KR0145381B1 - 자기공명 영상장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 MT효과에 의한 화상의 충분한 콘트라스트를 얻음과 아울러 S.A.R.의 저감을 도모할 수 있도록 개선한 자기공명 영상장치를 제공하는 것을 목적으로 하는 것으로서, 그 구성은 주마그넷과, 제1경사자장코일/제2경사자장코일/제3경사자장코일과, RF코일과, 상기 제1경사자장코일/제2경사자장코일/제3경사자장코일에 접속된 경사자장제어부와, 진폭계수를 A로 하고 비여기대역계수를 ε로 하며 변조신호의 주파수를 ω로 한 경우에F(t)=A{cos(ωt)-cos(εωt)}/t 로 나타나는 변조신호를 발생하는 파형발생기와, 반송파발생부와, 진폭변조기와, 각 펄스시퀀스에서 상기 RF코일을 통하여 RF신호를 조사함과 아울러 상기 진폭변조수단에서 출력되는 피변조파를 자유수 프로톤의 공명주파수에서 약간 멀어진 주파수성분과 자유수 프로톤의 공명주파수성분을 포함하는 MTC펄스로 하여 상기 RF코일을 통해 상기 RF신호에 부가하는 상기 RF코일에 접속된 RF제어부와, 상기 RF코일에 의하여 검출된 NMR신호로부터 데이터를 수집하여 단층상을 재구성하는 데이터처리부을 포함하는 것이다.

Description

자기공명 영상장치

제1도는 종래MTC펄스의 포락선의 파형을 나타낸 그래프.

제2도는 제1도에 나타낸 포락선을 가지는 MTC펄스의 여기주파수특성을 나타낸 그래프.

제3도는 본 발명의 일실시예에 관한 MTC펄스의 포락선의 파형을 나타낸 그래프.

제4도는 제3도에 나타낸 포락선을 가지는 MTC펄스의 여기주파수특성을 나타낸 그래프.

제5도는 본 발명의 일실시예에 관한 자기공명 영상장치를 나타낸 블록도.

제6도(A) 내지 제6도(D)는 본 발명 일실시예에 관한 1반복기간내의 펄스시퀀스를 나타낸 타임챠트.

제7도는 본 발명의 일실시예에 관한 전체의 펄스시퀀스를 나타낸 타임챠트.

제8도는 본 발명의 일실시예에 관한 생데이타공간을 나타낸 도면이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11:주마그넷12(12x,12y,12z):경사자장코일

13:RF코일21:경사자장전원

22:파형발생기23:시퀀서

24:샘플링펄스발생기31:RF신호발생기

32:변조기33:RF전력증폭기

41:프리앰프42:위상검파기

43:A/D검파기51:호스트컴퓨터

61:여기RF펄스62:에코신호

63:MTC펄스64:슬라이스선택용 경사자장펄스

65:판독용 경사자장펄스

본 발명은 NMR(Nuclear Magnetic Resonance;핵자기공명)현상을 이용하여 영상을 비추는 자기공명 영상장치에 관한 것이다.

자기공명 영상장치는 원자핵의 공명현상을 이용하여 생체내 각 조직에 있어서의 스핀의 완화시간차를 포착하여 화상화하는 것으로서, 완화시간차를 나타내는 뛰어난 콘트라스트(contrast)를 가지는 화상을 얻을 수 있다는 점에서 의료의 형태진단분야에서 매우 유용한 것으로 되어 있다. NMR파라미터로서는 통상 프로톤민도(ρ)와, 종완화시간(longitudinal relaxation time) 스핀-격자완화시간(spin-lattice relaxation time)이라고도 한다 (T1) 및 횡완화시간(transverse relaxation time) {스핀-스핀완화시간(spin-spin relaxation time)이라고도 한다} (T2)의 2가지 완화시간이 주로 이용되고 있다.

그런데, 최근 이 자기공명 영상장치에 있어서 MT(magnetization transfer)효과에 의한 큰트라스트개선법이 알려지기에 이르렀다. 이것은 생체조직중 자유수(free water)의 프로톤과, 막과 단백질등과 같은 거대분자의 프로톤 및 그 주위에 위치하여 그 운동이 제한되어지는 물의 프로톤 {여기에서는 설명의 편의상 결합수(restricted water)라 한다}의 상호작용을 포착하여 화상의 콘트라스트로 하는 것으로서, MT의 크기에 따라 만들어진 화상의 콘트라스트는 MTC(Magnetization Transfer Contrast)라 불리우고 있다. 이 MT효과는 단순히 화상의 콘트라스트개선 뿐만 아니라 조직성상(組織性狀)을 반영하는 것으로서 의학적인 진단에 도움이 되리라 기대되어지고 있다.

이 MTC법은 그레이던트에코법(gradient echo method)이나 스핀에코법(spin echo method)등과 같은 촬상시퀀스에 MTC펄스로서 부가하는 여기RF(Radio Frequency)펄스의 반송파의 주파수가 자유수의 공명주파수와 일치하는 온공명법(On Resonance법)과, 반송파의주파수가 자유수의공명주파수와 상이한 오프공명법(Off Resonance법)으로 나뉘어진다. 종래에는 이 여기

RF펄스(MTC펄스)로서 반송파의 포락선(包絡線)(변조파)이 온공명법에서는 제1도에 나타낸 바와 같은 2항펄스(Binomial pulse)로 된 것이 사용되고, 오프공명법에서는 가우스파형(도시생략)으로 된 것이 사용된다.

