KR102016422B1 - Magnet resonance imaging device and method for generating blood imaging thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명에서는 비조영(non-contrast) 자기공명혈관조영술(magnetic resonance angiography, MRA)에 기반하여 혈류 영상을 복원하는 방법과 그 자기 공명 영상 장치가 개시된다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 혈류 영상 복원 방법은 유동 민감성 펄스 시퀀스(flow sensitive pulse sequence)가 대상체로 인가됨에 따라 혈류 정보를 포함하는 MR 신호들을 획득하는 단계; 대상체의 심장 활동 상태에 따라 MR 신호들을 구분하는 단계; 서로 다른 심장 활동 상태에 대응하는 MR 신호들을 서로 다른 k-공간으로 구분하여 맵핑하는 단계; 및 서로 다른 k-공간 데이터를 이용하여 혈류 영상을 복원하는 단계를 포함한다. Disclosed is a method for restoring a blood flow image based on non-contrast magnetic resonance angiography (MRA) and a magnetic resonance imaging apparatus thereof. In particular, the blood flow image reconstruction method according to an embodiment of the present invention includes the steps of obtaining MR signals including blood flow information as a flow sensitive pulse sequence is applied to a subject; Dividing the MR signals according to the cardiac activity state of the subject; Mapping MR signals corresponding to different cardiac activity states into different k-spaces and mapping them; And reconstructing the blood flow image using different k-spatial data.
Description
본 발명은 자기 공명 영상 장치 및 이를 이용한 혈류 영상 복원 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로, 비조영(non-contrast) 자기공명혈관조영술(magnetic resonance angiography, MRA)에 기반하여 혈류 영상을 복원하는 방법 및 그 자기 공명 영상 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a magnetic resonance imaging apparatus and a blood flow image restoration method using the same, and more particularly, to a method for restoring a blood flow image based on non-contrast magnetic resonance angiography (MRA), and The magnetic resonance imaging device.
최근 자기 공명 영상(MRI, Magnetic Resonance Imaging) 장치를 이용하여 인체에 대한 횡축 방향, 세로축 방향, 사선 방향 등의 영상을 획득하고, 이러한 영상을 통해 피검사자의 상태를 검사 및 진단하는 경우가 늘어나고 있다. 자기 공명 영상은 인체의 비침습적 영상을 가능하게 하고 CT/PET과 달리 방사능 노출의 위험이 전혀 없기 때문에 매우 중요하고 유용한 영상장비이다 Recently, images of a horizontal axis, a vertical axis, and an oblique direction of a human body are acquired by using a magnetic resonance imaging (MRI) device, and a case of examining and diagnosing a subject's condition through these images is increasing. Magnetic resonance imaging is a very important and useful imaging device because it enables noninvasive imaging of the human body and unlike the CT / PET, there is no risk of radiation exposure.
이 자기 공명 영상의 분야에 있어서 혈류 영상을 얻는 기법으로서 MRA(magnetic resonance angiography)가 알려져 있다. MRA는 뇌나 심장의 허혈 부위나 경색 부위 검사에 주로 이용되고 있다. 종래의 MRA 는 조영제를 투여하는 방식으로 이루어져 조영제에 대한 부작용이나 위험성이 문제 되고 있다. 이를 해결하기 위해, MRA 중 조영제를 사용하지 않는 비조영(non-contrast) MRA에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. Magnetic resonance angiography (MRA) is known as a technique for obtaining blood flow images in the field of magnetic resonance imaging. MRA is commonly used to test for ischemic or infarct areas of the brain or heart. Conventional MRA is made by administering a contrast agent has been a problem of side effects and risks for the contrast agent. In order to solve this problem, researches on non-contrast MRAs using no contrast medium have been actively conducted.
최근 심전도(electro cardiogram)를 이용해 심장의 박동에 따라 빠른 유속의 혈류를 포착함으로써 영상화하는 FBI(Fresh Blood Imaging) 법이 널리 알려져 있다. 그러나 FBI 기법은 심장의 수축기와 이완기의 두 가지 심장 활동 상태 별 볼륨(volume)을 영상화하여야 하며, 특정 심장 활동 상태를 포착하여 MR 신호를 획득해야 한다는 어려움이 있다. 또한, 수축기와 이완기가 불규칙적으로 나타나는 부정맥 환자에 적용이 어렵다는 문제점이 있다. Recently, the Fresh Blood Imaging (FBI) method, which uses an electrocardiogram to capture blood flow at a high flow rate as the heart beats, is widely known. However, the FBI technique has to image the volume of two cardiac activity states, namely systolic and diastolic of the heart, and has a difficulty in acquiring MR signals by capturing specific cardiac activity states. In addition, there is a problem that it is difficult to apply to patients with arrhythmias appearing irregularly systolic and diastolic.
일본등록특허 제 4632535 호(발명의 명칭: MRI 장치)Japanese Patent No. 4632535 (Invention name: MRI device)
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 일부 실시예는 대상체의 특정 심장 활동 상태와 관계없이 대상체를 스캔할 수 있는 비조영 MRA 기반의 혈류 영상 복원 방법을 제공하는데에 그 목적이 있다. 더 나아가, 심장 활동 상태와 잡음에 강건한 혈류 영상을 복원하는데에 그 목적이 있다. The present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, and some embodiments of the present invention to provide a method for reconstructing a blood flow image based on non-enhanced MRA that can scan the subject irrespective of the specific heart activity state of the subject. The purpose is. Furthermore, the aim is to restore blood flow images that are robust to cardiac activity and noise.
다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.However, the technical problem to be achieved by the present embodiment is not limited to the technical problem as described above, and other technical problems may exist.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 해결방법으로서, 본 발명의 제1 측면은, 유동 민감성 펄스 시퀀스(flow sensitive pulse sequence)가 대상체로 인가됨에 따라 혈류 정보를 포함하는 MR 신호들을 획득하는 단계; 대상체의 심장 활동 상태에 따라 MR 신호들을 구분하는 단계; 서로 다른 심장 활동 상태에 대응하는 MR 신호들을 서로 다른 k-공간으로 구분하여 맵핑하는 단계; 및 서로 다른 k-공간 데이터를 이용하여 혈류 영상을 복원하는 단계를 포함하는 비조영 MRA 기반의 혈류 영상 복원 방법을 제공한다. As a technical solution for achieving the above-described technical problem, a first aspect of the present invention comprises the steps of obtaining MR signals including blood flow information as a flow sensitive pulse sequence is applied to an object; Dividing the MR signals according to the cardiac activity state of the subject; Mapping MR signals corresponding to different cardiac activity states into different k-spaces and mapping them; And reconstructing a blood flow image using different k-spatial data.
또한, 본 발명의 제 2 측면은, 자기 공명 영상을 처리하기 위한 프로그램이 저장된 메모리와 상기 프로그램을 실행하는 프로세서를 포함한다. 프로세서는, 상기 프로그램의 실행에 따라, 유동 민감성 펄스 시퀀스(flow sensitive pulse sequence)가 대상체로 인가됨에 따라 혈류 정보를 포함하는 MR 신호들을 획득하며, 대상체의 심장 활동 상태에 따라 MR 신호들을 구분하고, 서로 다른 심장 활동 상태에 대응하는 MR 신호들을 서로 다른 k-공간으로 구분하여 맵핑하고, 서로다른 k-공간 데이터를 이용하여 혈류 영상을 복원한다. In addition, a second aspect of the present invention includes a memory for storing a program for processing a magnetic resonance image and a processor for executing the program. The processor acquires MR signals including blood flow information as a flow sensitive pulse sequence is applied to the subject according to the execution of the program, classifies the MR signals according to the cardiac activity state of the subject, MR signals corresponding to different cardiac activity states are separated and mapped into different k-spaces, and blood flow images are reconstructed using different k-space data.
