KR100335782B1 - Ｓｔｅａｍ시퀀스를 이용하여 와전류를 측정하는 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 와전류측정방법은, STEAM(Stimulated Acquisition Mode)시퀀스를 이용하여 팬텀을 이동하지 않고 복셀(Voxel)을 이동함으로써 짧은 시상수(short time constant)를 갖는 와전류(eddy current)를 측정하는 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 STEAM(Stimulated Acquisition Mode)시퀀스를 이용하여 팬텀을 이동하지 않고 복셀(Voxel)을 이동함으로써 짧은 시상수(short time constant)를 갖는 와전류(eddy current)를 측정하는 방법에 관한 것이다.
자기공명영상장치에서 경사자계코일(gradient coil)에 전류공급 후 경사자장을 인가하면, 경사자장의 시간에 대한 신호의 변화가 생긴다. 그리고, 경사자계코일 주위의 도체 즉, 자석내부의 금속, 심코일(shim coil), 다른 경사자계코일, RF코일 등에 전류가 유도되며, 이 유도된 전류는 다시 경사자장의 변화를 상쇄시키기 위한 또 다른 경사자장을 형성한다. 이렇게 유도되는 전류가 와전류(eddy current)이며, 와전류는 영상을 왜곡시키는 원인이 된다. 그래서, 이러한 와전류에 대한 보상은 필연적으로 요구된다.
와전류(eddy current)는 일반적으로 초전도 자석에서 과냉된 전도물질의 낮은 저항때문에 긴 시상수(long time constant)의 성분을 갖는다. 긴 시상수를 갖는 와전류는 빠른 스핀(fast spin) 또는 경사자계 에코 시퀀스(gradient echo sequences)와 같은 정상상태에 영향을 미친다. 또한, 와전류는 실온에서 자석의 외부 금속 하우징, RF쉴드, 경사자계코일 그리고 RF코일 등과 같은 다른 전도물질로 인하여 짧은 시상수(short time constant)성분을 갖는다. 짧은 시상수를 갖는 와전류는 에코를 형성함에 있어 경사자계파형의 균형을 깨트림으로써 얻어지는 신호를 감소시킬 수 있다.
이러한 와전류는 RF펄스가 인가된 후 발생되는 자유유도감쇄신호(Free Induction Decay Signal; FID신호)의 위상변화를 이용하여 측정된다.
도 1은 와전류측정을 위한 일반적인 펄스시퀀스를 나타낸 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 임의 지점의 팬텀에 RF펄스를 인가하면 FID신호가 발생한다. 이러한 FID신호는 경사자계펄스(gradient pulse)가 인가되면, 경사자계펄스의 영향으로 인하여 그 위상이 변화된다. 따라서, 와전류는 경사자계펄스를 인가하지 않았을 때 발생되는 FID신호에 대한 위상과 경사자계펄스를 인가했을 때 발생되는 FID신호에 대한 위상을 빼줌으로써 측정된다.
이러한 와전류 측정시에는 통상적으로 2.5㎳의 데드타임이 발생하며, 사용자가 일정 간격으로 팬텀을 자석과 바디코일의 중앙점(isocenter)으로부터 떨어진 임의 지점으로 이동시킨다.
그러나, 상술한 와전류 측정시에는 데드타임 2.5㎳보다 작은 시간의 시상수를 측정할 수 없으며, 또한, 팬텀이동시 사용자가 수동적으로 팬텀을 이동시켜야 하므로 그 팬텀으로부터 정확한 데이터를 얻을 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 STEAM(Stimulated Acquisition Mode)의 STEAM시퀀스를 이용하여 팬텀을 이동하지 않고 복셀을 이동함으로써 데드타임없이 짧은 시상수를 갖는 와전류를 측정하는 방법을 제공함에 있다.
