KR20150133640A

KR20150133640A - 자기 공명 검진 중 환자의 호흡 과정을 측정하기 위한 방법, 측정 장치 및 자기 공명 장치

Info

Publication number: KR20150133640A
Application number: KR1020150067890A
Authority: KR
Inventors: 슈테판 비버; 안드레아스 팍켈마이어; 로베르트 레너
Original assignee: 지멘스 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2014-05-20
Filing date: 2015-05-15
Publication date: 2015-11-30
Also published as: CN105078459A; EP2946730A1; DE102014209488A1; US20150335268A1

Abstract

자기 공명 검진 중 환자의 호흡 과정을 측정하기 위한 방법, 측정 장치 및 자기 공명 장치.
본 발명은 자기 공명 장치(1)에 의한 자기 공명 검진 중 환자(5)의 호흡 과정을 측정하기 위한 방법에 관한 것이며, 상기 방법은, 환자(5)의 아래쪽에 배치된 하나 이상의 코일 소자(6)의 반사 특성들이 측정되고, 상이한 시점들의 호흡 상태를 설명하는 호흡 데이터를 결정하기 위해 분석되는 것을 특징으로 한다.

Description

자기 공명 검진 중 환자의 호흡 과정을 측정하기 위한 방법, 측정 장치 및 자기 공명 장치{METHOD FOR MEASURING THE BREATHING OF A PATIENT DURING A MAGNETIC RESONANCE EXAMINATION, MEASURING ARRANGEMENT AND MAGNETIC RESONANCE DEVICE}

본 발명은 자기 공명 검진 중 환자의 호흡 과정을 측정하기 위한 방법, 측정 장치 및 자기 공명 장치에 관한 것이다.

그 동안 자기 공명 영상화는 특히 의료 분야에서 정립된 것으로 여겨진다. 이때, 환자가 강한 자계, 기본 자계 또는 B0-계에 노출되어서, 환자의 스핀(spin)들이 정렬된다. 그리고 나서, 상기 정렬된 스핀들은 고주파 여기에 의해 여기될 수 있고, 이러한 여기의 감쇠는 자기 공명 신호로서 측정된다. 경사 자계들은 공간 분해능에 도달하기 위해 이용된다.

자기 공명 검진 시에 가능한 에러원 또는 왜곡에 대한 원인은 환자의 운동이다. 자기 공명 영상이 특정 시간을 요구하기 때문에, 환자는 자기 공명 검진의 전체 실행 시간에 걸쳐 움직이지 않은 채로 있는 것도 매우 중요하다. 복부/흉부 영역에서 측정할 시에는 이러한 가정이 불가능한데, 그 이유는 영상 기록될 조직은 각각의 경우 환자의 호흡에 의해 운동의 대상이 되기 때문이다. 그러므로, 획득된 자기 공명 데이터를 상응하게 측정되는 환자의 호흡과 관련하여 수정하기 위해 다양한 방법들이 이미 개발되었다. 마찬가지로, 측정을 트리거링하기 위해 환자의 호흡 데이터를 이용하는 것이 제시되었다. 자기 공명 데이터와 호흡 데이터가 동시에 획득되면 호흡 데이터는, 호흡 위상에 따라 자기 공명 데이터를 나중에 분류[후향 동기(retrospective gating)]하기 위해 분석될 수도 있다.

환자의 호흡 추이를 설명하는 호흡 데이터를 얻기 위해, 종래 기술에서는 몇몇 가능성들이 이미 제시되었다. 그래서, 예컨대 특수한 자기 공명 측정들, 특히 이른바 네비게이터들을 실행하는 것이 알려져 있다. 이때 대부분, 대조 전환부(contrast transition)의 영역, 이에 따라 상이한 조직들 사이의 경계의 영역의 일차원적 측정이 기록되므로, 변위에 의해 호흡이 추론될 수 있다. 일반적으로, 최근의 네비게이터의 경우 횡경막의 경계가 측정된다. 네비게이터의 이용상 문제는 시간 소모이고, 또한 추가의 자기 공명 측정들에 의해 환자의 더 큰 전자기 부하가 발생하는 것이며, 이는 SAR이 증가하는 것을 의미한다. 그러나, 이러한 전자기 부하는 대부분 제한적인데, 이는 전체 검진 시 제약들을 초래할 수 있다.

대안으로, 추가의 호흡용 측정 장치들, 특히 호흡 벨트 및 호흡 쿠션이 제시되었다. 이러한 측정 장치들은 환자의 배 또는 가슴을 둘러싸며 조여지거나, 앞쪽 국소 코일과 환자의 배/가슴 사이에 끼워진다. 호흡 벨트/호흡 쿠션의 올바른 배치와 준비를 위해 추가의 오랜 작업 시간이 요구된다. 게다가, 자기 공명 장치에 추가로 외부 장치들도 함께 이용되어야 한다.

자기 공명 검진의 분야에서 환자의 호흡을 측정하기 위한 추가 방법론들이 미국 자기공명 영상학회의 논문 초록들(ISMRM-Abstracts)인 "An Alternative Concept of Non-sequence-interfering, Contact-free-Respiration Monitoring", Proc. ISMRM 17 (2009) 753, 및 "An Alternative Concept of Non-Sequence-interfering Patient Respiration Monitoring", Proc. ISMRM 16 (2008) 202로부터 공지되어 있다. 이때, 환자 전체를 원통형으로 둘러싸는 고주파 코일 장치[바디 코일(body coil - BC)]의 반사 파라미터들의 관찰에 의해 호흡 운동을 검출하는 것이 제시된다. 자기 공명 장치의 환자 수용부의 라이닝의 후방에서의 앞쪽 국소 코일과 코일 소자 사이의 전송 파라미터들의 관찰을 다루는 다른 방법론들이 출원인의 나중 공개된 독일 특허 출원 DE 10 2013 212 276.4에 공지되어 있고, 이로써 이를 원용함으로써 상기 출원은 본 명세서에 포함된다.

