KR100362452B1 - Mr이메징방법및그장치 - Google Patents

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Abstract

NMR 현상을 이용해서 이메징을 행하는 MR 이메징 방법에서, 상기 방법은 이하의 스탭을 포함한다. 1개의 여기 RF펄스와 그것에 계속해서 복수개의 리포가스 RF펄스를 피검사체에 조사하여 복수개의 스핀에코신호를 순차 발생시키는 과정과, 상기 각 펄스와 동시에 슬라이스(slice) 면을 선택하는 슬라이스 선택용 경사자장 펄스를 인가하는 과정과, 상기 복수개의 리포가스 RF펄스의 각 펄스 간격내에서 판독용 경사자장 펄스의 극성 절환을 복수회 행해서 각 스핀에코신호를 중심으로 복수개의 그레디언트 에코신호를 발생시키는 과정과, 상기 각 리포가스 RF펄스의 각 펄스 간격내에서 각각의 스핀 에코신호가 발생한 시점을 시간원점으로해서 각 에코신호의 발생한 시간간격이 동일한 복수개의 에코신호(이하, 동일그룹(group)의 에코신호군이라 말한다)의 각각에는 다른 위상 엔코드량의 적산량으로 되는 위상 엔코드용 경사자장 펄스를 인가하는 과정과, 상기 각 에코신호의 발생 타이밍에 맞추어 판독용 경사자장 펄스를 인가하는 과정과, 상기 스텝(a) 내지 스텝(e)로 되는 일련의 펄스시퀀스를 상기 스텝(d)의 위상 엔코드량의 적산량을 변화시키면서 반복하는 과정과, 각 에코신호에 시행된 위상 엔코드량의 적산량에 응해서 동일그룹의 에코신호군에서 얻어진 데이터군을 그룹마다 다른 K 스패이스상에 배치하고, 각 스패이스에 기초해서 복수매의 단층상을 재구성하는 데이터 처리과정.

Description

MR 이메징(Imaging) 방법 및 그 장치
본 발명은 NMR(Nuclear Magnetic Resonance)(핵자기공명) 현상을 이용해서 이메징(Imaging)을 행하는 MR 이메징 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 특히 GRASE(Gradient and Spin Echo)법에 의해 고속으로 이메징을 행하는 MR 이메징 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
종래부터 GRASE법이라 불려지는 고속 이메징의 펄스시퀀스를 행하는 MR 이메징 장치가 알려져 있다(미국특허 제5,270,654호 및 K.oshio and D.A. Feiberg "GRASE(Gradient and Spin Echo) Imaging : A Novel East MRI Technique" Magnetic Resonance in Medicine 20, 344∼349, 1991). 이 GRASE법의 펄스시퀀스는 경사자장의 극성을 절환하여 그레디언트 에코(gradient echo) 신호를 발생시키는 EPI(Echo Planar Imaging)법과, 여기 RF(Radio Erequency) 펄스(양자의 스핀위상을 90°회전시키므로 90°펄스라고도 불려진다)와, 리포가스 RF펄스(양자의 스핀위상을 180° 회전시키므로 180°펄스라고도 불려진다)를 이용해서 스핀 에코(spin echo) 신호를 발생시키는 RARE(Rapid Acquisition with Relaxation Enhancement)법을 조합시키도록한 펄스시퀸스로 되어 있다.
이 방법에서는 발생한 복수개의 에코신호에서 얻어진 데이터군을 같은 K펄스(로 데이터 공간(rwo data space)으로도 불려진다) 상에 배치하고, 이 K 펄스를 2차원 푸리에 변환하는 것에 의해 1개의 재구성 화상을 얻도록 되어 있다. 또한, 이 방법은 1회의 펄스시퀀스의 시간내(반복시간내)에 복수개의 에코신호(그레디언트 에코신호와 스핀에코신호의 2종류가 있다)를 발생시켜 반복시간내의 반복횟수를 감소시키는 것에 의해 고속으로 T2강조화상을 얻을 수 있다. 또, T2강조화상의 T2는 스핀에코신호에 발생하는 횡완화시간(스핀-스핀 완화시간으로도 불러진다)을 나타내고, 이 T2의 강조화상은 피검사체내의 물(水) 성분을 강조한 화상으로 된다.
그러나, 상술한 종래의 GRASE법에서는 확실히 고속으로 촬상을 행할 수 있지만, 각각 다른 정보를 포함하고 있는 복수개의 에코신호에서 얻어진 데이터군을 1개의 K 스패이스에 배치하고 있으므로, 이 K 스패이스에 기초해서 1개 콘트라스트(contrast)의 T2강조화상을 재구성할 수 있는 것에 불과하다.
본 발명은 GRASE법을 더 궁리함으로써 자화율의 차에 기인하는 자장 불균일의 결과 생기는 신호감쇠도를 파라메터(parameter)로 해서 얻을 수 있는 복수매의 화상을 얻는다든지, 물·지방의 분리화상을 고속으로 얻는다든지, 양자(proton) 밀도화상, T2강조화상, 헤비(heavy) T2강조화상 등 멀티(multi) 콘트라스트의 화상을 동시에 얻을 수 있는 MR 이메징 방법 및 그 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 이와 같은 목적을 달성하기 위해 다음과 같은 구성을 채용한다.
본 발명의 방법은 NMR 현상을 이용해서 이메징을 행하는 MR 이메징 방법에 있어서, 상기 방법은 이하의 스텝을 포함한다 :
(a) 1개의 여기 RE펄스와 그것에 계속해서 복수개의 리포가스 RE펄스를 피검사체에 조사하여 복수개의 스핀에코신호를 순차 발생시키는 과정 ;
(b) 상기 여기 RF펄스 및 리포가스 RF펄스의 각 펄스와 동시에 슬라이스(slice) 면을 선택하는 슬라이스 선택용 경사자장 펄스를 인가하는 과정 ;
(c) 상기 복수개의 리포가스 RF펄스의 각 펄스 간격내에서 판독용 경사자장 펄스의 극성 절환을 복수회 행해서 각 스핀에코신호를 중심으로 복수개의 그레디언트 에코신호를 발생시키는 과정 ;
(d) 상기 각 리포가스 RF펄스의 각 펄스 간격내에서 각각의 스핀 에코신호가 발생한 시점을 시간원점으로해서 각 에코신호의 발생한 시간간격이 같은 복수개의 에코신호(이하, 동일그룹(group)의 에코신호군이라 말한다)의 각각에는 다른 위장 엔코드량의 적산량이 되는 위상 엔코드용 경사자장 펄스를 인가하는 과정 ;
(e) 상기 각 에코신호의 발생 타이밍에 맞추어 판독용 경사자장 펄스를 인가하는 과정 ;
(f) 상기 스텝(a) 내지 스텝(e)로 되는 일련의 펄스시퀀스를 상기 스탭(d)의 위상 엔코드량의 적산량을 변화시키면서 반복하는 과정 ;
(g) 각 에코신호에 시행된 위상 엔코드량의 적산량에 응해서 동일그룹의 에코신호군에서 얻어진 데이터군을 그룹마다 다른 K 스패이스상에 배치하고, 각 스패이스에 기초해서 복수매의 단층상을 재구성하는 데이터 처리과정.
1개의 여기 RF펄스와 그것에 계속해서 복수개의 리포가스 RF펄스를 피검사체에 조사함과 동시에((a)의 스텝), 각 펄스와 동시에 슬라이스 선택용 경사 가장 펄스를 인가해서 슬라이스면을 선택한다((b)의 스텝). 또, 상기 복수개의 리포가스RF펄스의 각 펄스간격내에서, 판독용 경사자장 펄스의 극성을 복수회 절환하는 것에 의해 각 스핀에코신호를 중심으로해서 복수개의 그레디언트 에코신호를 발생시킨다((c)의 스텝). 이와 같이, 1개의 반복시간내에서 복수개의 에코신호를 얻는 점에서는 종래부터 있는 GRASE법과 동일하다.
