KR20150101351A - Neuronal resonance magnetic resonance imaging method - Google Patents

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KR20150101351A KR1020140083007A KR20140083007A KR20150101351A KR 20150101351 A KR20150101351 A KR 20150101351A KR 1020140083007 A KR1020140083007 A KR 1020140083007A KR 20140083007 A KR20140083007 A KR 20140083007A KR 20150101351 A KR20150101351 A KR 20150101351A
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Abstract

The present invention provides a novel imaging modality called neuronal resonance MRI for mapping a bandpass filtering phenomenon of a brain onto an image. The image modality is verified through a biometric experiment, and compared/analyzed from aspects of systems biology.

Description

뉴런공진 자기공명영상 방법 {Neuronal resonance magnetic resonance imaging method}[0001] The present invention relates to a neuron resonance magnetic resonance imaging method,

본 발명은 뉴런공진 자기공명영상의 MRI 데이터 획득 및 처리 방법에 관한 기술이다.The present invention relates to a method of acquiring and processing MRI data of a neuron resonance magnetic resonance imaging.

사람의 뇌 영역 간에 정보의 전달을 위해서 통신이 이루어지고 있다는 것은 자명한 사실이다. 그러나 특정 뇌 영역이 통신하고자 하는 다른 뇌 영역에 선택적으로 정보를 어떻게 전달하는지는 여전히 알려져 있지 않다. 최근 시스템 생물학 연구에서는 뇌 영역 간에 통신이 뇌 전체적인 신호로부터 선택적 주파수 대역 필터를 통해서 선택적으로 이루어진다는 가설을 제안하였다. 이러한 가설을 기반으로 하여 뇌 영역 간에 통신을 위한 뉴런의 공진 주파수를 측정할 수 있는 새로운 영상 기법을 개발하면 현재 잘 알려져 있지 않은 뇌 영역 간 통신 메커니즘을 밝힐 수 있고 심리학, 정신과학, 병리학을 포함한 뇌 연구에 엄청난 영향을 끼칠 수 있다.It is obvious that communication is being carried out for the transmission of information between human brain regions. However, it is still not known how a particular brain region selectively transfers information to other brain regions to which it wishes to communicate. In recent system biology research, we hypothesized that communication between brain regions is selectively performed from the whole brain signal through a selective frequency band filter. Based on this hypothesis, the development of a new imaging technique that can measure the resonance frequency of neurons for communication between brain regions can reveal the mechanism of communication between brain regions that are not well known at present. It can have a tremendous impact on research.

뇌는 수많은 기능들을 담당하는 작은 영역들로 구성되어 있고 이러한 뇌 영역들은 서로 구조적으로 연결되어 있다. 행동과 인지, 지각 등의 대부분의 뇌 기능들은 빠르고 유연하게 뇌의 네트워크를 재조합함으로써 이루어진다. 최근 연구들은 인지와 지각, 선택적 집중, 그리고 작동 기억(working memory)에 관한 역동적이고 유연한 기능적인 뇌 네트워크의 구성을 일부 밝히고 있다. 뉴런 스파이킹(spiking)의 진동적인 특성과 동기화는 뇌 영역 간에 역동적이고 유연한 연결성과 관련이 있음이 알려져 있다. 최근의 연구들에 따르면 그러한 특정한 주파수 대역에서 일어나는 뉴런의 진동과 동기화가 구조적으로 연결된 뇌의 영역 간의 정보의 흐름을 제어하고, 뇌 영역 간의 유연하고 선택적인 통신을 가능하게 함이 밝혀지고 있다. 그러나 휴지 상태 및 활동/자극 상태에서, 특정한 주파수 대역에 맞춘 뇌의 선택적이고 유연한 통신이 어떤 메커니즘으로 일어나고 있는지는 아직 밝혀지지 않고 있다. 더군다나 수많은 임상 데이터에 의하면, 자폐증, 정신분열증, 간질, 치매와 파킨슨병 같은 뇌 질환 환자들은 넓은 주파수 대역 상에서 뉴런의 동기화 특성이 바뀌어 있고 그러한 비정상적인 뉴런의 동기화가 그러한 질병의 증세들(비정상적인 인지, 행동, 움직임 등)에 대한 원인이 될 수 있음이 밝혀지고 있다. The brain is made up of small areas that hold many functions and these brain areas are structurally connected to each other. Most brain functions, such as behavior, cognition, and perception, are accomplished by reassembling the brain's network quickly and flexibly. Recent studies have revealed some of the dynamic and flexible functional brain networks of cognition and perception, selective focus, and working memory. It is known that the vibrational characteristics and synchronization of neuron spiking are related to dynamic and flexible connectivity between brain regions. Recent studies have shown that the vibrations and synchronization of neurons occurring in such specific frequency bands control the flow of information between the regions of the brain that are structurally connected and enable flexible and selective communication between brain regions. However, in the dormant and active / stimulated states, it is not yet clear what mechanism is causing the selective and flexible communication of the brain to a specific frequency band. Furthermore, a number of clinical data suggest that patients with brain disorders such as autism, schizophrenia, epilepsy, dementia and Parkinson's have altered the synchronization characteristics of neurons over a broad frequency band and that such abnormal neuronal synapses are associated with symptoms of such diseases , Movement, etc.).

그러므로 동기화를 통한 선택적인 뇌 영역 간 통신 메커니즘을 이해함으로써 생체병리학과 뇌 질환의 치료에 매우 중요한 단서를 발견할 수 있다. 더욱이, 뇌 영역 간 통신에 사용되는 넓은 대역의 주파수에 대한 뉴런의 공진 특성을 고해상도로 매핑(mapping) 할 수 있는 새로운 영상 기법을 개발하는 것은 생체의용공학에 관련된 학계와 산업계, 의료계에 엄청난 파급효과를 가져올 수 있다.Therefore, by understanding the mechanism of selective inter-brain communication through synchronization, we can find clues that are very important for the treatment of biopathology and brain diseases. Furthermore, the development of a new imaging technique that can map the resonance characteristics of neurons to a high resolution for a wide frequency band used for communication between brain regions requires a tremendous ripple effect on academia, industry, and medical related to biomedical engineering Lt; / RTI >

한편, 기능성 자기공명영상(fMRI)은 뇌의 활동을 뉴런의 전류를 통해 직접적으로 측정하기보다는 뉴런과 혈류의 상호작용에 의해 간접적으로 측정한다. 20여 년 전, 기능성 자기공명영상(fMRI)이 뇌 뉴런의 활동을 비침습적으로 매핑 할 수 있음을 처음으로 보여줬다. 그 이후 fMRI는 신경과학, 심리학, 정신병리학 등에 엄청난 영향을 보여줬다. On the other hand, functional magnetic resonance imaging (fMRI) indirectly measures the activity of the brain by the interaction of neurons and bloodstream rather than directly measuring the current through neurons. Twenty years ago, we first showed that functional magnetic resonance imaging (fMRI) can noninvasively map the activity of brain neurons. Since then, fMRI has shown tremendous impact on neuroscience, psychology, and psychopathology.

fMRI는 기존의 MRI와 다르게, 영상을 외부의 자극이 있는 동안과 그 전후에 반복적으로 획득해서 통계적인 처리를 통하여 해당 외부 자극의 시간적인 패턴과 상관관계를 보이는 뇌 영역을 매핑하는 기술이다. fMRI는 뇌의 활동을 비침습적이면서 상대적으로 높은 해상도로 매핑할 수 있는 거의 유일한 영상 기법이다.Unlike conventional MRI, fMRI is a technology that acquires images repeatedly during and after external stimuli and maps the brain regions that correlate with temporal patterns of external stimuli through statistical processing. fMRI is almost the only imaging technique that can map non-invasive and relatively high resolution brain activity.

fMRI는 뉴런의 활동을 비침습적으로 매핑(mapping) 할 수 있는 특별한 영상 기법이지만, 뉴런의 전기적인 신호를 직접적으로 측정하기보다 뉴런의 활동에 의한 혈류 변화를 통한 간접적인 측정 방법을 이용한다. 뉴런의 전기 신호를 MRI를 써서 직접적으로 측정하기 위한 노력들이 지난 10년 이상 이루어졌는데, 그 가능 여부가 논란이 되어왔다.fMRI is a special imaging technique that can non-invasively map the activity of neurons, but rather indirectly measures blood flow changes by neuron activity rather than directly measuring electrical signals of neurons. Efforts to directly measure the electrical signals of neurons using MRI have been made over the past decade, and the possibility of that has been controversial.

약 10여 년 전, fMRI가 외부의 자극 없이도 수행될 수 있다는 것이 처음으로 보여졌다. 이 새로운 fMRI 기술은 Resting-state fMRI라고 부른다. Resting-state fMRI의 기본 가정은, 뇌의 두 영역 간에 기능적으로 연관성이 있으면 시간적인 MRI 신호 변화도 서로 상관관계가 있을 것이라는 데서 출발한다. Resting-state fMRI는 뇌 영역 간의 기능성 연결성(functional connectivity)을 측정한다. Resting-state fMRI에서는, 기존의 fMRI 기법에서 사용하던 스티뮬레이션 패턴(stimulation pattern)이 특정 뇌 영역(seed region)의 시간적인 신호 변화 추이로 대체되었고, 나머지 뇌 영역이 해당 뇌 영역과 비슷한 신호 변화를 보이는지 통계적으로 분석하는 방식으로 진행된다. 어떤 뇌 영역들(ex: default mode network)은 기능적으로 연결되어 있음이 Resting-state fMRI를 써서 일관적으로 측정된다. 그러나 Resting-state fMRI를 포함한 현존하는 fMRI 기법들은 국소 영역의 혈류역학적인 반응을 통해 뉴런의 활동을 간접적으로 측정한다. 혈류역학 반응은 느리고, 약 4초 정도의 시간 지연이 있다. Resting-state fMRI는 뇌 영역 간의 기능적 연결성은 보여주지만, 뇌 영역 간에 어떤 메커니즘으로 선택적으로 통신하는지 보여주지는 못한다. 이것은 기존의 fMRI 기법의 근본적인 한계점이며, "주파수 선택적인 뉴런의 공진"이 왜 기존의 방법으로 확인되지 못하는지 설명한다.About a decade ago, it was first shown that fMRI can be performed without external stimuli. This new fMRI technology is called Resting-state fMRI. The basic assumption of resting-state fMRI is that if there is a functional association between two regions of the brain, temporal MRI signal changes will also correlate. Resting-state fMRI measures functional connectivity between brain regions. In the resting-state fMRI, the stimulation pattern used in the existing fMRI technique was replaced with the temporal change in the signal region of the specific brain region, Or statistical analysis. Some brain regions (ex: default mode network) are functionally linked and are measured consistently using a Resting-state fMRI. However, existing fMRI techniques, including Resting-state fMRI, indirectly measure neuronal activity through hemodynamic responses in the local area. The hemodynamic response is slow and there is a delay of about 4 seconds. Resting-state fMRIs show functional connectivity between brain regions, but they do not show which mechanisms selectively communicate between brain regions. This is a fundamental limitation of the existing fMRI technique and explains why "resonance of frequency-selective neurons" can not be confirmed by conventional methods.

한편, 현존하는 MRI 영상 기법들의 생체 내 뉴런전류 측정 가능 여부는 지난 10년 이상 논란이 되어 왔다. 기존에 뉴런의 전류를 MRI로 직접적으로 측정하려는 시도는 지속적으로 여러 번 있어왔다. 유망한 결과들이 팬텀, 세포 배양, 이론적인 계산 연구들에서 계속 보여졌지만, MRI를 이용한 뉴런 전류의 생체 내 측정 가능 여부는 10년 이상 논란이 되어왔다. 해당 분야 연구자들은 뉴런의 전류가 주변에 자기장의 변화를 일으키고 그 변화를 MRI로 측정할 수도 있다는 사실에는 모두 동의한다. 그러나 많은 연구자들은 뉴런의 전류에 의해 생성된 자기장의 변화로 인해 생기는 MRI 신호가 너무 작아서 생체 내에서 MRI로 일관되게 측정하기가 매우 어렵다고 주장한다.On the other hand, the ability to measure in vivo neuron currents of existing MRI imaging techniques has been controversial for more than a decade. There have been several attempts to directly measure the current of a neuron directly with MRI. While promising results have been shown in phantom, cell culture, and theoretical computational studies, the in vivo measurement of neuronal currents using MRI has been controversial for more than a decade. Researchers in the field agree that the current in a neuron causes a change in the magnetic field around it and that the change can be measured by MRI. However, many researchers argue that the MRI signal due to changes in the magnetic field generated by currents in neurons is so small that it is very difficult to consistently measure with MRI in vivo.

뉴런의 전기 신호를 직접적으로 감지하기 위한 MRI 영상 기법에는 크게 두 가지 접근법이 있다. 제1 접근법은 일정한 시간적인 구간을 가지는 주기적인 자극을 주고, MRI 신호를 각 자극이 끝나자마자(즉, 혈류역학 반응이 생기기 전에) 바로 얻어서 뉴런의 전기 신호를 측정하는 방법이다. 그리고 제2 접근법은 MRI 영상 획득의 시간적인 해상도를 높여서(≤ 100ms) 푸리에 변환을 통해 외부 자극의 주파수와 동조된 성분을 찾는 방법이 있다. 두 가지 접근법 모두 외부 자극의 주기나 주파수에 의존하고, 뉴런의 고유 진동 주파수를 고려하지 않았다. 상기 두 가지 방법을 포함해서 현존하는 모든 MRI 영상 기법에 대해 뉴런의 전류신호 감지 여부가 아직도 논란이 되고 있다.There are two main approaches to MRI imaging for directly sensing the electrical signals of neurons. The first approach is to give a periodic stimulus with a certain time interval and to measure the electrical signal of the neuron by obtaining an MRI signal as soon as each stimulus is over (ie before the hemodynamic response occurs). The second approach is to increase the temporal resolution of the MRI image acquisition (≤100 ms) and find a component that is synchronized with the frequency of the external stimulus through Fourier transform. Both approaches depend on the frequency or frequency of the external stimulus and do not take into account the natural frequency of the neuron. Whether the neurons sense current signals for all existing MRI imaging techniques including the above two methods is still controversial.

상기 문제점들을 해결하기 위해, 본 발명에서는 뉴런공진 자기공명영상(NR-MRI)를 제공하고자 한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a neuron resonance magnetic resonance imaging (NR-MRI).

본 발명에서는, 뉴런공진 자기공명영상(NR-MRI) 기법을 이용하여, 뉴런의 선택적인 주파수 대역 필터 특성 매핑을 통해, 다양한 주파수 영역에 대하여 휴지 상태와 외부 자극을 주고 있는 상태 간의 차이를 측정하는 기술을 제공하고자 한다. In the present invention, the difference between the states of the dormant state and the external stimulus is measured for various frequency regions through the selective frequency band filter characteristic mapping of the neuron using the neuron resonance magnetic resonance imaging (NR-MRI) technique Technology.

그리고 주파수 선택적인 뇌 영역 간 통신 메커니즘에 대한 시스템 생물학적 연구를 기반으로 주파수 선택적인 뇌 영역 간 통신 메커니즘을 밝힐 수 있는 기술을 제공하고자 한다.And to provide a technique for revealing frequency selective inter-brain communication mechanisms based on systematic biological studies on frequency selective inter-brain communication mechanisms.