이로 인해, 본 발명의 과제는, 자기 공명 검진 중 환자의 호흡을 측정하기 위한, 가능한 한 간단히 실현 가능하고 견고하며 신뢰할 만한 방법을 제시하는 데에 기초한다.

이러한 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따라 자기 공명 검진 중 환자의 호흡 과정을 측정하기 위한 방법이 제공되고, 상기 방법은, 환자의 아래쪽에 배치된 하나 이상의 코일 소자의 반사 특성들이 측정되고, 상이한 시점들의 호흡 상태를 설명하는 호흡 데이터를 결정하기 위해 분석되는 것을 특징으로 한다.

다시 말해, 본 발명에 따른 방법론은 환자에 대해 뒤쪽에서 환자의 흉부/복부 영역에, 고정된 코일 소자를 위치설정하는 것을 포함한다. 이때, 코일 소자는 가능한 한 환자에 가깝게, 특히 환자의 신체로부터 10cm 미만으로, 바람직하게는 5cm 미만으로 이격되어 배치된다. 이제, 이러한 안테나를 통해 송신 신호가 발산되고 복귀 신호가 측정 신호로서 측정되면, 상기 측정 신호의 특성들은 복부/흉부 영역의 환자의 전자기적 특성들에 좌우되지만, 이러한 전자기적 특성은 호흡에 의해 변경된다. 그러므로, 코일 소자의 고주파 기술 특성들의 변경으로 인해 호흡 운동이 추론될 수 있다. 코일 소자에 의해 방출되는 자계가 인체에 결합되어서 신체의 내부까지 확장되는 것이 전자기 효과의 측정을 위해 활용된다. 예컨대 환자가 호흡을 들이쉬면, 폐는 팽창되고 조직의 분포는 코일 소자의 민감도 영역 내에서 변경되므로, 안테나로서 작용하는 코일 소자 내로 반사된 신호도 변경된다.

테스트 측정들에 의해, 이러한 방식으로 호흡 주기들 뿐만 아니라 발생하는 호흡 정지들도 분명히 인지될 수 있는 것이 밝혀졌다. 이때, 예컨대 코일 소자로부터의 복귀 신호의 진폭 및/또는 위상은 분석될 수 있다. 이때, 매우 낮은 송신 출력들로도 충분하므로, 예컨대, 반사 특성들을 측정하기 위해 코일 소자의 10dBm 미만의 송신 출력이 이용되는 것이 제공될 수 있다. 예컨대, -10dBm 또는 -40dBm이 이용될 수 있다. 이로써, 송신 출력은 1 밀리와트의 훨씬 미만이고, 이는 환자에 대해 주목할만한 부하를 결과로 도출하지 않아서, SAR에 주목할만한 영향을 주지 않는다.

이때, 여기에 설명된 방법은 앞쪽 방향으로의 신체의 팽창에만 반응하는 것이 아니라 조직 분포의 변경에 민감하게 반응하는 것이 강조될 수 있다. 이는, 예컨대 자기 공명 장치의 환자 수용부의 라이닝의 후방에 배치된 전신 코일의 코일 소자와, 환자의 표면에 앞쪽에 위치설정된 코일 사이의 전송을 관찰할 시에, 더 멀리 떨어진 센서에 대한 신체 표면의 간격 변경에 민감하게 반응하는 방법들과는 다르다. 그러므로, 본 발명에 따른 방법은 매우 얕은 호흡의 (아픈) 환자들에게 훨씬 더 적합하고, 상기 환자들의 흉곽 또는 배는 약간만 팽창된다. 본 발명의 뒤쪽에 배치된 코일 소자는, 특히 환자용 침상 위의 환자가 누워있는 영역에 위치하므로, 거기에서 코일 소자의 운동이 발생하지는 않지만, 그럼에도 불구하고 호흡 중 환자에 대해 가까운 위치로 인해 측정 가능한 조직 분포의 변경은 충분히 분명한 신호를 제공하는 것이 밝혀졌다.

물론 코일 소자가 환자에 대해 뒤쪽에서 복부 또는 흉부 영역에 배치되기 때문에, 팔운동에 의해 발생할 수 있는 장애가 감소되는데, 그 이유는 신체 자체 특히 토르소의 유전체적 특성들에 의해 팔들이 가려지기 때문이고, 이는 예컨대 코일이 환자 수용부의 라이닝의 후방에 배치된 경우에는 그렇지 않을 것이다.

그러므로, 호흡을 측정하기 위한 환자의 뒤쪽에, 다시 말해 아래쪽에, 복부 및/또는 흉부 영역에 환자에 가깝게 배치된 코일 소자의 이용은, 특히 DE 10 2013 212 276.4호의 형태의 나중 공개된 종래기술에 비해서도 복수의 장점들을 제공한다. 이때, 상이한 코일 소자들 사이의 전송이 측정되는 것이 아니라, 안테나로서 작용하는 코일 소자가 원 게이트(one-gate) 센서 부재를 의미한다.