계속해서, 발생한 복수개의 에코신호에 위상 엔코드를 시행한다((d)의 스텝). 위상엔코드는 각 리포가스 RF펄스의 각 펄스 간격내에서 각각의 스핀 에코신호가 발생한 시점을 시간원점으로해서 각 에코신호의 발생한 시간간격이 같은 복수개의 에코신호(이것을 동일그룹의 에코신호군이라 말한다)의 각각에는 다른 위상 엔코드량의 적산량이 되도록 위상엔코드용 경사자장 펄스를 인가하는 것에 의해 시행된다. 즉, 동일그룹내의 각 에코신호는 각각 다른 위상 엔코드량의 적산량이 되도록 위상 엔코드가 시행되고, 동일한 형태로 각 그룹의 에코신호군의 각각은 다른 위상 엔코드량의 적산량이 되도록 위상 엔코드가 시행된다.
구체적으로는, 예를 들면 1개의 여기 RF펄스와 그것에 계속해서 3개의 리포가스 RF펄스를 조사하고, 각 펄스 간격내에서 판독용 경사자장 펄스의 극성을 2회 절환하는 것으로 한다. 이것에 의해 각 펄스 간격내에서 1개의 스핀에코신호와 그것을 중심으로해서 그전후에 1개씩의 그레디언트 에코신호가 발생하고, 각 펄스간격내에서 3개의 에코신호가 발생하므로 모두 9개의 에코신호가 발생한다. 이들 에코신호군중 각 스핀에코신호전에 발생한 3개로 되는 그레디언트 에코신호군과, 3개로 되는 스핀 에코신호군과, 각 스핀 에코신호 후에 발생한 3개로 되는 그레디언트 에코신호군을 각각 다른 그룹으로 하고, 동일그룹내의 각 에코신호에는 각각 다른위상 에코드량의 적산량이 되도록 위상 엔코드를 시행한다.
다음에, 각 에코신호의 발생 타이밍에 맞추어 판독용 경사자장 펄스를 인가하고((e) 스텝), 이상으로 되는 일련의 펄스시퀀스를, 위상 엔코드량의 적산량을 변화시키면서 반복한다.
그리고, 상기 일련의 펄스시퀀스를 반복한 후 발생한 각 에코신호에 시행된 위상 엔코드량의 적산량에 응해서, 동일그룹의 에코신호군에서 얻어진 데이터군을 그룹마다 다른 K 스패이스상에 배치하고, 각 K 스패이스에 기초해서 복수매의 단층상을 재구성한다((g) 스텝). 즉, 일련의 펄스시퀀스에 의해 발생한 복수개의 에코신호는 각 리포가스 RF펄스의 간격중 1개의 펄스 간격내에서 발생하는 에코신호수에 응한 수의 그룹으로 분할되고, 각 그룹의 에코신호군에서 얻어진 데이터군은 각각 다른 K스패이스상에 배치된다. 그리고, 데이터 처리과정에서, 각 K스패이스에 기초해서 복수매의 단층상이 재구성 된다.
그러나, 발생하는 에코신호로해서는 스핀 에코신호와 그레디언트 에코신호 2종류가 있지만, 이들 에코신호는 각각 다른 정보를 포함한 것이고, 또 스핀 에코신호를 중심으로 전후에 발생하는 그레디언트 에코신호도 각각 다른 정보를 포함한 것으로 되어 있다. 예를 들면, 혈종(血腫)등의 철침착(鐵沈着)에 의한 증상에서는 그 철분에 의해 자장이 혼란되어 자화율의 변화가 크게 된다. 이 자화율의 변화는 자장 불균일의 영향을 받지 않은 스핀 에코신호에는 반영되지 않지만, 그레디언트 에코신호에는 크게 반영되고 있다. 또 이들 그레디언트 에코신호는 여기 RF펄스와 리포가스 RE펄스와의 조사에 의해 스핀 에코신호가 발생하는 스핀 에코조건이 성립하는 시점에서 지연되는 것에 따라서, 자화율의 변화가 크게되어 신호강도가 급격히 감소하므로 스핀 에코신호의 발생한 시점을 중심으로해서 그 전후에 발생한 그레디언트 에코신호는 각각 다른 정보를 포함하고 있다.
따라서, 스핀 에코신호군에서 얻어진 데이터군에 의해 구성되는 K스패이스와, 스핀 에코신호보다 전에 발생한 그레디언트 에코신호군에서 얻어진 데이터군에 의해 구성되는 K스패이스와, 스핀에코신호보다 후에 발생한 그레디언트 에코시호군에서 얻어진 데이터군에 의해 구성되는 K스패이스를 각각 재구성해서 복수매의 화상을 얻으면, 이들은 신호감쇠가 없는 화상과, 신호감쇠가 있는 적어도 2종류의 화상으로 된다. 즉, 신호감쇠도를 파라메터로하는 다른 콘트라스트의 복수매의 화상을 동시에 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 방법에 있어서, 상기 스텝(a)의 n(n은 정의 정수)번째의 리포가스 RF펄스의 조사타이밍은 여기 RF펄스의 조사시점을 시간원점으로해서 최초의 리포가스 RF펄스의 조사타이밍을 τ로한 경우에 {2(n-1)+1}τ인 것이 바람직하다.
상기 타이밍으로 리포가스 RF펄스를 조사하는 것에 의해 각 스핀 에코신호가 생기기까지의 시간을, 최초의 스핀에코신호가 생기기까지의 시간의 정수배로 할 수 있으므로, 리포가스 RF펄스의 불완전성에 의한 의사 에코신호(spurious echo)를 본래의 에코신호(primary echo)와 동시각에 발생시켜 위상 엇갈림을 작게하면서 의사에코신들도 화상화하기 위한 스핀 에코신호(stimulated echo)로해서 이용할 수 있다-
또한, 본 발명의 장치는 NMR 현상을 이용해서 이메징을 행하는 MR 이메징 장치에서, 상기 장치는 이하의 요소를 포함한다 :
촬영영역 공간에 균일한 정자장을 발생하는 주마그네트와 ;
상기 주마그네트에 부착 설치되어 상기 정자장 공간에서 직교하는 3차원 방향으로 자장강도가 각각 변화하는 3개의 경사자장펄스(슬라이스 선택용 경사자장펄스, 판독용 경사자장펄스, 위상 엔코드용 경사자장펄스)를 발생시키기 위한 제1,제2,제3의 경사자장코일과 ;
상기 촬영영역 공간에 얹혀진 피검사체에 대한 여기 RF펄스와 리포가스 RF펄스의 조사 및 피검사체에서 발생하는 에코신호의 검출을 행하기 위한 RF코일과 ;
상기 RF코일을 통해서 1개의 여기 RF펄스와 그것에 계속해서 복수개의 리포가스 RF펄스를 소정의 타이밍으로 순차 조사하는 RF조사수단과 ;
상기 여기 RF펄스 및 리포가스 RF펄스의 각 펄스 조사타이밍에 맞추어 상기 제1의 경사자장코일을 통해서 슬라이스면을 선택하기 위한 경사자장펄스를 발생하는 슬라이스 선택용 경사자장펄스 발생수단과 ;
상기 각 리포가스 RF펄스의 각 펄스간격내에서 복수회의 극성 절환을 행하여 각 스핀에코신호를 중심으로 복수개의 그레디언트 에코신호를 발생시킴과 동시에 상기 각 스핀 에코신호 및 상기 각 그레디언트 에코신호의 각 에코신호의 발생타이밍에 맞추어 상기 제2의 경사자장코일을 통해서 판독용 경사자장펄스를 발생하는 판독용 경사자장펄스 발생수단과 ;
상기 각 리포가스 RF펄스의 각 펄스 간격내에서, 각각의 스핀 에코신호가 발생한 시점을 시간 원점으로해서 각 에코신호의 발생한 시간간격이 같은 복수개의에코신호(이하, 동일그룹의 에코신호군이라 한다)의 각각에는 각 에코신호의 발생순위에 따라서 위상 엔코드량의 적산량이 정(正)(또는 부)에서 0부근을 통해 부(負)(또는 정)의 값으로 변화하도록 상기 위상 엔코드용 경사자장펄스의 강도를 변화시켜 상기 각 에코신호가 발생하기 직전에 상기 제3의 경사자장코일을 통해서 위상 엔코드용 경사자장펄스를 발생해서 펄스시퀀스를 형성함과 동시에 위상 엔코드량의 적산량을 변화시키면서 상기 펄스시퀀스를 반복하는 위상 엔코드용 경사자장펄스 발생수단 ;
각 에코신호에 시행된 위상 엔코드량의 적산량에 응해서 상기 동일그룹의 에코신호군에서 얻어진 데이터군을 그룹마다 다른 K스패이스상에 배치하고, 각 K스패이스에 기초해서 복수매의 단층상을 재구성하는 데이터처리수단.