도 1은 종래 긴 시상수를 갖는 와전류 측정을 위한 펄스시퀀스를 나타낸 도면,
도 2는 STEAM의 팬텀에서 복셀의 선택을 나타낸 도면,
도 3은 도 2의 이동되는 복셀로부터 얻어지는 신호를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명에 따른 z축의 짧은 시상수를 갖는 와전류측정을 위한 STEAM시퀀스를 나타낸 도면,
도 5는 짧은 시상수를 갖는 와전류측정과정을 설명하기 위한 흐름을 나타낸 도면,
도 6은 STEAM시퀀스로부터 얻어진 z축의 짧은 시상수를 갖는 와전류를 나타낸 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
21 : 팬텀 22 : 복셀
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 와전류를 측정하는 방법은, 각 경사자계펄스(gradient pulse) 축에 대한 와전류(eddy current)를 측정하는 방법에있어서, (1) STEAM(Stimulated Acquisition Mode)시퀀스에서 상기 각 축에 대한 STE(stimulated echo)의 에코센터지점에 해당하는 시각의 바로 이후 시각에 발생되는 각 FID(Free Induction Decay)신호의 위상을 측정하는 단계; (2) STEAM시퀀스에서 상기 각 축에 대한 STE의 에코센터지점에 해당하는 시각의 바로 이전 시각에 상기 각 축으로 적어도 두 번의 경사자계펄스를 인가하는 단계; (3) 제 2단계 수행 후 상기 각 축에 대한 STE의 에코센터지점에 해당하는 시각의 바로 이후 시각에 발생되는 각 FID신호의 위상을 측정하는 단계; 및 (4) 제 1단계에서 측정된 각 축에 대한 FID신호의 위상과 제 3단계에서 측정된 각 축에 대한 FID신호의 위상을 각 축에 대응하는 위상끼리 연산하는 단계를 포함한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 설명하도록 한다.
STEAM(Stimulated Acquisition Mode)은 MRS에서 주로 사용되는 방법으로, 3차원적인 화소인 복셀(Voxel)로부터의 신호를 측정하는 방법이다. 그리고, STEAM에서는 물로 채워진 약 40㎝의 길고 균일한 팬텀이 사용된다. 도 2에 이러한 팬텀 내에 위치한 복셀을 도시하였다.
도 2에서 부호 21은 팬텀을 도시한 것이며, 부호 22는 복셀을 도시한 것이다. 그리고, 팬텀(21)은 실제 팬텀의 일부만을 도시한 것이다. 그래서, 복셀(22)의 원하는 크기를 설정하고, 복셀(22)의 원하는 이동거리를 설정함으로써 팬텀(21)의 움직임없이 원하는 위치로 복셀(22)를 이동한다. 이렇게 하여 이동된 그 위치의 복셀(22)로부터 그 지점에 대한 신호가 얻어진다.
도 3은 도 2의 3차원영상에서 이동된 각 복셀들로부터 얻은 신호를 2차원영상으로 나타낸 도면이다.
도 3에서 각 복셀들의 크기는 2㎝이며, 하얀 부분은 각 복셀들로부터 신호가 얻어졌음을 의미하고, 어두운 부분은 그 지점으로부터 신호가 얻어지지 않았음을 의미한다. 그리고, 가운데 위치한 복셀을 중심으로 좌ㆍ우ㆍ상ㆍ하로 복셀의 이동이 있었음을 알 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 z축의 짧은 시상수를 갖는 와전류측정을 위한 STEAM시퀀스를 나타낸 도면이다.
도 4에서 z축에 가해진 검은 색의 경사자계펄스 Gz1, Gz2가 인가되지 않으면 일반적인 STEAM시퀀스를 나타낸다.
일반적인 STEAM시퀀스에서 팬텀내 복셀에 RF펄스의 인가 후 FID신호가 발생하고, 3개 이상의 RF펄스로 이루어진 반복 RF펄스가 인가되면 여기에코(stimulated echo; STE)가 발생한다.
본 발명에서는 와전류측정을 위하여, 즉 FID신호의 위상을 변화시키기 위해 STE가 발생하는 시각에 있어, 에코센터지점에 해당하는 시각의 바로 이전 시각에 제 1경사자계펄스(Gz2)를 인가한다. 이 제 1경사자계펄스(Gz2)는 에코센터지점에 해당하는 시각의 바로 이후 시각에 발생하는 STE(하프(half)에코)의 위상을 변화시킨다. 즉, 에코센터지점에 해당하는 시각의 바로 이후 시각에 발생하는 FID신호의 위상을 변화시킨다.
그리고, 인가되는 제 1경사자계펄스(Gz2)의 영향으로 변화될 경사자계펄스의위상을 유지시키기 위해 제 1경사자계펄스(Gz2)와 동일 면적의 제 2경사자계펄스(Gz1)를 첫 번째 RF펄스가 인가된 후 인가한다. 그래서, 일반적인 STEAM시퀀스에서 발생되는 FID신호의 위상과 제 1,2경사자계펄스가 인가된 후 변형된 STEAM시퀀스에서 발생된 FID신호의 위상을 빼줌으로써 z축에 대한 와전류를 측정한다. 이렇게 z축에 대한 와전류측정과정을 x축, y축에도 동일하게 수행함으로써 x축, y축에 대한 와전류가 측정된다.