그러나, 종래와 같은 온공명 MTC법에 있어서 포락선이 2항펄스로 된 MTC펄스를 사용한 경유에는 MT효과에 의한 콘트라스트를 충분하게 얻을 수 없다는 문제점이 있다. 즉, 포락선이 2항펄스로 된MTC펄스인 경우, 그 여기주파수특성종축에 종자화(longitudinal magnetization)량을 횡축에 주파수를 표시하고 있다은 제2도에 나타낸 바와 같이 자유수의 공명주파수(ωο) 근방(도면에서는 점선으로 자유수의 공명주파수대역을 나타냈다)에 있어서의 비여기주파수대역이 좁기 때문에 MTC펄스에 의하여 결합수 뿐만 아니라 자유수도 여기된다.(도면에 있어서 빗금친 영역). 즉, 결합수와의 상호작용에 의한 것이 아니라 자유수가 직접적으로 여기되기 때문에, 그 결과 결합수의 함유율이 높은 조직이나 부위 뿐만 아니라 자유수의 함유율이 높은 조직이나 부위에서도 신호의 저하가 현저하므로 MT효과에 의한 콘트라스트를 얻을 수 없다. 또 제2도에 나타낸 바와 같이 여기주파수대역이 필요이상으로 넓어서 효율이 나쁘기 때문에, S.A.R.(Specific Absorption Rate) 비(比)흡수율:전자파조사(照射)에 의한 온도상승을 나타내는 지표이 커진다는 문제점도 있다.

본 발명은 상기 문제점을 감안하여 MTC펄스의 파형(포락선)을 여러 가지로 고안함으로써, MT효과에 의한 화상의 충분한 콘트라스트를 얻음과 아울러 S.A.R.의 저감을 도모할 수 있도록 개선한 자기공명 영상장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 이와 같은 목적을 달성하기 위하여 다음과 같은 구성을 채용한다.

본 발명은 NMR현상을 이용하여 영상을 미추는 자기공명 영상장치로서 촬영영역공간에 균일한 정자장(靜磁場)을 발생하는 주마그넷과, 이 주마그넷에 부설되며, 상기 정자장에서 직교하는 3차원방향으로 자장강도가 각각 변화하는 3개의 경사자장펄스(슬라이스선택용 경사자장펄스, 위상(位相)엔코드용 경사자장 펄스, 판독용 경사자장펄스)를 발생시키기 위한 제1경사자장코일/제2경사자장코일/제3경사자장코일과, 상기 촬영영역공간에 놓인 피검체에 대한 RF신호의 조사 및 피검체에서 발생하는 NMR신호의 검출을 행하기 위한 RF코일과, 이 RF코일에서 RF신호를 조사하는 타이밍에 맞추어 상기 제1경사자장코일을 통하여 슬라이스선택용 경사자장철스를 발생시키고, 상기 제2경사자장코일을 통하여 위상엔코드용 경사자장펄스를 발생시키며, 상기 RF신호에 의하여 발생하는 NMR신호와 거의 동시에 상기 제3경사자장코일을 통하여 판독용 경사자장펄스를 발생시킴으로써, 최초의 펄스시퀀스를 형성하고, 상기 위상엔코드용 경사자장펄스를 변경하면서 상기 최초의 펄스시쿼스를 반복하는 상기 제1경사자장코일/제2경사자장코일/제3경사자장코일에 접속된 경사자장제어수단과, 진폭계수를 A로 하고 비여기대역계수를 ε로 하며 변조신호의 주파수를 ω로 한 경우에 F(t)=Acos(ωt)-cos(εωt)/t로 나타나는 변조신호를 발생하는 파형발생수단과, 자유수의 공명주파수와 실질적으로 일치하는 반송파를 발생하는 반송파발생 수단과, 상기 반송파를 상기 변조신호에 의하여 진폭변조함으로써 피변조파를 출력하는 진폭변조수단과, 상기 각 펄스시퀀스에서 상기 RF코일을 통하여 RF신호를 조사함과 아울러 상기 진폭변조수단에서 출력되는 피변조파를 자유수 프로톤의 공명주파수에서 약간 멀어진 주파수성분과 자유수 프로톤의 공명주파수성분을 포함하는 RF신호MTC(Magnetization Transfer Contrast)펄스로 하여 상기 RF코일을 통해 상기 RF신호에 부가하는 상기 RF코일에 접속된 RF제어수단과, 상기 RF코일에 의하여 검출된 NMR신호로부터 데이터를 수집하고, 이 데이터를 통하여 단층상을 재구성하는 데이터처리수단을 포함한다.

진폭계수를 A로 하고 비여기대역계수를 ε로 하며 변조신호의 주파수를 ω로 한 경우에 MTC펄스(피변조파)의 포락선이 F(t)=A{cos(ωt)-cos(εωt)}/t로 되어 있으면, 이 MTC펄스의 여기주파수특성은 넓은 비여기주파수대역의 전후에 좁은 여기주파수대역을 가지는 것으로 된다. 따라서, 자유수의 공명주파수 근방에서의 비여기주파수대역을 넓혀 이 MTC펄스에 의해서는 자유수가 여기되지 않도록 함으로써, 자유수의 함유율이 높은 조직이나 부위에서도 신호가 저하되는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, MT효과에 의한 화상의 콘트라스트를 충분히 큰 것으로 할 수 있다. 또한 여기주파수대역이 좁기 때문에 S.A.R.을 저감할 수 있다.

따라서, 본 발명 자기공명 영상장치에 의하면 MT효과에 의한 콘트라스트를 충분히 크게 한 화상을 얻을 수 있음과 아울러 S.A.R.의 저감도 도모할 수 있다.