촬영영역 공간내에는 주마그네트에 의해 정자장이 발생되고, 또 촬영영역 공간내에는 제1의 경사자장코일을 통해서 슬라이스 선택용 경사자장펄스가 발생되며, 슬라이스면이 선택된다. 그리고, RF조사수단이 RF코일을 통해서 1개의 여기 RF펄스와 그것에 계속해서 복수개의 리포가스 RF펄스를 조사한다. 이 여기 RF펄스와 최초의 리포가스 RF펄스의 시간간격의 우수배의 시간간격으로 되는 시간에는 주마그네트에 의한 정자장의 불균일, 혈종 등의 철침착 및 케미컬 쉬프트(chemical shift)에 기인하는 위상오차와 신호감쇠가 없는 스핀 에코신호가 발생한다. 또, 복수개의 리포가스 RF펄스의 각 펄스간격내에서는 판독용 경사자장펄스 발생수단이 제2의 경사자장코일을 통해서 판독용 경사자장펄스의 복수회 극성절환을 행하는 것에 의해 상기 스핀 에코신호를 중심으로해서 복수개의 에코신호를 발생시킨다. 따라서, 리포가스 RF펄스의 각 펄스 간격내에는 스핀 에코신호를 중심으로해서 복수개의 그래디언트 에코신호가 발생하는 것으로 된다.
순차로 발생한 각 에코신호는 위상 엔코드용 경사자장펄스 발생수단이 제3의 경사자장코일을 통해서 각 에코신호가 발생하기 직전에 위상 엔코드용 경사자장펄스를 발생하는 것에 의해 순차로 위상 엔코드가 시행된다. 그 위상 엔코드는 다음과 같이 시행된다. 즉, 각 리포가스 RF펄스의 각 펄스간격내에서 각각의 스핀에코신호가 발생한 시점을 시간원점으로해서 각 에코신호의 발생한 시간간격이 같은 복수개의 에코신호(이하, 같은 그룹의 에코신호군이라 한다)의 각각에는 각 에코신호의 발생순위에 따라 위상 에코드량의 적산량이 정(또는 부)에서 0부근을 통해 부(또는 정)의 값으로 변화하도록 상기 위상 엔코드용 경사자장펄스의 강도를 변화시킨다.
이와 같이, 동일그룹의 에코신호군의 각각에는 그 발생순위에 따라서 위상 엔코드량의 적산량이 순차로 감소(또는 증가)하도록 시행된다. 즉, 같은 신호감쇠도를 가지는 동일그룹의 에코신호군에서 얻어진 데이터군은 각각 다른 위상 엔코드가 시행되고, 같은 K스패이스의 정방향에서 발생순서(또는 발생순서의 역)로 같은 K스패이스에 배치된다. 그리고, 각 그룹의 에코신호군에서 얻어진 데이터군은 그룹마다 다른 K스패이스상에 배치되고, 각 K스패이스에 기초해서 복수매의 단층상이 데이터 처리수단에 의해 재구성된다. 따라서, 신호감쇠도를 파라메터로 하는 다른 콘트라스트의 복수매의 화상을 동시에 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 장지에 있어서, 상기 RF조사수단은 n(n은 정의 정수) 번째의 리포가스 RF펄스의 조사타이밍을 여기 RF펄스의 조사시점을 시간원점으로하고, 최초의 리포가스 RF펄스의 조사타이밍을 τ로한 경우에 {2(n-1)+1}τ로 되도록 억제하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 장치에 있어서, 상기 위상 엔코드용 경사자장펄스 발생수단은 상기 각 펄스간격내에서 최후의 에코시호가 발생한 후에 그때까지 시행된 위상 엔코드량의 적산량과 동일하고, 또 역극성의 리와인드(rewind)펄스를 발생하는 것이 바람직하다.
위상 엔코드량의 적산량이 동일하고, 또 역극성의 리와인드펄스를 발생하므로 이전펄스의 간격내에서 시행된 위상 엔코드의 영향을 무시하여 새로운 위상 엔코드만을 시행할 수 있다. 따라서 위상 엇갈림이 억제되어 K스패이스상에서 위상 엔코드가 연속되어 재구성화상의 화상흔들림 아터펙트(artifact)를 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 장치에 있어서, 상기 판독용 경사자장펄스 발생수단은 물 또는 지방의 공명주파수 차를 Wc로한 경우에 상기 각 리포가스 RF펄스의 각 펄스간격내에 발생한 스핀에코신호의 각각을 시간 원점으로해서 Wc·△T1=-π 및 Wc·△T2=+π에서 산출되는 △T1및 △T2의 시점에서 그레디언트 에코신호가 발생하도록 2회의 극성절환을 행하여 각 스핀에코신호를 중심으로해서 전후에 각각 1개씩의 그레디언트 에코신호를 발생시키고, 상기 데이터 처리수단은,
(a) △T1의 시점에 발생한 그레디언트 에코신호군에서 얻어진 데이터군에 의해 구성되는 K스패이스와, △T2의 시점에 발생한 그레디언트 에코신호군에서 얻어진 데이터군에 의해 구성되는 K스패이스를 각각 2차원 푸리에 변환해서 2개의 재구성 화상데이터를 산출하고,
(b) 상기 2개의 재구성 화상데이터 사이에서 나눗셈을 행해 그 몫을 산출하며,
(c) 상기 몫을 상기 2개의 재구성 화상데이터에 대입해서 2개의 위상오차 보정화상데이터를 산출하고,
(d) 상기 스핀 에코신호군에서 얻어진 데이터군에 의해 구성되는 K스패이스를 2차원 푸리에 변환해서 재구성 화상데이터를 산출하며,
(e) 상기 2개의 위상오차 보정화상데이터와 상기 재구성 화상데이터와의 사이에서 합 및 차의 연산을 행하여 새로운 2개의 재구성 화상데이터를 얻는 것이 바람직하다.
판독용 경사자장펄스 발생수단은, 각 펄스간격내에 발생한 스핀에코신호의 각각을 시간원점으로해서(상기 식에 의해 산출된) △T1및 △T2의 시점에서 그래디언트 에코신호가 발생하도록 2회의 극성절환을 행하는 것에 의해 각 스핀 에코신호를 중심으로해서 전후에 각각 1개씩의 그레디언트 에코신호를 발생시킨다. 이와 같이해서 발생한 2개의 그래디언트 에코신호는 각각 정자장의 불균일에 의한 각 위치에서의 위상오차를 포함한 것으로 된다.