또한, 본 발명의 제 3 측면은, 상기 제 1 측면을 구현하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체를 제공한다.A third aspect of the present invention also provides a computer-readable recording medium having recorded thereon a program for implementing the first aspect.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단에 의하면, 자기 공명 영상 장치는 유동 민감성 펄스 시퀀스에 따라 획득된 MR 신호들을 후향적으로 다중 심장 활동 상태와 동기화함으로써 대상체의 심장 활동 상태와 관계없이 대상체를 스캔할 수 있다. 또한, 서로다른 심장 활동 상태의 MR 신호들을 후향적으로 서로 다른 k-공간으로 맵핑한 후 이들 간의 차 영상(residual image)을 통해 혈류 영상을 복원함으로써, 아티팩트(artifact)와 잡음(noise)에 강건한 혈류 영상을 획득할 수 있을뿐 아니라, 혈류를 제외한 주변 조직들로부터 발생되는 신호를 자연스럽게 제거할 수 있다. According to the above-described problem solving means of the present invention, the magnetic resonance imaging apparatus can scan the subject irrespective of the cardiac activity state of the subject by retrospectively synchronizing the MR signals obtained according to the flow sensitive pulse sequence with the multiple cardiac activity state. have. In addition, the MR signals of different cardiac activity states are retrospectively mapped to different k-spaces, and then reconstructed blood flow images through residual images therebetween, which are robust to artifacts and noise. In addition to acquiring blood flow images, it is possible to naturally remove signals from surrounding tissues other than blood flow.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 공명 영상 장치를 전체적으로 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자기 공명 영상 장치의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 자기 공명 영상 장치가 비조영 MRA에 기반하여 혈류 영상을 복원하는 방법을 도시한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 자기 공명 영상 장치가 MR 신호들에 심장 활동 상태에 따른 타임 스탬프를 기록하는 일례이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 타임 스탬프의 일례를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 자기 공명 영상 장치가 MR 신호들을 복수의 k-공간으로 맵핑하는 일례를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 자기 공명 영상 장치가 미획득 데이터가 존재하는 k-공간들로부터 혈류 영상을 직접 복원하는 일례를 도시한 도면이다.
도 8의 a 내지 j는 도 7의 방법에 따라 획득된 각 k-공간의 차 영상을 최대 강도 투영하여 복원한 혈류 영상을 시간별로 도시한 도면이며, 도 8의 k는 시간별로 나타난 혈류 영상을 시간 방향으로 다시 최대 강도 투영하여 복원한 혈류 영상을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 복원된 혈류 영상을 종래의 방법에 따라 복원된 혈류 영상과 비교한 일례이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라 복원된 혈류 영상을 종래의 방법에 따라 복원된 혈류 영상과 비교한 다른예이다.FIG. 1 is a block diagram of a magnetic resonance imaging apparatus according to an exemplary embodiment.
2 is a block diagram of a magnetic resonance imaging apparatus according to another exemplary embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a method of reconstructing a blood flow image based on a non-enhanced MRA by a magnetic resonance imaging apparatus according to an embodiment of the present invention.
4 illustrates an example in which a magnetic resonance imaging apparatus records a time stamp according to a cardiac activity state to MR signals according to an embodiment of the present invention.
5 illustrates an example of a time stamp according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating an example in which a magnetic resonance imaging apparatus maps MR signals into a plurality of k-spaces according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram illustrating an example in which a magnetic resonance imaging apparatus directly reconstructs a blood flow image from k-spaces in which unacquired data exists, according to an exemplary embodiment.
8A to 8 are views showing blood flow images reconstructed by maximal intensity projection of each k-space difference image acquired according to the method of FIG. 7, and FIG. 8 k shows blood flow images shown by time. FIG. 2 is a diagram illustrating a blood flow image reconstructed by projecting the maximum intensity again in the time direction.
9 is an example in which a restored blood flow image according to an embodiment of the present invention is compared with a restored blood flow image according to a conventional method.
10 is another example in which a restored blood flow image according to an embodiment of the present invention is compared with a restored blood flow image according to a conventional method.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is "connected" to another part, this includes not only "directly connected" but also "electrically connected" with another element in between. . In addition, when a part is said to "include" a certain component, which means that it may further include other components, except to exclude other components unless otherwise stated.
본 명세서에서 "자기 공명 영상 (MRI: Magnetic Resonance Imaging) 장치"는 핵자기 공명(NMR, Nuclear Magnetic Resonace)이라는 물리학적 원리에 기반한 영상을 획득하기 위해 대상체로 자기장과 비전리 방사선(라디오 고주파)을 인가하는 장치를 의미한다.In the present specification, "MRI (Magnetic Resonance Imaging) device" refers to a magnetic field and non-electron radiation (radio frequency) as an object to acquire an image based on a physical principle called Nuclear Magnetic Resonace (NMR). Means a device to be applied.
또한, "영상(image)” 또는 “이미지"는 이산적인 요소들로 이루어진 다차원(multi-dimensional) 데이터를 의미하는 것으로, 2차원 이미지에서의 복수의 픽셀들 및 3차원 이미지에서의 복수의 복셀들로 구성된 것을 의미한다. In addition, “image” or “image” means multi-dimensional data composed of discrete elements, and includes a plurality of pixels in a two-dimensional image and a plurality of voxels in a three-dimensional image. It means consisting of.
또한, "대상체(object)"는 자기 공명 영상장치의 영상 촬영의 대상이 되는 것으로, 사람이나 동물 또는 그 일부를 포함하는 것일 수 있다. 또한, 대상체는 심장, 뇌 또는 혈관과 같은 각종 장기나 다양한 종류의 팬텀(phantom)을 포함할 수 있다. In addition, the "object" is an object of imaging of the magnetic resonance imaging apparatus, and may include a person, an animal, or a part thereof. In addition, the subject may include various organs such as the heart, brain or blood vessels or various kinds of phantoms.
또한, "사용자"는 의료 전문가로서 의사, 간호사, 의료 영상 전문가 등이나 장치 수리 기술자가 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.In addition, the "user" may be a doctor, a nurse, a medical imaging expert, or a device repair technician as a medical expert, but is not limited thereto.
또한, "펄스 시퀀스(또는 펄스열)"란, 자기 공명 영상장치에서 반복적으로 인가되는 신호를 의미한다. 펄스 시퀀스는 RF 펄스의 시간 파라미터로서 반복 시간(Repetition Time, TR)이나 에코 시간(Time to Echo, TE) 등을 포함할 수 있다. In addition, the "pulse sequence (or pulse string)" means a signal repeatedly applied by the magnetic resonance imaging apparatus. The pulse sequence may include a repetition time (TR), an echo time (Time to Echo, TE), or the like as a time parameter of the RF pulse.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 자기 공명 영상장치의 실시예들에 대해서 설명하도록 한다.Hereinafter, embodiments of the magnetic resonance imaging apparatus will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 공명 영상 장치를 전체적으로 나타낸 블록도이다. FIG. 1 is a block diagram of a magnetic resonance imaging apparatus according to an exemplary embodiment.