또, 본 발명 장치에 있어서 상기 파형발생수단은 상기 변조신호에 창함수(窓函數)를 곱하여 얻어지는 신호를 변조신호로 하는 것이 바람직하다.

상기 함수F(t)에 소정의 창함수(예를 들면, 해밍창)를 곱한 것이 포락선으로 되도록 하기 위하여, 자유수의 공명주파수와 실질적으로 일치하는 주파수의 반송파를 진폭변조함으로써 MTC펄스(피변조파)를 얻으면, 펄스의 시간적인 중단에 의한 여기특성의 변형을 개선할 수 있으므로, 보다 실질적인 포락선파형을 가지는 MTC펄스로 할 수 있다. 그 결과, 보다 효과적으로 MT효과에 의한 화상의 콘트라스틀 개선할 수 있음과 아울러 S.A.R.의 저감을 도모할 수 있다.

또한, 본 발명 장치에 있어서 상기 RF제어수단은 각 펄스시퀀스에서 MTC펄스의 조사강도를 상기 위상엔코드용 경사자장펄스의 강도변화에 의거하여 위상엔코드량이 작은 경우에는 조사강도를 크게 하고, 위상엔코드량이 큰 경우에는 조사강도를 작게 제어하는 것이 바람직하다.

그런데, 결합수의 프로톤정보가 부가된 신호를 얻을 수 있는 것은 위상엔코드량이 작은 펄스시퀀스뿐이다. 이 위상엔코드량이 작은 펄스시퀀스에 의하여 얻어지는 데이터는 2차원 푸리에변환(Fourier trnasform)되기 전의 데이터군인생(生)데이타공간(raw data space)(k공간이라고도 불리운다)의 중앙부에 배치된다. 이 중앙부에 배치되는 데이터는 주로 저주파성분으로서 화상을 재구성할때에는 콘트라스트에 대한 기여도가 크다. 한편, 위상엔코드량이 큰펄스시퀀스에 의하여 얻어지는 데이터는 생데이타공간의 주변부에 배치된다. 이 주변부에 배치되는 데이터는 주로 고주파성분으로서 화상을 재구성할 때에는 분해능에 대한 기여도가 크고 콘트라스트에 대한 기여도는 작다.

요컨대, 재구성화상의 콘트라스트를 지배하는 생데이타공간의 중앙부에 배치되는 데이터를 취득하는 시퀀스, 즉 위상엔코드량이 작은 시퀀스에 대해서는 MTC펄스의 조사강도를 크게 하게 된다. 이와 같이 촬상시퀀스 중 콘트라스트에 대한 기여도가 큰 시퀀스에 신호강도가 큰 MTC펄스를 부가하고, 분해능에 대한 기여도가 큰 시퀀스에 신호강도가 작은 MTC펄스를 부가함으로써, S.A.R.을 저감하면서 촬상시퀀스 전체에 대하여 동일한 신호강도를 가지는 MTC펄스를 부가한 경우와 동등한 콘트라스트의 화상을 얻을 수 있다.

또, 본 발명 장치에 있어서 상기 RF제어수단은 각 펄스시퀀스에서 위상엔코드용 경사자장펄스에 의한 위상엔코드량이 작은 경우에는 MTC펄스를 부가하고{온(ON)으로 하고}, 위상엔코드량이 큰 경우에는 MTC펄스를 인가하지 않는 {오프(OFF)로 하는} 온/오프제어를 행하는 것이 바람직하다.

위상엔코드용 경사자장펄스에 의한 위상엔코드량에 대응하여 MTC펄스를 온/오프제어하기 때문에, 모든 펄스시퀀스에서 MTC펄스를 인가하는 경우에 비하여 S.A.R.을 저감할 수 있다.

또한, 본 발명 장치에 있어서 상기 RF제어수단은 위상엔코드용 경사자장펄스에 의한 위상엔코드량의 변화에 대응시켜 위상엔코드량이 작아짐에 따라서 MTC펄스의 조사강도를 서서히 크게 하는 것이 바람직하다.

MTC펄스의 조사강도를 서서히 변화시킴으로써 결합수의 완화가 빠른 프로톤의 포화정도를 변화시킬 수 있다. 따라서, 그에 대응하여 생데이타공간상의 데이터 변화를 제어할 수 있으며, 그 결과 MTC펄스의 조사강도를 조정함으로써 원하는 콘트라스트를 얻을 수 있다.