그리고, 데이터 처리수단은 △T1의 시점에 발생한 그래디언트 에코신호군에서 얻어진 데이터군에 의해 구성되는 K스패이스와, △T2의 시점에 발생한 그레디언트 에코신호군에서 얻어진 데이터군에 의해 구성되는 K스패이스를 각각 2차원 푸리에 변환해서 2개의 재구성 화상데이터를 산출한다. 다음에, 이들 2개의 재구성 화상데이터 사이에서 나눗셈을 행하여 몫을 산출한다. 이 몫은 상술한 정자장의 불균일에 의한 각 위치에서의 위상오차를 표현하는 것으로 된다. 그리고, 이 몫을 상기 2개의 재구성 화상데이터에 대입하면 상기 위상오차를 보정한 2개의 위상오차 보정화상데이터가 얻어진다. 또한, 위상오차를 포함하지 않는 스핀 에코신호군에서 얻어진 데이터군에 의해 구성되는 K스패이스를 2차원 푸리에 변환해서 재구성 화상데이터를 산출하고, 상기 2개의 위상오차 보정 화상데이터와 재구성 화상데이터와의 사이에서 합 및 차의 연산을 행해 새로운 재구성 화상데이터를 얻으면, 이들 새로운 2개의 재구성 화상데이터는 각각 지방성분만을 제거한 것과 물의 성분만을 제거한 물과 지방의 각각의 화상을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 장치에 있어서, 바람직하게는 상기 위상 엔코드용 경사자장 펄스 발생수단은 상기 각 에코신호가 발생하기 직전에 상기 제3의 경사자장코일을 통해서 다음의 각 조건을 모두 만족하도록 위상 엔코드용 경사자장펄스를 발생해서 펄스시퀀스를 형성함과 동시에 위상 엔코드량의 적산량을 변화시키면서 상기 펄스시퀀스를 반복한다.
(a) 상기 동일그룹의 에코신호군의 각 에코신호에는 각각 다른 위상 엔코드량의 적산량이 되도록 상기 위상 엔코드용 경사자장펄스의 강도를 변화시킨다.
(b) 상기 각 그룹의 에코신호군 중 상기 여기 RF펄스의 조사시점을 시간원점으로 해서 에코신호의 발생시간(에코시간) 각각을 짧은 에코신호, 거의 중간의 에코신호 및 긴 에코신호에 대해서, 그 위상 엔코드량의 적산량이 거의 0이 되도록 상기 위상 엔코드용 경사자장펄스를 발생한다.
각 에코신호에 가해지는 위상 엔코드량의 적산량을 상기와 같이 조정하는 것에 의해 여기 RF펄스를 시간 원점으로해서 시간간격(에코시간)이 크게 다르게 되어 있는 에코신호(에코시간이 각각 짧은 에코신호, 거의 중간의 에코신호, 긴 에코신호)에서 얻어진 3종류의 데이터는 복수개의 K스패이스의 각각의 중앙부근에 배치되게 된다. K스패이스의 중앙부근의 저주파 영역에서 K스패이스를 2차원 푸리에 변환해서 화상을 재구성할 때 화상의 콘트라스트에 큰 영향을 미치므로 각각의 K스패이스상의 데이터에 기초해서 재구성된 복수매의 단층상은 에코신호에 응한 양자밀도화상, T2강조화상, 헤비 T2강조화상 등 각각 다른 콘트라스트의 화상으로 된다.
또한, 본 발명의 장치에 있어서, 상기 각 에코신호의 에코시간은 각각 10ms∼50ms, 70ms∼120ms, 130ms∼300ms인 것이 바람직하다.
본 발명을 설명하기 위해 현재 적합하다고 생각되는 몇개의 형태가 도시되어 있지만, 본 발명은 도시된 구성 및 방법에 한정되는 것이 아님을 이해해야 된다.
이하, 본 발명의 적합한 실시예를 도면에 기초해서 상세히 설명한다.
제 1 실시예
본 발명의 제1실시예에 관한 MR 이메징 장치는 제1도에 나타낸 바와 같이 구성되어 있다. 이 MR 이메징 장치는 정자장을 발생하기 위한 주마그네트(1)와, 이 정자장에 중첩하도록 경사자장을 인가하는 3개의 경사자장코일(2)(2x,2y,2z)(Gradient field coils)이 구비되어 있다. 경사자장코일(2)은 주마그네트(1)에 의한 균일한 정자장에 자장강도가 직교하는 3차원(X,Y,Z)으로 각각 변화하는 3개의 경사자장(Gs,Gp,Gr)의 펄스(슬라이스 선택용 경사자장펄스, 위상 엔코드용 경사자장펄스, 판독용 경사자장펄스)를 중첩시키는 3조의 경사자장코일(2x,2y,2z)으로 구성되어 있다. 이 정자장 및 경사자장이 가해지는 공간에는 도시되지 않은 피검사체(환자)가 배치되고, 그 피검사체에는 RF코일(3)(Radio Erequency coil)이 설비되어 있다.
경사자장코일(2)에는 경사자장전원(4)이 접속되고, 경사자장(Gx,Gy,Gz)의 각 경사자장 발생용 전력이 공급된다. 이 경사자장전원(4)에는 파형발생기(5)에서의 파형신호가 입력되어 경사자장(Gx,Gy,Gz)의 각 경사자장파형이 억제된다. RF코일(3)에는 RF파워앰프(6)에서 RF신호가 공급되고, 이것에 의해 피검사체로 RF신호 조사가 행해진다. 이 RF신호는 RF신호발생기(7)에 의해 발생된 소정의 캐리어주파수의 RF신호를 변조기(8)에서 파형발생기(5)로부터 보내진 파형에 응해서 진폭변조한 것으로 되어 있다.
피검사체에서 발생한 에코신호는 RF코일(3)에 의해 수신되고, 프리앰프(9)를 경유해서 위상검파기(10)로 보내진다. 수신신호는 위상검파기(10)에서 RF신호발생기(7)로부터의 RF신호를 기준(reference) 주파수로해서 위상검파되고, 검파출력이 A/D변환기(11)로 보내진다. 이 A/D변환기(11)에는 샘플링(sampling)펄스발생기(12)에서 샘플링펄스가 입력되어 있고, 이 샘플링펄스에 응해서 검파출력의 디지탈 데이터로의 변환이 행해진다. 이 디지탈 데이터는 호스트컴퓨터(20)로 입력된다.
호스트 컴퓨터(20)는 입력된 데이터를 처리해서 화상을 재구성함과 동시에 시퀀서(sequencer)(23)를 통해서 시퀀스 전체의 타이밍을 정한다. 즉, 시퀀서(23)는 호스트 컴퓨터(20)의 제어하에 파형발생기(5), RF신호발생기(7), 샘플링펄스발생기(12) 등에 타이밍 신호를 보내고, 파형발생기(5)에서 각 파형신호가 출력되는 타이밍을 정함과 동시에 RF신호발생기(7)에서 RF발생 타이밍을 정하고, 또 샘플링 펄스발생기(12)에서 샘플링 펄스발생 타이밍을 정한다. 또한, 호스트 컴퓨터(20)는 파형발생기(5)에 파형정보를 보내고, Gx,Gy,Gz의 각 경사자장펄스의 파형, 강도 등을 제어함과 동시에 RF코일(3)에서 피검사체로 조사하는 RF신호의 엔빌로우프(envelope)를 정하고, 또 RF신호발생기(7)에 신호를 보내서 RF신호의 캐리어주파수를 제어한다. 따라서, 이 호스트 컴퓨터(20)에 의해 GRASE법에 기초하여 펄스시퀀스 전체가 제어된다.