첨부된 도 5를 참조하여 와전류측정을 위한 과정을 설명하도록 한다. 여기에서는 제 1,2경사자계펄스가 z축으로 인가되는 경우를 예로 들어 설명하도록 한다.
일반적인 STEAM시퀀스에서 STE에 대한 에코센터지점에 해당하는 시각의 바로 이후 시각에 발생하는 FID신호의 위상(이하, '제 1FID신호의 위상'이라함)을 측정한다(501단계). 501단계 수행 후, 첫 번째 RF펄스 인가 후 Z축으로 경사자계펄스 Gz1을 인가하고, 세 번째 RF펄스 인가 후 그리고 에코센터지점에 해당하는 시각의 바로 이전 시각에 경사자계펄스 Gz2를 인가한다(502단계). 502단계 수행 후 에코센터지점에 해당하는 시각의 바로 이후 시각에 발생되는 FID신호의 위상(이하, '제 2FID신호의 위상'이라함)을 측정한다(503단계). 501단계에서 측정된 제 1FID신호의 위상과 503단계에서 측정된 제 2FID신호의 위상을 나눈다(504단계). 504단계에서 수행된 결과가 z축에 대해 발생된 와전류이며, 도 4에 도시한 바와 같이 경사자계펄스 Gz2와 FID신호 사이의 데드타임없이 와전류가 측정됨을 알 수 있다.
도 6은 Medison's Magnum 1.0T를 이용하여 상술한 과정으로 얻어진 와전류에대한 데이터를 나타낸 도면이다.
도 6에서 점선으로 표시된 곡선은 상술한 과정에 의해 얻어진 실험데이터를 나타내고, 실선으로 표시된 곡선은 다음 수학식으로 표현되는 와전류에 대한 추정데이터를 나타낸다.
여기에서, τ1, τ2는 시상수이고, a1, a2는 상수이다. 이 때의 시상수 τ1, τ2, 상수 a1, a2는 표 1에 나타낸 바와 같다.
| τ1 | τ2 | a1 | a2 |
| 0.05㎳ | 0.39㎳ | 3.86 | 1.41 |
이와 같이 하여 z축에 대해 발생된 와전류가 측정되고, x축, y축에 대해서 상술한 과정을 동일하게 반복 수행함으로써 x축, y축에 대해 발생된 와전류가 측정된다.
종래 긴 시상수를 갖는 와전류측정방법 및 본 발명에 따른 짧은 시상수를 갖는 와전류측정방법을 결합하면, 경사자장의 변화에 따라 유도된 와전류를 더욱 효과적으로 보상할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 와전류측정방법은 데드타임없이 와전류를 측정하므로 잃어버리는 데이터없이 모든 신호를 획득할 수 있으며, 또한 팬텀을 이동하지 않고 복셀을 선택함으로써 팬텀으로부터의 신호를 얻으므로 정확한 데이터를 얻을 수 있는 잇점이 있다.
Claims (2)
- 각 경사자계펄스(gradient pulse) 축에 대한 와전류(eddy current)를 측정하는 방법에 있어서,(1) STEAM(Stimulated Acquisition Mode)시퀀스에서 상기 각 축에 대한 STE(stimulated echo)의 에코센터지점에 해당하는 시각의 바로 이후 시각에 발생되는 각 FID(Free Induction Decay)신호의 위상을 측정하는 단계;(2) STEAM시퀀스에서 상기 각 축에 대한 STE의 에코센터지점에 해당하는 시각의 바로 이전 시각에 상기 각 축으로 적어도 두 번의 경사자계펄스를 인가하는 단계;(3) 제 2단계 수행 후 상기 각 축에 대한 STE의 에코센터지점에 해당하는 시각의 바로 이후 시각에 발생되는 각 FID신호의 위상을 측정하는 단계; 및(4) 제 1단계에서 측정된 각 축에 대한 FID신호의 위상과 제 3단계에서 측정된 각 축에 대한 FID신호의 위상을 각 축에 대응하는 위상끼리 연산하는 단계를 포함하여 STEAM시퀀스를 이용하여 짧은 시상수를 갖는 와전류를 측정하는 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 제 2단계는 각 축에 대한 STE의 에코센터지점에 해당하는 시각의 바로 이전 시각에 상기 제 1단계에서 측정되는 각 FID신호의 위상을 변화시키기 위한 제 1경사자계펄스를 인가하고, 상기 제 1경사자계펄스의 영향으로 인한 전체 경사자계펄스의 위상을 유지시키기 위해 첫 번째 RF펄스 인가 후 제 2경사자계펄스를 상기 각 축으로 인가하는 것을 특징으로 하는 방법.
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