그리고 본 발명은 NMR현상을 이용하여 영상을 비추는 자기공명 영상장치로서, 촬영영역공간에 균일한 정자장을 발생하는 주마그넷과, 이 주마그넷에 부설되며, 상기 정자장에서 직교하는 3차원방향으로 자장강도가 각각 변화하는 3개의 경사자장펄스(슬라이스선택용 경사자장펄스, 위상엔코드용 경사자장펄스, 판독용 경사자장펄스)를 발생시키기 위한 제1경사자장코일/제2경사자장코일/제3경사자장코일과, 상기 촬영영역공간에 놓인 피검체에 대한 RF신호의 조사 및 피검체에서 발생하는 NMR신호의 검출을 행하기 위한 RF코일과, 이 RF코일에서 RF신호를 조사하는 타이밍에 맞추어 상기 제1경사자장코일을 통하여 슬라이스 선택용 경사자장펄스를 발생시키고, 상기 제2경사자장코일을 통하여 위상엔코드용 경사자장펄스를 발생시키며, 상기 RF신호에 의하여 발생하는 NMR신호와 거의 동시에 상기 제3경사자장콩일을 통하여 판독용 경사자장펄스를 발생시킴으로써, 최초의 펄스시퀀스를 형성하고, 상기 위상엔코드용 경사자장펄스를 변경하면서 상기 최초의 펄스시퀀스를 반복하는 상기 제1경사자장코일/제2경사자장코일/제3경사자장코일에 접속된 경사자장제어수단과, 진폭계수를 A로 하고 비여기대역계수를 ε로 하며 변조신호의 주파수를 ω로 한 경우에G(t)=Asin(ωt)-sin(εωt)/t 로 나타나는 변조신호를 발생하는 파형발생수단과, 자유수의 공명주파수와 실질적으로 일치하는 반송파를 발생하는 반송파발생수단과, 상기 반송파를 상기 변조신호에 의하여 진폭변조함으로써 피변조파를 출력하는 진폭변조수단과, 상기 각 펄스시퀀스에서 상기 RF코일을 통하여 RF신호를 조사함과 아울러 상기 진폭변조수단에서 출력되는 피변조파를 자유수 프로톤의 공명주파수에서 약간 멀어진 주파수성분과 자유수 프로톤의 공명주파수성분을 포함하는 RF신호{MTC(Magnetization Transfer Contrast)펄스}로 하여 상기 RF코일을 통해 상기 RF신호에 부가하는 상기 RF코일에 접속된 RF제어수단과, 상기 RF코일에 의하여 검출된 NMR신호로부터 데이터를 수집하고, 이 데이터를 통하여 단층상을 재구성하는 데이터처리수단을 포함한다.

진폭계수를 A로 하고 비여기대역계수를 ε로 하며 변조신호의 주파수를 ω로 한 경우에 MTC펄스(피변조파)의 포락선이 G(t)=A{sin(ωt)-sin(εωt)}/t 로 되어 있으면, 이 MTC펄스의 여기주파수특성은 넓은 비여기주파수대역의 전후에 좁은 여기주파수대역을 가지는 것으로 된다. 따라서, 자유수의 공명주파수 근방에서의 비여기주파수대역을 넓혀 이 MTC펄스에 의해서는 자유수가 여기되지 않도록 함으로써, 자유수의 함유율이 높은 조직이나 부위에서도 신호가 저하되는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, MT효과에 의한 화상의 콘트라스트를 충분히 큰 것으로 할 수 있다. 또한 여기주파수대역이 좁기 때문에 S.A.R.을 저감할 수 있다.

따라서, 본 발명의 자기공명 영상장치에 의하면 MT효과에 의한 콘트라스트를 충분히 크게 한 화상을 얻을 수 있음과 아울러 S.A.R.의 저감도 도모할 수 있다.

또, 본 발명 장치에 있어서 상기 파형발생수단은 상기 변조신호에 창함수를 곱하여 얻어지는 신호를 변조신호로 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명 장치에 있어서 상기 RF제어수단은 각 펄스시퀀스에서 MTC펄스의 조사강도를 상기 위상엔코드용 경사자장펄스의 강도변화에 의거하여 위상엔코드량이 작은 경우에는 조사강도를 크게 하고 위상엔코드량이 큰 경우에는 조사강도를 작게 제어하는 것이 바람직하다.

또, 본 발명 장치에 있어서 상기 RF제어수단은 각 펄스시퀀스에서 위상엔코드용 경사자장펄스에 의한 위상엔코드량이 작은 경우에는 MTC펄스를 부가하고 (온으로 하고), 위상엔코드량이 큰 경우에는 MTC펄스를 인가하지 않는(오프로 하는)온/오프제어를 행하는 것이 바람직하다.

그리고, 본 발명 장치에 있어서 상기 RF제어수단은 위상엔코드용 경사자장 펄스에 의한 위상엔코드량의 변화에 대응시켜 위상엔코드량이 작아짐에 따라서 MTC펄스의 조사강도를 서서히 크게 하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 일실시예를 도면에 의거하여 상세하게 설명한다.

본 발명의 일실시예에 관한 자기공명 영상장치에서는 포락선의 파형이 예를들면 제3도에 나타낸 바와 같이 되어 있는 MTC펄스를 이용한다. 이 자기공명 영상장치는 제5도에 나타낸 바와 같이 구성되어 있다. MTC펄스는 제6도(A)에 나타낸 바와 같이 통상의 촬상시퀀스보다 앞서 부여된다.

우선 제5도를 참조하여 이 자기공명 영상장치의 구성을 설명하면, 정자장을 발생하는 주마그넷(11)과, 이 정자장과 겨1치도록 경사자장을 인가하는 3개의 경사자장코일(12)(12x,12y,12z)(gradient field coils)이 구비되어 있다. 경사자장코일(12)은 주마그넷(11)에 의하여 발생한 정자장애, 자장강도가 직교하는 3차원방향(X),(Y),(Z)으로 각각 변화하는 3개의 경사자장코일(Gx),(Gy),(Gz)의 펄스 슬라이스선택용 경사자장(Gs)의 펄스, 판독용 경사자장(Gr)의 펄스, 위상엔코드용 경사자장(Gp)의 펄스를 겹치도록 하는 3조의 경사자장코일(12x),(12y),(12z)로 구성되어 있다. 이 정자장 및 경사자장이 가해지는 공간(촬영영역공간)에는 도시하지 않은 피검체(환자)가 배치되며, 그 피검체에는 RF코일(13)(Radio Frequency coil)이 부착된다.

