대해, 코일 감도를 추정하기 위해 기준 스캔이 사용된다. MRI를 위해 사용될 코일들 중 임의의 코일로부터 신호들을 전송하거나 그리고/또는 임의의 코일에서 신호들을 수신함으로써, 특정 환자 상에 포지셔닝되는 대로 코일 감도가 k-공간 데이터로부터 추정될 수 있다. 기준 스캔은, 나이키스트 샘플링 레이트(Nyquist sampling rate)로 k-공간 데이터의 저주파수를 샘플링한다. 환자가 주 자기장에 있는 동안, 그리고 재구성을 위해 k-공간 데이터를 취득하기 이전에, 그 동안에, 또는 그 이후에, 기준 스캔이 수행된다. 임의의 현재 알려진 또는 이후에 개발되는 기준 스캔 기술이 사용될 수 있다. 보통, 기준 데이터는, 보통의 샘플링 레이트인 나이키스트 샘플링 레이트로 취득된다. 데이터 스캔에서, 스캔 시간을 절약하기 위하여, k-공간 데이터는 (나이키스트 레이트 미만에서) 언더샘플링(undersampling)된다. 본원에 사용되는 오버샘플링을 위해, 기준 스캔은 나이키스트 레이트를 초과하여 샘플링된다.
기준 스캔은, 더 적은 데이터를 취득함으로써 더욱 신속하게 수행될 수 있다. 예컨대, 기준 스캔을 위한 k-공간 데이터가, 동작 24에서 재구성을 위한 k-공간 데이터를 취득하기 위해 사용되는 것보다 더 낮은 해상도로 획득된다. 재구성 스캔과 관련하여 기준 스캔을 위해, 동일한 또는 더 높은 해상도를 포함하는 임의의 해상도가 사용될 수 있다.
동작(16)에서, 기준 스캔이, 적어도 부분적으로, 오버샘플링을 이용하여, 자기 공명 시스템에 의해 수행된다. 오버샘플링은 감소된 시야에 대한 것이다. 오버샘플링은 임의의 방향 또는 차원 ― 상기 임의의 방향 또는 차원을 따라서 감소가 발생함 ― 에 대해 발생한다. 예컨대, 도 2a는 수직으로서 표현된 환자의 축 차원으로 기준 스캔에 대한 샘플링을 도시한다. 도 2b는 축 차원을 따르는 두 배 오버샘플링을 도시한다. 다른 실시예들에서, 오버샘플링은, 두 개 또는 그 초과의 직교 차원들을 따라서, 예컨대 그 방향을 따르는 감소된 시야의 밖에 환자 조직이 존재하는 임의의 차원에 대해 발생한다. 기준 데이터는 시야가, 할당된 감소된 시야에서 감소되는 방향 또는 방향들을 따라서 오버샘플링된다.
오버샘플링은 위상 인코딩(PE) 방향을 따라서 이루어지는데, 그 이유는 이것이 FOV가 감소되는 방향이기 때문이다. MRI에서, 세 개의 공간 방향들이 존재한다: 주파수 인코딩, 위상 인코딩, 및 파티션(partition) 인코딩(때때로, 2번째 위상 인코딩으로 또한 불림). 주파수 인코딩은 보통 오버샘플링(나이키스트 레이트를 초과하여 샘플링)되며, 따라서 심지어 이 방향을 따르는 FOV가 환자 크기보다 더 작을 때에도 영향받지 않을 것이다. 위상 인코딩 방향 및 파티션 인코딩 방향은 보통, 나이키스트 샘플링 레이트와 동일한 밀도 그리드로 샘플링된다. 그러므로, 이러한 두 개의 방향들로 FOV가 환자 크기보다 더 작을 때, 감소된 FOV 감싸진 인공물들이 발생한다. 파티션 인코딩 방향을 따라서 오버샘플링이 이루어질 수 있다.
임의의 양의 오버샘플링이 제공될 수 있다. 예컨대, 오버샘플링은 대략 두 배만큼이다. 대략은, 코일 배치, 코일 타입, 자기 공명 시스템, 또는 의도된 버시스(verses) 결과 오버샘플링 인자에 대한 다른 기여자들로 인한 허용오차들을 설명하기 위해 사용된다. 다른 정수량 또는 분수량만큼의, 예컨대 1.5 또는 3.0만큼의 오버샘플링이 사용될 수 있다.