또한, 개념 증명 실험과 주파수 선택적인 뇌 전체 영역 간 통신 지도를 완성하는데 유용한 기술을 제공하고자 한다.We also provide useful techniques to complete the proof-of-concept test and the frequency-selective brain-to-brain communication map.

본 발명의 일 관점에 따라, 자계진동신호를 감지하기 위해, 경사자계 패턴을 이용하는 MRI 영상기법으로 MRI 데이터를 얻는 프로세스를 이용하는 자기공명신호 처리방법이 제공될 수 있다. 이 방법은, 상기 경사자계 패턴과 상기 자계진동신호 간의 상대적인 위상을 변화시키면서 상기 프로세스를 복수 회 반복하여 수행함으로써, 복수 개의 MRI 데이터를 획득하는 단계; 및 미리 결정된 규칙에 의해, 상기 획득한 복수 개의 MRI 데이터로부터 주파수 특성을 산출하는 단계를 포함하며, 상기 복수 개의 MRI 데이터는 K-space 데이터 또는 MRI 영상 데이터이다. According to one aspect of the present invention, a magnetic resonance signal processing method using a process of obtaining MRI data by an MRI imaging technique using a gradient magnetic field pattern to sense a magnetic field vibration signal can be provided. The method includes: obtaining a plurality of MRI data by repeating the process a plurality of times while changing a relative phase between the gradient magnetic field pattern and the magnetic field vibration signal; And calculating frequency characteristics from the obtained plurality of MRI data by a predetermined rule, wherein the plurality of MRI data is K-space data or MRI image data.

이때, 상기 자계진동신호는, 발생시구간 및 특정시점에서의 위상이 알려지지 않은 것을 특징으로 할 수 있다.Here, the phase of the magnetic field vibration signal may not be known at the time of occurrence and at a specific point in time.

이때, 상기 자계진동신호는 특정 주파수 성분을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. In this case, the magnetic field vibration signal may include a specific frequency component.

이때, 상기 미리 결정된 규칙은, 상기 획득한 복수 개의 MRI 데이터를 상기 상대적인 위상에 따라 시간 축 상에 배열한 신호를 푸리에 변환하는 것일 수 있다. The predetermined rule may be a Fourier transform of a signal obtained by arranging the acquired plurality of MRI data on a time axis according to the relative phase.

이때, 상기 획득하는 단계는, 상기 경사자계 패턴신호와 상기 자계진동신호 간의 미리 결정된 N개의 상대적인 위상에 대하여, 상기 프로세스를 반복하여 수행함으로써 N개의 MRI 데이터를 획득하는 획득 프로세스를 이용하며, 상기 획득 프로세스를 시간에 따라 순차적으로 M번 반복하여 복수 개의 MRI 데이터를 획득하는 단계를 포함할 수 있다. Wherein the acquiring step uses an acquiring process for acquiring N MRI data by repeatedly performing the process for a predetermined N relative phases between the gradient magnetic field pattern signal and the magnetic field vibration signal, And repeating the process M times in sequence according to time to acquire a plurality of MRI data.

이때, 상기 미리 결정된 규칙은, 상기 획득한 복수 개의 MRI 데이터를 상기 미리 결정된 상대적인 위상에 따라 시간 축 상에 배열된 신호를 푸리에 변환하는 것일 수 있다. The predetermined rule may be to Fourier-transform the obtained plurality of MRI data on a signal arranged on the time axis according to the predetermined relative phase.

이때, 상기 복수 개의 MRI 데이터를 시간적으로 분할하여, 상기 분할된 데이터 각각에 푸리에 변환을 하여 뉴런의 신호 변화에 대한 시간축 데이터를 획득하도록 되어 있을 수 있다. At this time, the plurality of MRI data may be temporally divided, and Fourier transform may be performed on each of the divided data to obtain time-base data for a signal change of the neuron.

이때, 상기 특정 주파수는 상기 경사자계 패턴의 주파수와 동일한 것일 수 있다.At this time, the specific frequency may be the same as the frequency of the gradient magnetic field pattern.

이때, 상기 미리 결정된 규칙은, 상기 획득한 복수 개의 MRI 데이터의 주파수 성분 중 상기 특정 주파수에 관한 값을 찾아내도록 되어 있을 수 있다. The predetermined rule may be adapted to find a value of the frequency component of the obtained plurality of MRI data with respect to the specific frequency.

이때, 상기 획득하는 단계는, 상기 경사자계 패턴신호와 상기 자계진동신호 간의 미리 결정된 N개의 상대적인 위상에 대하여, 상기 프로세스를 반복하여 수행함으로써 N개의 MRI 데이터를 획득하는 획득 프로세스를 포함하며, 상기 N개의 상대적인 위상 간의 차이값은 상기 특정 주파수에 대하여 2*pi/N의 정수배를 만족하도록 되어 있을 수 있다. Wherein the obtaining step includes an obtaining process for obtaining N MRI data by repeatedly performing the process for a predetermined N relative phases between the gradient magnetic field pattern signal and the magnetic field vibration signal, The difference value between the two relative phases may be an integer multiple of 2 * pi / N with respect to the specific frequency.

이때, 상기 N개의 상대적인 위상 간의 차이값을 상기 특정 주파수에 대하여 2*π/N의 정수배로 만들기 위해 MRI 영상 파라메터 중 반복 시간(time to repeat, TR)을 조절하도록 되어 있을 수 있다. At this time, the time to repeat (TR) of the MRI image parameters may be adjusted to make the difference value between the N relative phases an integral multiple of 2 *? / N with respect to the specific frequency.

이때, 상기 자계진동신호는 뉴런 신호인 것을 특징으로 할 수 있다. Here, the magnetic field vibration signal may be a neuron signal.

이때, 상기 경사자계 패턴은 진동 경사자계 패턴인 것을 특징으로 할 수 있다.In this case, the gradient magnetic field pattern may be a vibration gradient magnetic field pattern.

이때, 상기 진동 경사자계 패턴은 multi-echo gradient echo 영상 기법에서 이용하는 bipolar readout gradient 패턴일 수 있다. At this time, the vibration gradient magnetic field pattern may be a bipolar readout gradient pattern used in a multi-echo gradient echo imaging technique.

이때, 상기 반복되어 수행되는 서로 다른 두 개의 프로세스에 대하여, 상기 경사자계 패턴의 공간 방향성이 서로 다른 것을 특징으로 할 수 있다.At this time, the spatial directionality of the gradient magnetic field pattern may be different for the two different processes that are repeatedly performed.

본 발명의 다른 관점에 따라 제공되는 MRI 장치는, 특정 주파수로 공진하되 발생구간 및 특정시점에서의 위상이 알려지지 않은 자계진동신호를 감지하기 위해, 경사자계 패턴신호를 이용하는 MRI 영상기법으로 MRI 데이터를 얻는 프로세스를 이용한다. 이때, 상기 경사자계 패턴신호와 상기 자계진동신호 간의 상대적인 위상을 변화시키면서 상기 프로세스를 복수 회 반복하여 수행함으로써, 복수 개의 MRI 데이터를 획득하는 단계; 및 미리 결정된 규칙에 의해, 상기 획득한 복수 개의 MRI 데이터로부터 주파수 특성을 산출하는 단계를 수행하도록 되어 있다. According to another aspect of the present invention, there is provided an MRI apparatus including: an MRI imaging technique that uses a gradient magnetic field pattern signal to resonate at a specific frequency and detect a magnetic field vibration signal whose phase is unknown at a specific time point, The process of obtaining is used. Obtaining a plurality of MRI data by repeating the process a plurality of times while changing a relative phase between the gradient magnetic field pattern signal and the magnetic field vibration signal; And a step of calculating a frequency characteristic from the obtained plurality of MRI data by a predetermined rule.

본 발명의 다른 관점에 따라 제공되는 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체는, MRI 장치가, 특정 주파수로 공진하되 발생구간 및 특정시점에서의 위상이 알려지지 않은 자계진동신호를 감지하기 위해, 경사자계 패턴신호를 이용하는 MRI 영상기법으로 MRI 데이터를 얻는 프로세스를 이용하며, 상기 경사자계 패턴신호와 상기 자계진동신호 간의 상대적인 위상을 변화시키면서 상기 프로세스를 복수 회 반복하여 수행함으로써, 복수 개의 MRI 데이터를 획득하는 단계; 및 미리 결정된 규칙에 의해, 상기 획득한 복수 개의 MRI 데이터로부터 주파수 특성을 산출하는 단계;를 수행하도록 하는 프로그램이 기록되어 있다. According to another aspect of the present invention, there is provided a computer-readable medium having a magnetic resonance imaging apparatus in which an MRI apparatus generates a gradient magnetic field pattern signal to resonate at a specific frequency and detect a magnetic field vibration signal, Obtaining a plurality of MRI data by performing the process repeatedly a plurality of times while changing a relative phase between the gradient magnetic field pattern signal and the magnetic field vibration signal using a process of obtaining MRI data using the MRI imaging technique to be used; And a step of calculating a frequency characteristic from the obtained plurality of MRI data by a predetermined rule.

본 발명의 또 다른 관점에 따라 제공되는 자기공명신호 처리방법은, 발생구간 및 특정시점에서의 위상이 알려지지 않은 자계진동신호를 감지하기 위해, 미리 결정된 진동 주파수를 갖는 진동 경사자계 패턴신호를 이용하는 MRI 영상기법으로 MRI 데이터를 얻는 프로세스를 이용하는 자기공명신호 처리방법이다. 이 방법은, 상기 진동 경사자계 패턴신호와 상기 자계진동신호 간의 상대적인 위상을 변화시키면서 상기 프로세스를 복수 회 반복하여 수행함으로써, 복수 개의 MRI 데이터를 획득하는 단계; 및 미리 결정된 규칙에 의해, 상기 획득한 복수 개의 MRI 데이터로부터 상기 미리 결정된 진동 주파수에 관한 값을 산출하는 단계를 포함하는 제1 프로세스를 이용한다. 그리고 상기 미리 결정된 진동 주파수가 P개의 서로 다른 값을 갖도록 상기 제1 프로세스를 P번 수행함으로써, 상기 각각의 제1 프로세스에 대하여 상기 미리 결정된 진동 주파수에 관한 값을 P개 획득하는 단계를 포함한다. According to still another aspect of the present invention, there is provided a magnetic resonance signal processing method comprising: detecting an MRI signal using a vibration gradient magnetic field pattern signal having a predetermined vibration frequency to detect a magnetic field vibration signal whose phase is unknown at a generation time point and a specific time point; Is a magnetic resonance signal processing method using a process of obtaining MRI data by an imaging technique. The method includes: obtaining a plurality of MRI data by repeating the process a plurality of times while changing a relative phase between the vibration gradient magnetic field pattern signal and the magnetic field vibration signal; And a step of calculating a value relating to the predetermined vibration frequency from the obtained plurality of MRI data by a predetermined rule. And obtaining P values for the predetermined vibration frequency for each of the first processes by performing the first process P times so that the predetermined vibration frequency has P different values.

본 발명의 또 다른 관점에 의해 제공되는 뉴런공진 자기공명영상 방법은, 특정 주파수로 공진하는 뉴런 신호를 감지하기 위해, 진동 경사자계 패턴을 가지는 MRI 영상 기법으로 영상을 얻는 제1 프로세스를 수행하는 단계; 상기 제1 프로세스를 N번 반복하여 N개의 서로 다른 뉴런 공진 위상들에 대해 각각 MRI 영상을 획득하는 제 2단계를 포함하여, 상기 제 2단계 작업을 M번 반복하여 복수 개의 MRI 영상을 획득하는 제2 프로세스를 수행하는 단계; 및 상기 복수 개의 다중위상 MRI 영상 전체 또는 그 일부를 푸리에 변환을 통해 스펙트럼으로 분석하여 미리 결정된 규칙에 의해 산출하는 제3 프로세스를 수행하는 단계를 포함한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a neuron resonance magnetic resonance imaging method, comprising: performing a first process of acquiring an image using an MRI imaging technique having a vibration gradient magnetic field pattern to sense a neuron signal resonating at a specific frequency ; And a second step of repeating the first process N times to acquire an MRI image for each of N different neuron resonance phases, wherein the second step is repeated M times to acquire a plurality of MRI images 2 performing a process; And performing a third process of analyzing all or a part of the plurality of multiphase MRI images by spectral analysis through Fourier transform and calculating the spectrum by a predetermined rule.

이때, 상기 특정 주파수는 상기 경사자계 패턴신호의 주파수와 동일할 수 있다. At this time, the specific frequency may be the same as the frequency of the gradient magnetic field pattern signal.

이때, 상기 제3 프로세스에서, 상기 미리 결정된 규칙은 상기 다중위상 데이터의 주파수 성분 중 상기 특정한 주파수로 공진하는 뉴런 성분을 찾아낼 수 있다.At this time, in the third process, the predetermined rule can find a neuron component that resonates at the specific frequency among the frequency components of the multi-phase data.

이때, 상기 N개의 뉴런공진 위상들의 차이는 2*pi/N의 정수배를 만족할 수 있다.At this time, the difference of the N neuron resonance phases may satisfy an integral multiple of 2 * pi / N.

이때, 상기 N개의 뉴런공진 위상들의 차이를 2*pi/N의 정수배로 만들기 위해 MRI 영상 파라메터 중 반복 시간(time to repeat, TR)을 조절할 수 있다.At this time, it is possible to adjust the time to repeat (TR) of the MRI image parameters in order to make the difference of the N neuron resonance phases an integral multiple of 2 * pi / N.

이때, 상기 제3 프로세스에서, 상기 복수 개의 MRI 데이터를 분할하여, 상기 분할된 데이터 각각에 푸리에 변환을 하여 뉴런의 신호 변화에 대한 시간축 데이터를 획득하도록 되어 있을 수 있다.In this case, in the third process, the plurality of MRI data may be divided, and Fourier transform may be performed on each of the divided data to obtain time-base data for a signal change of the neuron.

이때, 상기 진동 경사자계 패턴은 multi-echo gradient echo 영상 기법에서 이용하는 bipolar readout gradient 패턴일 수 있다.At this time, the vibration gradient magnetic field pattern may be a bipolar readout gradient pattern used in a multi-echo gradient echo imaging technique.

이때, 상기 진동 경사자계 패턴은 X, Y, Z 같이 공간상의 여러 다른 방향으로 적용할 수 있다.At this time, the vibration gradient magnetic field pattern can be applied to various directions in space such as X, Y, and Z.