이때, 본 발명의 특히 바람직한 일 구현예에서, 코일 소자로서는 자기 공명 장치의 환자용 침상에 일체된 하나 이상의 코일 소자 및/또는 환자에 대해 뒤쪽에 배치될 국소 코일에 일체된 코일 소자가 이용되는 것이 제공된다. 이는, 한편으로는 환자에 대해 가까운 위치가 결국 필연적으로 형성되면서도, 다른 한편으로는 호흡을 측정하기 위한 추가의 부품들/장치들이 더 이상 요구되지 않는 큰 장점을 갖는다. 코일 소자는 이미 환자용 침상에 그리고/또는 어차피 이용되는, 뒤쪽에, 다시 말해 환자의 아래쪽에 위치설정될 국소 코일에 일체된다. 이때, 상기 국소 코일은 특히 척추-국소 코일일 수 있다. 이러한 구현예에서, 환자용 침상이 환자 수용부 내로 들어가거나 환자 수용부로부터 나오는 경우에, 센서, 다시 말해 코일 소자는 환자와 함께 이동되는데, 그 이유는 상기 코일 소자가 이미 위치설정된 국소 코일 내에 또는 환자 진찰대의 이동부, 즉 환자용 침상 자체 내에 위치설정되기 때문이다. 이로 인해 호흡 데이터는 환자가 환자 수용부의 외부에 위치설정되자마자 이미 측정될 수 있는 것이 결과로 도출된다. 환자 수용부 내에 센서들이 있거나, 앞쪽 코일로부터 환자 수용부 내 센서로 전송이 이루어지는 경우와 같이, 환자가 이미 환자 수용부 내에 있을 때야 비로소 환자의 호흡 측정이 기능하는지의 여부를 검사하는 것이 아니고, 즉시 검사할 수 있는 가능성이 이용자에게 주어진다.

코일 소자가 환자용 침상에 또는 환자의 아래쪽에 놓여질 국소 코일에 일체되는 이러한 구현예의 추가 장점은, 코일 소자와 환자 사이의 간격이 항상 일정하여서, 반사 특성들의 특성 데이터들의 값범위는 상이한 (마른, 비만인, 근육질의) 환자 유형들에 대해 약간만 변경되는 것이고, 이는 다시금 환자 수용부의 라이닝의 후방에 배치된, 센서/고주파 코일 장치(바디 코일)의 일부가 이용되는 방법과는 다르다.

본 발명에 따른 방법의 구체적인 구현예에서, 송신 신호 이후에 복귀하는 신호가 방향성 결합기에 의해 분리되고 측정되는 것이 제공될 수 있다. 이는, 코일 소자에 의해 송신 신호가 발산되고, 상기 송신 신호는 반사 신호로서 코일 소자 내로 반결합됨으로써, 측정 신호로서 방향성 결합기에 의해 분리되고 측정되는 복귀 신호를 생성한다. 특히 다시 말해, 측정-송신 신호를 발산하기 위한 송신 장치, 복귀 신호를 분리하기 위한 방향성 결합기, 및 상기 방향성 결합기의 하류에 배치된 수신 장치를 구비할 수 있는 송신/수신 유닛이 제공될 수 있다.

바람직하게 반사 특성들은 복귀 신호의 진폭 및/또는 위상의 형태로 분석된다. 이때, 바람직하게 복귀 신호의 진폭값이 관찰된다. 출원인의 실험들이 보여주었듯이, 양 그래프들에는 호흡 운동이 분명히 표시된다. 바람직하게, 경우에 따라 타당성 검사를 수행할 수 있는 등의 목적을 위해 진폭뿐 아니라 위상도 분석될 수 있다.

바람직하게, 반사 특성들의 측정은 자기 공명 영상화를 위해 이용된 주파수 영역의 밖에 존재하는 주파수에서 실행된다. 이때 상기 주파수는 구체적으로 0.1-10,000MHz의 범위에서, 예컨대 다시 말해 20MHz 또는 250MHz에서 선택될 수 있다. 그러므로, 반사 특성들을 위한 측정 주파수의 선택이 이루어져서, 자기 공명 영상화는 방해를 받지 않는다. 그러므로, 자기 공명 장치의 수신 시스템이 매우 둔감한 주파수들이 이용된다. 그러나 이때, 하기에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 특히 코일 소자가 원래의 자기 공명 영상화 시에도 수신 코일로서 이용되는 경우에, 자기 공명 주파수 근방의 주파수들[라모어 주파수(larmor frequency)]을 이용하는 것도 물론 고려될 수 있을 것이다.

이미 언급되었듯이, 반사 특성들을 측정하기 위해 이용된 출력들은 매우 낮게 유지될 수 있으므로, 예컨대 반사 특성들을 측정하기 위해 코일 소자의 10dBm보다 낮은 송신 출력이 이용되는 것이 제공될 수 있다. 그래서, 환자의 주목할만한 SAR-부하가 고려될 필요가 없다. 그 외에도, 예컨대 포화와 같은, 인접한 수신 코일들의 민감한 수신 전자 장치의 장애가 예상되지 않는다.