자기 공명 영상 장치(1)는 MRI 스캐너(10), 신호 처리부(20), 인터페이스부(30), 제어부(40) 및 모니터링부(50) 를 포함할 수 있다.The magnetic
MRI 스캐너(10)는 자기장을 형성하고 원자핵에 대한 공명 현상을 발생시키는 것으로서, 대상체가 MRI 스캐너(10) 내부에 위치한 상태에서 자기 공명 영상이 촬영된다. MRI 스캐너(10)는 주 자석(12), 경사 코일(14), RF 코일(16) 등을 포함하고, 이를 통해 정자기장 및 경사자장이 형성되며, 대상체를 향하여 RF 신호가 조사된다.The MRI scanner 10 forms a magnetic field and generates a resonance phenomenon for the atomic nucleus, and the magnetic resonance image is photographed while the object is located inside the
주 자석(12), 경사 코일(14) 및 RF 코일(16)은 미리 설정된 방향에 따라 MRI 스캐너(10)내에 배치된다. 원통의 수평축을 따라 원통 내부로 삽입 가능한 테이블상에 대상체가 위치하며, 테이블의 이동에 따라 대상체가 MRI 스캐너(10)의 보어 내부에 위치할 수 있다.The
주 자석(12)은 대상체에 포함된 원자핵들의 자기 쌍극자 모멘트(magnetic dipole moment)의 방향을 일정한 방향으로 정렬하는 정자기장(static magnetic field)을 생성한다. The
경사 코일(Gradient coil)(14)은 서로 직교하는 X축, Y축 및 Z축 방향의 경사자기장을 발생시키는 X코일, Y 코일 및 Z 코일을 포함한다. 경사 코일(14)은 대상체의 각 부위 별로 공명 주파수를 서로 다르게 유도하여 대상체의 각 부위의 위치 정보를 획득할 수 있도록 한다.The
RF 코일(16)은 대상체에게 RF 신호를 조사하고, 대상체로부터 방출되는 자기 공명 영상 신호를 수신할 수 있다. RF 코일(16)은 세차 운동을 하는 원자핵을 향하여 세차운동의 주파수와 동일한 주파수의 RF 신호를 출력한 후, 대상체로부터 방출되는 자기 공명 영상 신호를 수신할 수 있다. The
예를 들어, RF 코일(16)은 원자핵을 낮은 에너지 상태로부터 높은 에너지 상태로 천이시키기 위하여, 해당 원자핵에 대응하는 주파수를 갖는 RF 신호를 생성하여 대상체에 인가한다. 이후에, RF 코일(16)이 RF 신호의 전송을 중단하면, 전자파가 가해졌던 원자핵은 높은 에너지 상태로부터 낮은 에너지 상태로 천이하면서 라모어 주파수를 갖는 전자파를 방사하게 되며, RF 코일(16)은 해당 전자파 신호를 수신한다. For example, the
RF 코일(16)은 원자핵의 종류에 대응하는 무선 주파수를 갖는 RF 신호를 송신하는 송신 RF 코일과 원자핵으로부터 방사된 전자파를 수신하는 수신 RF 코일을 각각 포함한다. The
또한, RF 코일(16)은 MRI 스캐너(10)에 고정된 형태이거나, 착탈이 가능한 형태일 수 있다. 착탈이 가능한 RF 코일(16)은 대상체의 일부에 결합될 수 있는 머리 RF 코일, 흉부 RF 코일, 다리 RF 코일, 목 RF 코일, 어깨 RF 코일, 손목 RF 코일 및 발목 RF 코일 등과 같은 형태로 구현될 수 있다.In addition, the
MRI 스캐너(10)는 디스플레이를 통해 사용자나 대상체에게 각종 정보를 제공할 수 있으며, 외측에 배치된 디스플레이(18)와 내측에 배치된 디스플레이(미도시)를 포함할 수 있다.The
신호 처리부(20)는 소정의 MR 펄스 시퀀스(즉, 펄스열)에 따라 MRI 스캐너(10)의 내부에 형성되는 경사자장을 제어하고, RF 신호와 자기 공명 영상 신호의 송수신을 제어할 수 있다. The
신호 처리부(20)는 경사자장 증폭기(22), 스위칭부(24), RF 송신부(26) 및 RF 수신부(28)를 포함할 수 있다.The
경사자장 증폭기(Gradient Amplifier)(22)는 MRI 스캐너(10)에 포함된 경사 코일(14)을 구동하며, 경사자장 제어부(44)의 제어 하에 경사자장을 발생시키는 펄스 신호를 경사 코일(14)에 공급한다. 경사자장 증폭기(22)로부터 경사 코일(14)에 공급되는 펄스 신호를 제어함으로써, X축, Y축, Z축 방향의 경사 자장이 합성될 수 있다.The
RF 송신부(26)는 RF 펄스를 RF 코일(16)에 공급하여 RF 코일(16)을 구동한다. RF 수신부(28)는 RF 코일(16)이 수신한 후 전달한 자기 공명 영상 신호를 수신한다. The
스위칭부(24)는 RF 신호와 자기 공명 영상 신호의 송수신 방향을 조절할 수 있다. 예를 들어, 송신 동작 동안에는 RF 코일(16)을 통하여 대상체로 RF 신호가 조사되게 하고, 수신 동작 동안에는 RF 코일(16)을 통하여 대상체로부터의 자기 공명 영상 신호가 수신되게 한다. 스위칭부(24)는 RF 제어부(46)로부터의 제어 신호에 의하여 스위칭 동작이 제어된다. The switching
인터페이스부(30)는 사용자의 조작에 따라 제어부(40)에 펄스 시퀀스 정보를 지령하는 것과 동시에, MRI 시스템 전체의 동작을 제어하는 명령을 전달할 수 있다. 인터페이스부(30)는 RF 수신부(38)로부터 수신되는 자기 공명 영상 신호를 처리하는 영상 처리부(36), 출력부(34) 및 입력부(32)를 포함할 수 있다.The
영상 처리부(36)는 RF 수신부(28)로부터 수신되는 자기 공명 영상 신호를 처리하여, 대상체에 대한 MR 화상 데이터를 생성할 수 있다.The
영상 처리부(36)는 RF 수신부(28)가 수신한 자기 공명 영상 신호에 증폭, 주파수 변환, 위상 검파, 저주파 증폭, 필터링(filtering) 등과 같은 각종의 신호 처리를 가한다.The
영상 처리부(36)는, 예를 들어, k 공간에 디지털 데이터를 배치하고, 이러한 데이터를 2차원 또는 3차원 푸리에 변환을 하여 화상 데이터로 재구성할 수 있다. The
또한, 영상 처리부(36)가 자기 공명 영상 신호에 대해 적용하는 각종 신호 처리는 병렬적으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 다채널 RF 코일에 의해 수신되는 복수의 자기 공명 영상 신호에 신호 처리를 병렬적으로 가하여 복수의 자기 공명 영상 신호를 화상 데이터로 재구성할 수도 있다.In addition, various signal processings applied by the
출력부(34)는 영상 처리부(36)에 의해 생성된 화상 데이터 또는 재구성 화상 데이터를 사용자에게 출력할 수 있다. 또한, 출력부(34)는 UI(user interface), 사용자 정보 또는 대상체 정보 등 사용자가 MRI 시스템을 조작하기 위해 필요한 정보를 출력할 수 있다. 출력부(34)는 스피커, 프린터 또는 각종 영상 디스플레이 수단을 포함할 수 있다.The
사용자는 입력부(32)를 통해 대상체 정보, 파라미터 정보, 스캔 조건, 펄스 시퀀스, 화상 합성이나 차분의 연산에 관한 정보 등을 입력할 수 있다. 입력부(32)는 키보드, 마우스, 트랙볼, 음성 인식부, 제스처 인식부, 터치 스크린 등을 포함할 수 있고, 기타 당업자에게 자명한 범위 내에서 다양한 입력 장치들을 포함할 수 있다.The user may input object information, parameter information, scan conditions, pulse sequences, information on image composition or difference calculation, etc. through the
제어부(40)는 MRI 스캐너(10) 내부에서 형성되는 신호들의 시퀀스를 제어하는 시퀀스 제어부(42), 및 MRI 스캐너(10)와 MRI 스캐너(10)에 장착된 기기들을 제어하는 스캐너 제어부(48)를 포함할 수 있다.The
시퀀스 제어부(42)는 경사자장 증폭기(22)를 제어하는 경사자장 제어부(44), 및 RF 송신부(26), RF 수신부(28) 및 스위칭부(24)를 제어하는 RF 제어부(46)를 포함한다. 시퀀스 제어부(42)는 인터페이스부(30)로부터 수신된 펄스 시퀀스에 따라 경사자장 증폭기(22), RF 송신부(26), RF 수신부(28) 및 스위칭부(24)를 제어할 수 있다. 펄스 시퀀스는 경사자장 증폭기(22), RF 송신부(26), RF 수신부(28) 및 스위칭부(24)를 제어하기 위해 필요한 모든 정보를 포함하며, 예를 들면 경사 코일(14)에 인가하는 펄스(pulse) 신호의 강도, 인가 시간, 인가 타이밍(timing) 등에 관한 정보 등을 포함할 수 있다.The
모니터링부(50)는 MRI 스캐너(10) 또는 MRI 스캐너(10)에 장착된 기기들을 모니터링 또는 제어한다. 모니터링부(50)는 시스템 모니터링부(52), 대상체 모니터링부(54), 테이블 제어부(56) 및 디스플레이 제어부(58)를 포함할 수 있다.The