본 발명의 또 다른 관점에 의해 제공되는 MRI 장치는, MRI 영상 획득부 및 상기 MRI 영상 획득부의 오퍼레이션을 제어하도록 되어 있는 처리부를 포함하는 MRI 장치이다. 이때, 상기 처리부는, 특정 주파수로 공진하는 뉴런 신호를 감지하기 위해, 진동 경사자계 패턴을 가지는 MRI 영상 기법으로 영상을 얻는 제1 프로세스를 수행하는 단계; 상기 제1 프로세스를 N번 반복하여 N개의 서로 다른 뉴런 공진 위상들에 대해 각각 MRI 영상을 획득하는 제 2단계를 포함하여, 상기 제 2단계 작업을 M번 반복하여 복수 개의 MRI 영상을 획득하는 제2 프로세스를 수행하는 단계; 및 상기 복수 개의 다중위상 MRI 영상 전체 또는 그 일부를 푸리에 변환을 통해 스펙트럼으로 분석하여 미리 결정된 규칙에 의해 산출하는 제3 프로세스를 수행하는 단계를 수행하도록 되어 있다. An MRI apparatus provided by another aspect of the present invention is an MRI apparatus including an MRI image acquisition unit and a processing unit configured to control the operation of the MRI image acquisition unit. In this case, the processing unit may include: performing a first process of obtaining an image using an MRI imaging technique having a vibration gradient magnetic field pattern to sense a neuron signal resonating at a specific frequency; And a second step of repeating the first process N times to acquire an MRI image for each of N different neuron resonance phases, wherein the second step is repeated M times to acquire a plurality of MRI images 2 performing a process; And performing a third process of analyzing all or a part of the plurality of multiphase MRI images by spectral analysis through Fourier transform and calculating the spectrum by a predetermined rule.

본 발명의 또 다른 관점에 의해 제공되는 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체는, MRI 장치가, 특정 주파수로 공진하는 뉴런 신호를 감지하기 위해, 진동 경사자계 패턴을 가지는 MRI 영상 기법으로 영상을 얻는 제1 프로세스를 수행하는 단계; 상기 제1 프로세스를 N번 반복하여 N개의 서로 다른 뉴런 공진 위상들에 대해 각각 MRI 영상을 획득하는 제 2단계를 포함하여, 상기 제 2단계 작업을 M번 반복하여 복수 개의 MRI 영상을 획득하는 제2 프로세스를 수행하는 단계; 및 상기 복수 개의 다중위상 MRI 영상 전체 또는 그 일부를 푸리에 변환을 통해 스펙트럼으로 분석하여 미리 결정된 규칙에 의해 산출하는 제3 프로세스를 수행하는 단계를 수행하도록 하는 프로그램이 기록된, 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체이다.According to another aspect of the present invention, there is provided a computer-readable medium having a first process for obtaining an image by an MRI imaging technique having a vibration gradient magnetic field pattern in order to detect a neuron signal resonating at a specific frequency, ; And a second step of repeating the first process N times to acquire an MRI image for each of N different neuron resonance phases, wherein the second step is repeated M times to acquire a plurality of MRI images 2 performing a process; And performing a third process of analyzing all or a part of the plurality of multiphase MRI images by a spectrum through Fourier transform and calculating the spectrum by a predetermined rule, wherein the program is recorded in a computer-readable medium to be.

본 발명의 또 다른 관점에 따라 제공되는 MRI 시계열 획득 데이터 처리방법은, 미리 결정된 주파수를 갖는 진동 경사자계 패턴신호를 이용하여 MRI 데이터 세트를 획득하는 제1단계를 포함하며, 상기 제1단계를 상기 진동 경사자계 패턴신호의 1주기 동안 N번 반복 수행함으로써 N개의 MRI 데이터 세트를 획득하도록 되어 있는 제1 프로세스를 수행하는 단계; 상기 N개의 MRI 데이터 세트 각각에 대하여, 상기 각각의 MRI 데이터 세트가 나타내는 전체 이미지 중 제1 이미지 영역에 매핑된 신호의 에너지를 계산함으로써, 상기 제1 이미지 영역에 매핑된 시신호의 시간에 따른 에너지 변화를 나타내는 시간축 데이터를 획득하는 제2 프로세스를 수행하는 단계; 및 상기 시간축 데이터의 주파수 성분 중 특정 주파수 성분에 관한 값을 미리 결정된 규칙에 의해 산출하는 제3 프로세스를 수행하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for processing MRI time series acquisition data comprising a first step of acquiring an MRI data set using a vibration gradient magnetic field pattern signal having a predetermined frequency, Performing a first process wherein the first process is adapted to obtain N sets of MRI data by performing N iterations during one period of the vibration gradient magnetic field pattern signal; For each of the N MRI data sets, energy of a signal mapped to a first image area of the total image represented by each of the MRI data sets is calculated so that an energy change Performing a second process of acquiring time-base data representing the time-axis data; And a third process of calculating a value relating to a specific frequency component of frequency components of the time-base data by a predetermined rule.

이때, 상기 제3 프로세스는, 상기 시간축 데이터를 푸리에 변환하는 단계를 포함할 수 있다.In this case, the third process may include Fourier transforming the time-base data.

이때, 상기 특정 주파수는 상기 진동 경사자계 패턴신호의 주파수와 동일할 수 있다.At this time, the specific frequency may be the same as the frequency of the vibration gradient magnetic field pattern signal.

이때, 상기 N개의 MRI 데이터 세트는 뉴런공간에 관하여 얻은 자료일 수 있다.At this time, the N MRI data sets may be data obtained with respect to the neuron space.

이때, 상기 N개의 진동 경사자계 패턴신호들의 위상차이는 2*pi/N의 정수배를 만족할 수 있다.At this time, the phase difference of the N vibration gradient magnetic pattern signals may be an integral multiple of 2 * pi / N.

이때, 상기 제2 프로세스 및 상기 제3프로세스를, 상기 전체 이미지 중 상기 제1 이미지 영역 및 상기 전체 이미지 중 제2 이미지 영역에 대하여 반복적으로 수행하여 그 결과들을 저장하도록 되어 있을 수 있다.At this time, the second process and the third process may be repeatedly performed on the first image area and the second image area of the entire image of the entire image, and the results thereof are stored.

이때, 상기 제1 프로세스를 M회 반복하여 수행하고, 상기 M회 반복하여 수행된 결과 얻을 수 있는 M개의 결과 데이터를 이용하여, 상기 제2 프로세스 및 상기 제3 프로세스를 M번 반복하여 수행하도록 되어 있을 수 있다.At this time, the first process is repeated M times, and the second process and the third process are repeated M times using M result data obtained as a result of performing M times repeatedly Can be.

이때, 상기 제1 프로세스에서, 상기 진동 경사자계 패턴신호의 M개 주기 동안 상기 제1 프로세스를 M회 반복하여 수행하여 복수 개의 MRI 데이터 세트를 획득하도록 되어 있고, 상기 제2 프로세스에서, 상기 복수 개의 MRI 데이터 세트 각각에 대하여, 상기 각각의 MRI 데이터 세트가 나타내는 전체 이미지 중 제1 이미지 영역에 매핑된 신호의 에너지를 계산함으로써, 상기 제1 이미지 영역에 매핑된 신호의 시간에 따른 에너지 변화를 나타내는 시간축 데이터를 획득하도록 되어 있고, 상기 제3 프로세스에서, 상기 M개 주기 동안 획득한 상기 시간축 데이터의 주파수 성분 중 특정 주파수 성분에 관한 값을 미리 결정된 규칙에 의해 산출하도록 되어 있을 수 있다.Wherein in the first process, the first process is repeated M times for M periods of the vibration gradient magnetic field pattern signal to obtain a plurality of MRI data sets, and in the second process, For each of the MRI data sets, calculating energy of a signal mapped to a first image area of the total image represented by the respective MRI data set, And in the third process, a value relating to a specific frequency component among frequency components of the time axis data acquired during the M periods may be calculated by a predetermined rule.

이때, 상기 진동 경사자계 패턴신호는 multi-echo gradient echo 영상 기법에서 이용하는 bipolar readout gradient 패턴 신호일 수 있다.At this time, the vibration gradient magnetic field pattern signal may be a bipolar readout gradient pattern signal used in a multi-echo gradient echo imaging method.

본 발명에 따르면 뉴런의 공진주파수에 맞춰 진동하는 경사자계 패턴을 MRI 영상 기법에 적용하여 뉴런의 신호를 극대화하는 기술을 이용할 수 있다. According to the present invention, it is possible to use a technique of maximizing the signal of a neuron by applying an oblique magnetic field pattern oscillating in accordance with the resonance frequency of the neuron to the MRI imaging technique.

또한, 다중위상 영상 획득을 반복적으로 수행한 후 푸리에(Fourier) 해석법을 통해 뉴런의 공진주파수에 해당하는 성분을 추출해내는 방법을 이용하여, 뉴런의 전류에 의한 MRI 신호가 매우 작다는 문제점과 뉴런 공진 현상은 시간적인 구간과 위상이 무작위로 일어난다는 문제점을 해결할 수 있다. 이러한 반복적인 다중위상 영상 획득 방법과 푸리에 해석법을 이용하여 뉴런의 신호를 주파수 선택적으로 추출해낼 수 있을 뿐만 아니라, 시간적인 에버리징 효과(averaging effect)를 통해 신호 대 잡음비(signal-to-noise ratio, S/N ratio)를 크게 개선할 수 있다. In addition, by repeating the multi-phase image acquisition and extracting the component corresponding to the resonance frequency of the neuron through the Fourier analysis method, the problem that the MRI signal due to the current of the neuron is very small, The phenomenon can solve the problem that the temporal interval and the phase occur randomly. The neuron signal can be frequency-selectively extracted by using the repetitive multi-phase image acquisition method and the Fourier analysis method, and signal-to-noise ratio (SNR) can be obtained through a temporal averaging effect. S / N ratio) can be greatly improved.

또한, 기존에 불가능했던 뇌 영역간 주파수 대역별 통신채널 지도를 완성하고, 이를 통해 뇌기능 및 뇌질환에 관련된 구체적인 주파수 및 해당 뇌 영역을 파악할 수 있는 기초 기술을 제공할 수 있다. In addition, it is possible to provide a basic technique for identifying a specific frequency and a brain region related to brain function and brain disease by completing a communication channel map for each frequency region between brain regions which has not been previously possible.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 뉴런공진 자기공명영상(NR-MRI)에서, 주파수 선택적인 뇌 영역 간의 통신을 나타내는 도면이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 뉴런공진 자기공명영상(NR-MRI)에 대한 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 뉴런공진 자기공명영상(NR-MRI)의 실험 연구에 대한 모식도를 나타낸다.
도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 일 실시예에 따른 뉴런공진 자기공명영상(NR-MRI)의 모의실험 결과를 나타내는 그래프이다.
1 is a diagram illustrating communication between frequency selective brain regions in a neuron resonance magnetic resonance imaging (NR-MRI) according to an embodiment of the present invention.
2A to 2C are schematic diagrams of a neuron resonance magnetic resonance imaging (NR-MRI) according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 shows a schematic diagram of an experimental study of a neuron resonance magnetic resonance imaging (NR-MRI) according to an embodiment of the present invention.
4A to 4F are graphs showing simulation results of a neuron resonance magnetic resonance imaging (NR-MRI) according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참고하여 설명한다. 그러나 본 발명은 본 명세서에서 설명하는 실시예에 한정되지 않으며 여러 가지 다른 형태로 구현될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어는 실시예의 이해를 돕기 위한 것이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 의도된 것이 아니다. 또한, 이하에서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein, but may be implemented in various other forms. The terminology used herein is for the purpose of understanding the embodiments and is not intended to limit the scope of the present invention. In addition, the singular forms used below include plural forms unless the phrases expressly have the opposite meaning.

이하, 도 1 내지 도 4f를 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 뉴런공진 자기공명영상에 대해 설명하고자 한다.Hereinafter, a neuron resonance MRI image according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4F.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 뉴런공진 자기공명영상(NR-MRI)에서, 주파수 선택적인 뇌 영역 간의 통신을 나타내는 도면이다.1 is a diagram illustrating communication between frequency selective brain regions in a neuron resonance magnetic resonance imaging (NR-MRI) according to an embodiment of the present invention.

포유류의 뇌는 뉴런 간의 상호작용에 의해 뉴런의 집단 내 공진을 보인다. 도 1에 도시한 바와 같이, 하나의 뉴런 그룹(NG1)은 특정한 주파수에 맞춰서 공진하고 같은 주파수로 공진하는 다른 뉴런 그룹(NG2)과 선택적으로 통신한다. The mammalian brain exhibits resonance in the population of neurons by interactions between neurons. As shown in Fig. 1, one neuron group NG1 selectively communicates with another neuron group NG2 that resonates at a specific frequency and resonates at the same frequency.

따라서 본 발명에서는 이러한 주파수 선택적인 뇌 영역 간 통신 신호를 측정할 수 있는 뉴런공진 자기공명영상(NR-MRI)을 제공하고자 한다.
Accordingly, the present invention provides a neuron resonance magnetic resonance imaging (NR-MRI) capable of measuring frequency-selective inter-brain communication signals.

도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 뉴런공진 자기공명영상(NR-MRI)에 대한 모식도이다. 도 2a는 뉴런공진 자기공명영상의 펄스 다이어그램(Pulse Diagram)에 관한 도면이고, 도 2b는 뉴런공진 자기공명영상의 다중위상 측정법(왼쪽)과 다중위상에 따른 시간적인 신호의 변화 및 푸리에 해석법(오른쪽)에 대한 모식도이며, 도 2c는 뉴런의 위상에 무관한 뉴런 공진 감지법(phase-insensitive oscillation detection)에 대한 모식도를 나타낸다. 2A to 2C are schematic diagrams of a neuron resonance magnetic resonance imaging (NR-MRI) according to an embodiment of the present invention. FIG. 2A is a diagram of a pulse diagram of a neuron resonance magnetic resonance image. FIG. 2B is a graph showing the relationship between a multiphase measurement (left) of a neuron resonance magnetic resonance image (left) And FIG. 2C is a schematic diagram of phase-insensitive oscillation detection independent of the phase of the neuron.

이때, 도 2a에서, (i)은 NR-MRI에 대한 모식도이고, (ii)는 NR-MRI에 쓰일 수 있는 ME-GE(multi-echo gradient echo)에 대한 펄스 열에 대한 도면이며, (iii)은 해당 K-영역 사진과 영상의 일 예를 나타내는 도면이다.(Ii) is a plot of a pulse train for a multi-echo gradient echo (ME-GE) that can be used for an NR-MRI, and (iii) Is a diagram showing an example of a K-region photograph and an image.

도 2a의 (i)에서 NR-MRI는 초전도 자석(10), 그레디언트 코일(20), 그레디언트 코일-Z(21), 그레디언트 코일-Y(22), 및 전파 송수신 코일(30)을 포함할 수 있다.2A, the NR-MRI can include a superconducting magnet 10, a gradient coil 20, a gradient coil-Z 21, a gradient coil-Y 22, and a radio transmission / reception coil 30 have.

도 2a의 (ii)에서 그래프(91~96)는 각각, 전파 송수신 코일(30)에서 송신한 RF 신호(91), 그레디언트 Z 신호펄스(92), 그레디언트 Y 펄스(93), 그레디언트 X 펄스(94), 전파 송수신 코일(30)에서 수신한 RX 신호(95), 및 NR-MRI 내에 배치된 생물체의 뉴런 공진 파형(96)의 예를 나타낸다.The graphs 91 to 96 in FIG. 2A represent the RF signal 91, the gradient Z signal pulse 92, the gradient Y pulse 93, and the gradient X pulse 94, an RX signal 95 received by the radio transmission / reception coil 30, and an example of a neuron resonance waveform 96 of an organism disposed in the NR-MRI.