본 발명의 특히 바람직한 일 구현예에는, 특히 자기 공명 장치의 환자용 침상에 일체된 코일 소자들의 경우 상이한 위치들에 배치된 2개 이상의 코일 소자들이 이용되는 것이 제공되고, 이때 측정을 위해 이용되는 코일 소자는 코일 소자들에 상대적인 환자의 위치, 특히 환자용 침상 위에서의 환자의 위치를 설명하는 환자 위치 정보로 인해 그리고/또는 다양한 코일 소자들의 호흡 데이터의 품질을 설명하는 품질 정보로 인해 선택된다. 그러므로, 환자의 다른 위치설정들에 유연하게 반응할 수 있고 그리고/또는 환자의 신체 치수와 더 무관해지기 위해, 단 하나 이상의 코일 소자, 다시 말해 하나 이상의 센서를 이용하는 것이 제공될 수 있다. 그래서, 예컨대 환자가 환자용 침상 위에서 "머리 먼저 오도록" 배향되어 위치설정될 뿐만 아니라, "발 먼저 오도록" 배향되어 배치되기도 하는 자기 공명 검진이 알려져 있다. 예컨대 환자용 침상의 상이한 측들에 일체형 코일 소자들이 이용되면, 예컨대 환자 위치 정보가 상응하는 코일 소자를 표시할 경우에, 항상 적합한 코일 소자가 이용될 수 있다. 그러나, 코일 소자의 선택은 호흡 데이터 품질의 분석에 의해서도 이루어질 수 있고, 이는, 선택 단계에서 우선 모든 코일 소자들에 의해 측정이 실행되고 나서, 최고의 신호 품질을 제공하는 코일 소자가 최종 측정을 위해 선택되는 것을 의미한다.

환자 위치 정보는 환자 데이터, 특히 환자의 키 및/또는 성별 및/또는 체중 및/또는 나이를 포함할 수 있고, 그리고/또는 적어도 부분적으로 이러한 환자 데이터로부터 도출될 수 있다. 그러므로, 어떠한 코일 소자가 환자의 호흡을 측정하기에 이상적인 위치에 있는지를 찾아내기 위해 메타-정보가 이용된다. 그러나 추가로 또는 대안으로, 환자 위치 정보는 적어도 부분적으로 자기 공명 장치에 의한 스카우트 측정(scout measurement)으로부터 결정되는 것도 제공될 수 있다. 이러한 영역에서, 환자가 환자용 침상 위에서 "머리 먼저 오도록" 또는 "발 먼저 오도록" 배치되는지의 여부와, 환자용 침상 위에서 어디에 존재하는지도 완전 자동으로 결정하는 자동 분석 방법도 이미 알려져 있다. 마지막으로 물론, 환자 위치 정보가 입력되거나, 심지어는 적합한 코일 소자가 조작자에 의해 직접 선택되는 것이 고려될 수도 있다.

본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 자기 공명 데이터를 기록하기 위해서도 코일 소자, 특히 국소 코일의 부분 코일이 이용되는 것이 제공된다. 예컨대 영상화하는 뒤쪽 국소 코일에 코일 소자가 일체되기 때문에, 코일 소자가 자기 공명 영상화의 범주에서도 이용되는 경우, 추가의 호흡 센서 안테나가 불필요하다는 장점이 얻어진다.

이때 한편으로, 코일 소자는 반사 특성들을 측정하기 위한 주파수와 자기 공명 주파수에서 이중 공명을 하도록 작동되는 것이 제공될 수 있다. 그러므로, 한편으로 라모어 주파수(자기 공명 주파수)에서 공진이 제공되고, 다른 한편으로 반사 특성들의 측정이 실시되는 호흡 센서-주파수에서 공진이 제공된다.

그러나, 대안으로 반사 특성들의 측정이 자기 공명 영상화를 위한 잡음 밴드에 인접한 주파수에서 그리고/또는 자기 공명 신호들을 위한 수신 장치에 의해 처리될 수 있는 주파수에서 이루어지는 경우도 바람직할 수 있다. 그러므로, 이러한 구현예에서, 반사 특성들을 측정하기 위한 주파수는 자기 공명 주파수(라모어 주파수)의 근방에서, 바람직하게 거기서 발생하는 잡음 밴드의 바로 밖에서 선택되지만, 측정은 방해를 받지 않는데, 이는 자기 공명 장치의 수신 시스템 내의 어차피 존재하는 수신 채널, 즉 특히 그곳의 수신 장치가 이용될 수 있다는 특별한 장점에 의해 가능할 수 있다. 그러면, 반사 특성들을 설명하는 신호뿐만 아니라 자기 공명 신호들의 측정도 우선 동일한 수신 장치로 전달되고, 이 수신 장치는 신호들을 상응하게 분배하고 각각의 분석 장치들에 공급한다.

출력들이 낮기 때문에, 거의 연속적인 호흡 측정을 실시하는 것이 기본적으로 고려될 수 있지만, 반사 특성들의 주기적이고 그리고/또는 트리거링된 측정도 제공될 수 있다. 이러한 맥락에서, 측정 시간 범위가 자기 공명 영상화 과정의 판독 시간 범위 및/또는 여기 시간 범위 외에 위치하도록 반사 특성들의 측정 과정이 트리거링되는 것이 제공될 수 있다. 이때, 자기 공명 영상화에 대한 영향이 실질적으로 배제될 수 있지만, 자기 공명 주파수 등의 판독 시간 프레임에 대해서는 호흡 데이터가 주어지지 않는 것을 유의해야 한다. 그러므로, 자기 공명 영상화의 영향이 가능한 한 적게 발생하도록, 반사 특성들이 측정되는 주파수를 적합하게 선택하는 것이 바람직할 수 있다.