이와 같은 MR 이메징 장치에 있어서, 호스트 컴퓨터(20) 및 시퀀서(23)의 제어하에 제26도∼제23도에 나타낸 펄스시퀀스가 행해진다. 이들 제2A도∼제2E도에 나타낸 펄스시퀀스는 기본적으로 상기 GRASE법에 의한 것이고, 그것을 일부 개량한 것으로 되어 있다.
우선, RF코일(3)을 통해서 1개의 90°펄스(여기 RF펄스)(100)를 인가함과 동시에 경사자장코일(2x)을 통해서 슬라이스 선택용 경사자장(Gs)의 펄스(110)를 가한다. 계속해서, 1개의 180°펄스(리포가스 RF펄스)(101)를 90°펄스(100)의 조사시점을 시간원점으로 해서 τ시간 후에 조사하고, 또 그 2τ시간후에 180° 펄스(102)를 조사한다. 이와 같이해서 180°펄스(101,102,103)를 슬라이스 선택용 경사자장(Gs)의 펄스(111,112,113)와 동시에 순차 조사해간다(제2A도, 제2B도 참조).
이 경우, 제2E도에 나타낸 바와 같이, 최초의 스핀에코신호(S2)는 90° 펄스(100)와 180°펄스(101) 사이의 시간간격(τ)과 같은 시간간격만큼 180°펄스에서 경과한 시점을 중심으로해서 생긴다. 여기서 90°펄스(100)에서 스핀에코신호(S2)의 에코중심까지의 시간(에코시간 2τ)을 t1으로 한다.
이와 같이 90°펄스(100)에서 에코중심까지의 에코딜레이(delay) 시간을 t1으로 하면, 최초의 180°펄스(101)는 90°펄스(100)를 시간원점(t=0)으로해서 t=(1/2)t1=τ로 주어진다. 그리고, n(n은 정의 정수)번째의 180°펄스의 조사타이밍은 {2(n-1)+1}τ로 설정되어 있다. 즉, 180°펄스(101,102,103)의 각 조사타이밍은 t=τ,t=(3/2)t1=3τ, (5/2)t1=5τ의 각 시점으로 설정되는 것에 의해 스핀에코신호(S2,S5,S8)를 t=t1,t2,t3의 각 시점에서 발생시키도록 한다. 이것에 의해 90°펄스(100)에서 2번째 이후의 스핀에코신호(S5,S8)의 발생시점까지의 시간간격이 90°펄스(100)에서 최초의 스핀에코신호 발생시점까지의 시간간격(t1)의 정수배, 즉 t2=2t1, t3=3t1으로 할 수 있다.
이와 같이 180°펄스의 조사타이밍을 제어하는 것에 의해 180°펄스의 불완전성에 의한 의사 스핀 에코신호(spurious spin echo)를 본래의 스핀 에코신호와 동시각에 발생시켜 위상 엇갈림을 작게하면서 의사 스핀 에코신호도 화상화하기 위한 스핀 에코신호(stimulated spin echo)로해서 이용할 수 있다.
다음에, 제2C도에 나타낸 바와 같이, 경사자장코일(2z)을 통해서 양자의 스핀위상을 흩어지게 하기 위한 디폐이즈용 그레디언트펄스(120)를 최초의 180°펄스(101) 전에 인가한 후, 180°펄스(101)와 (102) 간격내에서 Gr펄스의 극성을, 예를 들면 정에서 부 및 부에서 정(121a에서 121b 및 121b에서 121c)으로 2회 절환을 행하는 것에 의해 이 간격내에서 에코신호(S1∼S3)를 발생시킨다. 제2번째의 180°펄스(102)와 제3번째의 180°펄스(1030)의 간격내 및 제3번째의 180°펄스(103) 이후에 있어서 같은 형태로 Gr펄스의 극성을 절환하는 것에 의해 각각 3개의 에코신호(S4∼S6) 및 (S7∼S9)를 발생시킨다. 이들 각 에코신호(S1∼S9) 중 중앙의 에코신호(S2,S5,S8)는 주마그네트(1)에 의한 정자장의 불균일과 혈종동의 철침착에 의한 위상오차와 케미컬쉬프트에 기인하는 위상오차가 없고, 신호감쇠도가 비교적 작은 스핀 에코신호이며, 그 후에 발생하고 있는 에코신호(S1 및 S3, S4 및 S6, S7 및 S9)는 상기의 영향을 받아 신호감쇠도가 비교적 큰 그레디언트 에코신호이다.
또한, 이들 에코신호(S1∼S9)는 제2E도에 나타낸 바와 같이, 그 발생순서대로 점차 신호강도가 감쇠한다. 이 감쇠의 시정수는 횡완화시간(T2,T2*)이고, 정확하게는 정자장의 불균일의 영향을 받지 않은 스핀 에코신호(S2,S5,S8)가 횡완화시간(T2)(스핀사이에서 에너지 변환을 행하는 것이므로 스핀-스핀 완화시간이라고도 말한다)으로 감쇠하고, 정자장의 불균일의 영향을 받은 그레디언트 에코신호(S1,S3,S4,S6,S7,S9)가 정자장의 불균일의 영향으로 횡완화시간(T2)보다도 빨리 감쇠하는 시정수(T2*)로 감쇠한다.
그리고, 제2D도에 나타낸 바와 같이 경사자장코일(2y)을 통해서 각 에코신호(S1∼S9)에 위상 엔코드를 시행하기 위한 위상 엔코드용 경사자장의 Gp펄스가 인가된다.
우선, 제1번째의 180°펄스(101)의 후에서, 에코신호(S1)의 발생전에 인가되는 Gp펄스(201a)는 정극성의 가장 큰 것으로 된다. 이것에 의해 에코신호(S1)에서 얻어진 데이터가 K스패이스상에서 상하방향(위상 엔코드 방향)의 가장 상측에 배치되는 라인의 데이터가 되도록 한다. 다음 에코신호(S2) 및 그 다음의 에코신호(S3)의 발생전에는 Gp펄스는 인가되지 않는다. 따라서, 각 에코신호(S2,S3)의 위상 엔코드는 직전에 인가된 에코신호(S1)의 위상 엔코드량(의 적산량(i201a))과 같은 크기로, 도면에 점선으로 나타낸 적산량(i201b,i201c)으로 한다. 즉, 에코신호(S2) 및 에코신호(S3)에 대해서도 에코신호(S1)와 같은 위상 엔코드가 시행된다. 따라서, 에코신호(S2) 및 에코신호(S3)에서 얻어진 데이터는 에코신호(S1)와 같이, K스패이스상에서 상하방향(위상 엔코드방향)의 가장 상측에 배치되는 라인의 데이터로 된다. 그리고, 지금까지 인가된 위상 엔코드용 경사자장의 Gp펄스의 적산량(i201c)과 같은 크기에서 역극성의 Gp펄스(201d)를 다음의 180°펄스(102)의 전에 인가하는 것에 의해 그때까지 시행된 위상 엔코드를 일단 0으로 되돌린다. 이 Gp펄스(201d)는 리와인드펄스로도 불려지고, 이미 시행된 위상 엔코드의 영향을 이 리와인드펄스(201d)에 의해 없애고, 이후의 위상 엔코드만을 정확히 시행할 수 있다. 따라서, 위상엇갈림이 억제되어 K스패이스상에서 위상 엔코드가 연속되어 재구성 화상에서 화상흔들림아터펙트를 억제할 수 있다.