시스템 모니터링부(52)는 정자기장의 상태, 경사자장의 상태, RF 신호의 상태, RF 코일의 상태, 테이블의 상태, 대상체의 신체 정보를 측정하는 기기의 상태, 전원 공급 상태, 열 교환기의 상태, 컴프레셔의 상태 등을 모니터링하고 제어할 수 있다.The
대상체 모니터링부(54)는 대상체의 상태를 모니터링하는 것으로, 대상체의 움직임 또는 위치를 촬영하는 카메라, 대상체의 호흡을 측정하는 호흡 측정기, 대상체의 심전도를 측정하기 위한 ECG 측정기, 또는 대상체의 체온을 측정하는 체온 측정기를 포함할 수 있다.The
테이블 제어부(56)는 대상체가 위치하는 테이블의 이동을 제어한다. 테이블 제어부(56)는 시퀀스 제어부(42)가 출력하는 시퀀스 제어 신호에 동기하여 테이블의 이동을 제어할 수 있다. 예를 들어, 대상체의 이동 영상 촬영(moving imaging)에 있어서, 테이블 제어부(56)는 시퀀스 제어에 따라 테이블을 이동시킬 수 있으며, 이에 의해, MRI 스캐너의 FOV(field of view)보다 큰 FOV로 대상체를 촬영할 수 있다.The
디스플레이 제어부(58)는 MRI 스캐너(10)의 외측 및 내측에 위치하는 디스플레이를 온/오프 또는 디스플레이에 출력될 화면 등을 제어한다. 또한, MRI 스캐너(10) 내측 또는 외측에 스피커가 위치하는 경우, 디스플레이 제어부(58)는 스피커의 온/오프 또는 스피커를 통해 출력될 사운드 등을 제어할 수도 있다.The
MRI 스캐너(10), RF 코일(16), 신호 처리부(20), 모니터링부(50), 제어부(40) 및 인터페이스부(30)는 서로 무선 또는 유선으로 연결될 수 있고, 무선으로 연결된 경우에는 서로 간의 클럭(clock)을 동기화하기 위한 장치(미도시)를 더 포함할 수 있다. MRI 스캐너(10), RF 코일(16), 신호 처리부(20), 모니터링부(50), 제어부(40) 및 인터페이스부(30) 사이의 통신은, LVDS(Low Voltage Differential Signaling) 등의 고속 디지털 인터페이스, UART(universal asynchronous receiver transmitter) 등의 비동기 시리얼 통신, 과오 동기 시리얼 통신 또는 CAN(Controller Area Network) 등의 저지연형의 네트워크 프로토콜, 광통신 등이 이용될 수 있으며, 당업자에게 자명한 범위 내에서 다양한 통신 방법이 이용될 수 있다.The
본 발명의 일 실시예에 따른 자기 공명 영상 장치(1)는 영상 처리부(36)의 구성에 특징을 가진 것이다. 이때, 영상 처리부(36) 또는 영상 처리부(36)가 포함된 인터페이스부(30)는 도 2에 도시된 바와 같이, 별도의 컴퓨팅 장치 형태의 자기 공명 영상 장치(100)로 구현될 수 있으며, 컴퓨팅 장치에 탑재된 메모리(110)와 프로세서(120)를 이용하여 후술할 비조영(non-contrast) MRA(Magnetic Resonance Angiography) 기반의 혈류 영상 복원 동작을 수행한다.The magnetic
메모리(110)에는 혈류 영상을 복원하는 프로그램이 저장된다. 메모리는 전원이 공급되지 않아도 저장된 정보를 계속 유지하는 비휘발성 저장장치 및 저장된 정보를 유지하기 위하여 전력이 필요한 휘발성 저장장치를 통칭하는 것이다. The memory 110 stores a program for restoring the blood flow image. A memory is a general term for a nonvolatile storage device that maintains stored information even when power is not supplied, and a volatile storage device that requires power to maintain stored information.
프로세서(120)는 메모리(110)에 저장된 프로그램의 실행에 따라, 신호 처리부(20)로부터 제공받은 MR 신호에 기반하여 혈류 영상을 복원한다. 이때, MR 신호는 대상체의 혈류 정보를 포함한다. 예컨대, 프로세서(120)는 유동 민감성 펄스 시퀀스(flow sensitive pulse sequence)를 도 1의 제어부(40)(또는 신호 처리부(20))로 제공함으로써 혈류 정보를 갖는 MR 신호를 획득할 수 있다. 이와 함께, 프로세서(120)는 혈류에 영향을 미치는 대상체의 심장 활동 상태를 모니터링하여 심장 활동 상태에 따라 MR 신호를 후향적으로 구분하고, 구분된 MR 신호를 서로 다른 k-공간으로 맵핑시킨다. 즉, 프로세서(120)는 동일 또는 유사한 심장 활동 상태에 대응하는 MR 신호들을 동일한 k-공간으로 재배치한다. The
이후, 프로세서(120)는 서로 다른 k-공간 데이터들을 이용하여 혈류 영상을 복원함으로써, 종래의 비조영 MRA에 비하여 심장 박동과 잡음에 대해 강건한 영상을 복원할 수 있다. Subsequently, the
한편, 도 1의 신호 처리부(20)(또는 제어부(40))와 연결되는 MRI 스캐너(10)는 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 하나의 자기장을 고정시킨 채 다른 자기장을 전자기 펄스를 이용하여 조절하여, 스핀 시스템을 여기(excitation) 시킬 수 있다. 그리고 MRI 스캐너(10)는 복수의 경사 코일(14)에 기초하여, 자기장을 형성하여 시공간 영역에 대한 MR 신호를 획득할 수 있다. 이와 같이, 자기 공명 영상 장치(1)의 프로세서(120)는 MRI 스캐너(10)에서 형성되는 MR 신호들을 이용하여 혈류 영상을 생성할 수 있다.Meanwhile, as described with reference to FIG. 1, the
이하에서는, 도 2의 자기 공명 영상 장치(100)의 프로세서(120)가 획득된 MR 신호들을 이용하여 혈류 영상을 복원하는 상세한 방법을 설명한다. 그러나 후술한 실시예들이 도 1의 자기 공명 영상 장치(1)의 영상 처리부(36)(또는 영상 처리부(36)를 포함하는 인터페이스부(30))에서 수행될 수 있음은 당업자가 용이하게 이해할 수 있을 것이다. Hereinafter, a detailed method of reconstructing a blood flow image by using the acquired MR signals by the
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 자기 공명 영상 장치(100)가 비조영 MRA에 기반하여 혈류 영상을 복원하는 방법을 도시한 순서도이다.3 is a flowchart illustrating a method of reconstructing a blood flow image based on a non-enhanced MRA by the magnetic
먼저, 자기 공명 영상 장치(100)는 유동 민감성 펄스 시퀀스(flow sensitive pulse sequence)가 대상체로 인가됨에 따라 MR 신호를 획득한다(S110). 여기서, 유동 민감성 펄스 시퀀스는 혈류 정보를 포함하는 MR 신호를 획득할 수 있는 다양한 펄스 시퀀스일 수 있으며, 예를 들어, FSE(Fast Spin Echo) 계열에 기반한 것일 수 있다. 이 외에도, 유동 민감성 펄스 시퀀스는 본 기술의 당업자에게 자명한 범위 내에서 다양한 펄스 시퀀스들을 포함할 수 있다. First, the magnetic
한편, 자기 공명 영상 장치(100)는 유동 민감성 펄스 시퀀스를 대상체로 인가함과 동시에, 대상체의 심장 활동 상태를 모니터링할 수 있다. 예컨대, 자기 공명 영상 장치(100)는 대상체의 유동 민감성 펄스 시퀀스에 네비게이터 펄스열을 추가함으로써, 심장 활동 상태를 나타내는 프로젝션 에코(projection echo)(또는 네비게이터 에코 등)를 획득할 수 있다. 이때, 네비게이터 펄스열은 유동 민감성 펄스열의 내부 또는 외부에 추가될 수 있다. Meanwhile, the magnetic
또는 자기 공명 영상 장치(100)는 외부의 심장 박동 모니터링 장치로터 수신된 데이터를 이용하여 대상체의 심장 활동 상태를 모니터링할 수 있다. 심장 박동 모니터링 장치는, 예를 들어, 펄스 옥시미터(pulse oximeter), ECG 기기 등일 수 있으며, 이들로부터 수신되는 데이터는, 예를 들어, 펄스옥시미터 파형 데이터, 심전도 데이터 등일 수 있다. Alternatively, the magnetic
이후, 자기 공명 영상 장치(100)는 대상체의 심장 활동 상태에 따라 MR 신호들을 구분한다(S120). 예를 들어, 자기 공명 영상 장치(100)는 MR 신호가 획득된 시점에 대응하는 심장 활동 상태를 기초로 타임 스탬프(time stamp)를 기록할 수 있다. Thereafter, the
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 자기 공명 영상 장치(100)가 MR 신호들에 심장 활동 상태에 따른 타임 스탬프를 기록하는 일례이다. 이하에서는 유동 민감성 펄스 시퀀스가 가변 숙임각(variable flip angle, VFA)을 갖는 FSE인 것으로 도시하였으나, 전술한 바와 같이 다양한 유동 민감성 펄스 시퀀스가 이용될 수 있다. 4 illustrates an example in which the magnetic