규칙적 또는 전체 샘플링은, 감소된 시야에 대한 샘플링에 대응한다. 감소된 시야는, 감소된 시야의 밖에 있는 위치들에 대응하는 k-공간 데이터를 취득함으로써 오버샘플링된다. 오버샘플링은, 감소된 시야보다 더 큰 구역에 대한 기준 데이터로서 k-공간 데이터의 취득을 야기한다. 감소된 시야에 대한 기준 데이터를 취득하는 것 대신에, 감소된 시야를 포함한 더 큰 구역에 대해 기준 데이터가 취득된다. 상기 더 큰 구역은 전체 시야(예컨대, 임의의 차원을 따르는 전체 환자), 전체보다 더 큰 시야(예컨대, 공기, 팔들, 또는 환자를 넘어선 다른 대상들로부터의 정보를 포함함), 또는 환자의 더 큰 서브-세트(sub-set)(예컨대, 전체 시야 미만이지만, 감소된 시야보다는 더 큼)에 대응할 수 있다. 공간 범위는 오버샘플링 인자에 의해 제어된다. 예컨대, 2의 오버샘플링 인자는, 상기 구역이 감소된 시야의 크기의 두 배가 되게 야기할 수 있다. 라인 밀도 또는 다른 변경들로 인해, 오버샘플링 인자 대 구역 크기의 1:1 비율이 아닐 수 있다.
일 실시예에서, 오버샘플링은, 마치 기준 스캔이 감소된 시야에 대해 직접적으로 수행된 것처럼(즉, 마치 오버샘플링 없이 수행된 것처럼), 동일한 양의 k-공간 중심을 갖는 기준 데이터를 취득한다. 시간을 절약하기 위해, 또는 오버샘플링된 취득이 오버샘플링이 없는 경우보다 더 많은 시간을 취하는 것을 방지하기 위해, 동일한 개수의 라인들이 취득된다. 예컨대, 24개의 중심 라인들이 코일 감도 추정을 위해 예약된다. 도 2a는 주어진 개수의 라인들을 표현한다. 오버샘플링을 위해, 동일한 개수의 라인들이 사용되지만, 이때 도 2b에 의해 표현된 바와 같이, 라인들 사이의 거리(즉, 스텝(step) 크기)는 k-공간에서 감소된다. k-공간 데이터의 주파수 도메인에서의 이러한 더욱 밀도가 높은 라인 분포는 대상 공간에서 더 큰 시야를 야기한다. 기준 라인들의 개수가 동일하게 유지되는 한, 기준 데이터를 오버샘플링하는 것은 취득 시간의 어떠한 증가도 유발하지 않는다. 대안적 실시예들에서, 감소된 시야에 대한 샘플링과 비교할 때 상이한 개수의 라인들이 오버샘플링에 대해 사용된다. 오버샘플링은 감소된 시야의 전체 샘플링의 주어진 구성보다 더 많거나 또는 더 적은 시간을 취하도록 구성될 수 있다.
동작(18)에서, 환자의 오버샘플링된 기준 스캔으로부터 프로세서에 의해 인코딩 매트릭스가 결정된다. 인코딩 매트릭스는 SENSE 재구성에서 자기 공명 시스템을 표현한다. 이와 같이, 인코딩 매트릭스는 사용되고 있는 코일들 각각에 대한 코일 감도의 추정치를 포함한다. 또한, 인코딩 매트릭스는, 포워드 푸리에 변환(forward Fourier transform) 및 서브샘플링 연산자(subsampling operator)에 대한 항들을 포함할 수 있다. 부가적이거나, 상이하거나, 또는 더 적은 항들이 인코딩 매트릭스에 포함될 수 있다.
각각의 코일에 대한 코일 감도는, 오버샘플링된 기준 스캔에서 취득된 k-공간 데이터로부터 추정된다. 고유벡터 방법을 이용하여 추정하는 것과 같이, k-공간 데이터로부터 코일 감도의 임의의 유도가 사용될 수 있다.
오버샘플링으로 인해 감소된 시야보다 더 큰 구역에 대한 코일 감도가 추정된다. 예컨대, 2의 오버샘플링 인자를 이용하여, 상기 구역은 감소된 시야 크기보다 실제 공간에서 두 배만큼 크다.
시야가 하나보다 많은 방향을 따라서 감소되는 경우, 코일 감도의 결과 추정치들은, 그러한 다수의 방향들을 따라서 감소된 시야보다 더 큰 구역에 대한 것이다. 예컨대, 시야는 환자와 관련하여 축 방향 및 측 방향을 따라서 감소된다. 그런 다음, 코일 감도가, 오버샘플링을 이용하여, 그러한 두 개의 방향들에 대해 감소된 시야를 넘어서 연장되는 위치들에 대해 추정된다. 감소된 시야가 없는 임의의 방향에 대해(예컨대, 앞에서 뒤로), 오버샘플링이 수행되지 않으며, 그 시야에 대해 코일 감도가 추정된다.