제2번째의 180° 펄스(102)의 인가후에서 에코신호(S4)의 발생전에 인가되는 Gp펄스(202a)는 절대치가 작은 것에서 0부근의 큰 것으로 된다. 이것에 의해, 에코신호(S4)에서 얻어진 데이터가 K스패이스상에서 상하방향의 중앙부근으로 배치되는 라인의 데이터가 되도록 한다. 다음 에코신호(S5) 및 그 다음 에코신호(S6)의 발생전에는 상기와 같이 Gp펄스는 인가되지 않는다. 따라서, 이 Gp펄스(202a)에 의해 각 에코신호(S4,S5,S6)는 같은 위상 엔코드량의 적산량(i202a,i202b,i202c)이 되고, 각 에코신호(S4,S5,S6)에서 얻어진 각 데이터는 K스패이스상에서 상하방향의 중앙부근에 배치되는 라인의 데이터로 된다. 그리고, 에코신호(S6)가 발생한 후에 리와인드펄스인 Gp펄스(202d)가 인가된다.
제3번째의 180°펄스(103)의 인가후에서 에코신호(S7)의 발생전에 인가되는 Gp펄스(203a)는 부극성의 것으로 된다. 이것에 의해, 에코신호(S7)에서 얻어진 데이터가 K스패이스상에서 상하방향의 하측에 배치되는 라인의 데이터가 되도록 한다. 다음 에코신호(S8,S9)의 발생전에는 Gp펄스가 인가되지 않으므로, 각 에코신호(S7,S8,S9)는 같은 위상 엔코드량의 적산량(i203a,i203b,i203c)이 되고,각 에코신호(S7,S8,S9)에서 얻어진 각 데이터는 K스패이스상에서 상하방향의 하측에 배치되는 라인의 데이터로 된다. 그리고, 에코신호(S9)가 발생한 후에 리와인드펄스(Gp펄스)(203d)가 인가된다.
이와 같이해서 각 에코신호에 시행된 위상 엔코드의 적산량은 상술한 바와 같이, 제2D도와 같이 된다. 즉, 각 에코신호(S1,S2,S3)의 위상 엔코드량의 적산량은 각각 i201a,i201b,i201c로 모두 같은(정의 값) 적산량이 되고, 각 에코신호(S4,S5,S6)의 위상 엔코드량의 적산량은 각각 i202a,i202b,i202c로 모두 같은(0부근 값) 적산량이 되며, 각 에코신호(S7,S8,S9)의 위상 엔코드량의 적산량은 각각 i203a,i203b,i203c로 모두 같은(부의 값) 적산량이 된다.
환언하면, 각 리포가스 RF펄스의 각 펄스간격내에서 각각의 스핀 에코신호(S2,S5,S8)가 발생한 시점을 시간원점으로해서 각 에코신호의 발생한 시간간격이 같은 복수개의 에코신호(S1,S4,S7으로 되는 에코신호군과, S2,S5,S8로 되는 에코신호군과, S3,S6,S9로 되는 에코신호군)의 각각에는 각 에코신호의 발생순위에 따라 위상 엔코드량의 적산량이 정에서 0부근을 통해 부의 값으로 변화하도록 (도면중 2점 쇄선으로 나타낸 부호 a,b,c로 나타내는 방향으로 변화한다) 위상 엔코드용 경사자장의 Gp펄스의 각 강도를 변화시키고 있다.
그리고, 상술한 일련의 펄스시퀀스의 다음 반복기간에서는 위상 엔코드용 경사자장의 Gp펄스(201a,202a,203a)를 조금 변화시켜(구체적으로는 작게해서) 다음의 일련의 펄스 시퀀스에서 발생하는 에코신호(S1,S2,S3)에서 얻어지는 데이터가 K스패이스상에서 상측에 배치되는 라인의 데이터로 되고(상세하게는 앞의 일련의 펄스시퀀스에서 발생한 에코신호 S1,S2,S3에서 얻어진 데이터의 라인, 또 하측에 인접해서 배지되는 라인), 에코신호(S4,S5,S6)에서 얻어지는 데이터가 중앙부근에 배치되는 라인의 데이터로 되고, 에코신호(S7,S8,S9)에서 얻어지는 데이터가 하측에 배치되는 라인의 데이터가 되도록 각 에코신호에 대해서 위상 엔코드를 시행하도록 한다. 또, 위상 엔코드용 경사자장의 Gp펄스를 변화시킨 크기(size)에 응해서 각 리와인드 펄스(201d,202d,203d)의 크기도 그것에 응해서 변화시킨다.
이와 같이, 상술한 일련의 펄스시퀀스를 소정횟수까지 반복하는 것에 의해 발생한 에코신호(S1∼S9)에서 얻어진 데이터군은 에코신호군(S1∼S3)에서 얻어진 데이터군과, 에코신호(S4-S6)에서 얻어진 데이터군과 에코신호(S7∼S9)에서 얻어진 데이터군의 각 데이터군에 같은 위상 엔코드가 시행된 상태로 되어 있다. 그리고, 호스트 컴퓨터(20)에서는 이들 데이터군과, 이들 데이터군에 시행된 위상 엔코드량의 적산량에 응해서 같은 그룹의 에코신호군(에코신호 S1,S4,S7와, 에코신호 S2,S5,S8과, 에코신호 S3,S5,S9의 각 그룹)에서 얻어진 데이터군을 그룹마다 다른 K스패이스상에 배치한다.
즉, 제3A도, 제3B도, 제3C도에 나타낸 바와 같이, 제3A도에 나타낸 K스패이스상에는 에코신호(S1,S4,S7)에서 얻어진 데이터군을 위상 엔코드량의 적산량에 응한 라인(L1,L5,L9)에 배치하고, 같은 형태로 해서 제3B도에 나타낸 K스패이스상에는 에코신호(S2,S5,S8)에서 얻어진 데이터군을 라인(L1,L5,L9)에 배치하며, 제3C도에 나타낸 K스패이스상에는 에코신호(S3,S6,S9)에서 얻어진 데이터군을 라인(L1,L5,L9)에 배치한다. 그리고, 일련의 펄스시퀀스를 소정횟수 반복해서 얻어진 데이터군은 그들 위상 엔코드량의 적산량에 응해서 각 K스패이스의 라인(L2,L6,L10) 이후에 순차로 배치되어 간다.
예를 들면, 상술의 일련의 펄스시퀀스를 4회 반복해서 실행하면, 제3A도, 제3B도, 제3C도에 각각 나타내는 K스패이스의 각각에서 12라인의 각각에 배치되어야할 데이터를 수집하는 것으로 된다. 이 경우, 각 스핀 에코신호(S2,S5,S5)에서 같은 시간간격으로 각 스핀에코신호보다 전에 발생한 그레디언트에코신호(S1,S4,S7)에서 얻어진 데이터군으로 1개의 K스패이스(제3A도)가 매립되고, 같은 형태로 스핀 에코신호(S2,S5,S8)에서 얻어진 데이터군으로 1개의 K스패이스(제3B도)가 매립되며, 각 스핀 에코신호보다도 후에 발생한 그레디언트 에코신호(S3,S6,S9)에서 얻어진 데이터군으로 1개의 K스패이스(제3C도)가 매립된다. 스핀 에코신호(S2,S5,S8)는 정자장의 불균일 등에 의한 위상오차를 포함하지 않지만, 그것보다 전에 발생한 그레디언트 에코신호(S1,S4,S7)는 각각 같은 만큼의 위상오차를 포함하며, 그것보다 후에 발생한 그레디언트 에코신호(S3,S6,S9)는 (그레디언트 에코신호 S1,S4,S7과는 다른) 각각 같은 만큼의 위상 오차를 포함하고 있다. 그러나, 같은 위상오차를 포함하고 있는 에코신호군에 기초해서 데이터군을 각각 같은 K스패이스상에 배치하도록 하고 있으므로 정자장의 불균일 등에 의한 위상오차와 케미컬 쉬프트에 의한 위상오차가 각각 K스패이스에서 각 신호간의 경계(제3A도에서 나타낸 K스패이스의 예에서 설명하면, 에코신호 S1,S4,S7이 각각 배치되는 각 영역 I,II,III의 경계)에서 생기는 것을 피할 수 있다. 그 결과, 상기의 위상 오차에 의한 화상 흔들림이 이들 3개의 K스패이스의 데이터 배열을 2차원푸리에 변환해서 재구성한 3개 화상의 각각에서 생기는 것을 방지할 수 있다.