이와 관련하여, 본 발명의 다른 바람직한 일 구현예에서, 코일 소자가 자기 공명 주파수에서의 차단 회로(trap circuit)를 포함하는 것이 제공된다. 이는, 이러한 방식으로 반사 특성들의 측정이 적어도 일시적으로 동시에 진행되는 자기 공명 영상화에 의한 영향도 받지 않음을 의미하는데, 그 이유는 상응하는 신호들이 코일 소자의 내부에서 방지될 수 있기 때문이다. 이와 반대로 바람직하게, 반사 특성들의 측정도 자기 공명 영상화를 방해할 수 없다. 수신의 경우, 간섭(interference), 다시 말해 공진이 자기 공명 영상화 시에 이용된 코일 소자들에 의해 최소화된다. 이러한 구현예는 물론, 코일 소자가 자기 공명 신호들을 기록하기 위해 이용되는 것이 아니라 반사 특성들의 측정을 위해 전적으로 제공되는 경우에 매우 바람직하다. 상기 유형의 경우, 코일 소자는 자기 공명 검진 중의 영상화 수단들과 무관하게 이용될 수 있다.

상기 방법 외에도, 본 발명은 또한 자기 공명 검진 중 환자의 호흡 과정을 측정하기 위한 측정 장치에 관한 것이며, 상기 측정 장치는, 환자가 영상화를 위해 위치설정되는 경우 환자의 아래쪽에 (다시 말해 뒤쪽에) 배치된 하나 이상의 코일 소자와, 코일 소자의 반사 특성들을 설명하는 측정 데이터를 기록하고, 상기 측정 데이터의 분석에 의해 상이한 시점들의 환자의 호흡 상태를 설명하는 호흡 데이터를 결정하기 위한 제어 장치를 포함한다. 본 발명에 따른 방법에 대한 모든 구현예들은 본 발명에 따른 측정 장치에 동일하게 전용될 수 있어서, 바람직하게는 본 발명에 따른 방법을 실행하기 위한 제어 장치가 형성될 수 있다. 이러한 방식으로, 상기 측정 장치에 의해서도 본 발명에 따른 방법의 장점들이 얻어진다. 이와 관련하여, 하나 이상의 코일 소자가 자기 공명 장치의 환자용 침상에 그리고/또는 국소 코일에 일체될 경우에 특히 바람직하다.

상기 제어 장치는 측정-송신 신호를 발산하기 위한 송신 장치, 복귀 신호를 분리하기 위한 방향성 결합기, 상기 방향성 결합기의 하류에 설치된 수신 장치, 및 분석 장치를 포함할 수 있다. 상기 송신 장치, 방향성 결합기, 및 수신 장치는 송신 및 수신 유닛으로서 조합될 수 있다. 상기 분석 장치는 일반적인 연산 장치의 일부일 수 있다.

추가로, 상기 제어 장치는 측정 과정들을 트리거링하기 위한 트리거 장치를 포함할 수 있다. 이때, 반사 특성들을 위한 측정 과정들은 예컨대 주기적으로 반복될 수 있지만, 이러한 측정 과정들이 자기 공명 검진의 과정 중에 발생하는 다른 이벤트들, 예컨대 특정 이벤트들에 좌우되는 것도 고려될 수 있다.

마지막으로, 본 발명은 또한 본 발명에 따른 측정 장치를 포함하는 자기 공명 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 측정 장치와 본 발명에 따른 방법에 대한 모든 구현예들은, 하나 이상의 코일 소자가 특히 바람직하게 환자용 침상에 그리고/또는 국소 코일에 일체되는, 본 발명에 따른 자기 공명 장치에 동일하게 전용될 수 있다.

본 발명의 추가의 장점들과 세부사항들은 하기에 설명되는 구현예들과 도면에 의해 도출된다.

도 1은 본 발명에 따른 자기 공명 장치의 계통도이다.
도 2는 본 발명에 따른 측정 장치의 부품들을 도시한 도면이다.
도 3은 환자에 상대적인 코일 소자의 배치를 도시한 도면이다.
도 4는 제1 환자의 경우 복귀 신호의 측정된 진폭을 도시한 도면이다.
도 5는 제1 환자의 경우 복귀 신호의 측정된 위상을 도시한 도면이다.
도 6은 제2 환자의 경우 복귀 신호의 측정된 진폭을 도시한 도면이다.
도 7은 제2 환자의 경우 복귀 신호의 측정된 위상을 도시한 도면이다.
도 8은 국소 코일에 일체형 코일 소자를 도시한 도면이다.
도 9는 복수의 코일 소자들을 구비한 환자용 침상을 도시한 도면이다.

도 1에는 본 발명에 따른 자기 공명 장치(1)의 계통도가 도시된다. 기본적으로 알려져 있듯이, 이러한 자기 공명 장치는, 여기서 파선으로 도시되는, 원통형 환자 수용부(3)를 규정하는 주 자기 유닛(2)을 구비한다. 기본적으로 알려져 있듯이, 고주파 코일 장치(바디 코일)와 경사 코일 장치가 환자 수용부(3)를 둘러싸면서 제공될 수 있고, 이때 기본 자계를 생성하는 주 자기는 마찬가지로 주 자기 유닛(2) 내에 포함된다.