경사자장코일(12)에는 경사자장전원(21)이 접속되어 있어서 경사자장 (Gx),(Gy),(Gz)의 각 경사자장발생전력이 공급된다. 이 경사자장전원(21)에는 파형발생기(22)로 부터의 파형신호가 입력되어 경사자장(Gx),(Gy),(Gz)의 각 경사자장파형이 제어된다. RF코일(13)에는 RF전력증폭기(33;power amplifier)를 통하여 RF신호가 공급됨으로써 피검체에 대한 RF신호조사가 이루어진다. 이 RF신호(피변조파)는 RF신호발생기(31)에서 발생된 반송파를 변조기(32)에 의하여 파형발생기(22)에서 보내져 온 파형신호(변조신호)에 대응하여 진폭변조된 것으로 되어 있다.

피검체에서 발생한 NMR신호는 RF코일(13)에 의하여 수신되어 프리앰프(41;preamplifier)를 거쳐 위상검파기(42)로 보내진다. 위상검파기(42)에 있어서, 수신신호는 RF신호발생기(31)로 부터의 RF신호(반송파)를 참조신호로 하여 위상검출되며 검파출력이 A/D변환기(43)로 보내진다. 이 A/D변환기(43)에는 샘플링펄스발생기(24)로부터 샘플링펄스가 입력되며, 이 샘플링펄스에 대응하여 검파출력이 디지털 데이타로 변환된다. 그 디지털 데이타는 호스트컴퓨터(51)로 입력된다.

호스트컴퓨터(51)는 입력된 데이터를 처리하여 화상을 재구성함과 아울러 시퀀서(23)를 통하여 시퀀스 전체의 타이밍을 결정한다. 즉, 시퀀서(23)는 호스트 컴퓨터(51)의 제어하에 파형발생기(22), RF신호발생기(31), 샘플링펄스발생기(24)등에 타이밍신호를 보냄으로써, 파형발생기(22)에서 각 파형신호가 출력되는 타이밍을 결정함과 아울러 RF신호발생기(31)로 부터의 RF신호발생타이밍을 결정하고, 그리고 샘플링펄스발생기(24)로 부터의 샘플링펄스발생타이밍을 결정한다.

또한 호스트컴퓨터(51)는 파형발생기(22)로 파형정보를 보냄으로써, Gx, Gy, Gz의 각 경사자장펄스의 파형, 강도 등을 제어함과 아울러 RF신호발생기(31)로 신호를 보내서 RF신호(반송파)의 주파수를 제어한다. 따라서, 이 호스트컴퓨터(51)에 의하여 그레이던트에코법 등과 같은 촬상시퀀스에 의거한 펄스시퀀스 전체의 제어가 이루어짐과 아울러 MTC펄스의 주파수나 파형, 그것을 부가할지의 여부가 제어된다.

또, 경사자장코일(12)에 가해지는 경사자장용 전류는 경사자장전원(21)에 의하여 제어됨으로써, 제6도(B) 내지 제6도(D)에 나타낸 바와 같은 파형의 펄스로 이루어진 각 경사자장(Gs),(Gr),(Gp)이 발생하게 된다. 상술한 바와 같이 그 각각의 펄스파형은 파형발생기(22)에서 발생되어 경사자장전원(21)으로 부여된다. 이 경사자장의 각 펄스파형에 관한 정보는 호스트컴퓨터(51)를 통하여 파형발생기(22)에 미리 세트되어 있다.

이와 같은 자기공명 영상장치에 있어서, 호스트컴퓨터(51) 및 시퀀서(23)의 제어하에 예컨대 제6도(A) 내지 제6도(D)에 나타낸 바와 같은 MTC법에 의한 촬상스캔이 이루어진다. 이 제6도(A) 내지 제6도(D)에 나타낸 예에서는 촬상스캔을 구성하는 펄스시퀀스로서 그레이던트에코법이 채용되고 있다. 즉, 여기RF펄스(θ°펄스)(61)를 인가함과 동시에 슬라이스선택용 경사자장(Gs) 펄스(64)를 인가한 후, 판독 및 주파수엔코드용 경사자장(Gr)의 펄스(65)를 인가함과 아울러 그 극성을 스위칭시켜 에코신호(62)를 발생시킨다. 이 에코신호(62)의 발생전에 위상엔코드용 경사자장(Gp)의 펄스(66)를 가한다. 이와 같은 펄스시퀀스를 위상엔코드용 경사자장(Gp)의 펄스(66) 크기를 약간씩 변화시키면서 k공간의 화상매트릭스에 대응한 수만큼 반복(예를 들면, 256회)함으로써 촬상스캔이 이루어진다.

그리고 이 펄스시퀀스의 전후, 구체적으로는 MTC펄스(63)의 인가후로서 슬라이스선택용 경사자장(Gs) 펄스(64)의 인가전과, 판독용 경사자장(Gr) 펄스(65)의 인가후에 경사자장코일(12)의 각 코일(12x),(12y),(12z)에 위상을 흩어지게하는 스포일러펄스를 인가하도록 하여도 된다. 따라서, 특히 단시간에 여기 RF펄스(61)를 반복조사하여 자유수의 프로톤에 횡자화(transverse magnetization)가 남아 있는 경우에 발생하는 실제로는 존재하지 않는 그림자나 윤곽 등과 같은 허상(소위 아티팩트(artifact)이 재구성된 화상에 발생하는 것을 방지할 수 있다.