더구나, 이들 재구성된 3개의 화상 각각은 신호강도가 시정수 T2로 감쇠하는 스핀 에코신호에 기초한 것과, 스핀 에코조건에서 각각 전 및 후에 떨어진 시점에서 발생한 신호강도가 시정수 T2*로 감쇠하는 그레디언트 에코신호에 기초한 것으로 되므로 신호감쇠도가 다른 화상으로 된다. 그리고, 혈종등의 철침착에 의한 종상이 피검사체에 존재하는 경우에는 그레디언트 에코신호는 자화율의 변화가 크므로 스핀 에코조건이 성립하는 시점(제2E도의 t1,t2,t3의 시점)에서 떨어진 시점에서 신호강도가 급격히 감소하는 것이다. 이와 같이, 자화율의 차에 의한 자장불균일의 결과 생기는 신호감쇠도를 파라메터로해서 얻을 수 있는 복수매의 화상이 얻어지는 것은 상기와 같은 종상의 진단에 유용하다.
또한, 제2A도∼제2E도의 펄스시퀀스에 있어서, 180°펄스의 각 간격내의 스핀 에코신호(S2,S5,S8)와, 그 전후의 그레디언트 에코신호(S1,S4,S7) 및 (S3,S6,S9) 각각의 시간간격을 제2C도, 제2E도에 나타낸 바와 같이, △T1,△T2로 하고 △T1,△T2가 다음의 식,
Wc·△T1= -π (에코신호 S1,S4,S7에 있어서)
Wc ·△T2= +π (에코신호 S3,S6,S9에 있어서)
를 성립시키도록한 것으로 설정한다. 단, Wc는 물(水)과 지방의 공명주파수의 차인 것으로 한다. 결국, (정에서 부 및 부에서 정으로) 2회의 극성절환을 행하여 판독용 경사자장의 Gr펄스의 조사타이밍을 조정하는 것에 의해 그와 같은 △T1△T2가 되도륵 한다.
이와 같이해서 일련의 펄스시퀀스를 실행하여 제3A도, 제3B도, 제3C도에 나타낸 3개의 K스패이스의 데이터열을 얻으면 지방 · 물 성분을 제거한 물 · 지방의 분리화상을 얻을 수 있다. 즉, 우선 각각 다른 위상오차를 포함하고 있는 스핀 에코신호를 중심으로해서 그 전후에 발생한 그레디언트 에코신호에 기초한 제3A도와 제3C도의 데이터열을 2차원 푸리에 변환해서 2개의 재구성 화상데이터를 얻는다. 그리고, 이들 2개의 재구성 화상데이터(복소수로 표현되어 있는)의 사이에서 나눗셈을 행해 몫을 산출한다. 이 몫은 자장불균일에 의한 각 위치에서의 위상오차를 표시하고 있으므로 이 몫을 상기 2개의 재구성 화상데이터에 대입하면, 상기 위상오차를 보정한 2개의 화상데이터(위상오차 보정화상데이터)가 얻어지는 것으로 된다. 이 2개의 위상오차 보정 화상데이터와 (위상오차를 포함하지 않은 스핀에코신호에 기초한) 제3B도의 데이터열을 2차원 푸리에 변환해서 얻은 재구성 화상데이터와의 사이에서 합과 차의 연산을 행해 새로운 2개의 재구성 화상 데이터를 얻는다. 이들 새로운 2개의 재구성 화상데이터는 각각 지방 성분만을 제거한 것과, 물 성분만을 제거한 물과 지방 각각의 화상을 얻을 수 있다. 또, 이와 같이 지방과 물 각각의 성분을 제거한 물과 지방 각각의 화상을 얻기 위한 데이터 처리에 대해서는 이미 문헌(Y.S.Kim, etal "Chemical-Shift Imaging with Large Magnetic Field Inhomogenety" Magnetic Resonance in Medicine 4, 452∼460, 1987)에 상세하게 기술되어 있으므로 상세에 대해서는 생략한다.
또한, 상기 제1실시예에서는 위상 엔코드용 경사자장의 Gp펄스(201a)를 정극성의 것으로 하고, Gp펄스(203a)를 부극성의 것으로 하여 크기를 서서히 작게하고 있지만, Gp펄스(201a)를 부극성의 것으로 하고, Gp펄스(203a)를 정극성의 것으로 하여 크기를 서서히 작게 해도 좋다. 이것에 의하면, 제3A∼제3C도의 상하관계를 반전시킨 K스패이스에서 데이터 배치로 할 수 있다.
제 2 실시예
다음에, 제2실시예에 대해서 설명하지만, MR이메징 장치의 구성에 관해서는 상술한 제1실시예와 동일 구성이므로 설명에 대해서는 생략한다. 또한, 제4A도∼제4C도(90°펄스 및 180°펄스와, 슬라이스 선택용 경사자장의 Gs펄스와, 판독용 경사자장의 Gr펄스의 각 펄스의 인가 타이밍을 표시하고 있는)에 대해서는 제1실시예와 모두 동일하므로, 이들에 대한 설명도 생략한다.
본 실시예에서는 제4D도에 나타낸 바와 같이, 각 에코신호에 위상 엔코드를 시행하기 위해 경사자장코일(2y)을 통해서 각 에코신호(S1∼S9)에 위상 엔코드용 경사자장의 Gp펄스가 인가된다.
우선, 에코신호(S1)의 발생전에 인가되는 Gp펄스(301a)는 거의 0크기의 것으로 된다. 이것에 의해, 에코신호(S1)에서 얻어진 데이터가 K스패이스상에서 위상 엔코드 방향의 중앙부근에 배치되는 라인의 데이터가 되도록 한다: 다음 에코신호(S2)의 발생전에 인가되는 Gp펄스(301b)는 정극성에서, Gp펄스(301a)보다도 큰 것으로 된다. 이것에 의해, 에코신호(S2)에 시행되는 위상 엔코드는 이미 인가된 Gp펄스(301a)((=i301a) : Gp펄스의 앞에 부호 i를 부가한 것은 Gp펄스의 적산량을 표시한다)와 적산되어 정극성의 큰 적산량(i301b)이 되고, 에코신호(S2)에서 얻어진 데이터가 K스패이스상에서 위상 엔코드방향의 가장 상측에 배치되는 라인의 데이터로 된다. 다음 에코신호(S3)의 발생전에 인가되는 Gp펄스(301c)는 부극성에서, 절대치가 Gp펄스(301b)보다 큰 것으로 된다. 이것에 의해, 에코신호(S3)에 시행되는 위상 엔코드는 직전의 정극성의 큰 적산량(i301b)과 적산되어 부극성의 작은 적산량(i301c)이 되고, 에코신호(S3)에서 얻어진 데이터가 K스패이스상에서 하측에 배치되는 라인의 데이터로 된다. 그리고, 제1실시예와 같은 형태로 직전의 부극성의 작은 적산량(i301c)과 같은 크기로 역극성의 리와인드 펄스(301d)를 인가한다.