두 개 또는 그 초과의 코일들을 이용한 병렬 이미지 재구성을 위해, 코일들 각각에 대해 코일 감도가 추정된다. 기준 스캔에 대한 동일한 송신 시퀀스가 사용되지만, 코일 감도는 각각의 개별 코일에 별개로 수신된 k-공간 데이터로부터 추정된다. 대안적으로, 별개의 송신들 및 k-공간 측정들이 코일들 각각에 대해 수행된다.
재구성에서 사용하기 위해 코일 감도는 마스킹(masking)될 수 있다. 오버샘플링에 의해, 코일 감도 추정치들은, 감소된 시야를 넘어서 있는 위치들에 대해 제공된다. 이러한 위치들은 완전히 환자 내에 있을 수 있고, 그래서 마스킹이 필요하지 않다. 위치들 중 몇몇이 환자를 넘어서 또는 환자 밖에 있는 경우, 마스킹은 배경에 대응하는 값들을 제거하는데 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 마스크는, 고유벡터 방법에서 최대 고유값들을 임계화함으로써 획득된다. 다른 방법들이 사용될 수 있다.
동작(24)에서, k-공간 데이터가 재구성을 위해 취득된다. 재구성을 위한 k-공간 데이터는 기준 스캔을 위해 사용된 것과 상이한 데이터이다. 대안적으로, 기준 스캔은 재구성을 위한 k-공간 데이터 중 어떤 데이터로서 사용된다.
k-공간 데이터는, 환자를 스캐닝함으로써 취득된다. 자기장들 및 하나 또는 그 초과의 펄스(pulse)들의 인가에 응답하여, 환자의 아래 구역을 표현하는 데이터가 취득된다. 예컨대, k-공간 데이터는, 시간-인터리빙된, 펄스들의 멀티-코일 동적 이미징 시퀀스(time-interleaved, multi-coil dynamic imaging sequence of pulse)를 이용하여 취득된다. 다른 예로서, k-공간 데이터는 k-공간 데이터의 숏 분할(shot division)들 또는 프레임(frame)들로서 취득된다. 임의의 현재 알려진 또는 이후에 개발되는 MR 스캔 시퀀스가 사용될 수 있다.
동작(22)에서, 환자의 이미지가 재구성된다. SENSE 재구성이 수행된다. 이미지는, 적어도 제곱 문제를 푸는 것과 같이, k-공간 데이터로부터 직접 추정된다. 예컨대, L1 조절된 SENSE 재구성이 사용된다. 임의의 현재 알려진 또는 이후에 개발되는 SENSE 재구성이 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 조절된 SENSE 재구성은 다음과 같이 표현된다:
Figure pat00001
여기서, E는 인코딩 매트릭스이고, W는 웨이블릿 변환(wavelet transform)이고, λ는 조절화 계수이고, x는 재구성될 이미지이고, y는 동작(24)에서 취득된 k-공간 관찰들이다. 임의의 최소화 함수가 사용될 수 있다. 이미지는, 환자 전체에 걸쳐서 자기 공명 응답의 삼차원 분포를 표현하는 복셀(voxel)들로서 재구성된다. 대안적으로, 대상의 평면이 재구성된다. 재구성은, 코일 감도 분포를 포함하는 인코딩 매트릭스의 함수이다.
재구성은, 감소된 시야 곱하기 오버샘플링 레이트에 대응하는 확장된 시야의 이미지이다. 이는, 전체 환자 더하기 어떤 배경 구역을 커버한다. 완전히 폴딩되지 않고 어떠한 에일리어싱도 포함하지 않는 이미지가 있을 것으로 예상된다. 배경 구역은 이후에, 이미지의 크기를 감소시키도록 크롭(crop)될 수 있다.
재구성은 가속 인자에 대해 수행된다. pMRI 가속 인자는 감소된 시야 데이터의 서브샘플링 인자에 대응한다. 감소된 시야를 설명하기 위해, 재구성은, pMRI 가속 레이트 및 오버샘플링 레이트의 배수인 가속 인자를 이용하여 수행된다. 예컨대, 2의 오버샘플링 및 R의 pMRI 가속 레이트를 이용하여, 2R의 가속 인자가 SENSE 알고리즘과 함께 사용된다. 다른 가속 인자들이 사용될 수 있거나, 또는 가속이 사용되지 않을 수 있다.