자기 공명 검진을 실행하기 위해, 다시 말해 자기 공명 영상화를 작동하기 위해, 환자용 침상(4)에 의해 환자용 침상(4) 위에 위치설정된 환자(5)가 환자 수용부(3) 내로 삽입될 수 있다. 이러한 자기 공명 영상화가 환자(5)의 복부 및/또는 흉부 영역에서 이루어지면, 이러한 영역은 환자(5)의 호흡 운동의 대상이 되는 것을 유의해야 한다. 그러므로 본원에서는, 환자(5)의 호흡도 측정되어야 하고, 이를 위해 자기 공명 장치(1)는 상응하는 측정 장치, 구체적으로는 본 발명에 따른 측정 장치를 구비한다. 이러한 측정 장치는, 환자용 침상(4)에 일체되고 이에 따라 환자의 뒤쪽에서 복부 및/또는 흉부 영역에 배치된 코일 소자(6)를 포함한다. 코일 소자(6)는 환자용 침상(4)의 내부에 위치설정됨으로써 환자(5)의 허리에 매우 가깝게, 특히 환자의 허리로부터 5cm 미만의 간격으로 배치된다. 환자(5)에 대해 고정되어 위치설정되므로, 이미 환자(5)가 환자 수용부(3)의 외부에 있을 때도 예컨대 기능을 검사하기 위한 측정들이 실시될 수 있다. 여기서 구리로 구성되는 동축 케이블인 케이블 접속부(7)를 통해 코일 소자(6)는 개략적으로만 도시된 자기 공명 장치(1)의 제어 장치(8)와 연결되고, 상기 제어 장치는 자기 공명 장치(1)의 작동 자체와 더불어 본 발명에 따른 방법에 따른 측정 장치의 작동도 제어하여서, 측정 장치의 제어 장치(8)로서 작동한다. 이를 위해, 제어 장치(8)는 특히 송신/수신 유닛(9) 및 분석 장치(10)를 포함한다.

이는 본 발명에 따른 측정 장치(11)의 계통도에 의해 도 2에 더 상세히 설명된다. 송신/수신 유닛(9)은 우선 상응하게, 코일 소자(6)를 통해 발산되는 측정-송신 신호가 생성되는 송신 장치(12)를 포함한다. 이는 주기적으로 발생할 수 있고, 이를 위해 송신 장치(12)는 클록 발생기(13)의 신호를 수신한다.

측정-송신 신호가 코일 소자(6)를 통해 환자(5)의 신체 내로 방사되면, 조직의 특성들에 의해 영향을 받지만, 조직의 위치가 호흡에 의해 변경되므로, 호흡 상태에 따라 각각 상이한 복귀 신호들이 발생한다. 이러한 복귀 신호들은 반사 특성들을 설명한다. 이러한 반사 특성들은 방향성 결합기(14)에 의해 분리되고, 여기서 두 부분의 수신 장치(15)에 공급되며, 상기 수신 장치에서 한편으로는 진폭 유닛(16) 내에서 복귀 신호의 진폭이 디지털화되고, 다른 한편으로는 위상 유닛(17) 내에서 송신 신호와의 비교에 의해 발생 위상 변위가 결정되어, 마찬가지로 디지털화된다. 이러한 측정 데이터, 다시 말해 복귀 신호의 진폭과 위상은 분석 장치(10)로 전달된다. 이러한 분석 장치는, 상이한 시점들의 호흡 위상을 설명하는 호흡 데이터를 생성하기 위해 진폭 추이와 위상 추이를 분석하고, 상기 호흡 데이터는 예컨대 자기 공명 측정들의 트리거링을 위해 그리고/또는 후향 동기를 위해 제어 장치(8)에 의해 이용될 수 있다.

이러한 점에서, 호흡 신호로도 불릴 수 있는 유의미한 복귀 신호를 얻기 위해, 낮은 송신 출력으로도 충분하다는 것이 제시될 것이다.

도 3에는 명료함을 위해, 환자(5)의 신체(18)에 상대적으로 코일 소자(6)를 배치하기 위한 분해도가 도시된다. 도시되는 바와 같이, 코일 소자(6)는 신체(18)에 대해 아래쪽에, 다시 말해 뒤쪽에, 자세히 말해 허리의 중앙 영역에 배치된다.

이때 기본적으로, 자기 공명 영상화의 범주에서 자기 공명 데이터를 기록하기 위해서도 코일 소자(6)를 이용하는 것이 고려될 수 있다. 이때, 자기 공명 주파수에서 뿐만 아니라 반사 특성들을 측정하기 위한 주파수에서도 송신과 수신을 구현하기 위해, 코일 소자(6)는 이중 공명을 하도록 형성될 수 있다. 자기 공명 영상화를 위해 이용된 주파수 영역의 잡음 영역에 바로 이어지며, 경우에 따라 이중 공명이 필요하지 않으면서 동일한 수신 채널을 통해 분석될 수 있는 주파수에서 반사 특성들의 측정을 실행할 수도 있다.

그러나, 코일 소자(6)가 자기 공명 영상화를 위해 이용되지 않으므로, 자기 공명 영상화와 무관하게 주파수가 자기 공명 영상화를 위한 주파수 영역의 밖에 있을 때 작동될 수 있는 구현예들도 고려될 수 있다. 이러한 코일 소자에 의한 측정들은 도 4 내지 도 7에 의해 예시로서 도시된다. 이때, 도 4 및 도 5는 제1 환자에 관한 것이고, 도 4에는 복귀 신호 진폭의 시간상 그래프가 도시되며, 도 5에는 복귀 신호 위상의 시간상 그래프가 도시된다. 이러한 측정은 20MHz의 주파수에서 실행되었다. 시간 범위(19) 내 호흡 주기들과 호흡 정지들은 분명히 인지될 수 있다.