도 2a의 (iii)은 도 2a의 (ii)에서 수신한 RX 신호(95)를 이용하여 K-영역을 구성한 예 및, K-영역을 FFT함으로써 생성한 뇌 이미지의 예를 나타낸 것이다. (Iii) of FIG. 2A shows an example of a brain image generated by performing a K-region FFT using the RX signal 95 received in (ii) of FIG.

도 2a에 따르면, ME-GE에서 양극성 읽기 경사자장의 진동주파수는 뉴런의 공진주파수에 맞춰질 수 있으며, 나중에 얻은 에코 신호가 뉴런과 더 오랫동안 공진해서 더 강한 뉴런 신호를 반영하므로 K-영역의 가운데 부분을 채울 수 있다. According to FIG. 2A, in ME-GE, the oscillating frequency of the bipolar reading gradient field can be adjusted to the resonance frequency of the neuron, and the later acquired echo signal resonates with the neuron for a longer time to reflect stronger neuronal signals, Lt; / RTI >

도 2b에 도시된 뉴런공진 자기공명영상의 다중위상 측정법에서, 반복시간 (time to repeat, TR)은 MRI 영상획득 대비 뉴런 공진의 시간 위상이 매 TR마다 2π/N (N : 다중위상의 수) 만큼 증가하도록 설정하였다. In the multi-phase measurement of the neuron resonance MRI image shown in FIG. 2B, the time to repeat (TR) is set such that the time phase of the neuron resonance versus acquisition of the MRI image is 2π / N (N: .

도 2b에 따르면, 상기 다중위상 측정법은 M 싸이클 반복되어 수행될 수 있다. 각 싸이클에서, ME-GE에 대한 펄스 열은 N회 반복되어 제공될 수 있다. 이하, 각 싸이클에서의 ME-GE에 대한 펄스 열의 제공방법을 설명한다. According to FIG. 2B, the multi-phase measurement method may be performed by repeating M cycles. In each cycle, the pulse train for ME-GE can be provided N times repeatedly. Hereinafter, a method of providing pulse trains for ME-GE in each cycle will be described.

상기 다중위상 측정법이 수행되는 동안, 뉴런 공진 파형(96)이 TNO의 주기를 갖는다고 가정할 수 있다. 이때, 본 발명의 일 실시예에서는 다음의 두 가지 조건을 만족하도록 펄스 열을 제공할 수 있다. 첫째, N회 반복되어 제공되는 펄스 열의 주기가 상기 가정된 뉴런 공진 파형(96)의 주기 TNO와 동일하게 설정한다. 둘째, 상기 N회 반복되어 제공되는 펄스 열 중 (i)번째 펄스 열의 발생시점이 (i-1)번째 펄스 열의 발생시점으로부터 K*TNO+2π/N 만큼 딜레이 되도록 한다(단, i=2~N). 여기서 K*TNO은 상기 뉴런 공진 파형(96)의 공진주기의 정수 배를 의미한다. 이렇게 하면 상기 N회 반복되는 펄스 열이 상기 뉴런 공진 파형(96)에 대하여 가지는 위상은 서로 다르게 된다. 본 명세서에서는 이를 '다중위상'이라는 용어로 표현할 수 있다. 예컨대, 도 2a에서 (i)번째 펄스 열의 발생시점은 뉴런 공진 파형(96) 중 음에서 양으로 향하는 0점 교차 시점으로부터 i*2π/N 만큼 딜레이 된다. 즉, (i)번째 펄스 열과 뉴런 공진 파형(96) 사이에는 φi = i*2π/N 만큼의 위상차가 존재한다.While the multiphase measurement is being performed, it can be assumed that the neuron resonance waveform 96 has a period of T NO . At this time, in one embodiment of the present invention, a pulse train may be provided so as to satisfy the following two conditions. First, the period of the pulse train provided repeated N times is set equal to the period T NO of the assumed neuron resonance waveform 96. (Ii) the generation time of the (i) th pulse train among the pulse train provided N times repeatedly is delayed by K * T NO + 2π / N from the generation time of the (i-1) ~ N). Here, K * T NO means an integer multiple of the resonance period of the neuron resonance waveform 96. In this way, the phases of the pulse train repeated N times are different from each other in phase with respect to the neuron resonance waveform 96. In the present specification, this can be expressed by the term " multi-phase ". For example, in Fig. 2A, the generation timing of the (i) th pulse train is delayed by i * 2? / N from the zero crossing point of the neuron resonance waveform 96 toward the positive direction. That is, there exists a phase difference of? I = i * 2? / N between the (i) th pulse train and the neuron resonance waveform 96.

이때, 도 2c는, 예컨대, 상기 다중위상 측정법에 따른 상기 펄스 열의 주기가 TNO이고, 뇌의 영역(A) 및 영역(B)에서의 뉴런 공진 주기가 TNO이고, 뇌의 영역(C)에서의 뉴런 공진 주기가 TNO와 다른 경우에 얻을 수 있는 결과를 나타낸 것이다. 이때, 뇌의 영역(C)에서의 뉴런이 공진하지 않을 수도 있다.2C is a diagram showing a case where the period of the pulse train according to the multi-phase measurement method is T NO , the neuron resonance period in the regions A and B of the brain is T NO , the resonance period of the neurons in a shows results that can be obtained in other cases, and T NO. At this time, neurons in the brain region C may not resonate.

도 2c의 (i), (ii), 및 (iii)의 그래프(201, 202, 203)는 각각, 뇌의 영역(A), 영역(B), 영역(C)에 대하여 상기 다중위상 측정법으로 획득한 시간에 따른 에너지의 크기를 나타낸 것이다. 뇌의 영역(A) 및 (B)에 대해서는 그래프(201, 202)가 주기성을 가질 수 있으나, 영역(B)에 대한 그래프(203)에서는 주기성을 갖지 않을 수 있다. The graphs 201, 202, and 203 of (i), (ii), and (iii) in FIG. 2C are graphs of the brain regions A, B, And the amount of energy according to the acquired time. The graphs 201 and 202 may have periodicity with respect to regions A and B of the brain but may not have periodicity in the graph 203 with respect to region B. [

도 2c의 (iv), (v), 및 (vi)는 각각 도 2c의 (i), (ii), 및 (iii)의 그래프(201, 202, 203)을 FFT한 결과 얻은 그래프(211, 212, 213)를 나타낸다. 그래프(211, 212)에서는 공진 주파수가 fNO인 것으로 나타나지만, 그래프(213)에서는 특별한 공진 주파수가 없는 것으로 나타난다. 결과적으로 도 2c의 (iv), (v), 및 (vi)를 해석함으로써, 뇌의 영역(A) 및 (B) 부분이 상기 펄스 열의 주기가 TNO와 동일한 주기로 공진하는 영역임을 알 수 있다.(Iv), (v) and (vi) of FIG. 2c are graphs 211, 212, and 213 obtained by performing FFT on the graphs 201, 202, and 203 of (i) 212, and 213, respectively. In the graphs 211 and 212, the resonance frequency is shown as f NO , but the graph 213 shows that there is no special resonance frequency. As a result, by interpreting (iv), (v), and (vi) in FIG. 2C, it can be seen that the regions A and B of the brain are regions where the period of the pulse train resonates at a period equal to T NO .

도 2a 내지 도 2c를 참고하여 설명하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 뉴런공진 자기공명영상은, 뉴런의 공진 주파수에 맞춰서 진동하는 경사자장을 MRI 영상 기법에 적용함으로써 뉴런에 의한 MRI 신호 변화를 극대화할 수 있다.2A to 2C, a neuron resonance MRI image according to an exemplary embodiment of the present invention applies an MRI imaging technique to an oblique magnetic field that oscillates in accordance with a resonance frequency of a neuron, Can be maximized.

뉴런의 전기신호를 직접적으로 검출(detect)하기 위한 기존의 MRI 기법들은 크게 두 가지 문제가 있다. 첫째는 MRI 신호 변화가 너무 작다는 점이고, 둘째는 뉴런의 공진 현상이 시간적인 위상과 구간에 대한 규칙 없이 거의 무작위로 일어난다는 점이다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 뉴런공진 자기공명영상은, 뉴런의 공진주파수에 맞춘 다중위상 측정을 반복적으로 수행한 후 푸리에 해석법을 적용함으로써 상기 문제점들을 해결하고자 한다.Conventional MRI techniques for directly detecting the electrical signals of neurons have two problems. The first is that the MRI signal changes are too small, and the second is that the resonance phenomenon of the neurons takes place almost randomly, without the rule of temporal phase and interval. Therefore, the neuron resonance MRI according to an embodiment of the present invention solves the above problems by repeatedly performing multiphase measurement corresponding to the resonance frequency of the neuron, and then applying the Fourier analysis method.

뉴런의 공진을 MRI로 검출(detect)하려는 시도가 있었지만, 그에 대한 가능 여부가 지난 10년 간 논란이 되어 왔다. 가장 주요한 이유 중에 하나는 뉴런의 공진에 의한 MRI 신호변화가 매우 낮다는 점이다. 또 다른 중요한 문제는 뉴런의 공진이 일어나는 시간적인 구간과 위상이 무작위이고 우리에게 전혀 알려져 있지 않아서 MRI 영상 획득과 동기화가 거의 불가능하다는 점이다. 또 다른 문제점은 뉴런이 주기적으로 공진하기 때문에, MRI 영상 획득을 위해 RF 에너지를 보내고 받는 사이에 한번 이상 공진하게 될 확률이 높고 이 경우 실제 MRI에서 RF 신호를 받을 때는 뉴런의 공진에 의한 MRI 신호 변화가 거의 다 상쇄된 이후가 된다는 점이다. 이러한 점들 때문에 기존 방법들의 가능 여부가 논란이 된 것으로 생각된다.There has been an attempt to detect the resonance of a neuron by MRI, but the possibility of it has been controversial for the last decade. One of the main reasons is that the change in MRI signal due to resonance of the neurons is very low. Another important problem is that the time interval and phase of the resonance of the neurons are random and not known to us, making it almost impossible to acquire and synchronize MRI images. Another problem is that since the neurons periodically resonate, there is a high probability that they resonate more than once between sending and receiving RF energy for acquiring MRI images. In this case, when an RF signal is received by an actual MRI, Is almost completely canceled. It is thought that the possibility of existing methods is controversial because of these points.

본 발명의 일 실시예에 따른 뉴런공진 자기공명영상은, 뉴런의 공진을 MRI로 직접적으로 검출(detect)하기 위한 새로운 MRI 영상 기법으로써, 크게 3가지 요소로 구성되어 있다. 새로운 MRI 영상 기법의 3가지 요소로써, (i) 뉴런의 공진주파수에 맞춰서 공진하는 경사자계 패턴을 MRI 영상 기법에 적용한 점, (ii) 뉴런의 공진주파수에 맞춰 다중 위상의 신호를 반복적으로 얻는 것, (iii) 푸리에 해석법을 적용해서 뉴런의 공진주파수에 해당 주파수 성분을 분리해내는 것이 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 뉴런공진 자기공명영상 방법에 따르면, 다른 원하지 않는 신호들, 예를 들면 뉴런과 혈관의 연관성에 의한 신호 (hemodynamic response), 움직임이나 flow, MRI 시스템상의 에러들, 뉴런의 공진주파수와 경사자계 전류 공진 주파수 간의 harmonic 주파수 성분들, 그리고 noise 성분들 등을 걸러내고 원하는 뉴런의 공진주파수 성분만 분리해낼 수 있다. The neuron resonance MRI according to an embodiment of the present invention is a new MRI imaging technique for directly detecting the resonance of a neuron with MRI, and is largely composed of three components. As the three elements of the new MRI imaging technique, (i) the gradient magnetic field pattern resonating to the resonance frequency of the neuron is applied to the MRI imaging technique, (ii) the multi-phase signal is repeatedly obtained according to the resonance frequency of the neuron , and (iii) applying the Fourier analysis method to separate the frequency components from the resonance frequency of the neuron. That is, according to the neuron resonance magnetic resonance imaging method according to the embodiment of the present invention, other undesired signals such as hemodynamic response, movement or flow due to neurons and blood flow, errors on the MRI system , Harmonic frequency components between the resonance frequency of the neuron and the gradient magnetic field current resonance frequency, noise components, and the like, and only the resonance frequency component of the desired neuron can be separated.

본 발명의 일 실시예에 따른 뉴런공진 자기공명영상을 구현하기 위해, 뉴런 공진 진동 경사자장(neuronal-resonance oscillating gradient, NROG)을 몇몇 MRI 영상 기법들에 접목할 수 있다. 즉, ME-GE(Multi-Echo Gradient Echo), SE-EPI(Spin-Echo Echo Planar Imaging), 및 GE(Gradient Echo) 같은 영상 기법들에 구현할 수 있다. 도 2a에 따르면, 모든 MRI 시스템은 3개의 경사자계 코일을 가지고 있는데, MRI에서 3개의 경사자계 코일들이 3 방향으로 자장의 크기를 리니어(linear)하게 변조함으로써 공간적인 영상 정보, 즉, 이미징(imaging)이 가능하게 한다. SE-EPI(Spin-Echo Echo Planar Imaging)와 GE(Gradient Echo)는 독립적인 "뉴런 공진 진동 경사자장(NROG)"를 써서 구현할 수 있어서 방향성에 따른 뉴런 공진 주파수 특성을 매핑 할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는, SE-EPI(Spin-Echo Echo Planar Imaging)나 GE(Gradient Echo) 대신 ME-GE(Multi-Echo Gradient Echo) 영상 기법에서 원래부터 존재하는 bipolar readout gradient 패턴을 "뉴런 공진 진동 경사자장(NROG)"으로 사용하는 방법에 대해서 중점적으로 설명하고자 한다.In order to realize a neuron resonance magnetic resonance imaging according to an embodiment of the present invention, a neuronal-resonance oscillating gradient (NROG) may be applied to several MRI imaging techniques. That is, it can be implemented in image techniques such as Multi-Echo Gradient Echo (ME-GE), Spin-Echo Echo Planar Imaging (SE-EPI), and Gradient Echo (GE). According to FIG. 2A, all MRI systems have three gradient magnetic coils. In MRI, three gradient magnetic coils linearly modulate the size of the magnetic field in three directions, thereby generating spatial image information, i.e., imaging ). SE-EPI (Spin-Echo Echo Planar Imaging) and GE (Gradient Echo) can be implemented using independent "Neuron Resonant Vibration Gradient Field (NROG)" to map neuron resonance frequency characteristics according to directionality. In an embodiment of the present invention, a bipolar readout gradient pattern originally existing in a multi-echo gradient echo (ME-GE) imaging technique instead of SE-EPI (Spin-Echo Echo Planar Imaging) or GE (Gradient Echo) Resonance vibration gradient magnetic field (NROG) ".

"뉴런 공진 진동 경사자계(NROG)" 패턴을 만들기 위해서, ME-GE(Multi-Echo Gradient Echo) 영상 기법에서는 인접한 두 개의 에코들 간의 간격(echo spacing time, ESP)을 아래의 [식 1]과 같이 뉴런 공진주기의 절반과 같도록 하면 된다.
In the ME-GE (Multi-Echo Gradient Echo) imaging technique, the echo spacing time (ESP) between two adjacent echoes is calculated using the following Equation 1 As long as it is equal to half of the neuron resonance period.