이와 같은 촬상스캔의 각각의 반복기간 선두에서 MTC펄스(63)를 비선택적(MTC펄스(63)와 동시에 다른 경사자장펄스를 일절 인가하지 않는다는 것)으로 부가한다. 이 MTC펄스(63)는 포락선이 예를 들면 제3도에 나타낸 바와 같이 되어 있다. 즉 자유수의 공명주파수를 ωο라 하면, RF신호발생기(31)로부터 발생되는 반송파의 주파수가 자유수의 공명주파수(ωο)로 되어 파형발생기(22)에서 변조기(32)로 부여되는 변조신호의 파형이 제3도에 나타낸 바와 같은 파형으로 된다.

이와 같은 변조신호의 파형을 얻기 위하여 호스트컴퓨터(51)는 우선 다음에 나타내는 함수F(t) 또는 G(t)를 구한다. 단, 진폭계수를 A로 하고 비여기대역계수를 ε로 하며 변조신호의 주파수를 ω로 한다.

F(t)=A{cos(ωt)-cos(εωt)}/t

G(t)=A{sin(ωt)-sin(εωt)}/t

여기서, 각 파라미터(ε,ω)의 값은 주마그넷(11)에 의하여 형성되는 정자장 강도 및 원하는 여기주파수대역과 비여기주파수대역에 대응하여 결정한다. 또 A는 MTC펄스(63)에 설정되는 플립앵글에 대응하여 결정한다. 또한, 이들 2개의 함수(F(t)),(G(t))는 푸리에변환에 의한 간단한 근사(近似)에 의하거나 혹은 Bloch방정식에 의거하는 시뮬레이션에 의한다 하더라도 여기주파수특성에 있어서 거의 동등한 것임은 쉽게 알 수 있다. 그리고, 이들 함수에 있어서 ωt를 적당한 범위로 한정하고, ε와 ω의 값을 적당히 결정한 후에 적당한 창함수(예를 들면, 해밍창)을 곱하여 파형데이타를 구한다. 이 파형데이타는 파형발생기(22)에 미리 부여되어 있다.

본 실시예에서는 상기 함수(F(t))를 이용하여 -4π≤ωt≤4π, ε=2, ω=2π(2kHz)로 하고, 창함수로서 0.54+0.46cos(ω't)의 해밍창을 이용하여 이것을 곱함으로써 함수(H(t))를 구한다. 이 함수(H(t))에 의하여 나타나는 파형은 2ㅔ3도에 나타낸 바와 같다. 포락선이 이 함수(H(t))에 의하여 나타나는 바와 같은 것으로 되도록 주파수(ωο)의 반송파신호를 진폭변조함으로써 얻은 MTC펄스의 여기 주파수특성은 Bloch 방정식에 의거하는 시뮬레이션에 의하면 제4도에 나타낸 바와 같이 되므로, 자유수의 공명주파수(ωο)근방의 비여기주파수대역의 폭은 약2kHz, 여기주파수대역의 반값에 해당하는 폭(종자화량이 1/2로 되는 여기주파수 대역의 폭)은 약2kHz로 된다. 또, 제4도에 있어서 점선으로 나타낸 자유수의 공명주파수대역에서 알 수 있는 바와 같이 결합수와 합께 여기되는 자유수는[제2도에 나타낸 종래예와 비교하여] 빗금으로 나타낸 바와 같이 아주 적어진다.

따라서, 이와 같은 MTC펄스(63)를 부여함으로써 촬상시퀀스에 앞서 결합수의 함유율이 높은 조직·부위만을 여기하므로 자유수가 여기되지 않도록 할 수 있기 때문에, 자유수의 함유율이 높은 조직이나 부위에서도 신호가 저하되는 것을 방지하면서 결합수의 함유율이 높은 조직·부위의 주위에 위치하는 자유수에 [결합수와의 상호작용에 의한] MT효과에 기인하는 신호의 저하를 일으킬 수 있으며, MT효과에 의한 화상의 콘트라스트를 충분히 크게 할 수 있다. 또, 상기한바와 같이 여기주파수대역을 좁게 할 수 있으므로 S.A.R.을 저감할 수 있다.

또, 상기 제6도(A) 내지 제6도(D)에 나타낸 1반복기간내의 펄스시퀀스를 그 위상엔코드용 경사자상(Gp)의 펄스(66)를 변경하면서 MTC펄스(63)의 조사강도를 다음에 설명하는 바와 같이 제어함으로써 콘트라스트를 저하시키는 일 없이 S.A.R.을 더욱 저감할 수 있다. 이것을 제7도 및 제8도를 참조하여 설명한다. 또한, 제7도는 설명의 편의상 경사자상펄스를 생략하여 나타냈다.

제7도에 나타낸 바와 같이, 최초의 펄스시퀀스(#1), 제2펄스시퀀스(#2), 제3펄스시퀀스(#3), ………로 구성되는 처음 기간(a)에서는 MTC펄스(63)의 신호강도를 제로(0)로 하고(오프로 하고), 제 k번째 펄스시퀀스(#k), 제 k+1번째 펄스시퀀스(#k+1), ………로 구성되는 다음 기간(b)에서는 신호강도를 최대로 하고(온으로 하고), ………, 제n번째 펄스시퀀스(#n)로 구성되는 기간(c)에서는 신호강도를 다시 제로로 한다.