도 6과 도 7에는 제2 환자를 위한 추가의 측정 결과들이 도시되고, 이때 도 6은 재차 진폭(의 값)에 관한 것이며, 도 7은 위상에 관한 것이다. 여기에는 호흡 정지가 나타나지 않는다. 제2 환자가 매우 마른 여자이면, 심지어 심장 박동은 호흡 신호에 중첩되어 인지될 수 있다. 도 4 내지 도 7에서와 유사한 측정 결과들이 250MHz의 주파수에서도 얻어졌다.

도 8에는 환자(5)의 아래쪽에서 환자용 침상(4) 위로 놓여질 수 있는 국소 코일(20), 여기서는 척추 코일의 계통도가 도시된다. 상이한 부분 코일들(22)이 유연한 캐리어 재료(21) 내에 내장된다. 이때, 바람직하게 위치설정된, 이러한 부분 코일들 중 하나가 마찬가지로 코일 소자(6)로서 본 발명을 실행하기 위해 이용될 수 있으므로, 코일 소자(6)는 환자용 침상(4)이 아닌 국소 코일(20)에 일체된다.

마지막으로, 도 9에는 환자용 침상(4')의 변경된 구현예가 도시되고, 상기 환자용 침상에는 대칭으로 서로 대향하는 측면에 환자의 호흡을 측정하기 위한 2개의 코일 소자들(6)이 일체된다. 이러한 방식으로 환자(5)의 호흡은 각각의 경우, 환자가 환자용 침상(4') 위에서 "머리 먼저 오도록" 또는 "발 먼저 오도록" 위치설정되는지의 여부와 무관하게 측정될 수 있다. 환자(5)의 머리가 환자용 침상(4')의 우측에 위치하는 경우에는 마찬가지로, 우측 코일 소자(6)가, 다른 경우에는 좌측 코일 소자(6)가 호흡 데이터를 위해 향상된 결과들을 제공할 것이다. 그러므로, 측정 결과들을 제공하는 코일 소자(6)가 선택될 수 있다. 이는, 스카우트 측정으로부터 그리고/또는, 특히 비교적 많은 수의 코일 소자들(6)의 경우에, 예컨대 키, 체중 등과 같은 환자 데이터로부터 결정될 수 있는 환자 위치 정보에 따라 결정될 수 있다. 이용될 코일 소자(6)의 직접적인 선택과 같이, 환자 위치 정보의 입력도 물론 가능하다. 코일 소자(6)는 품질 정보에 따라서도 선택될 수 있고, 이러한 품질 정보의 결정을 위해 환자(5)가 위치설정될 경우 모든 코일 소자들(6)에 의해 테스트 측정들이 실행되며, 질적으로 가장 높은 측정 데이터값 또는 호흡 데이터값을 제공하는 코일 소자(6)가 이용된다. 이러한 선택 작용은 제어 장치(8)에 의해 자동으로도 이루어질 수 있다.

이때, 물론 2개 이상의 코일 소자들도 이용될 수 있다.

이러한 맥락에서, 여기서 제시된 측정 방법은 예컨대 호흡 쿠션 또는 호흡 벨트의 이용과 같은 기존의 방식에 대한 보완으로서 이용될 수도 있는 것이 언급되어야 한다. 이러한 경우, 조작자 및/또는 제어 장치(8)는, 구체적인 경우에 어떠한 측정 방법이 이용될 것인지를 결정할 수 있다. 예컨대 기본 설정으로서 코일 소자(6)를 통한 측정이 이루어질 수 있으며, 예컨대 호흡 쿠션과 같은 추가 센서가 연결되었을 경우에만 더 높은 우선순위로 분석될 수 있다.

마지막으로, 자기 공명 영상화에 의한 호흡 측정의 방해 또는 호흡 측정에 의한 자기 공명 영상화의 방해를 방지하거나 최소화하기 위해, 특히 자기 공명 신호들을 측정하는데 이용되지 않는 코일 소자들(6)에서는, 바람직하게 자기 공명 시퀀스를 위한 차단 회로가 코일 소자의 일부일 수 있는 것이 참조된다.

본 발명은 구체적으로 바람직한 구현예들에 의해 더 상세히 도시되거나 설명되었을지라도, 본 발명의 보호 범위를 벗어나지 않으면서 공지된 예시들에 의해 제한되지 않고, 이로부터 다른 대안예들이 당업자에 의해 도출될 수 있다.