[식 1][Formula 1]

TNO(뉴런공진주기)=2*ESP=bipolar readout gradient 패턴의 주기
T NO (Neuron Resonance Cycle) = 2 * ESP = Period of bipolar readout gradient pattern

ME-GE(Multi-Echo Gradient Echo)에서 다중 에코들은 한 장의 MRI 영상을 만드는데 쓰일 수 있기 때문에 촬영 시간을 줄이는 목적으로 사용될 수 있다. 도 2a에 따르면, 뉴런의 공진과 경사자계 진동이 진행해갈수록 그로 인한 MRI 신호의 변화는 더 커지기 때문에, 나중에 얻은 에코 데이터가 더 강한 뉴런 공진 신호를 가지게 되므로 MRI K-space 데이터 구성 시 가운데 부분을 차지하게 하고 반대로 처음 얻은 에코 데이터는 MRI K-space 데이터의 가장자리를 차지하도록 구성하는 것이 유리하다. In multi-echo gradient echo (ME-GE), multiple echoes can be used to create a single MRI image, which can be used to reduce imaging time. According to FIG. 2A, as the resonance of the neuron and the gradient magnetic field vibration progress, the resulting change in the MRI signal becomes larger. Therefore, the echo data obtained later has a stronger neuron resonance signal. And conversely, it is advantageous to configure the echo data initially acquired to occupy the edge of the MRI K-space data.

그러나 에코 신호의 크기는 T2* (보통 < 80ms)라 불리는 시 정수에 따라 기하급수적으로 줄어들기 때문에, 두 가지 서로 상충하는 영향들(뉴런의 공진 신호가 누적해서 커지는 면과 T2*에 따라 신호가 기하급수적으로 감소하는 현상)에 대해 균형을 맞출 필요가 있다. 최종적으로 ME-GE에서 다중에코의 수는 여러 가지 요인들, 즉 주 자기장의 크기, 영상의 공간해상도, 및 보고자 하는 공진주파수 등에 대해 실험과 시뮬레이션(simulation)을 통해 최적화되어야 한다.However, since the magnitude of the echo signal decreases exponentially with a time constant called T2 * (usually <80ms), two conflicting effects (the signal with a cumulatively large neuron resonance signal and a T2 * A phenomenon of exponential decay). Finally, the number of multiple echoes in the ME-GE should be optimized through experimentation and simulation of several factors: the magnitude of the main magnetic field, the spatial resolution of the image, and the resonant frequency to be viewed.

주파수 fNO의 뉴런 공진은 아래의 [식 2]와 같이 표현될 수 있다.The neuron resonance of the frequency f NO can be expressed as [Equation 2] below.

[식 2][Formula 2]

Figure pat00001

Figure pat00001

만일, 도 2a 내지 도 2c와 같이, 뉴런의 공진 위상(φ)이 MRI 진동 경사자계 패턴의 위상과 동일하다면, 뉴런에 의한 MRI 신호 변화는 극대화될 것이다. 그러나 뉴런의 공진 위상은 무작위로 생성되기 때문에, MRI 데이터 획득은 뉴런의 공진 위상에 비해 다중 위상으로 반복적으로 얻어져야 하고 그 결과는 푸리에 해석법으로 분석해야 한다. ME-GE(Multi-Echo Gradient Echo)에서 다중 위상으로 데이터를 얻는 쉬운 방법들 중에 하나는, 반복 시간(time to repeat, TR)을 아래의 [식 3]과 같이 지정해서, 뉴런의 공진 위상과 MRI 경사자계 진동 위상 간에 약간의 차이가 생기도록 하면 된다.
If the resonance phase (phi) of the neuron is the same as the phase of the MRI vibration gradient magnetic field pattern, the change of the MRI signal by the neuron will be maximized as shown in Figs. 2A to 2C. However, since the resonance phase of a neuron is randomly generated, MRI data acquisition must be repeatedly obtained in multiple phases relative to the resonance phase of a neuron, and the result should be analyzed by the Fourier analysis. One of the easiest ways to obtain multi-phase data from multi-echo gradient echo (ME-GE) is to design the time-to-repeat (TR) A slight difference may be caused between the MRI gradient magnetic field vibration phases.

[식 3][Formula 3]

Figure pat00002

Figure pat00002

여기서 NEchoes 와 Nphases 는 각각 다중에코의 수와 다중 위상의 수를 나타낸다. 이때, NEchoes 는 짝수이어야 한다. 위의 [식 3]이 나타내는 것은, TR이 뉴런의 공진 주기의 정수배(

Figure pat00003
)와 공진 주기를 다중 위상의 수로 나눈 값(
Figure pat00004
)을 더한 값임을 의미한다. [식 3]에서, 뉴런의 공진 주기 정수배 term(
Figure pat00005
)은 뉴런의 위상과 진동 경사자계 위상 간의 차이를 바꾸지 않지만, 공진 주기를 다중 위상의 수로 나눈 값 ()은 둘 사이의 위상차를
Figure pat00007
만큼 증가시킨다. 두 위상의 차이는 궁극적으로 매 TR 마다
Figure pat00008
만큼 증가하게 되는데, 이것은 도 2b에서와 같이, 다중 위상 신호를 반복적으로 얻을 때 두 위상의 차이가 Nphases 를 주기로 반복적으로 나타남을 의미한다. 이러한 다중 위상 데이터 획득을 반복함으로써 (i) K-space 영역을 다 채워서 완성된 MRI 영상을 만들고 (ii) 다중 위상 MRI 영상을 반복적으로 얻어서 푸리에 해석법을 적용할 수 있다. Where N Echoes and N phases represent the number of multiple echoes and the number of multiple phases , respectively. At this time, N Echoes must be an even number. [Equation 3] indicates that TR is an integral multiple of the resonance period of the neuron (
Figure pat00003
) And the resonance period divided by the number of multi-phases (
Figure pat00004
) Is added. In Equation (3), the resonance period integral term of the neuron term
Figure pat00005
) Does not change the difference between the phase of the neuron and the phase of the vibration gradient magnetic field, but the value obtained by dividing the resonance period by the number of the multiple phases ) Is the phase difference between the two
Figure pat00007
. The difference between the two phases is ultimately
Figure pat00008
As shown in FIG. 2B, which means that when two or more phases are repeatedly obtained, the difference between the two phases repeatedly appears at intervals of N phases . By repeating the acquisition of the multiphase data, (i) the completed MRI image is obtained by filling the K-space region, and (ii) the multiphase MRI image is repeatedly obtained and the Fourier analysis method can be applied.

그리고 도 2c에서와 같이, 특정 주파수를 가지는 뉴런의 신호는 앞서 언급한 반복적인 다중 위상 영상 획득 시 주기적으로 변하게 되는데, 그 성분은 푸리에 변환을 적용하면 해당 주파수 성분을 찾을 수 있기 때문에 다른 원하지 않는 신호들로부터 정확히 분리해낼 수 있게 된다. 이때, 푸리에 해석법은, 반복적으로 얻은 모든 다중 위상 데이터에 적용될 수도 있지만, 시간적으로 구간을 나누어서 적용함으로써 뉴런의 주파수 특성의 시간적인 변화를 보는 것으로도 적용할 수 있다. 또한, 이러한 시간 분할 해석법(sliding-time window analysis)은 뇌가 휴지 상태(resting-state)에 있을 때나 외부의 자극이 있을 때 기능적인 변화에 따른 뇌 주파수 변화를 보는 것도 가능하게 한다. As shown in FIG. 2C, the signal of a neuron having a specific frequency is periodically changed when the repetitive multi-phase image acquisition mentioned above is performed. When the Fourier transform is applied to the signal, the corresponding frequency component can be found. As shown in FIG. At this time, the Fourier analysis method may be applied to all the repeated multi-phase data, but it can also be applied to the temporal change of the frequency characteristics of the neuron by dividing it by time. In addition, this sliding-time window analysis makes it possible to see brain frequency changes due to functional changes when the brain is in a resting-state or when there are external stimuli.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 뉴런공진 자기공명영상(NR-MRI)의 실험 연구에 대한 모식도를 나타낸다.FIG. 3 shows a schematic diagram of an experimental study of a neuron resonance magnetic resonance imaging (NR-MRI) according to an embodiment of the present invention.

뉴런공진위상과 영상획득 위상의 차이가 매 반복시간(TR) 마다 2π/N 만큼 증가하므로, 다중위상 획득이 반복되면 두 위상 차이가 N을 주기로 반복적으로 나타난다(즉, φ1, φ2, ..., φN, φ1, φ2, ..., φN, φ1, φ2, ..., φN)(도 2b 참조). 이것은 뉴런의 신호가 반복적으로 획득된 다중위상 데이터에 N을 주기로 공진된 형태로 나타난다(도 2c의 (ii), (iii) 참조). 공간상에 존재하는 각각의 MRI 영상 픽셀마다 반복적인 다중위상 데이터가 존재하고, 그 반복적인 다중위상 방향으로 푸리에 변환을 하면, N에 의해 결정되는 뉴런의 주파수에 해당하는 신호를 추출해낼 수 있다(도 2c의 (iv), (v)참조).Since the difference between the neuron resonance phase and the image acquisition phase is increased by 2π / N every repetition time (TR), when the multi-phase acquisition is repeated, two phase differences appear repeatedly in cycles of N (ie, φ 1 , φ 2 ,. ..., φ N , φ 1 , φ 2 , ..., φ N , φ 1 , φ 2 , ..., φ N (see FIG. This appears in resonant form in which the signal of the neuron is periodically cycled to N repeatedly obtained multi-phase data (see (ii), (iii) of FIG. 2C). There is repetitive multiphase data for each MRI image pixel present in space and a Fourier transform is performed in the repeated multiphase direction to extract a signal corresponding to the frequency of the neuron determined by N (Iv) and (v) in FIG. 2C).

도 3의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 뉴런 공진 자기공명영상(NR-MRI)을 이용해서 뉴런의 공진주파수 분포도를 매핑한 결과의 일 예를 나타낸다.3 (a) shows an example of a result obtained by mapping a resonance frequency distribution diagram of a neuron using a neuron resonance magnetic resonance image (NR-MRI) according to an embodiment of the present invention.

도 3의 (b)는 Wilson-Cowan 모델과 같은 집단 모의실험(population simulation)을 최적화하는 알고리즘을 통해 뇌 영역 간 통신 채널을 유추해낸 결과의 예를 나타낸다. 이러한 통신 채널 지도는 서로 주파수 선택적으로 통신하는 뇌 영역들을 밝히는데 적용할 수 있다. 도 3의 (b)에서 참조번호 601은 Wilson-Cowan 모델을 나타내며, 참조번호 602는 여기 집단(excitatory population)을 나타내고, 참조번호 603는 금지 집단(Inhibitory population)을 나타낸다.FIG. 3 (b) shows an example of a result obtained by analogy of a communication channel between brain regions through an algorithm for optimizing a population simulation such as the Wilson-Cowan model. Such a communication channel map can be applied to illuminate brain regions communicating with each other in a frequency selective manner. In FIG. 3 (b), reference numeral 601 denotes a Wilson-Cowan model, reference numeral 602 denotes an excitatory population, and reference numeral 603 denotes an inhibitory population.

도 3의 (c)는 본 발명의 일 실시예에 따라, 각 뇌 영역에 다양한 피드백 루프가 존재하는 분포도를 만들어 낸 결과의 예를 나타낸다.FIG. 3 (c) shows an example of a result of creating a distribution diagram in which various feedback loops exist in each brain region, according to an embodiment of the present invention.

도 3에 도시한 바와 같이, 상술한 뉴런 주파수 매핑 기법은 다양한 뉴런 주파수에 대해서 적용함으로써 주파수 대역에 따른 뉴런의 공진 특성과 뇌 영역 간의 통신 매커니즘을 연구하는데 적용될 수 있다. 이러한 뇌 영역 간 통신 매핑은 시스템 생물학을 통해서 더 발전되고 완성될 수 있다.As shown in FIG. 3, the neuron frequency mapping technique described above can be applied to various neuron frequencies to study resonance characteristics of neurons according to frequency bands and communication mechanisms between brain regions. This mapping of brain-to-brain communication can be further developed and completed through system biology.

진동 경사자계 패턴은 뉴런의 신호를 증대할 수 있지만, 한 번의 영상 획득은 여전히 신호가 낮을 수 있다. 일반적으로 반복적인 영상 획득은 에버리징(averaging) 효과로 인해 신호를 증가시킬 수 있지만, 기존의 MRI를 이용한 뉴런 영상 기법에서는 에버리징(averaging) 효과를 보기가 어려웠다. 그 이유는 뉴런 공진의 시간적인 위상과 생성/소멸 간격(interval)이 무작위적이기 때문이다.A vibration gradient magnetic field pattern can increase the signal of a neuron, but one image acquisition can still be low. In general, iterative image acquisition can increase the signal due to the averaging effect, but it is difficult to see the averaging effect in the conventional neuron imaging technique using MRI. This is because the temporal phase of the neuron resonance and the generation / extinction interval are random.

그러나 본 발명의 일 실시예에 따른 반복적인 다중 위상 영상 획득과 푸리에 해석법을 적용하면, 뉴런 공진의 시간적인 위상과 생성/소멸 간격(interval)을 모르더라도 시간적으로 에버리징(averaging) 효과를 볼 수 있으며, 그로 인해 뉴런 신호 대 잡음비(S/N ratio)를 증가할 수 있다. 이에 따른 본 발명의 일 실시예에 따른 뉴런공진 자기공명영상(NR-MRI)은 다음과 같은 5가지 장점들이 있다.However, by applying the repetitive multiphase image acquisition and Fourier analysis according to an embodiment of the present invention, even if the temporal phase of the neuron resonance and the generation / extinction interval are unknown, the averaging effect can be observed temporally , Thereby increasing the neuron signal-to-noise ratio (S / N ratio). Accordingly, the neuron resonance magnetic resonance imaging (NR-MRI) according to one embodiment of the present invention has the following five advantages.

(1) 기존에 불가능했던 주파수 대역에 따른 뉴런의 공진을 매핑할 수 있다.(1) It is possible to map the resonance of a neuron according to a frequency band which has not been previously possible.

(2) 뉴런의 공진 주파수, 시간적인 위상 및 생성 간격(interval) 등에 관한 사전적인 정보가 필요가 없다.(2) There is no need for prior knowledge about the resonance frequency, temporal phase, and interval of the neuron.

(3) 휴지 상태와 외부 자극이 있을 때 기능적인 변화 모두 측정이 가능하다.(3) Both dysfunctional and functional changes can be measured when external stimuli are present.

(4) 기존의 모든 MRI 장비에 구현이 가능하다.(4) It can be implemented in all existing MRI equipment.

(5) 고주파의 뉴런 공진 성분은 오히려 MRI 영상 획득을 가속화 할 수 있어서 더 유리하다.(5) High frequency neuron resonance components are more advantageous because they can accelerate MRI image acquisition.

도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 일 실시예에 따른 뉴런공진 자기공명영상(NR-MRI)의 모의실험 결과를 나타내는 그래프이다.4A to 4F are graphs showing simulation results of a neuron resonance magnetic resonance imaging (NR-MRI) according to an embodiment of the present invention.