이와 같이 하여 n회의 펄스시퀀스가 행해져서 얻어진 에코신호(62)에 의하여 1라인씩의 데이터가 수집되고, 이들1라인씩의 데이터가 수집된 순서로 제8도에 나타낸 바와 같이 k공간에 배치된다. 이와 같이 2차원적으로 나열된 데이터를 2차원푸리에변환함으로써 2차원의 화상이 재구성된다. 예를 들면 n을 256으로 하고, 하나의 에코신호(62)에서 256회 샘플링하여 256점의 데이터를 얻는다고 하면, k공간은 256X256의 매트릭스가 되므로 재구성되는 화상도 256X256의 화상으로 된다.

이 재구성화상의 콘트라스트를 지배하는 것은 주로 k공간의 중앙부(B)에 배치되는 데이터상기 기간(b)에서 얻어지는 데이터로서, 그 주변부(A),(C) 각각 {상기 기간(a),(b)에서 얻어진 데이터}에 배치되는 데이터는 별로 영향을 끼치지 않는다. 이것은 중앙부(B)에 배치되는 데이터는 주로 저주파성분이고, 주변부(A),(C)에 배치되는 데이터는 주로 고주파성분이기 때문이다. 여기서는 상기한 바와 같이 기간(b)에서만 MTC펄스(63)를 온으로 하고 있기 때문에, MT효과에 의한 새로운 정보가 부가된 데이터는 중앙부(B)에 배치되는 데이터만으로 이루어져 있다. 따라서 n회의 반복기간 전체에서 MTC펄스(63)를 부가한 것이 아님에도 불구하고, n회의 반복기간 전체에서 MTC펄스(63)를 부가한 경우와 동등한 콘트라스트를 가지는 화상을 재구성할 수 있다. 그리고, MTC펄스(63)의 조사는 기간(b)으로 한정되어 있으므로 S.A.R.을 저감할 수 있다.

그리고, 상기 실시예에서는 MTC펄스(63)를 온이나 오프로 제어하고 있으나, 변조파형을 제어함으로써 그 중간치도 얻을 수 있도록 하여 위상엔코드량(의 절대치)에 대응시켜 서서히 변화하도록 하여도 된다. 따라서, 결합수의 완화가 빠른 프로톤의 포화정도를 변화시킬 수 있고, 그에 대응하여 k공간상의 데이터 변화를 제어할 수 있기 때문에, 원하는 콘트라스트를 가지는 화상을 얻을 수 있다.

또, 상기 함수(F(t)),(G(t))에 있어서의 ωt의 범위나 ε,ω의 값은 그 일례로서 다른 여러 가지로 정할 수 있다. 또한, 상기 실시예에서는 촬상스캔으로서 그레이던트에코법에 의거하는 펄스시퀀스를 예시하였으나, 그외에 스핀에코법 등과 같은 모든 종류의 촬상용 펄스시퀀스를 채용할 수 있다.

본 발명은 그 사상 또는 본질에서 일탈하지 않는 한 다른 구체적인 형태로 실시할 수 있으며, 따라서 발명의 범위를 나타내는 것으로서는 이상 설명한 내용이 아니라 부가된 특허청구의 범위를 참조하여야만 한다.

Claims (10)