도 4를 참조하면, 자기 공명 영상 장치(100)는 대상체의 심장 활동(즉, 심장 박동)과 관계없이 유동 민감성 펄스 시퀀스(402)를 대상체로 인가함으로써 MR 신호들을 획득하는 한편, 대상체의 심장 활동 상태(401)를 모니터링한다. 자기 공명 영상 장치(100)는 MR 신호들을 심장 활동 상태에 따라 구분하기 위해, MR 신호들이 획득되는 시점(도 4의 각 TR 에서 음영으로 도시됨)에서 타임 스탬프를 기록할 수 있다. 이때, 타임 스탬프는 대상체의 각 심장 활동 주기(예컨대, 심전도 데이터의 R-R 인터벌 등)에서의 상대적 시간 정보로 나타날 수 있다. 예컨대, 도 4에 도시된 바와 같이, 타임 스탬프는 심장 활동 주기의 시작점으로부터의 딜레이 시간(delay time)으로 기록될 수 있다. Referring to FIG. 4, the magnetic
따라서, 도 5에 도시된 바와 같이, 타임 스탬프(500)는 평균적인 심장 활동 주기(501) 내에서의 각 MR 신호의 딜레이 시간을 포함할 수 있다. 이를 통해, 타임 스탬프(500)는 대상체의 심장 활동 상태와 MR 신호들을 후향적으로 동기화하기 위한 기준으로 기능할 수 있다. 도 5의 예에서, 자기 공명 영상 장치(100)는 제1 내지 제 8 TR 에서 서로 다른 심장 활동 상태에 대응하는 제1 내지 제8 MR 신호들을 획득하며, 이후, 서로 다른 딜레이 타임을 기준으로 제1 내지 제8 MR 신호들은 구분될 수 있다. 이와 같이, 자기 공명 영상 장치(100)는 타임 스탬프(500)를 통해, 동일 또는 유사한 심장 활동 상태에 대응하는 MR 신호들을 후향적으로 구분할 수 있다. Thus, as shown in FIG. 5,
한편, 도 4 및 도 5 에서는 TR을 기준으로 타임 스탬프가 기록되는 것으로 도시하였으나, 이는 하나의 TR에서 하나의 에코 트레인이 형성되기 때문이다. 따라서, 하나의 TR에서 두 개 이상의 에코 트레인이 형성되어 서로 다른 시점에서 MR 신호가 획득되는 경우에는 하나의 TR에서 두 개 이상의 타임 스탬프가 기록될 수 있다.Meanwhile, although FIGS. 4 and 5 show that the time stamp is recorded based on the TR, one echo train is formed in one TR. Therefore, when two or more echo trains are formed in one TR and an MR signal is acquired at different time points, two or more time stamps may be recorded in one TR.
다시 도 3을 참조하면, 자기 공명 영상 장치(100)는 서로 다른 심장 활동 상태에 대응하는 MR 신호들(즉, 서로 다른 타임 스탬프가 기록된 MR 신호들)을 서로 다른 k-공간(이하, '빈(bin)'이라 함)으로 맵핑한다(S130). 이를 통해, 자기 공명 영상 장치(100)는 동일한 심장 활동 상태에 대응하는 MR 신호들을 동일한 빈으로 재배치할 수 있다. Referring to FIG. 3 again, the
이때, 각 빈은 3차원 k 공간일 수 있다. 따라서, MR 신호들은, 3차원 공간에서 방사형 궤적(radial trajectory) 또는 나선형 궤적(spiral trajectory) 등의 ky-kz 공간에서 카테시안(Cartesian) 기법을 통해 언더샘플링(under-sampling)될 수 있다. 이를 통해, 자기 공명 영상 장치(100)는 각 k-공간의 저주파수 영역(즉, 중심부 영역)에서 비교적 높은 밀도로 샘플링되도록 할 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니며, MR 신호들은 3차원 공간에서 비카테시안(Non-Cartesian) 언더샘플링될 수도 있다. In this case, each bin may be a three-dimensional k space. Accordingly, MR signals may be under-sampled through a Cartesian technique in a ky-kz space such as a radial trajectory or a spiral trajectory in three-dimensional space. As a result, the
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 자기 공명 영상 장치(100)가 MR 신호들을 복수의 빈으로 맵핑하는 일례를 도시한 도면이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 자기 공명 영상 장치(100)는 N개의 k-공간을 설정한 후, 동일한 타임 스탬프가 기록된 MR 신호들을 동일한 k-공간으로 언더샘플링할 수 있다. 또한, 도 6에 도시된 바와 같이, MR 신호들은 k-공간의 저주파수 영역에서 비교적 높은 비율로 샘플링된다. k-공간의 저주파수 영역은 복원 영상의 전반적 신호 강도를 결정하므로, 상기한 방식은 복원 영상의 해상도를 향상시킬 수 있다. FIG. 6 is a diagram illustrating an example in which the magnetic
이후, 다시 도 3을 참조하면, 자기 공명 영상 장치(100)는 복수의 k-공간(즉, 복수의 빈)을 이용하여 혈류 영상을 복원한다(S140). 자기 공명 영상 장치(100)는 미획득 데이터가 존재하는 각 k-공간 데이터(또는 영상)로부터 직접 혈류 영상을 복원할 수 있다. 예를 들어, 자기 공명 영상 장치(100)는 시간 방향(즉, 빈 방향)으로 평균화된 k-공간 데이터를 기초로 레퍼런스 영상을 생성한 후, 미획득 데이터가 존재하는 k-공간 데이터와 레퍼런스 영상 간의 차 영상(residual image)을 영상화한다. 예컨대, 자기 공명 영상 장치(100)는 차 영상에 제한 최적화 영상 복원 방법을 적용함으로써 영상을 복원할 수 있다. 이와 같이, 자기 공명 영상 장치(100)는 복수의 k-공간 각각의 동일 또는 유사한 강도의 데이터들에 기반한 차 영상을 이용하여 영상화함으로써 유동하는 혈류를 제외한 비유동적 조직으로부터 발생되는 신호가 제거되도록함으로써, 보다 선명한 혈류 영상을 복원할 수 있다. Thereafter, referring back to FIG. 3, the
또는, 구현예에 따라, 자기 공명 영상 장치(100)는 각 k-공간의 미획득 데이터를 먼저 보간한 후, 미획득 데이터가 보간된 k-공간 데이터를 이용하여 영상을 복원할 수도 있다. 예를 들어, 자기 공명 영상 장치(100)는 다중 코일의 컨볼루션 보간법(convolution interpolation), 압축 센싱(compressed sensing) 기법 등을 이용하여 혈류 영상을 복원할 수 있다. Alternatively, the magnetic
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따라 복수의 k-공간 데이터로부터 직접 혈류 영상을 복원하는 방법을 상세히 설명한다. Hereinafter, a method of directly reconstructing a blood flow image from a plurality of k-spatial data according to an embodiment of the present invention will be described in detail.
먼저, 혈류 정보를 갖는 MR 신호는 다음의 수학식 1로 표현될 수 있다. First, an MR signal having blood flow information may be expressed by
위 식에서, l은 코일의 수를 나타내며, (k, b)는 k-공간에서 좌표와 시간(또는 빈)에 따른 인덱스를 나타낸다. 또한, 는 l 번째 코일에서 획득된 MR 신호를 나타내며, r 은 이미지 공간에서의 좌표를 나타내며, 은 ㅣ번째 코일 민감도(coil sensitivity)를 나타내며, 는 혈류 영상을 포함하고 있는 MR 영상을 나타내며, 는 잡음신호(noise)를 나타낸다. In the above formula, l represents the number of coils, and (k, b) represents the coordinates and the index according to time (or bin) in k-space. Also, Denotes the MR signal obtained from the l-th coil, r denotes the coordinate in image space, Represents the | th coil sensitivity, Represents an MR image including blood flow images, Denotes a noise signal.