도 4a는 뉴런 신호 모델(Neuronal signal), 도 4b는 뉴런 신호 + 잡음(Neuronal signal + noise), 도 4c는 "뉴런신호 + 잡음"이 40 cycle 반복된 후의 결과, 도 4d는 "뉴런신호 + 잡음"이 100 cycle 반복된 후의 결과, 도 4e는 "뉴런신호 + 잡음"이 200 cycle 반복된 후의 결과를 나타내며, 도 4f는 "뉴런신호 + 잡음"이 200 cycle 반복된 신호와 "잡음"만으로 구성된 또 다른 200 cycle 반복된 데이터를 서로 무작위로 교차 배치한 데이터를 나타낸다. 이때, 도 4a 내지 도 4f에서, 각 그래프의 윗부분은 크기, 가운데는 위상, 그리고 아래쪽은 스텍트럼을 나타낸다. 이때, 도 4에 표시한 화살표(41~46)는 뉴런의 공진 주파수 위치를 나타낸다(본 발명의 일 실시예에 따른 모의실험에서는 33.3 Hz).4A shows a result after repeating 40 cycles of a neuronal signal model, FIG. 4B shows a neuronal signal + noise, FIG. 4C shows a result of repeating 40 cycles of the neuron signal + noise, 4E shows a result after repeating 200 cycles of "neuron signal + noise". FIG. 4F shows a result of repeating 200 cycles of "neuron signal + noise" and "noise" And the data obtained by randomly crossing the other 200 cycles of the repeated data with each other. 4A to 4F, the upper portion of each graph represents the size, the middle represents the phase, and the lower represents the spectrum. At this time, the arrows 41 to 46 shown in FIG. 4 indicate the positions of the resonance frequencies of the neurons (33.3 Hz in the simulation according to the embodiment of the present invention).

이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 뉴런공진 자기공명영상(NR-MRI)의 모의실험에서 잡음은 뉴런신호보다 5배 강하다.At this time, in the simulation of a neuron resonance magnetic resonance imaging (NR-MRI) according to an embodiment of the present invention, the noise is five times stronger than the neuron signal.

반복적인 다중위상 영상 획득과 푸리에 해석법의 뉴런 전류 감지 가능성을 알아보기 위해 간단한 모의실험을 수행하였다. 도 4a에 도시한 바와 같이, 뉴런에 의해 생성되는 MRI 신호는 시간적으로 사인 곡선(sinusoidal curve)을 나타낸다고 가정하고 그 주파수가 33.3 Hz라고 가정하였다(시간적인 위상변화만 있고 크기에는 변화가 없다고 가정함). 여기에 뉴런에 의한 MRI 신호보다 5배 높은 복소 무작위 잡음을 더하고 나니, 도 4b와 같이, 푸리에 변환 후 나타나는 스펙트럼에서 33.3 Hz에 해당하는 뉴런 신호가 완전히 사라졌음을 알 수 있다. 앞선 도 4b의 작업을 40 cycle에 대해 반복적으로 적용하였더니, 도 4c와 같이, 33.3 Hz에 해당하는 뉴런의 전기 신호가 다시 나타나기 시작했다. 이때, cycle 수를 더 늘리게 되면, 도 4d 및 도 4e와 같이, 잡음이 더 줄어듦을 알 수 있다. 무작위적인 잡음만으로 구성된 데이터("잡음")를 도 4e에 있는 데이터("신호+잡음") 사이에 무작위로 교차배치 한 이후에도, 도 4f와 같이, 푸리에 변환 후 스펙트럼에 해당 뉴런의 신호가 감지됨을 알 수 있다("신호+잡음" 총 cycle 수와 "잡음" 총 cycle 수는 같음).To simulate the possibility of neuron current sensing in repetitive multiphase imaging and Fourier analysis, a simple simulation was performed. As shown in FIG. 4A, it is assumed that the MRI signal generated by the neuron represents a sinusoidal curve in time, and that the frequency is 33.3 Hz (assuming that there is only a temporal phase change and no change in size) ). As shown in FIG. 4B, the spectrum after the Fourier transform shows that the neuron signal corresponding to 33.3 Hz completely disappeared after adding the complex random noise which is 5 times higher than the MRI signal by the neuron. When the operation of FIG. 4B was repeatedly applied to 40 cycles, the electric signal of the neuron corresponding to 33.3 Hz began to appear again as shown in FIG. 4C. At this time, if the number of cycles is further increased, as shown in FIGS. 4D and 4E, the noise is further reduced. Even after the data ("noise") consisting only of random noise is randomly interleaved between the data ("signal plus noise") in FIG. 4e, the signal of the neuron is detected in the spectrum after the Fourier transform, (The total number of "signal + noise" cycles equals the total number of "noise" cycles).

즉, 도 4와 같이, 크기와 위상신호 모두 잡음에 의해 대부분 결정되어서 뉴런에 의한 1/5의 작은 신호는 시간 축 상에서는 거의 구별되지 않음을 알 수 있다. 이러한 특성은 실제 MRI 신호의 특성과 매우 유사하다. 본 발명의 일 실시예에 따른 뉴런공진 자기공명영상(NR-MRI)의 모의실험은 뉴런의 MRI 신호가 위상만 변하고 크기는 변하지 않는 경우에 대한 결과이지만, 크기만 변하고 위상은 변하지 않는다고 가정하고 모의실험을 했을 때도 거의 유사한 결과를 얻을 수 있었다(data not shown). 이러한 결과들은 본 발명에서 제안하는 반복적인 다중위상 측정법과 그에 대한 푸리에 해석법이 가능하며 뉴런의 공진 신호가 시간적으로 무작위적인 구간과 위상을 가지고 해당 MRI 신호보다 5배 이상의 잡음이 존재하더라도 측정이 가능함을 의미한다.That is, as shown in FIG. 4, both the magnitude and the phase signal are largely determined by the noise, and it can be seen that the 1/5 small signal by the neuron is hardly distinguished on the time axis. These characteristics are very similar to those of actual MRI signals. The simulation of a neuron resonance magnetic resonance imaging (NR-MRI) according to an embodiment of the present invention is based on the assumption that the MRI signal of the neuron changes only in phase and the size does not change, When the experiment was conducted, similar results were obtained (data not shown). These results show that the repetitive multi-phase measurement method and the Fourier analysis method can be applied to the present invention, and even if the resonance signal of the neuron has a time-wise random interval and phase and the noise of the MRI signal is 5 times or more, it means.

한편, 도 2a 내지 도 2c를 다시 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 뉴런공진 자기공명영상(NR-MRI)을 통한 뉴런의 선택적인 주파수 대역 필터 특성 매핑에 대해 설명한다.Referring to FIGS. 2A to 2C again, selective frequency band filter characteristic mapping of a neuron through a neuron resonance magnetic resonance imaging (NR-MRI) according to an embodiment of the present invention will be described.

본 발명의 일 실시예에 따른 뉴런공진 자기공명영상(NR-MRI)에 따르면, 도 2a에 도시한 바와 같이, ME-GE(multi-echo gradient echo), SE-EPI(Spin-Echo Echo Planar Imaging), GE(Gradient Echo), 및 상기 3가지 MRI 펄스 열 타입(ME-GE, SE-EPI, GE)으로부터 변형된 영상 기법들을 테스트하도록 되어 있다. 상기 SE-EPI와 상기 GE 시퀀스들은 별도의 진동 경사자계(neuronal resonance oscillating gradient, NROG)를 이용해서 구현하도록 되어 있다.According to a neuron resonance magnetic resonance imaging (NR-MRI) according to an embodiment of the present invention, as shown in FIG. 2A, a multi-echo gradient echo (ME-GE), a spin-echo echo planar imaging ), GE (Gradient Echo), and the above three MRI pulse train types (ME-GE, SE-EPI, GE). The SE-EPI and the GE sequences are implemented using a separate neuronal resonance oscillating gradient (NROG).

그리고 도 2b에 도시한 바와 같이, 다중위상 데이터를 반복적으로 얻은 후 푸리에 해석법을 적용하도록 되어 있다. 또한, 반복적인 다중위상 데이터에 시간 분할 해석법을 적용해서 뉴런 공진주파수의 시간적인 변화도 관찰하도록 되어 있고, 목표하는 뉴런의 공진주파수 즉 진동경사자계의 진동주파수를 다양한 범위에서 적용해서 관찰하도록 되어 있으며, 다양한 MRI 영상 파라미터들을 테스트하고 최적화하도록 되어 있다. 이때, 최적화할 파라미터(parameter)에는, 에코 수, 한 반복시간(TR) 내에 진동하는 경사자계 펄스의 수, 다중위상의 수, 진동경사자계의 크기, 촬영하고자 하는 MRI 펄스 열 타입(ME-GE, SE-EPI, GE), 및 MRI 주자기장의 크기 등이 있다. As shown in FIG. 2B, the Fourier analysis method is applied after repeatedly obtaining the multiphase data. In addition, time-division analysis is applied to repetitive multiphase data to observe the temporal change of the neuron's resonance frequency, and the resonance frequency of the target neuron, that is, the vibration frequency of the vibration gradient magnetic field, , And to test and optimize various MRI imaging parameters. The parameters to be optimized include the number of echoes, the number of oblique magnetic field pulses oscillating within one repetition time TR, the number of multiple phases, the magnitude of the vibration gradient magnetic field, the type of MRI pulse train to be imaged , SE-EPI, GE), and the magnitude of the MRI main magnetic field.

이러한 모든 연구들은 휴지 상태와 외부 자극이 있을 때 모두 수행하고 휴지 상태와 자극 상태 간의 주파수 변화 추이를 관찰하도록 되어 있으며, 상기 SE-EPI와 상기 GE 시퀀스들은 뉴런의 공진 신호의 공간상의 방향성에 대한 차이점을 관찰하는데 사용하도록 되어 있다. 또한, NR-MRI는 기존의 fMRI, Resting-state fMRI, 그리고 뉴런 전류 측정 MRI 기법들과 다양한 관점(시간적인 신호의 변화, 공간적인 신호 분포 등)에서 비교 검증하도록 되어 있다.All of these studies are performed both in the dormant state and in the external stimulus and are to observe the frequency change trend between the dormant state and the stimulated state. The SE-EPI and the GE sequences are used to determine the difference in spatial direction of the resonance signals of the neurons As shown in Fig. In addition, NR-MRI is comparatively verified against the existing fMRI, resting-state fMRI, and neuron current measurement MRI techniques in various perspectives (temporal signal variation, spatial signal distribution, etc.).

본 발명의 일 실시예에 따른 뉴런공진 자기공명영상(NR-MRI)에 따르면, 도 2a에 도시한 바와 같이, 진동 경사자계 패턴은 ME-GE, SE-EPI, 그리고 GE 시퀀스들에 구현될 수 있다. 이때, 다중위상 수는 4에서 16까지 4씩 증가하는 형태로 변화를 줄 수 있다. 목표하는 뉴런의 공진주파수는 5 Hz에서 500 Hz까지 테스트하는 데, 낮은 주파수 대역에서는 상대적으로 촘촘한 간격으로 변화시키고 높은 주파수 대역에서는 넓은 간격으로 변화시킨다. 이때, 주파수 대역은 세타(theta)파(3.5-7.5 Hz), 알파(alpha)파(7.5-12.5 Hz), 그리고 베타(beta)파(> 12.5 Hz)를 모두 포함한다. ME-GE 시퀀스의 에코 수와 SE-EPI 또는 GE 시퀀스의 한 TR 내에 진동 경사자계 펄스의 수는 2부터 10까지 변화시킬 수 있다. 모든 다른 기본 MRI 촬영 파라미터들은 그에 맞춰서 최적화하도록 되어 있다. 이러한 파라미터들의 최적화는 모의실험과 실제 실험을 병행해서 진행하도록 되어 있다.According to a neuron resonance magnetic resonance imaging (NR-MRI) according to an embodiment of the present invention, a vibration gradient magnetic field pattern can be implemented in ME-GE, SE-EPI, and GE sequences have. At this time, the number of multi-phases can be changed from 4 to 16 by 4 increments. The resonance frequency of the target neurons is tested from 5 Hz to 500 Hz, varying at relatively fine intervals in the low frequency band and widely spaced in the high frequency band. In this case, the frequency band includes both theta waves (3.5-7.5 Hz), alpha waves (7.5-12.5 Hz), and beta waves (> 12.5 Hz). The number of echo in the ME-GE sequence and the number of oscillating gradient pulses in one TR of the SE-EPI or GE sequence can vary from 2 to 10. All other basic MRI imaging parameters are tailored accordingly. Optimization of these parameters is done in parallel with simulation and actual experiments.

MRI 실험은 주로 몸무게 200-500g의 SD-rat(Sprague Dawley rat)을 사용하며, 동물 마취를 위해서 아이소플루레인(Isoflurane)을 사용하여 진행할 수 있다.MRI experiments are performed using an SD-rat (Sprague Dawley rats) weighing 200-500 g, and can be used for animal anesthesia using isoflurane.

본 발명의 일 실시예에 따른 뉴런공진 자기공명영상(NR-MRI)에서는 다양한 아이소플루레인(Isoflurane) 레벨에서 테스트하여 마취 정도에 따른 뉴런의 주파수 특성을 볼 수 있다. 이때, 전기 자극은 다음의 파라미터 범위에서 적용될 수 있다.
In a neuron resonance magnetic resonance imaging (NR-MRI) according to an embodiment of the present invention, frequency characteristics of neurons according to the degree of anesthesia can be observed by testing at various isoflurane levels. At this time, electric stimulation can be applied in the following parameter ranges.

current = 0.5-1.5 mA,current = 0.5-1.5mA,

pulse duration = 1-3 ms,pulse duration = 1-3 ms,

repetition rate = 3-10 Hz,repetition rate = 3-10 Hz,

stimulation duration = 5-30 sec,stimulation duration = 5-30 sec,

inter-stimulation period ≥ 2 min.
inter-stimulation period ≥ 2 min.

푸리에 해석법은 한번 얻어진 전체 데이터에 대해서 적용되고, 또한 다양한 시간 간격(10초 단위부터 10분 단위)으로 분할해서도 적용해서 뉴런의 공진주파수의 시간적인 변화를 볼 수 있다. 이러한 뉴런의 공진주파수의 시간적인 변화 추이는 뇌 전체에서 평가될 수 있다.The Fourier analysis method is applied to all data obtained once, and it can also be applied by dividing it by various time intervals (from 10 seconds to 10 minutes) to observe the temporal change of the resonance frequency of the neuron. The temporal change in the resonance frequency of these neurons can be evaluated throughout the brain.