재구성은 병렬 재구성이다. 다수의 코일들(예컨대, 두 개 또는 그 초과)로부터의 k-공간 데이터가 재구성에서 사용된다. 각각의 코일에 대한 이미지가 별개로 재구성되거나, 또는 하나의 이미지가 다수의 코일들로부터의 k-공간 데이터를 이용하여 재구성된다. 예컨대, 제곱합 코일 결합, 적응식 코일 결합, 또는 다른 결합이 사용될 수 있다. 고유-채널들에 기초하여 선택된 코일들 전부 또는 코일들의 서브-세트에 대해 결합함으로써, 출력 이미지가 생성된다.
동작(26)에서, 자기 공명 이미지가 SENSE 재구성으로부터 생성된다. 이미지는 k-공간 관찰들로부터 환자의 재구성이다. 이미지는 환자의 아래 구역을 표현한다. 이미지는, 삼차원들을 표현하는 복셀 데이터로부터 이차원 디스플레이로의 이차원 이미지 또는 삼차원 렌더링(rendering)이다. 재구성은 분포를 제공하고, 상기 분포로부터 이미지가 생성(예컨대, 렌더링)된다.
이미지는 MRI 시스템의 디스플레이 상에 디스플레이된다. 대안적으로, 이미지는 워크스테이션(workstation), 컴퓨터 또는 다른 디바이스(device) 상에 디스플레이된다. 이미지는 PACS 메모리(memory)에 저장될 수 있고 PACS 메모리로부터 다시 불려질 수 있다.
이미지는 환자의 감소된 시야를 표현한다. 예컨대, 이미지는 단지, 환자의 심장 또는 다른 기관 특정 구역에 대한 것이다. 이미지는 전체 환자 미만에 대한 것이다. 이미지의 하나 또는 그 초과의 차원들이 환자에 있는 조직 또는 유체를 나타낼 수 있지만, 피부를 나타낼 수 없는데, 그 이유는 감소된 시야가 적어도 일차원을 따라서 환자에 대해 내부적이기 때문이다.
도 3은 환자의 심장 구역의 예시적 평면 이미지들을 나타낸다. 이미지들은 동일한 k-공간 데이터를 이용하지만, 상이한 오버샘플링 및/또는 재구성 방법들을 이용하여 재구성된다. 도 3a는 예시적 전체 시야, 지상검증자료(ground trugh)로서 감소된 시야의 제곱들의 합 이미지를 나타낸다. 도 3b는 GRAPPA를 이용하여 감소된 시야에 대해 재구성된 이미지를 나타낸다. 도 3c는 기준의 오버샘플링을 통해 2R 가속을 갖는 GRAPPA를 이용하여 감소된 시야에 대해 재구성된 이미지를 나타낸다. 도 3d는 오버샘플링 없이 감소된 시야에 대해 SENSE를 이용하여 재구성된 이미지를 나타낸다. 도 3e는 기준의 오버샘플링을 통해 2R 가속을 갖는 조절된 SENSE를 이용하여 감소된 시야에 대해 재구성된 이미지를 나타낸다. 도 3c 및 도 3e는 위상 인코딩 방향(이미지에서 수평선)을 따라서 양쪽 면들 둘 다로부터 크롭되어, 오버셈플링을 이용하여 재구성을 시뮬레이팅(simulating)하는데 사용되는 0 픽셀(pixel) 값들을 갖는 구역들이 제거된다.
GRAPPA는 관심대상 구역에 있는 폴딩 인공물들을 방지하지만, 잡음을 겪는다. 도 3d 및 도 3e를 비교함으로써 나타난 바와 같이, 오버샘플링은 SENSE 재구성에서 폴딩 인공물을 감소시킬 수 있다. 도 3d 및 도 3e는, 도 3b 및 도 3c보다 더 나은 잡음 특징들을 갖지만, 폴딩 인공물이 더 적거나 또는 폴딩 인공물을 갖지 않는 재구성된 이미지를 제공할 수 있다. 도 3e는, SENSE 재구성된 이미지가 폴딩-타입 에일리어싱 인공물들에서 자유로울 수 있고 감소된 시야의 GRAPPA 재구성과 비교할 때 개선된 신호-대-잡음비를 가질 수 있음을 증명한다.