1. NMR(Nuclear Magnetic Rexonance)현상을 이용하여 영상을 비추는 자기공명 영상장치에 있어서, 촬영영역공간에 균일한 정자장을 발생하는 주마그넷과, 상기 주마그넷에 부설되며, 상기 정자장에서 직교하는 3차원방향으로 자장강도가 각각 변화하는 3개의 경사자장펄스(슬라이스선택용 경사자장펄스, 위상엔코드용 경사자장펄스, 판독용 경사자장펄스)를 발생시키기 위한 제1경사자장코일/제2경사자장코일/제3경사자장코일과, 상기 촬영영역공간에 놓인 피검체에 대한 RF(Radio Frequency)신호의 조사 및 피검체에서 발생하는 NMR신호의 검출을 행하기 위한 RF코일과, 상기 RF코일에서 RF신호를 조사하는 타이밍을 맞추어 상기 제1경사자장코일을 통하여 슬라이스선택용 경사자장펄스를 발생시키고, 상기 제2경사자장코일을 통하여 위상엔코드용 경사자장펄스를 발생시키며, 상기 RF신호에 의하여 발생하는 NMR신호와 거의 동시에 상기 제3경사자장코일을 통하여 판독용 경사자장펄스를 발생시킴으로써, 최초의 펄스시퀀스를 형성하고, 상기 위상엔코드용 경사자장펄스를 변경하면서 상기 최초의 펄스시퀀스를 반복하는 상기 제1경사자장코일/제2경사자장코일/제3경사자장코일에 접속된 경사자장제어수단과, 진폭계수를 A로 하고 비여기대역계수를 ε로 하며 변조신호의 주파수를 ω로 한 경우에 F(t)=Acos(ωt)-cos(εωt)/t 로 나타나는 변조신호를 발생하는 파형발생수단과, 자유수의 공명주파수와 실질적으로 일치하는 반송파를 발생하는 반송파발생 수단과, 상기 반송파를 상기 변조신호에 의하여 진폭변조함으로써 피변조파를 출력하는 진폭변조수단과, 상기 각 펄스시퀀스에서 상기 RF코일을 통하여 RFtlsgh를 조사함과 아울러 상기 진폭변조수단에서 출력되는 피변조파를 자유수 프로톤의 공명주파수에서 약간 멀어진 주파수성분과 자유수 프로톤의 공명주파수성분을 포함하는 RF신호MTC(Magnetization Transfer Contrast)펄스로 하여 상기 RF코일을 통해 상기 RF신호에 부가하는 상기 RF제어수단과, 상기 RF코일에 의하여 검출된 NMR신호로부터 데이터를 수집하고, 이 데이터를 통하여 단층상을 재구성하는 데이터처리수단을 포함한 것을 특징으로 하는 자기공명 영상장치.
2. 제1항에 있엇, 상기 파형발생수단이 상기 변조신호에 창함수를 곱하여 얻어지는 신호를 변조신호로 하는 것을 특징으로 하는 자기공명 영상장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 RF제어수단이 각 펄스시퀀스에서 MTC(Magnetization Transfer Contrast)펄스의 조사강도를 상기 위상엔코드용 경사자장펄스의 강도변화에 의거하여 위상엔코드량이 작은 경우에는 조사강도를 크게 하고 위상엔코드량이 큰 경우에는 조사강도를 작게 제어하는 것을 특징으로 하는 자기공명 영상장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 Rf제어수단이 각 펄스시퀀스에서 위상엔코드용 경사자장펄스에 의한 위상엔코드량이 작은 경우에는 MTC펄스를 부가하고(온으로 하고), 위상엔코드량이 큰 경우에는 MTC펄스를 인가하지 않는 (오프로 하는) 온/오프제어를 행하는 것을 특징으로 하는 자기공명 영상장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 RF제어수단이 위상엔코드용 경사자장펄스에 의한 위상엔코드량의 변화에 대응시켜 위상엔코드량이 작아짐에 따라서 MTC펄스의 조사강도를 서서히 크게 하는 것을 특징으로 하는 자기공명 영상장치.
6. NMR현상을 이용하여 영상을 비추는 자기공명 영상장치에 있어서, 촬영영역공간에 균일한 정자장을 발생하여 주마그넷과, 상기 주마그넷에 부설되며, 상기정자장에서 직교하는 3차원방향으로 자장강도가 각각 변화하는 3개의 경사자장펄스(슬라이스선택용 경사자장펄스, 위상엔코드용 경사자장펄스, 판독용 경사자장펄스)를 발생시키기 위한 제1경사자장코일/제2경사자장코일/제3경사자장코일과, 상기 촬영영역공간에 놓인 피검체에 대한 RF신호의 조사 및 피검체에서 발생하는 NMR신호의 검출을 행하기 위한 RF코일과, 상기 RF코일에서 RF신호를 조사하는 타이밍에 맞추어 상기 제1경사자장코일을 통하여 슬라이스선택용 경사자장펄스를 발생시키고, 상기 제2경사자장코일을 통하여 위상엔코드용 경사자장펄스를 발생시키며, 상기 RF신호에 의하여 발생하는 NMR신호와 거의 동시에 상기 제3경사자장코일을 통하여 판독용 경사자장펄스를 발생시킴으로써, 최초의 펄스시퀀스를 형성하고, 상기 위상엔코드용 경사자장펄스를 변경하면서 상기 최초의 펄스시퀀스를 반복하는 상기 제1경사자장코일/제2경사자장코일/제3경사자장코일에 접속된 경사자장제어수단과, 진폭계수를 A로 하고 비여기대역계수를 ε로 하며 변조신호의 주파수를 ω로 한 경우에 G(t)=A{sin(ωt)-sin(εωt)}/t 로 나타나는 변조신호를 발생하는 파형발생수단과, 자유수의 공명주파수와 실질적으로 일치하는 반송파를 발생하는 반송파발생수단과, 상기 반송파를 상기 변조신호에 의하여 진폭변조함으로써 피변조파를 출력하는 진폭변조수단과, 상기 각 펄스시퀀스에서 상기 RF코일을 통하여 RF신호를 조사함과 아울러 상기 진폭변조수단에서 출력되는 피변조파를 자유수 프로톤의 공명주파수에서 약간 멀어진 주파수성분과 자유수 프로톤의 공명주파수성분을 포함하는 RF신호 MTC(Magnetization Transfer Contrast)펄스로 하여 상기 RF코일을 통해 상기 RF신호에 부가하는 상기 RF코일에 접속된 RF제어수단과, 상기 RF코일에 의하여 검출된 NMR신호로부터 데이터를 수집하고, 이 데이터를 통하여 단층상을 재구성하는 데이터처리수단을 포함한 것을 특징으로 하는 자기공명 영상장치.
7. 제6항에 있어스, 상기 파형발생수단이 상기 변조신호에 창함수를 곱하여 얻어지는 신호를 변조신호로 하는 것을 특징으로 하는 자기공명 영상장치.
8. 제6항에 있어서, 상기 RF제어수단이 각 펄스시퀀스에서 MTC펄스의 조사강도를 상기 위상엔코드용 경사자장펄스의 강도변화에 의거하여 위상엔코드량이 작은 경우에는 조사강도를 크게 하고 위상엔코드량이 큰 경우에는 조사강도를 작게 제어하는 것을 특징으로 하는 자기공명 영상장치.
9. 제6항에 있어서, 상기 RF제어수단이 각 펄스시퀀스에서 위상엔코드용 경사자장펄스에 의한 위상엔코드량이 작은 경우에는 MTC펄스를 부가하고 (온으로 하고), 위상엔코드량이 큰 경우에는 MTC펄스를 인가하지 않는(오프로 하는)온/오프제어를 행하는 것을 특징으로 하는 자기공명 영상장치.
10. 제6항에 있어서, 상기 RF제어수단이 위상엔코드용 경사자장펄스에의한 위상엔코드량의 변화에 대응시켜 위상엔코드량이 작아짐에 따라서 MTC펄스의 조사강도를 서서히 크게 하는 것을 특징으로 하는 자기공명 영상장치.