기존의 fMRI, Resting-state fMRI, 그리고 뉴런 전류 측정 MRI 기법들은 앞서 발표(publish)된 데이터 획득 및 분석 기법들을 따르도록 한다. 또한 본 발명의 일 실시예에 따른 뉴런공진 자기공명영상(NR-MRI)의 촬영 파라미터 중 기본적인 촬영 조건은 공정한 비교를 위해서 기존의 기법들과 가능한 같거나 비슷한 조건을 유지하도록 한다. 휴지 상태에서 뉴런공진 자기공명영상(NR-MRI)를 통해 측정된 뇌의 주파수 분포도는 기존의 Resting-state fMRI를 통해서 얻을 수 있는 커넥티비티 맵(connectivity map)과 비교하고, 전기 자극이 있는 상태에서 뉴런공진 자기공명영상(NR-MRI)를 통해 측정된 뇌의 주파수 분포도는 기존의 fMRI map과 비교하도록 되어 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 뉴런공진 자기공명영상(NR-MRI)와 기존의 fMRI 신호의 시간적인 변화 추이를 비교해보면, 뉴런공진 자기공명영상(NR-MRI)의 신호의 근원이 직접적인 뉴런의 공진에 의한 것이고 혈류역학에 의한 신호가 아님을 검증하는데 도움을 줄 수 있다.Conventional fMRI, resting-state fMRI, and neuron current measurement MRI techniques follow previously published data acquisition and analysis techniques. In addition, the basic photographing conditions among the photographing parameters of the neuron resonance magnetic resonance imaging (NR-MRI) according to an embodiment of the present invention maintain the conditions as similar or similar to those of the existing techniques for a fair comparison. The frequency distribution of the brain measured by the NR-MRI in the dormant state is compared with the connectivity map obtained through the resting-state fMRI, and the neuron resonance magnetic resonance image (NR-MRI) The frequency distribution of the brain measured by resonance magnetic resonance imaging (NR-MRI) is compared with the conventional fMRI map. A comparison of the temporal change of the fMRI signal with that of the neuron resonance magnetic resonance image (NR-MRI) according to an embodiment of the present invention shows that the origin of the signal of the neuron resonance magnetic resonance image (NR-MRI) It is helpful to verify that it is due to resonance and is not a signal due to hemodynamics.

한편, 본 발명에 따른 뉴런공진 자기공명영상(NR-MRI) 기법은 뉴런의 전기신호를 MRI를 써서 고해상도로 직접적이면서 비침습적으로 측정하고 동시에 주파수 선택적인 뇌 영역 간 통신을 연구할 수 있게 해주는 최초의 영상 기법이 된다. 뉴런공진 자기공명영상(NR-MRI)가 성공적으로 구현되면 우리의 뇌를 연구하기 위한 새로운 정보들을 얻게 되고 신경과학, 심리학, 병리학을 포함한 다양한 뇌 관련 연구들에 엄청난 파급효과를 가져올 수 있다. 예를 들면, 우리의 뇌가 특정한 일을 수행하는 동안 뇌 영역 간에 통신 주파수가 어떻게 바뀌는지 연구할 수 있다. 또한, 뇌 영역 간 통신 주파수가 정상인과 놔 환자들 사이에 어떻게 다른지도 연구할 수 있고, 그를 통해 뇌 질환의 원인이 될 수 있는 특정 뇌 영역 간 통신주파수의 변화도 관찰할 수 있게 된다. 주파수에 따른 뇌 전체의 통신지도를 완성할 수 있게 되는데, 이는 정상인과 정신질환자를 포함한 뇌에 대한 이해도를 크게 개선할 것이다.Meanwhile, the neuron resonance magnetic resonance imaging (NR-MRI) technique according to the present invention is a technique for directly and non-invasively measuring the electrical signals of a neuron using MRI at high resolution, . Successful implementation of neuron resonance magnetic resonance imaging (NR-MRI) will provide new information for studying our brain and can have enormous ripple effects on various brain-related studies including neuroscience, psychology, and pathology. For example, we can study how communication frequencies change between brain regions while our brain performs certain tasks. In addition, it is possible to study how the communication frequency between brain regions is different between normal and non-human patients, thereby observing changes in the communication frequency between specific brain regions that may cause brain diseases. It is possible to complete the communication map of the whole brain according to the frequency, which will greatly improve the understanding of the brain including the normal person and the mental patient.

많은 뇌 질환이 뇌 영역 간의 통신에 기인한다는 사실들이 계속 밝혀지고 있다. 다양한 전기 및 자기적인 자극을 포함한 다양한 방법들이 정신분열증과 파킨슨병 같은 뇌 질환의 치료로 시도되고 있다. 그러나 그러한 치료법들은 심각한 부작용을 동반하는 경우가 종종 있다. 이러한 부작용들은 어쩌면 잘못된 뇌 통신 주파수를 증폭해서 원하지 않는 뇌 영역들을 자극함으로써 야기되는 문제일 수도 있다.The fact that many brain diseases are caused by communication between brain regions is still being revealed. Various methods, including a variety of electrical and magnetic stimuli, have been attempted to treat brain disorders such as schizophrenia and Parkinson's disease. However, such therapies are often accompanied by serious side effects. These side effects may be caused by amplifying the wrong brain communication frequency and stimulating unwanted areas of the brain.

본 발명에 따른 뉴런공진 자기공명영상(NR-MRI)를 통해, 바람직한 주파수 대역을 찾아내고, 그러한 잘못된 주파수 대역의 자극을 통한 부작용을 줄일 수 있을 것이다. Through the neuron resonance magnetic resonance imaging (NR-MRI) according to the present invention, it is possible to find a desirable frequency band and to reduce side effects through stimulation of such a wrong frequency band.

한편, 뇌 연구는 선진국들에서도 매우 중요하게 생각되고 있으며, 본 발명에 따른 뉴런공진 자기공명영상(NR-MRI)에서 제안하는 새로운 영상 모댈리티(modality) 개발은 해당 분야를 선도하기 위한 절대적인 조건이 될 수 있다.Meanwhile, brain research is considered to be very important in advanced countries, and the development of new image modality proposed by the neuron resonance magnetic resonance imaging (NR-MRI) according to the present invention is an absolute condition for leading the field .

본 발명에 따른 뉴런공진 자기공명영상(NR-MRI) 기법은 뇌 통신 연구와 뇌 질환 진단에서 새로운 돌파구(breakthrough)를 제시할 수 있을 것으로 기대된다.The neuron resonance magnetic resonance imaging (NR-MRI) technique according to the present invention is expected to be able to present a new breakthrough in brain communication research and brain disease diagnosis.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 자기공명신호 처리방법을 도 2를 참조하여 설명한다. 이 처리방법은, 자계진동신호(96)를 감지하기 위해, 경사자계 패턴(92~94)을 이용하는 MRI 영상기법으로 MRI 데이터(도 2의 (iii))를 얻는 프로세스를 이용하는 자기공명신호 처리방법으로서, 상기 경사자계 패턴과 상기 자계진동신호 간의 상대적인 위상(φ1, φ2, ..., φN)을 변화시키면서 상기 프로세스를 복수 회 반복하여 수행함으로써, 복수 개의 MRI 데이터를 획득하는 단계; 및 미리 결정된 규칙에 의해, 상기 획득한 복수 개의 MRI 데이터로부터 주파수 특성을 산출하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 상기 복수 개의 MRI 데이터는 K-space 데이터 또는 MRI 영상 데이터일 수 있다. 여기서 상기 자계진동신호란 특정 주파수 성분을 포함하는 자기장에 관한 신호를 의미할 수 있다. 그리고 상기 경사자계 패턴이란 어떤 주파수 성분을 포함하는 신호패턴을 갖는 자기장에 관한 신호를 의미할 수 있다. 그리고 상기 경사자계 패턴신호를 이용하는 MRI 영상기법이란 경사자계 패턴신호를 이용하여 경사자계를 만들어내는 방법을 이용하는 MRI 영상기법을 의미할 수 있다. 상기 상대적인 위상은, 경사자계 패턴과 자계진동신호가 서로 동일한 주파수를 갖는다고 가정하였을 때에, 두 신호 간의 상대적인 위상이 용이하게 정의될 수 있다.Hereinafter, a magnetic resonance signal processing method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This processing method is a magnetic resonance signal processing method using a process of obtaining MRI data ((iii) in FIG. 2) using an MRI imaging technique using gradient magnetic field patterns 92 to 94 to sense the magnetic field vibration signal 96 Obtaining a plurality of MRI data by repeating the process a plurality of times while changing relative phases (? 1 ,? 2 , ...,? N ) between the gradient magnetic field pattern and the magnetic field vibration signal; And calculating frequency characteristics from the obtained plurality of MRI data by a predetermined rule. Here, the plurality of MRI data may be K-space data or MRI image data. Here, the magnetic field vibration signal may mean a signal relating to a magnetic field including a specific frequency component. The inclined magnetic field pattern may refer to a signal relating to a magnetic field having a signal pattern including a certain frequency component. The MRI imaging technique using the gradient magnetic field pattern signal may refer to an MRI imaging technique that uses a gradient magnetic field pattern signal to generate a gradient magnetic field. The relative phase can be easily defined in the relative phase between the two signals when it is assumed that the gradient magnetic field pattern and the magnetic field vibration signal have the same frequency.

이때, 상기 자계진동신호는, 발생시구간 및 특정시점에서의 위상이 알려지지 않은 것일 수 있다.At this time, the magnetic field vibration signal may be one in which the phase at the time of occurrence and the phase at a specific time point are unknown.

이때, 상기 자계진동신호는 특정 주파수 성분(ex: fNO)을 포함할 수 있다.At this time, the magnetic field vibration signal may include a specific frequency component (ex: fNO ).

이때, 상기 미리 결정된 규칙은, 상기 획득한 복수 개의 MRI 데이터를 상기 상대적인 위상에 따라 시간 축 상에 배열한 신호(ex: 도 2c의 201, 202)를 푸리에 변환하는 것일 수 있다.At this time, the predetermined rule may be to Fourier transform the signals (ex 201 and 202 in FIG. 2C) obtained by arranging the acquired plurality of MRI data on the time axis according to the relative phase.

이때, 상기 복수 개의 MRI 데이터를 시간적으로 분할하여, 상기 분할된 데이터 각각에 푸리에 변환을 하여 뉴런의 신호 변화에 대한 시간축 데이터를 획득할 수 있다. 예컨대, 상기 자계진동신호의 주기가 시간에 따라 변할 수도 있기 때문에, 또는 일부 시구간에서는 자계진동신호가 발생하지 않을 수 있기 때문에 이 변하는 패턴을 파악하기 위하여 상술한 분할된 데이터를 이용할 수 있다.At this time, the plurality of MRI data may be temporally divided, and Fourier transform may be performed on each of the divided data to obtain time-base data of a signal change of the neuron. For example, since the period of the magnetic field vibration signal may change with time, or since a magnetic field vibration signal may not be generated in some time periods, the above-described divided data can be used to grasp the changing pattern.

이때, 상기 미리 결정된 규칙은, 상기 획득한 복수 개의 MRI 데이터의 주파수 성분 중 상기 특정 주파수(ex: fNO)에 관한 값을 찾아내도록 되어 있을 수 있다. At this time, the predetermined rule may be configured to find a value related to the specific frequency (ex: fNO ) among the frequency components of the acquired plurality of MRI data.

이때, 상기 획득하는 단계는, 상기 경사자계 패턴신호와 상기 자계진동신호 간의 미리 결정된 N개의 상대적인 위상(φ1, φ2, ..., φN)에 대하여, 상기 프로세스를 반복하여 수행함으로써 N개의 MRI 데이터를 획득하는 획득 프로세스를 포함하며, 상기 N개의 상대적인 위상 간의 차이값은 상기 특정 주파수에 대하여 2*pi/N의 정수배를 만족하도록 되어 있을 수 있다.At this time, the acquiring step repeats the process for the predetermined N relative phases (? 1 ,? 2 , ...,? N ) between the gradient magnetic field pattern signal and the magnetic field vibration signal, Wherein the difference value between the N relative phases may be an integer multiple of 2 * pi / N for the particular frequency.

이때, 상기 N개의 상대적인 위상 간의 차이값을 상기 특정 주파수에 대하여 2*π/N의 정수배로 만들기 위해 MRI 영상 파라메터 중 반복 시간(time to repeat, TR)을 조절하도록 되어 있을 수 있다.At this time, the time to repeat (TR) of the MRI image parameters may be adjusted to make the difference value between the N relative phases an integral multiple of 2 *? / N with respect to the specific frequency.

이때, 상기 자계진동신호는 뉴런 신호일 수 있다. 그리고 상기 경사자계 패턴은 진동 경사자계 패턴일 수 있다. 그리고 상기 진동 경사자계 패턴은 multi-echo gradient echo 영상 기법에서 이용하는 bipolar readout gradient 패턴일 수 있다.At this time, the magnetic field vibration signal may be a neuron signal. The gradient magnetic field pattern may be a vibration gradient magnetic field pattern. The vibration gradient magnetic field pattern may be a bipolar readout gradient pattern used in a multi-echo gradient echo imaging technique.

이때, 상기 반복되어 수행되는 서로 다른 두 개의 프로세스에 대하여, 상기 경사자계 패턴의 공간 방향성이 서로 다를 수 있다.At this time, the spatial directionality of the gradient magnetic field pattern may be different for the two different processes that are repeatedly performed.

본 발명의 다른 실시예에 따라 상술한 단계들을 수행하도록 되어 있는 MRI 장치가 제공될 수 있다. An MRI apparatus adapted to perform the steps described above according to another embodiment of the present invention may be provided.

본 발명의 또 다른 실시예에 따라, MRI 장치로 하여금 상술한 단계들을 수행하도록 하는 프로그램이 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체가 제공될 수 있다.According to another embodiment of the present invention, a computer-readable medium having a program recorded thereon for causing the MRI apparatus to perform the steps described above may be provided.

본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 발생구간 및 특정시점에서의 위상이 알려지지 않은 자계진동신호를 감지하기 위해, 미리 결정된 진동 주파수를 갖는 진동 경사자계 패턴신호를 이용하는 MRI 영상기법으로 MRI 데이터를 얻는 프로세스를 이용하는 자기공명신호 처리방법이 제공될 수 있다. 이 방법은, 상기 진동 경사자계 패턴신호와 상기 자계진동신호 간의 상대적인 위상을 변화시키면서 상기 프로세스를 복수 회 반복하여 수행함으로써, 복수 개의 MRI 데이터를 획득하는 단계; 및 미리 결정된 규칙에 의해, 상기 획득한 복수 개의 MRI 데이터로부터 상기 미리 결정된 진동 주파수에 관한 값을 산출하는 단계를 포함하는 제1 프로세스를 이용할 수 있다. 그리고 상기 미리 결정된 진동 주파수가 P개의 서로 다른 값을 갖도록 상기 제1 프로세스를 P번 수행함으로써, 상기 각각의 제1 프로세스에 대하여 상기 미리 결정된 진동 주파수에 관한 값을 P개 획득하는 단계를 포함할 수 있다. According to another embodiment of the present invention, MRI data is obtained by an MRI imaging technique using a vibration gradient magnetic field pattern signal having a predetermined vibration frequency to detect a magnetic field vibration signal whose phase at an occurrence section and at a specific time point is unknown A magnetic resonance signal processing method using a process can be provided. The method includes: obtaining a plurality of MRI data by repeating the process a plurality of times while changing a relative phase between the vibration gradient magnetic field pattern signal and the magnetic field vibration signal; And a step of calculating a value relating to the predetermined vibration frequency from the obtained plurality of MRI data by a predetermined rule. And obtaining P values for the predetermined vibration frequency for each of the first processes by performing the first process P times so that the predetermined vibration frequency has P different values have.

본 발명에 따른 뉴런공진 자기공명영상 기법에 의하면, 다음과 같은 3가지 효과를 얻을 수 있다.According to the neuron resonance MRI technique of the present invention, the following three effects can be obtained.