도 4는 자기 공명 재구성을 위한 시스템을 도시한다. 시스템은 MR 시스템(48), 메모리(52), 프로세서(50), 및 디스플레이(54)를 포함한다. 부가적이거나, 상이하거나, 또는 더 적은 컴포넌트들이 제공될 수 있다. 예컨대 의료 이미징 네트워크 또는 데이터 기록(archival) 시스템과의 네트워킹을 위해 예컨대 네트워크 또는 네트워크 연결이 제공된다. 다른 예에서, 사용자 인터페이스가 제공된다.
프로세서(50) 및 디스플레이(54)는 MR 시스템(48)과 같은 의료 이미징 시스템의 일부이다. 대안적으로, 프로세서(50) 및 디스플레이(54)는, 예컨대 의료 레코드들 데이터베이스 워크스테이션 또는 서버(medical records database workstation or server)와 연관된 기록 및/또는 이미지 프로세싱 시스템의 일부이다. 다른 실시예들에서, 프로세서(50) 및 디스플레이(54)는 퍼스널 컴퓨터(personal computer), 예컨대 데스크톱(desktop) 또는 랩톱(laptop), 워크스테이션, 서버, 네트워크, 또는 이들의 결합들이다. 프로세서(50), 디스플레이(54), 및 메모리(52)는, 감소된 시야 MR에서 기준 오버샘플링을 구현하기 위한 다른 컴포넌트들 없이 제공될 수 있다.
MR 시스템(48)은 하나 또는 그 초과의 코일들을 포함한다. 예컨대, 로컬 코일들의 어레이(array of local coils)와 같이, 복수의 코일들이 제공된다. MR 시스템(48)은 주 필드 자석(main field magnet), 예컨대 저온 자석, 및 구배 코일들을 포함한다. 예컨대 시퀀스에 기초하여 코일들에 대한 송신 펄스들을 계획하고 생성하기 위해, 그리고 k-공간 데이터를 수신하고 수신된 k-공간 데이터를 프로세싱하기 위해, 다른 프로세싱 컴포넌트들이 제공될 수 있다. 일 실시예에서, MR 시스템(48)은 독일 에를랑겐의 Siemens AG로부터의 MAGNETOM Aera와 같은 1.5T 임상 MR 스캐너이다. 다른 제조업자들로부터의 그리고/또는 다른 주 필드 강도들을 갖는 MR 스캐너들이 사용될 수 있다.
메모리(52)는 그래픽스 프로세싱 메모리(graphics processing memory), 비디오 랜덤 액세스 메모리(video random access memory), 랜덤 액세스 메모리, 시스템 메모리, 랜덤 액세스 메모리, 캐시 메모리(cache memory), 하드 드라이브(hard drive), 광학 미디어, 자기 미디어, 플래시 드라이브(flash drive), 버퍼(buffer), 데이터베이스, 이들의 결합들, 또는 데이터 또는 이미지 정보를 저장하기 위한 다른 현재 알려진 또는 이후에 개발되는 메모리 디바이스이다. 메모리(52)는, MR 시스템(48)의 일부, 프로세서(50)와 연관된 컴퓨터의 일부, 데이터베이스의 일부, 다른 시스템의 일부, 픽처 기록 메모리(picture archival memory), 또는 독립형 디바이스이다.
메모리(52)는 환자의 구역을 표현하는 데이터를 저장한다. 데이터는 MR 데이터, 예컨대 k-공간 또는 대상 공간 데이터이다. 구역은 이차원 또는 삼차원 구역이다. 구역은 환자의 임의의 부위에 대한 것, 예컨대 가슴, 복부, 다리, 머리, 팔, 또는 이들의 결합들 내의 구역이다. 재구성을 위해, 데이터는 환자 내에서 감소된 시야에 대한 것이다. 코일 감도에 대해, 데이터는 감소된 시야보다 더 큰 구역에 대한 것일 수 있다. 데이터는 MR 시스템(48)에 의해 구역을 스캐닝하는 것으로부터 나온다. 메모리(52)는, 대안적으로 또는 부가하여, 고유 정보, 코일 감도 추정치들, 재구성 정보, 코일 이미지들, 및/또는 출력 이미지를 저장하는 것과 같이, 프로세싱 동안 데이터를 저장할 수 있다.