Claims

자기 공명 장치(1)에 의한 자기 공명 검진 중 환자(5)의 호흡 과정을 측정하기 위한 방법에 있어서,
환자(5)의 아래쪽에 배치된 하나 이상의 코일 소자(6)의 반사 특성들이 측정되고, 상이한 시점들의 호흡 상태를 설명하는 호흡 데이터를 결정하기 위해 분석되는 것을 특징으로 하는, 환자의 호흡 과정을 측정하기 위한 방법.
제1항에 있어서, 코일 소자(6)로서, 자기 공명 장치(1)의 환자용 침상(4, 4')에 일체된 하나 이상의 코일 소자(6)와, 환자(5)에 대해 뒤쪽에 배치될 국소 코일(20)에 일체형 코일 소자(6) 중 어느 하나 또는 이 두 코일 소자 모두가 이용되는 것을 특징으로 하는, 환자의 호흡 과정을 측정하기 위한 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 송신 신호 이후에 복귀하는 신호가 방향성 결합기(14)에 의해 분리되고 측정되는 것을 특징으로 하는, 환자의 호흡 과정을 측정하기 위한 방법.
제3항에 있어서, 반사 특성들은 복귀 신호의 진폭과 위상 중 어느 하나 또는 이 둘 모두의 형태로 분석되는 것을 특징으로 하는, 환자의 호흡 과정을 측정하기 위한 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 반사 특성들의 측정은 자기 공명 영상화를 위해 이용된 주파수 영역의 밖에 존재하는 주파수에서 실행되는 것을 특징으로 하는, 환자의 호흡 과정을 측정하기 위한 방법.
제5항에 있어서, 상기 주파수는 0.1 내지 10,000MHz의 범위에서 선택되는 것을 특징으로 하는, 환자의 호흡 과정을 측정하기 위한 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 반사 특성들을 측정하기 위해 코일 소자(6)의 10dBm 미만의 송신 출력이 이용되는 것을 특징으로 하는, 환자의 호흡 과정을 측정하기 위한 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상이한 위치들에 배치된 2개 이상의 코일 소자들(6)이 이용되고, 이때 측정을 위해 이용되는 코일 소자(6)는 코일 소자들(6)에 상대적인 환자(5)의 위치를 설명하는 환자 위치 정보와, 상이한 코일 소자들(6)의 호흡 데이터의 품질을 설명하는 품질 정보 중 어느 하나 또는 이 두 정보 모두로 인해 선택되는 것을 특징으로 하는, 환자의 호흡 과정을 측정하기 위한 방법.
제8항에 있어서, 상기 환자 위치 정보는 환자 데이터를 포함하는 것과, 상기 환자 위치 정보는 적어도 부분적으로 상기 환자 데이터로부터 도출되는 것 중 적어도 하나를 특징으로 하는, 환자의 호흡 과정을 측정하기 위한 방법.
제8항에 있어서, 환자 위치 정보는 적어도 부분적으로 자기 공명 장치(1)에 의한 스카우트 측정(scout measurement)으로부터 결정되는 것을 특징으로 하는, 환자의 호흡 과정을 측정하기 위한 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 코일 소자(6)는 자기 공명 데이터를 기록하기 위해서도 이용되는 것을 특징으로 하는, 환자의 호흡 과정을 측정하기 위한 방법.
제11항에 있어서, 코일 소자(6)는 반사 특성들을 측정하기 위한 주파수 및 자기 공명 주파수에서 이중 공명을 하도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 환자의 호흡 과정을 측정하기 위한 방법.
제11항에 있어서, 반사 특성들의 측정은 자기 공명 영상화를 위한 잡음 밴드에 인접한 주파수와, 자기 공명 신호들을 위한 수신 장치에 의해 처리될 수 있는 주파수 중 어느 하나 또는 이 두 주파수 모두에서 이루어지는 것을 특징으로 하는, 환자의 호흡 과정을 측정하기 위한 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 코일 소자(6)는 환자(5)의 신체(18)로부터 10cm 미만으로 이격되는 것을 특징으로 하는, 환자의 호흡 과정을 측정하기 위한 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 측정 시간 범위가 자기 공명 영상화 과정의 판독 시간 범위와, 여기 시간 범위 중 어느 하나 또는 이 두 범위 외에 위치하도록 반사 특성들의 측정 과정이 트리거링되는 것을 특징으로 하는, 환자의 호흡 과정을 측정하기 위한 방법.
자기 공명 장치(1)에 의한 자기 공명 검진 중 환자(5)의 호흡 과정을 측정하기 위한 측정 장치(11)이며, 상기 측정 장치는, 환자(5)가 영상화를 위해 위치설정되는 경우 환자(5)의 아래쪽에 위치설정된 하나 이상의 코일 소자(6)와, 코일 소자(6)의 반사 특성들을 설명하는 측정 데이터를 기록하고, 상기 측정 데이터를 분석함으로써 상이한 시점들의 환자(5)의 호흡 상태를 설명하는 호흡 데이터를 결정하기 위한 제어 장치(8)를 포함하는, 환자의 호흡 과정을 측정하기 위한 측정 장치.
제16항에 있어서, 제어 장치(8)는 측정-송신 신호를 발산하기 위한 송신 장치(12), 복귀 신호를 분리하기 위한 방향성 결합기(14), 방향성 결합기(14)의 하류에 설치된 수신 장치(15), 및 분석 장치(10)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 환자의 호흡 과정을 측정하기 위한 측정 장치.
제16항 또는 제17항에 있어서, 제어 장치(8)는 추가로 측정 과정들을 트리거링하기 위한 트리거 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는, 환자의 호흡 과정을 측정하기 위한 측정 장치.
제16항 또는 제17항에 있어서, 자기 공명 영상화 시에 이용되지 않을 코일 소자(6)는 자기 공명 주파수에서의 차단 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는, 환자의 호흡 과정을 측정하기 위한 측정 장치.
제16항에 있어서, 제어 장치(8)는 제1항 또는 제2항에 따른 방법을 실행하기 위해 형성되는 것을 특징으로 하는, 환자의 호흡 과정을 측정하기 위한 측정 장치.
제16항 또는 제17항에 따른 측정 장치(11)를 구비하는 자기 공명 장치(1).