이때, 복원하고자 하는 혈류 영상을 포함하고 있는 MR 영상은 다음의 수학식 2와 같이 카소라티 행렬(Casorati matrix)로 표현될 수 있다. 이를 수학식 1에 적용하면, 수학식 1은 다음의 수학식 3으로 표현될 수있다. In this case, the MR image including the blood flow image to be restored may be represented by a Casorati matrix as shown in
위 식에서, 는 코일 민감도와 푸리에 변환을 포함하는 민감도 인코딩 연산자(sensitivity encoding operator)이다. 이때, 구현예에 따라 민감도 인코딩 연산자에는 언더샘플링 패턴이 추가로 가해질 수 있다. In the above formula, Is a sensitivity encoding operator that includes coil sensitivity and Fourier transform. In this case, an undersampling pattern may be additionally applied to the sensitivity encoding operator.
한편, 위 식에서 혈류 정보를 갖고 있는 MR 영상(X)은 다음의 수학식 4로 표현될 수 있다. On the other hand, the MR image (X) having blood flow information in the above equation can be represented by the following equation (4).
위 식에서, 는 심장 활동 상태 또는 시간의 흐름에 따라 변화하지 않는 레퍼런스 영상으로, 특정한 심장 활동 상태 또는 동맥, 정맥, 주변 조직 영상을 나타내며, 는 차 영상(residual image)을 나타낸다. 즉, 는 심장 활동 상태 및 시간의 흐름에 따라 변화하는 영상으로, 예컨대 동맥 혈류 영상일 수 있다. In the above formula, Is a reference image that does not change over time or over time, and represents a specific state of cardiac activity or arteries, veins, and surrounding tissue. Represents a residual image. In other words, Is an image that changes over time and the state of cardiac activity, for example, may be an arterial blood flow image.
따라서, 상기 수학식 4를 수학식 3에 대입한 결과를 기초로, 자기 공명 영상 장치(100)는 심장 활동 상태에 따라 변화하는 혈류 영상을 다음의 수학식 5와 같이 모델링할 수 있다. Therefore, based on the result of substituting
도 7은 상기한 바를 기초로 자기 공명 영상 장치(100)가 미획득 데이터가 존재하는 k-공간들로부터 혈류 영상을 직접 복원하는 일례를 도시한 도면이다. FIG. 7 illustrates an example in which the magnetic
STEP 1: 자기 공명 영상 장치(100)는 시간 방향(즉, 빈 방향)으로의 영상()으로부터 레퍼런스 영상()을 감산하여 차 영상(residual image)을 모델링한다. 차 영상은 STEP 2로 입력된다. STEP 1: The magnetic
STEP 2: 자기 공명 영상 장치(100)는 다음의 수학식 6으로 표현되는 제한 최적화 영상 복원 방법에 기초하여 최적화된 차 영상()을 획득한다. STEP 2: The magnetic
위 식에서, 는 희박화 연산(sparsifying operator)을 나타내며, 는 푸리에 변환(Fourier transform)에 대한 핸캘 연산(Hankel operator) 결과를 나타낸다. In the above formula, Represents a sparifying operator, Denotes the result of a Hankel operator for a Fourier transform.
자기 공명 영상 장치(100)는 다음의 수학식 7로 나타나는 차 영상의 희박성의 성질(sparsity prior)과 다음의 수학식 8로 표현되는 k-공간 데이터들 간의 유사성의 성질(비유동적인 조직(tissue)에 의한 성질)(low rank prior)에 기초하여 상기 수학식 6의 해를 구할 수 있다. The magnetic
위 식에서, n은 반복 횟수(iterantion)를 나타내며, 는 희박화 연산의 수반 연산자(adjoint operator)를 나타내며, 는 수축 연산자를 나타내며, 는 n 번째 반복 연산 결과로서, 의 희박화 연산 결과를 나타낸다. Where n is the number of iterations Represents the adjoint operator of the thinning operation, Represents the contraction operator, Is the result of the n th iteration operation, Shows the result of the thinning operation of.
위 식에서, 는 푸리에 변환에 대한 헨캘 연산의 수반 연산을 나타내며, 는 특이값 분해에 따른 특이값 행렬()을 랭크(rank)()로 단절(truncation)한 것을 나타내며, 은 n 번째 반복 연산 결과로서 의 푸리에 변환에 대한 헨캘 연산의 결과를 나타낸다. In the above formula, Denotes the attendant operation of the Henkel operation on the Fourier transform, Is the singular value matrix according to the singular value decomposition ( Rank) ) And truncation Is the result of the n th iteration Represents the result of the Henkel operation on the Fourier transform of.
자기 공명 영상 장치(100)는 STEP 2를 반복수행하여 차 영상을 최적화할 수 있다. 이때, 자기 공명 영상 장치(100)는 연산 최적화를 위해, 상기 수학식 7 및 수학식 8의 반복 연산 횟수를 조정할 수도 있다. The
STEP 3: 자기 공명 영상 장치(100)는 최적화된 차 영상을 기초로 혈류 영상을 복원하여 출력한다. STEP 3: The
도 8의 a 내지 j는 도 7의 방법에 따라 획득된 각 k-공간(즉, 빈)의 차 영상을 최대 강도 투영하여 복원한 혈류 영상을 시간별로 도시한 도면이며, 도 8의 k는 시간별로 나타난 혈류 영상을 시간 방향으로 다시 최대 강도 투영하여 복원한 혈류 영상을 도시한 도면이다. 8A to 8 are views showing blood flow images reconstructed by maximal intensity projection of difference images of k-spaces (that is, bins) obtained according to the method of FIG. 7, and FIG. FIG. 2 is a diagram illustrating a blood flow image reconstructed by performing maximum intensity projection on the blood flow image represented by FIG.
도 8을 참조하면, 각 k-공간 데이터(a 내지 j)는 대상체의 심장 활동 상태에 따라 다른 k-공간 데이터에서는 나타나지 않은 혈류 정보(화살표로 도시됨)를 포함한다. 따라서, 시간 방향(예컨대, 빈 방향)으로 최대 강도 투영하여 복원된 혈류 영상(k)은 서로 다른 시점에 획득된 k-공간 데이터에 포함된 혈류 정보를 모두 포함함으로써, 보다 정확한 혈류 정보를 나타낼 수 있다. 이를 통해, 자기 공명 영상 장치(100)는 대상체의 심장 활동 상태가 비동기됨에 따라 발생되는 아티팩트(artifact)를 최소화할 수 있다. 또한, 특정 심장 활동 상태(예컨대, 수축기, 이완기 등)에 대응하는 MR 신호를 획득하기 위한 노력을 필요로 하지 않는다. Referring to FIG. 8, each k-spatial data a to j includes blood flow information (illustrated by arrows) that is not shown in other k-spatial data according to the heart activity state of the subject. Therefore, the blood flow image k reconstructed by projecting the maximum intensity in the temporal direction (for example, the empty direction) includes all the blood flow information included in the k-spatial data acquired at different time points, thereby representing more accurate blood flow information. have. In this way, the
또한, 자기 공명 영상 장치(100)는 다양한 심장 활동 상태에 따른 혈류 정보를 별도의 k-공간 데이터로 구분하고 있으므로, 사용자가 원하는 심장 활동 시점의 혈류 영상을 선택적으로 복원할 수도 있다. In addition, since the magnetic
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 복원된 혈류 영상을 종래의 방법에 따라 복원된 혈류 영상과 비교한 일례이다. 이때, 대상체의 심장 활동은 규칙적인 것으로 가정한다. 9 is an example in which a restored blood flow image according to an embodiment of the present invention is compared with a restored blood flow image according to a conventional method. At this time, the cardiac activity of the subject is assumed to be regular.