메모리(52) 또는 다른 메모리는, 대안적으로 또는 부가하여, 오버샘플링된 기준 스캐닝을 이용한 자기 공명 재구성을 위해, 프로그래밍된 프로세서(50)에 의해 실행가능한 명령들을 표현하는 데이터를 저장하는 컴퓨터 판독가능 스토리지 매체이다. 본원에 논의된 프로세스들, 방법들 및/또는 기술들을 구현하기 위한 명령들이 비-일시적 컴퓨터-판독가능 스토리지 미디어 또는 메모리들, 예컨대 캐시, 버퍼, RAM, 제거가능 미디어, 하드 드라이브 또는 다른 컴퓨터 판독가능 스토리지 미디어 상에 제공된다. 비-일시적 컴퓨터 판독가능 스토리지 미디어는 다양한 타입들의 휘발성 및 비휘발성 스토리지 미디어를 포함한다. 도면들에 예시된 또는 본원에 설명된 기능들, 동작들 또는 작업들은, 컴퓨터 판독가능 스토리지 미디어에 또는 그 상에 저장된 명령들의 하나 또는 그 초과의 세트들에 응답하여 실행된다. 기능들, 동작들 또는 작업들은 특정 타입의 명령들 세트, 스토리지 미디어, 프로세서 또는 프로세싱 전략과 무관하고, 단독으로 또는 결합하여 동작하는 소프트웨어(software), 하드웨어(hardware), 집적 회로(integrated circuit)들, 펌웨어(firmware), 마이크로 코드(micro code) 등등에 의해 수행될 수 있다. 마찬가지로, 프로세싱 전략들은 멀티프로세싱(multiprocessing), 멀티태스킹(multitasking), 병렬 프로세싱(parallel processing) 등등을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 명령들은 로컬 또는 원격 시스템들에 의한 판독을 위해 제거가능 미디어 디바이스 상에 저장된다. 다른 실시예들에서, 명령들은 컴퓨터 네트워크를 통한 또는 전화선들을 경유해 전송을 위해 원격 위치에 저장된다. 또 다른 실시예들에서, 명령들은 주어진 컴퓨터, CPU, GPU, 또는 시스템 내에 저장된다.
프로세서(50)는 일반 프로세서, 중앙 프로세싱 유닛(central processing unit), 제어 프로세서, 그래픽스 프로세서, 디지털 신호 프로세서, 삼차원 렌더링 프로세서, 이미지 프로세서, 주문형 집적 회로, 필드 프로그램어블 게이트 어레이(field programmable gate array), 디지털 회로, 아날로그 회로, 이들의 결합들, 또는 MR 재구성을 위한 다른 현재 알려진 또는 이후에 개발되는 디바이스이다. 프로세서(50)는 단일 디바이스, 또는 직렬로, 병렬로, 또는 별개로 동작하는 다수의 디바이스들이다. 프로세서(50)는 랩톱 또는 데스크톱 컴퓨터와 같은 컴퓨터의 주 프로세서일 수 있거나, 또는 이미징 시스템에서와 같이 더 큰 시스템에서 몇몇 작업들을 다루기 위한 프로세서일 수 있다. 프로세서(50)는, 오버샘플링 기준 스캐닝을 이용한 감소된 시야의 SENSE 재구성과 같이, 본원에 논의된 동작들을 수행할 수 있도록, 명령들, 설계, 하드웨어, 및/또는 소프트웨어에 의해 구성된다.
프로세서(50)는, 감소된 시야보다 더 큰 환자의 구역에 대한 코일 감도들을 이용하여 환자의 감소된 시야 이미지를 재구성하도록 구성된다. MR 시스템(48)을 제어함으로써, 또는 전송 또는 로딩(loading)에 의한 데이터의 취득에 의해, 프로세서(50)는 기준들 스캔에 대한 k-공간 데이터를 수신한다. 기준 스캔은, 감소된 시야보다 더 큰 구역에 대한 코일 감도들이 추정되도록 오버샘플링된다. 임의의 오버샘플링 인자, 예컨대 1.5, 2.0, 또는 3.0이 사용될 수 있다. 프로세서(50)는, 감소된 시야를 재구성하기 위해 사용될 코일들 각각에 대해 코일 감도를 추정하도록 구성된다.
프로세서(50)는 감도 인코딩(SENSE)을 이용하여 재구성하도록 구성된다. 재구성은 가속 인자를 이용하여 수행된다. 가속 인자는 구역 ― 상기 구역에 대해, 코일 감도가 제공됨 ― 의 크기의 함수이다. 가속 인자는, 감소된 시야의 밖에 있는 위치들에 이용가능한 코일 감도를 설명한다. 프로세서(50)는 감소된 시야에 대해 재구성하지만, 감소된 시야 내에 또는 밖에 있는 위치들로부터의 코일 감도들에 관한 정보를 통합한다.