효과 1. 뉴런공진 자기공명영상(NR-MRI)을 통해 뉴런의 선택적인 주파수 대역 필터 특성을 매핑할 수 있다. 공진하는 경사자계 패턴을 접목한 MRI 영상 기법을 뉴런의 공진주파수 대비 다중 위상으로 반복적으로 적용해서 영상을 얻고 푸리에(Fourier) 해석법을 적용하여 주파수 선택적인 뉴런의 신호를 추출해낼 수 있다. 이러한 촬영 기법은 다양한 주파수 영역에 대해 휴지 상태(resting-state)와 외부 자극을 주고 있는 상태 모두 시도하여 차이를 볼 수 있고, 기존의 MRI 영상 기법과 비교 분석할 수 있다.Effects 1. Neuron resonant magnetic resonance imaging (NR-MRI) can map the selective frequency band filter characteristics of neurons. An MRI imaging technique that combines a resonant gradient magnetic field pattern is repeatedly applied to multiple phases of the neuron relative to the resonance frequency to obtain an image and a frequency selective neuron signal can be extracted by applying a Fourier analysis method. This technique can be applied to both resting-state and external stimuli for various frequency ranges and can be compared with conventional MRI imaging techniques.

효과 2. 주파수 선택적인 뇌 영역 간 통신 메커니즘에 대한 시스템 생물학적 연구를 수행하기 위한 기술을 제공할 수 있다. 이를 통해 스파이킹 뉴럴 네트워크(spiking neural networks) 기반 뉴런 모델링을 통해 주파수 선택적인 뇌 영역 간 통신 메커니즘을 밝힐 수 있다. 그리고 Wilson-Cowan 모델 같은 뉴런 집단 모델링(neuronal population modeling)을 이용해서 흥분성 뉴런 집단과 억제성 뉴런 집단 사이의 상호 작용을 연구할 수 있다. Effect 2. Provide a technique for performing system biological studies on frequency selective communication mechanisms between brain regions. This allows spiking neural networks based neuron modeling to reveal frequency selective inter-brain communication mechanisms. And neuronal population modeling, such as the Wilson-Cowan model, can be used to study the interaction between excitatory and inhibitory neuronal populations.

효과 3. 개념 증명 실험과 주파수 선택적인 뇌 전체 영역 간 통신 지도를 완성하기 위한 기술을 제공할 수 있다. 개념 증명 실험은 (i) NR-MRI와 뇌전도(EEG)를 동시에 사용하는 실험과 (ii) NR-MRI를 유전자 조작한 쥐에 적용함으로써 증명할 수 있다. NR-MRI를 통한 실험과 시스템 생물학 기반 시뮬레이션(simulation)을 접목하여 개념 증명을 위한 추가적인 데이터를 얻고, 또한 주파수 선택적인 뇌 전체 영역 간 통신 지도를 완성하는데 기여할 수 있다.Effect 3. Provide a technique to complete proof-of-concept experiments and a frequency-selective cross-domain communication map. The proof-of-concept experiment can be demonstrated by (i) using both NR-MRI and EEG and (ii) applying NR-MRI to genetically engineered mice. Combining experiments with NR-MRI and system biology-based simulations can provide additional data for proof-of-concept and contribute to the complete selection of frequency-selective brain-to-brain communications.

상술한 본 발명의 실시예들을 이용하여, 본 발명의 기술 분야에 속하는 자들은 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에 다양한 변경 및 수정을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 특허청구범위의 각 청구항의 내용은 본 명세서를 통해 이해할 수 있는 범위 내에서 인용관계가 없는 다른 청구항에 결합될 수 있다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the essential characteristics thereof. The contents of each claim in the claims may be combined with other claims without departing from the scope of the claims.

Claims (18)

자계진동신호를 감지하기 위해, 경사자계 패턴을 이용하는 MRI 영상기법으로 MRI 데이터를 얻는 프로세스를 이용하는 자기공명신호 처리방법으로서,
상기 경사자계 패턴과 상기 자계진동신호 간의 상대적인 위상을 변화시키면서 상기 프로세스를 복수 회 반복하여 수행함으로써, 복수 개의 MRI 데이터를 획득하는 단계; 및
미리 결정된 규칙에 의해, 상기 획득한 복수 개의 MRI 데이터로부터 주파수 특성을 산출하는 단계;
를 포함하며,
상기 복수 개의 MRI 데이터는 K-space 데이터 또는 MRI 영상 데이터인,
자기공명신호 처리방법.
A magnetic resonance signal processing method using a process for obtaining MRI data by an MRI imaging technique using an oblique magnetic field pattern to sense a magnetic field vibration signal,
Obtaining a plurality of MRI data by repeating the process a plurality of times while changing a relative phase between the gradient magnetic field pattern and the magnetic field vibration signal; And
Calculating a frequency characteristic from the acquired plurality of MRI data by a predetermined rule;
/ RTI &gt;
Wherein the plurality of MRI data are K-space data or MRI image data,
Magnetic resonance signal processing method.
제1항에 있어서, 상기 자계진동신호는, 발생시구간 및 특정시점에서의 위상이 알려지지 않은 것을 특징으로 하는, 자기공명신호 처리방법.The magnetic resonance signal processing method according to claim 1, wherein the phase of the magnetic field vibration signal at the time of occurrence and at a specific time point is unknown. 제1항에 있어서, 상기 자계진동신호는 특정 주파수 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는, 자기공명신호 처리방법.2. The method of claim 1, wherein the magnetic field vibration signal comprises a specific frequency component. 제1항에 있어서, 상기 미리 결정된 규칙은, 상기 획득한 복수 개의 MRI 데이터를 상기 상대적인 위상에 따라 시간 축 상에 배열한 신호를 푸리에 변환하는 것인, 자기공명신호 처리방법.2. The magnetic resonance signal processing method according to claim 1, wherein the predetermined rule is to Fourier-transform a signal obtained by arranging the obtained plurality of MRI data on a time axis according to the relative phase. 제1항에 있어서,
상기 획득하는 단계는,
상기 경사자계 패턴신호와 상기 자계진동신호 간의 미리 결정된 N개의 상대적인 위상에 대하여, 상기 프로세스를 반복하여 수행함으로써 N개의 MRI 데이터를 획득하는 획득 프로세스를 이용하며,
상기 획득 프로세스를 시간에 따라 순차적으로 M번 반복하여 복수 개의 MRI 데이터를 획득하는 단계
를 포함하는,
자기공명신호 처리방법.
The method according to claim 1,
Wherein the acquiring comprises:
Using an acquisition process to obtain N MRI data by repeating the process for a predetermined N relative phases between the gradient magnetic field pattern signal and the magnetic field vibration signal,
Obtaining the plurality of MRI data by repeating the acquisition process M times in succession over time
/ RTI &gt;
Magnetic resonance signal processing method.
제5항에 있어서, 상기 미리 결정된 규칙은, 상기 획득한 복수 개의 MRI 데이터를 상기 미리 결정된 상대적인 위상에 따라 시간 축 상에 배열된 신호를 푸리에 변환하는 것인, 자기공명신호 처리방법.6. The magnetic resonance signal processing method according to claim 5, wherein the predetermined rule is to Fourier transform the obtained plurality of MRI data on a signal arranged on a time axis according to the predetermined relative phase. 제1항에 있어서, 상기 복수 개의 MRI 데이터를 시간적으로 분할하여, 상기 분할된 데이터 각각에 푸리에 변환을 하여 뉴런의 신호 변화에 대한 시간축 데이터를 획득하도록 되어 있는, 자기공명신호 처리방법.The magnetic resonance signal processing method according to claim 1, wherein the plurality of MRI data is temporally divided and Fourier transform is performed on each of the divided data to obtain time-axis data for a signal change of a neuron. 제1항에 있어서, 상기 특정 주파수는 상기 경사자계 패턴의 주파수와 동일한, 자기공명신호 처리방법.The method of claim 1, wherein the specific frequency is the same as the frequency of the gradient magnetic field pattern. 제1항에 있어서, 상기 미리 결정된 규칙은, 상기 획득한 복수 개의 MRI 데이터의 주파수 성분 중 상기 특정 주파수에 관한 값을 찾아내도록 되어 있는, 자기공명신호 처리방법.The method of claim 1, wherein the predetermined rule is adapted to find a value for the specific frequency among frequency components of the obtained plurality of MRI data. 제1항에 있어서,
상기 획득하는 단계는, 상기 경사자계 패턴신호와 상기 자계진동신호 간의 미리 결정된 N개의 상대적인 위상에 대하여, 상기 프로세스를 반복하여 수행함으로써 N개의 MRI 데이터를 획득하는 획득 프로세스를 포함하며,
상기 N개의 상대적인 위상 간의 차이값은 상기 특정 주파수에 대하여 2*pi/N의 정수배를 만족하도록 되어 있는,
자기공명신호 처리방법.
The method according to claim 1,
Wherein the acquiring step includes an acquiring process for acquiring N MRI data by repeating the process for a predetermined N relative phases between the gradient magnetic field pattern signal and the magnetic field vibration signal,
Wherein the difference value between the N relative phases is an integral multiple of 2 * pi / N for the particular frequency.
Magnetic resonance signal processing method.
제10항에 있어서, 상기 N개의 상대적인 위상 간의 차이값을 상기 특정 주파수에 대하여 2*π/N의 정수배로 만들기 위해 MRI 영상 파라메터 중 반복 시간(time to repeat, TR)을 조절하도록 되어 있는, 자기공명신호 처리방법.11. The method of claim 10, further comprising: adjusting a time to repeat (TR) of the MRI image parameters to make the difference value between the N relative phases an integer multiple of 2 * [pi] / N for the particular frequency. Resonance signal processing method. 제1항에 있어서, 상기 자계진동신호는 뉴런 신호인 것을 특징으로 하는, 자기공명신호 처리방법.The magnetic resonance signal processing method according to claim 1, wherein the magnetic field vibration signal is a neuron signal. 제1항에 있어서, 상기 경사자계 패턴은 진동 경사자계 패턴인 것을 특징으로 하는, 자기공명신호 처리방법.The magnetic resonance signal processing method according to claim 1, wherein the gradient magnetic field pattern is a vibration gradient magnetic field pattern. 제13항에 있어서, 상기 진동 경사자계 패턴은 multi-echo gradient echo 영상 기법에서 이용하는 bipolar readout gradient 패턴인, 뉴런공진 자기공명영상 방법.14. The neuron resonance magnetic resonance imaging method according to claim 13, wherein the vibration gradient magnetic field pattern is a bipolar readout gradient pattern used in a multi-echo gradient echo imaging method. 제1항에 있어서, 상기 반복되어 수행되는 서로 다른 두 개의 프로세스에 대하여, 상기 경사자계 패턴의 공간 방향성이 서로 다른 것을 특징으로 하는, 뉴런공진2. The method according to claim 1, wherein, in the two different processes repeatedly performed, the gradient directions of the gradient magnetic field patterns are different from each other. 특정 주파수로 공진하되 발생구간 및 특정시점에서의 위상이 알려지지 않은 자계진동신호를 감지하기 위해, 경사자계 패턴신호를 이용하는 MRI 영상기법으로 MRI 데이터를 얻는 프로세스를 이용하며,
상기 경사자계 패턴신호와 상기 자계진동신호 간의 상대적인 위상을 변화시키면서 상기 프로세스를 복수 회 반복하여 수행함으로써, 복수 개의 MRI 데이터를 획득하는 단계; 및
미리 결정된 규칙에 의해, 상기 획득한 복수 개의 MRI 데이터로부터 주파수 특성을 산출하는 단계;
를 수행하도록 되어 있는,
MRI 장치.
A process of obtaining MRI data by an MRI imaging technique using an oblique magnetic field pattern signal to resonate at a specific frequency and detect a magnetic field vibration signal whose phase is unknown at a specific time point and at a specific time point,
Obtaining a plurality of MRI data by repeating the process a plurality of times while changing a relative phase between the gradient magnetic field pattern signal and the magnetic field vibration signal; And
Calculating a frequency characteristic from the acquired plurality of MRI data by a predetermined rule;
Lt; / RTI &gt;
MRI apparatus.
MRI 장치가,
특정 주파수로 공진하되 발생구간 및 특정시점에서의 위상이 알려지지 않은 자계진동신호를 감지하기 위해, 경사자계 패턴신호를 이용하는 MRI 영상기법으로 MRI 데이터를 얻는 프로세스를 이용하며,
상기 경사자계 패턴신호와 상기 자계진동신호 간의 상대적인 위상을 변화시키면서 상기 프로세스를 복수 회 반복하여 수행함으로써, 복수 개의 MRI 데이터를 획득하는 단계; 및
미리 결정된 규칙에 의해, 상기 획득한 복수 개의 MRI 데이터로부터 주파수 특성을 산출하는 단계;
를 수행하도록 하는 프로그램이 기록된,
컴퓨터로 읽을 수 있는 매체.
MRI apparatus,
A process of obtaining MRI data by an MRI imaging technique using an oblique magnetic field pattern signal to resonate at a specific frequency and detect a magnetic field vibration signal whose phase is unknown at a specific time point and at a specific time point,
Obtaining a plurality of MRI data by repeating the process a plurality of times while changing a relative phase between the gradient magnetic field pattern signal and the magnetic field vibration signal; And
Calculating a frequency characteristic from the acquired plurality of MRI data by a predetermined rule;
A program is recorded,
Computer-readable medium.
발생구간 및 특정시점에서의 위상이 알려지지 않은 자계진동신호를 감지하기 위해, 미리 결정된 진동 주파수를 갖는 진동 경사자계 패턴신호를 이용하는 MRI 영상기법으로 MRI 데이터를 얻는 프로세스를 이용하는 자기공명신호 처리방법으로서,
상기 진동 경사자계 패턴신호와 상기 자계진동신호 간의 상대적인 위상을 변화시키면서 상기 프로세스를 복수 회 반복하여 수행함으로써, 복수 개의 MRI 데이터를 획득하는 단계; 및 미리 결정된 규칙에 의해, 상기 획득한 복수 개의 MRI 데이터로부터 상기 미리 결정된 진동 주파수에 관한 값을 산출하는 단계를 포함하는 제1 프로세스를 이용하며,
상기 미리 결정된 진동 주파수가 P개의 서로 다른 값을 갖도록 상기 제1 프로세스를 P번 수행함으로써, 상기 각각의 제1 프로세스에 대하여 상기 미리 결정된 진동 주파수에 관한 값을 P개 획득하는 단계,
를 포함하는,
자기공명신호 처리방법.
A magnetic resonance signal processing method using a process for obtaining MRI data by an MRI imaging technique using a vibration gradient magnetic field pattern signal having a predetermined vibration frequency to detect a magnetic field vibration signal whose phase is unknown at a generation period and at a specific time point,
Obtaining a plurality of MRI data by repeating the process a plurality of times while changing a relative phase between the vibration gradient magnetic field pattern signal and the magnetic field vibration signal; And a step of calculating, by a predetermined rule, a value relating to the predetermined vibration frequency from the obtained plurality of MRI data,
Obtaining P values for the predetermined vibration frequency for each of the first processes by performing the first process P times so that the predetermined vibration frequency has P different values,
/ RTI &gt;
Magnetic resonance signal processing method.
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