도 9의 (a)는 도시바(TOSHIBA™)의 비조영 MRA 기법인 FBI(free blood imaging) 기법에 기반하여 심장의 수축기와 이완기의 혈류의 속도차를 이용하여 영상을 복원한 예이며, (b)는 상기한 방법에서 지방 신호를 억제(fat supression, FS)한 예이다. (c)는 본 발명의 일 실시예에 따라 다중 심장 활동 상태에 따라 후향적으로 구분된 MR 신호를 이용하여 복원한 예이다. Figure 9 (a) is an example of restoring the image by using the velocity difference between the systolic and diastolic blood flow of the heart based on the FBI (free blood imaging) technique, a non-contrast MRA technique of Toshiba (TOSHIBA), (b ) Is an example of fat supression (FS) in the above method. (c) is an example of reconstruction using MR signals retrospectively divided according to multiple cardiac activity states according to an embodiment of the present invention.
도 9의 (c)를 (a) 및(b)와 비교하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 혈류 영상 복원 방법은 종래와 유사한 총 소요 시간을 소요하면서도 아티팩트와 잡음이 거의 존재하지 않는 영상을 복원하였음을 확인할 수 있다. 또한, 혈류를 제외한 주변 조직의 신호들이 제거되어 있는 것을 확인할 수 있다. Comparing (c) of Figure 9 with (a) and (b), the blood flow image reconstruction method according to an embodiment of the present invention takes a total time similar to the prior art image with almost no artifacts and noise It can be confirmed that the restoration. In addition, it can be seen that signals from surrounding tissues except blood flow are removed.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라 복원된 혈류 영상을 종래의 방법에 따라 복원된 혈류 영상과 비교한 다른예이다. 이때, 대상체의 심장 활동은 비규칙적인 것으로 가정한다. 10 is another example in which a restored blood flow image according to an embodiment of the present invention is compared with a restored blood flow image according to a conventional method. At this time, it is assumed that the heart activity of the subject is irregular.
도 10의 (a)와 (b)는 도 9에서와 마찬가지로 도시바의 FBI 기법에 기반하여 영상을 복원한 예이며, (c)는 본 발명의 일 실시예에 따라 영상을 복원한 예이다. 대상체의 심장이 비규칙적으로 활동함에 따라, 특정 심장 활동 상태를 이용하여 영상화하는 FBI 기법에 따른 (a) 및 (b) 영상은 혈류 정보를 제대로 추출하지 못함을 확인할 수 있다. 또한, (a) 와 (b)의 경우, 대상체의 심장이 비규칙적으로 활동함에 따라 심장의 수축기 및 이완기를 특정하기 어려워져, 스캔 시간이 증가하고 있음을 확인할 수 있다. (A) and (b) of FIG. 10 are examples of restoring an image based on the FBI technique of Toshiba as in FIG. 9, and (c) is an example of restoring an image according to an embodiment of the present invention. As the heart of the subject acts irregularly, it can be seen that images (a) and (b) according to the FBI technique for imaging using a specific heart activity state do not properly extract blood flow information. In addition, in the case of (a) and (b), it is difficult to specify the systolic and diastolic stages of the heart as the heart of the subject acts irregularly, thus confirming that the scan time is increased.
그러나 본 발명의 일 실시예에 따른 혈류 영상 복원 방법은 심장 활동 상태와 MR 신호들을 후향적으로 동기화시킴으로, 심장 활동 상태와 관계없이 동일한 스캔 시간을 소요한다. 또한, 심장 활동이 비규칙적인 경우라도, 동일 또는 유사한 심장 활동 상태의 MR 신호들을 구분하여 서로 다른 공간으로 샘플링한 후에 복원함으로써, (c) 에 도시된 바와 같이 (a) 및 (b)와 확연하게 구별되는 선명한 영상이 복원됨을 확인할 수 있다. 또한, 혈류를 제외한 주변 조직의 신호들이 제거되어 있는 것을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명은 타임 스탬프를 통해 동일한 강도의 MR 신호들의 차 영상을 영상화함으로써, 혈관 이외의 주변 조직들의 신호가 자연스럽게 제거되는 효과를 가질 수 있다. However, the blood flow image reconstruction method according to an embodiment of the present invention synchronizes the heart activity state and the MR signals retrospectively, and thus takes the same scan time regardless of the heart activity state. In addition, even if the cardiac activity is irregular, the MR signals of the same or similar cardiac activity state are separated and sampled into different spaces, and then restored, thereby recognizing (a) and (b) as shown in (c). It can be seen that clear images that are clearly distinguished are restored. In addition, it can be seen that signals from surrounding tissues except blood flow are removed. That is, the present invention may have an effect of naturally removing a signal of surrounding tissues other than blood vessels by imaging the difference image of MR signals having the same intensity through a time stamp.
이와 같이, 본 발명의 실시예들은 대상체로부터 획득된 MR 신호들과 대상체의 다중 심장 활동 상태를 후향적으로 동기화시킴으로써, 심장 활동과 관계없이 대상체를 스캔할 수 있다는 장점을 갖는다. 또한, 본 발명의 실시예들은 MR 신호들을 심장 활동 상태에 따라 구분된 k-공간으로 샘플링한 후 혈류 영상을 직접 복원함으로써 아티팩트와 잡음에 대해 강건한 혈류 영상을 획득할 수 있다. As such, embodiments of the present invention have the advantage of scanning the subject irrespective of cardiac activity by backward synchronizing the MR signals obtained from the subject with multiple cardiac activity states of the subject. In addition, embodiments of the present invention can obtain robust blood flow images against artifacts and noise by sampling MR signals into k-spaces separated according to cardiac activity and then directly reconstructing the blood flow images.
이상에서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 공명 영상 장치 및 자기 공명 영상 장치의 혈류 영상 복원 방법은, 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 포함하는 기록매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독 가능매체는 컴퓨터 저장 매체를 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장매체는 컴퓨터 판독 가능 명령어, 데이터구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. The above-described method for restoring blood flow images of a magnetic resonance imaging apparatus and a magnetic resonance imaging apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention may be in the form of a recording medium including instructions executable by a computer, such as a program module executed by a computer. May also be implemented. Computer readable media can be any available media that can be accessed by a computer and includes both volatile and nonvolatile media, removable and non-removable media. In addition, the computer readable medium may include a computer storage medium. Computer storage media includes both volatile and nonvolatile, removable and non-removable media implemented in any method or technology for storage of information such as computer readable instructions, data structures, program modules or other data.
본 발명의 시스템 및 방법은 특정 실시예와 관련하여 설명되었지만, 그것들의 구성 요소 또는 동작의 일부 또는 전부는 범용 하드웨어 아키텍처를 갖는 컴퓨터 시스템을 사용하여 구현될 수 있다.Although the systems and methods of the present invention have been described in connection with specific embodiments, some or all of their components or operations may be implemented using a computer system having a general hardware architecture.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The foregoing description of the present invention is intended for illustration, and it will be understood by those skilled in the art that the present invention may be easily modified in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may be implemented in a combined form.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is shown by the following claims rather than the above description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention. do.
10: MRI 스캐너 20: 신호 처리부
40: 제어부 50: 모니터링부
60: 인터페이스부
110: 메모리
120: 프로세서10: MRI scanner 20: signal processor
40: control unit 50: monitoring unit
60: interface unit
110: memory
120: processor
Claims (15)
유동 민감성 펄스 시퀀스(flow sensitive pulse sequence)가 대상체로 인가됨에 따라 혈류 정보를 포함하는 MR 신호들을 획득하고 상기 대상체의 심장 활동 상태를 모니터링하는 단계;
상기 대상체의 심장 활동 상태에 따라 상기 MR 신호들을 후향적으로 구분하는 단계;
서로 다른 심장 활동 상태에 대응하는 MR 신호들을 각각의 심장 활동 상태 마다 서로 다른 k-공간으로 구분하여 맵핑하는 단계; 및
상기 서로 다른 k-공간 데이터를 이용하여 혈류 영상을 복원하는 단계를 포함하되,
상기 MR 신호들을 후향적으로 구분하는 단계는,
각 MR 신호가 획득된 시점의 심장 활동 상태를 기초로 타임 스탬프(time stamp)를 기록하는 것이고,
상기 서로 다른 k-공간으로 구분하여 맵핑하는 단계는,
상기 타임 스탬프를 기준으로 동일 또는 유사한 타임 스탬프가 기록된 MR 신호들을 동일한 k-공간으로 맵핑하는 것인 혈류 영상 복원 방법. In the magnetic resonance imaging apparatus for restoring the blood flow image based on non-contrast magnetic resonance angiography (MRA),
Acquiring MR signals including blood flow information as a flow sensitive pulse sequence is applied to the subject and monitoring the cardiac activity state of the subject;
Retrospectively classifying the MR signals according to the cardiac activity state of the subject;
Mapping MR signals corresponding to different cardiac activity states into different k-spaces for each cardiac activity state; And
Reconstructing the blood flow image using the different k-spatial data,
Retrospectively dividing the MR signals,
Recording a time stamp based on the state of cardiac activity at the time each MR signal is acquired,
The mapping of the different k-spaces may be performed by:
And mapping MR signals recorded with the same or similar time stamps to the same k-space based on the time stamps.