디스플레이(54)는 모니터(monitor), LCD, 프로젝터(projector), 플라즈마 디스플레이(plasma display), CRT, 프린터(printer), 또는 시각 정보를 출력하기 위한 다른 현재 알려진 또는 이후에 개발되는 디바이스이다. 디스플레이(54)는 프로세서(50), 메모리(52), 또는 MR 시스템(48)으로부터 이미지들, 그래픽들, 또는 다른 정보를 수신한다. 하나 또는 그 초과의 MR 이미지들이 디스플레이된다. 이미지들은 스캐닝으로부터 1-5초 내에 생성되어, 환자를 이미징할 때 또는 환자가 추가적인 MRI를 위해 여전히 자리에 있는 동안, 뷰잉(viewing) 및 진단이 허용된다. 이미지는 감소된 시야, 예컨대 축 방향에 직교인 방향을 따라서 감소된 환자의 일부분을 표현한다. 예컨대, 도 3e가 생성 및 디스플레이된다.
본 발명이 위에서 다양한 실시예들을 참조하여 설명되었지만, 많은 변경들 및 수정들이 본 발명의 범위로부터 벗어남 없이 이루어질 수 있음이 이해되어야 한다. 그러므로, 앞선 상세한 설명이 제한적이 아니라 예시적인 것으로서 간주됨이 의도되고, 그것이, 본 발명의 사상 및 범위를 정의하도록 의도되는, 동등물 전부를 포함하는 다음의 청구항들임이 이해되는 것이 의도된다.

Claims (20)

  1. 자기 공명 이미징(magnetic resonance imaging)을 위한 방법으로서,
    조절된 감도 인코딩(regularized sensitivity encoding)(SENSE) 재구성을 위해 감소된 시야를 할당(12)하는 단계 ― 상기 감소된 시야는 적어도 하나의 공간 차원을 따라서 환자 전체로부터 상기 환자의 하위-구역으로 감소됨 ―;
    자기 공명 시스템(magnetic resonance system)을 이용하여, 상기 조절된 감도 인코딩(SENSE) 재구성을 위해 기준 스캔(reference scan)을 수행(14)하는 단계;
    상기 수행 동안 상기 기준 스캔을 오버샘플링(oversampling)(16)하는 단계 ― 상기 오버샘플링(16)은 상기 감소된 시야의 방향으로 이루어짐 ―;
    결정되는 코일 감도(coil sensitivity)가 상기 방향을 따라서 상기 하위-구역보다 더 큰 구역을 커버(cover)하도록, 상기 감소된 시야보다 더 큰 시야에 대해 오버샘플링된 기준 스캔으로부터 상기 자기 공명 시스템의 코일의 코일 감도를 결정(18)하는 단계;
    상기 코일 감도의 함수로서 상기 조절된 SENSE 재구성을 수행(22)하는 단계; 및
    상기 SENSE 재구성으로부터 자기 공명 이미지를 생성(26)하는 단계
    를 포함하는,
    자기 공명 이미징을 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 감소된 시야를 할당(12)하는 단계는, 서브-세트로서 관심대상 심장 구역의 사용자 선택을 수신하는 단계를 포함하고, 상기 자기 공명 이미지를 생성하는 단계는, 상기 관심대상 심장 구역에 대해 생성하는 단계를 포함하는,
    자기 공명 이미징을 위한 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 기준 스캔을 수행(14)하는 단계는, 재구성을 위해 사용되는 k-공간 데이터(k-space data)보다 더 낮은 해상도를 갖는 k-공간 데이터를 획득하는 단계를 포함하는,
    자기 공명 이미징을 위한 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    오버샘플링(16)하는 단계는 대략 두 배만큼의 오버샘플링(16)을 포함하는,
    자기 공명 이미징을 위한 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    오버샘플링(16)하는 단계는, 마치 상기 기준 스캔이 상기 감소된 시야에 대해 수행된 것처럼, 동일한 양의 k-공간 중심을 취득하면서 오버샘플링(16)하는 단계를 포함하는,
    자기 공명 이미징을 위한 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    오버샘플링(16)하는 단계는, 상기 기준 스캔이 상기 감소된 시야에 대해 수행된 경우보다 더 작은, 라인들 사이의 스텝(step) 크기 및 동일한 개수의 라인들을 이용하여 오버샘플링(16)하는 단계를 포함하는,
    자기 공명 이미징을 위한 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    할당(12)하는 단계는 두 개의 직교하는 차원들을 따라서 상기 감소된 시야를 할당(12)하는 단계를 포함하고, 오버샘플링(16)하는 단계는 상기 두 개의 직교하는 차원들에 대해 오버샘플링(16)하는 단계를 포함하고, 결정(18)하는 단계는 그러한 두 개의 직교하는 차원들 상에서 상기 감소된 시야보다 더 큰 공간 범위에 대해 상기 두 개의 직교하는 차원들을 따라서 코일 감도를 결정(18)하는 단계를 포함하는,
    자기 공명 이미징을 위한 방법.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 구역을 커버하는 코일 감도를 결정(18)하는 단계는 상기 구역 ― 이때, 상기 구역은 상기 감소된 시야의 두 배임 ― 에 대한 코일 감도를 결정(18)하는 단계를 포함하고, 상기 재구성을 수행하는 단계는 2배수의 가속을 이용하여 재구성하는 단계를 포함하는,
    자기 공명 이미징을 위한 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 재구성을 수행(22)하는 단계는 상기 코일을 포함한 다수의 코일들을 이용하여 병렬 재구성하는 단계를 포함하는,
    자기 공명 이미징을 위한 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 코일 감도를 결정(18)하는 단계는, 서브샘플링 인자 및 상기 오버샘플링(16)의 오버샘플링(16) 인자의 배수인 상기 구역에 대해 상기 코일들 각각에 대한 코일 감도를 결정(18)하는 단계를 포함하고, 상기 재구성을 수행(22)하는 단계는 상기 배수의 함수인 가속 인자를 이용하여 재구성하는 단계를 포함하는,
    자기 공명 이미징을 위한 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 재구성을 수행(22)할 때 사용하기 위해 상기 코일 감도를 마스킹(masking)하는 단계
    를 더 포함하는,
    자기 공명 이미징을 위한 방법.
  12. 감도 인코딩(SENSE) 재구성을 이용한 자기 공명 이미징을 위해 프로그래밍된 프로세서(programmed processor)(50)에 의해 실행가능한 명령들을 표현하는 데이터(data)를 저장하고 있는 비-일시적 컴퓨터 판독가능 스토리지 매체(non-transitory computer readable storage medium)로서,
    자기 공명 시스템을 이용하여, 감소된 시야와 관련하여 환자의 기준 스캔을 오버샘플링(16)하기 위한 명령;
    상기 환자의 오버샘플링된 기준 스캔으로부터 인코딩 매트릭스(encoding matrix)를 결정(18)하기 위한 명령;
    상기 인코딩 매트릭스의 함수로서 상기 환자의 이미지를 재구성(22)하기 위한 명령
    을 포함하는,
    비-일시적 컴퓨터 판독가능 스토리지 매체.
  13. 제 12 항에 있어서,
    오버샘플링(16)은 2배만큼의 오버샘플링(16)을 포함하는,
    비-일시적 컴퓨터 판독가능 스토리지 매체.
  14. 제 12 항에 있어서,
    오버샘플링(16)은, 마치 상기 감소된 시야의 차원을 따라서 환자 전체에 대해 기준 스캔을 수행하는 것처럼, 동일한 양의 k-공간 중심을 갖는 오버샘플링(16)을 포함하는,
    비-일시적 컴퓨터 판독가능 스토리지 매체.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 인코딩 매트릭스를 결정(18)하는 것은 오버샘플링된 기준 스캔으로부터 코일 감도를 추정하는 것을 포함하고, 상기 코일 감도는, 상기 오버샘플링(16)으로 인해, 그런 다음 감소된 시야보다 더 큰 상기 환자의 구역에 대해 결정된,
    비-일시적 컴퓨터 판독가능 스토리지 매체.
  16. 제 12 항에 있어서,
    재구성(22)은 상기 SENSE 재구성을 수행하는 것을 포함하는,
    비-일시적 컴퓨터 판독가능 스토리지 매체.
  17. 자기 공명 시스템으로서,
    복수의 코일들(48); 및
    감소된 시야보다 더 큰 환자의 구역에 대해 상기 복수의 코일들의 코일 감도들을 이용하여 상기 환자의 감소된 시야 이미지를 재구성하도록 구성된 프로세서(50)
    를 포함하는,
    자기 공명 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 프로세서(50)는 기준 스캔의 오버샘플링(16)을 이용하여 재구성하도록 구성된,
    자기 공명 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 프로세서(50)는 2배만큼의 상기 오버샘플링(16)을 이용하여 재구성하도록 구성된,
    자기 공명 시스템.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 프로세서(50)는 상기 구역의 크기의 함수인 가속 인자를 이용한 감도 인코딩을 이용하여 재구성하도록 구성된,
    자기 공명 시스템.
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