상기 유동 민감성 펄스 시퀀스는 가변 숙임각(variable flip angle, VFA)을 갖는 FSE(Fast Spin Echo)인 혈류 영상 복원 방법.The method of claim 1,
The flow sensitive pulse sequence is a fast spin echo (FSE) having a variable flip angle (VFA).
상기 MR 신호들은 3차원 k-공간으로 언더샘플링(undersampling)되는 것인 혈류 영상 복원 방법.The method of claim 1,
Wherein the MR signals are undersampled into three-dimensional k-space.
상기 타임 스탬프는
대상체의 심장 활동 주기에서의 딜레이 시간(deleay time)으로 나타나는 것인 혈류 영상 복원 방법. The method of claim 1,
The time stamp is
Blood flow image restoration method that is represented by a delay time (deleay time) in the cardiac activity cycle of the subject.
상기 심장 활동 상태는
상기 유동 민감성 펄스 시퀀스에 네비게이터 펄스열을 추가함으로써 획득되는 프로젝션 에코(projection echo) 또는 외부의 심장 박동 모니터링 장치로부터 수신된 데이터에 의해 모니터링되는 것인 혈류 영상 복원 방법. The method of claim 1,
The cardiac activity state
And a projection echo obtained by adding a navigator pulse train to the flow sensitive pulse sequence or monitored by data received from an external heart rate monitoring device.
상기 혈류 영상을 복원하는 단계는
복수의 k-공간에 대해 시간 방향으로 평균화한 k-공간 데이터를 기초로 레퍼런스 영상을 생성하는 단계;
각 k-공간의 k-공간 데이터에서 상기 레퍼런스 영상을 감산하여 차 영상(residual image)을 모델링하는 단계; 및
제한 최적화 영상 복원 방법에 기초로 최적화된 차 영상을 획득하여 영상화하는 단계를 포함하는 것인 혈류 영상 복원 방법. The method of claim 1,
Restoring the blood flow image is
Generating a reference image based on k-space data averaged in a time direction with respect to a plurality of k-spaces;
Modeling a residual image by subtracting the reference image from k-space data of each k-space; And
And obtaining and imaging the optimized difference image based on the limited optimized image restoration method.
상기 최적화된 차 영상을 획득하는 단계는
상기 차 영상의 희박성의 성질(sparsity prior) 및 상기 k-공간 데이터 간의 유사성의 성질(low rank prior)을 기초로, 상기 제한 최적화 영상 복원 방법에 따른 최적화된 차 영상을 획득하는 것인 혈류 영상 복원 방법. The method of claim 6,
Acquiring the optimized difference image
Obtaining an optimized difference image according to the limited optimization image reconstruction method based on a sparsity priority of the difference image and a low rank priority between the k-spatial data Way.
상기 최적화된 차 영상을 영상화하는 단계는 상기 최적화된 차 영상에 시간 방향으로의 최대 강도 투사(Maximum Intensity Projection, MIP) 기법을 적용하는 것인 혈류 영상 복원 방법. The method of claim 6,
The imaging of the optimized difference image comprises applying a maximum intensity projection (MIP) technique in a time direction to the optimized difference image.
자기 공명 영상을 처리하기 위한 프로그램이 저장된 메모리; 및
상기 프로그램을 실행하는 프로세서를 포함하며,
상기 프로세서는, 상기 프로그램의 실행에 따라, 유동 민감성 펄스 시퀀스(flow sensitive pulse sequence)가 대상체로 인가됨에 따라 혈류 정보를 포함하는 MR 신호들을 획득하고, 상기 대상체의 심장 활동 상태를 모니터링 하며,
상기 대상체의 심장 활동 상태에 따라 상기 MR 신호들을 후향적으로 구분하고, 서로 다른 심장 활동 상태에 대응하는 MR 신호들을 각각의 심장 활동 상태 마다 서로 다른 k-공간으로 구분하여 맵핑하고, 상기 서로 다른 k-공간 데이터를 이용하여 혈류 영상을 복원하되,
상기 MR 신호들의 후향적 구분은
각 MR 신호가 획득된 시점의 심장 활동 상태를 기초로 타임 스탬프(time stamp)를 기록하는 것이고,
상기 서로 다른 k-공간으로 구분하여 맵핑하는 것은
상기 타임 스탬프를 기준으로 동일 또는 유사한 타임 스탬프가 기록된 MR 신호들을 동일한 k-공간으로 맵핑하는 것인 자기 공명 영상 장치.In the magnetic resonance imaging apparatus,
A memory storing a program for processing a magnetic resonance image; And
A processor for executing the program,
The processor acquires MR signals including blood flow information as a flow sensitive pulse sequence is applied to the subject, and monitors the cardiac activity state of the subject, as the program executes the program.
The MR signals are retrospectively classified according to the cardiac activity state of the subject, and MR signals corresponding to different cardiac activity states are separated and mapped into different k-spaces for each cardiac activity state, and the different k signals are mapped. Restoring blood flow images using spatial data,
The retrospective classification of the MR signals is
Recording a time stamp based on the state of cardiac activity at the time each MR signal is acquired,
Mapping the different k-spaces separately
And an MR signal having the same or similar time stamps mapped to the same k-space based on the time stamp.
상기 유동 민감성 펄스 시퀀스는 가변 숙임각(variable flip angle, VFA)을 갖는 FSE(Fast Spin Echo)인 자기 공명 영상 장치.The method of claim 9,
The flow sensitive pulse sequence is a fast spin echo (FSE) having a variable flip angle (VFA) magnetic resonance imaging apparatus.
상기 MR 신호들은 3차원 k-공간으로 언더샘플링(undersampling)되는 것인 자기 공명 영상 장치.The method of claim 9,
The MR signals are undersampled into three-dimensional k-space.
상기 심장 활동 상태는
상기 유동 민감성 펄스 시퀀스에 네비게이터 펄스열을 추가함으로써 획득되는 프로젝션 에코(projection echo) 또는 외부의 심장 박동 모니터링 장치로부터 수신된 데이터에 의해 모니터링되는 것인 자기 공명 영상 장치. The method of claim 9,
The cardiac activity state
Magnetic resonance imaging device, which is monitored by projection echo obtained by adding a navigator pulse train to the flow sensitive pulse sequence or data received from an external heart rate monitoring device.
상기 프로세서는
복수의 k-공간에 대해 시간 방향으로 평균화한 k-공간 데이터를 기초로 레퍼런스 영상을 생성하고, 각 k-공간의 k-공간 데이터에서 상기 레퍼런스 영상을 감산하여 차 영상(residual image)을 모델링하며,
제한 최적화 영상 복원 방법에 기초로 최적화된 차 영상을 획득하여 영상화하는 것인 자기 공명 영상 장치. The method of claim 9,
The processor is
A reference image is generated based on k-space data averaged in a time direction with respect to a plurality of k-spaces, and the residual image is modeled by subtracting the reference image from k-space data of each k-space. ,
A magnetic resonance imaging apparatus for acquiring and imaging an optimized difference image based on a limited optimization image reconstruction method.
상기 프로세서는
상기 차 영상의 희박성의 성질(sparsity prior) 및 상기 k-공간 데이터 간의 유사성의 성질(low rank prior)을 기초로, 상기 제한 최적화 영상 복원 방법에 따른 최적화된 차 영상을 획득하는 것인 자기 공명 영상 장치. The method of claim 13,
The processor is
Magnetic resonance image obtaining an optimized difference image according to the limited optimization image reconstruction method based on sparsity priority of the difference image and low rank priority between the k-spatial data Device.
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