다음에, 에코신호(S4)의 발생전에 인가되는 Gp펄스(302a)는 Gp펄스(301a)와 같은 크기에서 역극성(부극성)의 것으로 된다. 이것에 의해, 에코신호(S4)에 기초해서 데이터가 K스패이스장에서 하측에 배치되는 라인의 데이터로 된다. 다음 에코신호(S5)의 발생전에 인가되는 Gp펄스(302b)는 Gp펄스(301b)와 같은 크기의 것으로 된다. 이것에 의해, 에코신호(S5)에 시행되는 위상 엔코드는 이미 인가된 Gp펄스(302a)(=(i302a))와 적산되어 거의 0 크기의 적산량(i302b)이 되고, 에코신호(S5)에 기초해서 데이터가 K스패이스상에서 중앙부근에 배치되는 라인의 데이터로 된다. 다음 에코신호(S6)의 발생전에 인가되는 Gp펄스(302c)는 직전에 인가된 Gp펄스(302b)와 같은 크기의 것으로 된다. 이것에 의해, 에코신호(S6)에 시행되는 위상 엔코드는 직전의 거의 0 크기의 적산량(i302b)과 적산되어 정극성의 큰 적산량(i302c)이 되고, 에코신호(S6)에 기초해서 데이터가 K스패이스상에서 가장 상측에 배치되는 라인의 데이터로 된다. 그리고, 같은 형태로 리와인드 펄스(302d)를 인가한다.
다음에, 에코신호(S7)의 발생전에 인가되는 Gp펄스(303a)는 정극성에서 가장 큰 것으로 된다. 이것에 의해, 에코신호(S7)에 기초해서 데이터가 K스패이스상에서 가장 상측에 배치되는 라인의 데이터로 된다. 다음 에코신호(S8)의 발생전에 인가되는 Gp펄스(303b)는 6p펄스(301c)와 같은 크기의 것으로 된다. 이것에 의해, 에코신호(S8)에 시행되는 위상 엔코드는 이미 인가된 Gp펄스(303a)(=(i303a))와 적산되어 부극성의 작은 적산량(i303b)이 되고, 에코신호(S8)에 기초해서 데이터가 K스패이스상에서 하측에 배치되는 라인의 데이터로 된다. 에코신호(S9)의 발생전에 인가되는 Gp펄스(303c)는 Gp펄스(302b)와 같은 크기의 것으로 된다. 이것에 의해, 에코신호(S9)에 시행되는 위상 엔코드는 직전의 부극성의 작은 적산량(i303b)과 적선되어 거의 0의 적산량(i303c)이 되고, 에코신호(S9)에 기초해서 데이터가 K스패이스상의 중앙부근에 배치되는 라인의 데이터로 된다. 그리고, 같은 형태로 리와인드펄스(303d)를 인가한다.
이와 같이 상술한 일련의 펄스시퀀스에서는 제1실시예에서 설명한 제28도∼제2E도의 펄스시퀀스와 같은 형태이고, 스핀 에코신호(S2,S5,S8)가 발생한 시점을 시간 원점으로해서 발생한 시간간격이 동일한 스핀 에코신호보다 전에 발생한 그레디언트 에코신호(S1,S4,S7)에서 1개의 K스패이스가 매립되고, 스핀 에코신호(S2,S5,S8)에서 1개의 K스패이스가 매립되며, 스핀 에코신호보다 후에 발생한 그레디언트 에코신호(S3,S6,S9)에서 1개의 스패이스가 매립되도록 하는 것(제56도,제5B도,제5C도 참조)이 제5A도의 K스패이스에서는 그레디언트 에코신호(S1)가 중앙 부근에, 제5B도의 K스패이스에서는 스핀 에코신호(S5)가 중앙 부근에, 제5C도의 K스패이스에서는 그레디언트 에코신호(S9)가 중앙부근에 각각 배치되도록한 위상 엔코드를 시행하고 있는 점에서 제1실시예와 다르게 되어 있다.
따라서, 상기와 같이 에코신호(S1)는 제5A도의 K스패이스의 중앙 부근에, 에코신호(S5)는 제5B도의 K스패이스의 중앙부근에, 에코신호(S9)는 제5C도의 K스패이스 중앙부근에 각각 배치되는 것으로 된다. 그러나, K스패이스를 2차원 푸리에 변환해서 화상을 재구성할 때, 재구성된 화상의 콘트라스트는 K스패이스의 중앙부근(저주파 영역이고, 도면중 영역II에 해당된다)에 배치되는 데이터에 의존하고 있으므로, 제5A도에서 얻어진 화상의 콘트라스트는 그레디언트 에코신호(S1)에 의해 정해지고, 제5B도에서 얻어진 화상의 콘트라스트는 스핀 에코신호(S5)에 의해 정해지며, 제5C도에서 얻어진 화상의 콘트라스트는 그레디언트 에코신호(S9)에 의해 정해진다.
또한, 제4A도에 나타낸 바와 같이, 각 K스패이스의 중앙부근인 영역II에 배치되는 그레디언트 에코신호(S1)의 에코신호(tE1)은 짧은 것으로 되어 있고, 그레디언트 에코신호(S9)의 에코시간(tE3)은 매우 긴 것으로 되어 있으며, 스핀 에코신호(S5)의 에코시간(tE3)은 그들의 거의 중간 길이의 것으로 되어 있다. 예를 들면, 펄스 시퀀스의 반복시간을 약 3,000ms 이상으로 한 경우에 각 180°펄스의시간간격을 4ms(=2τ)로 하고, 에코신호(S1,S2,S3) 사이의 각 시간간격, 에코신호(S4,S5,S6) 사이의 각 시간간격, 에코신호(S7,S8,S9) 사이의 각 시간간격을 제4E도에 나타낸 바와 같이 각각 △T1,△T2로 하고, △T1,△T2를 각각 10ms로 하면, 에코신호(S1)의 에코시간(tE1)은 30ms, 에코신호(S5)의 에코시간(tE2)은 80ms, 에코신호(S9)의 에코시간(tE3)은 130ms로 되며, 제5A도∼제5E도에서 표시되는 K스패이스를 2차원 푸리에 변환하는 것에 의해 각각 얻어지는 화상은 T2완화정보를 포함하지 않은 양자밀도화상, 물성분이 하얗게 강조된 T2강조화상, 물 성분이 매우 강조된 헤비 T2강조화상으로 된다. 이와 같이, 1회의 촬상 시퀀스로 멀티콘트라스트의 화상을 고속으로 얻을 수 있다.
또, 상기의 각 에코시간(tE1,tE2,tE3)은 각각 10ms∼50ms, 70ms∼120ms, 130ms∼300ms의 범위내이어도 좋다. 이 범위내이라면 상기와 같은 형태의 복수의 콘트라스트를 얻을 수 있다.
또한, 상술한 제1실시예 및 제2실시예의 펄스시퀀스에서는 1개의 여기 RF펄스의 후 3개의 리포가스 RF펄스를 공급해서 합계 S개의 에코신호를 얻을 수 있지만, 리포가스 RF펄스의 수를 1개 증가시켜 합계 12개의 에코신호를 혹은 2개 증가시켜 합계 15개의 에코신호를 발생시키도록 하여도 좋다. 또, 리포가스 RF펄스의 간격내에서 판독용 경사자장의 Gr펄스의 극성절환을 2회가 아니고, 2회 혹은 6회로 하면 리포가스 RF펄스의 각 간격내에서 5개 혹은 7개의 에코신호(중앙만이 스핀 에코신호이고, 그 이외가 그래디언트 에코신호로 된다)를 얻을 수 있다.
본 발명은 그 사상 또는 본질에서 일탈하지 않는 한 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있고, 따라서 본 발명의 범위를 나타내는 것으로 해서 이상의 설명이 아닌 부가된 청구항을 참조해야 한다.
제 1 도는 제1실시예에 관한 MR 이메징 장치의 블럭도,
제 2A 도 ∼ 제 2E 도는 제1실시예의 펄스시퀀스(sequence)를 나타내는 타이밍챠트,
제 3A 도 ∼ 제 3C 도는 제1실시예에서 K스패이스를 나타내는 모식도,
제 4A 도 ∼ 제 4E 도는 제2실시예의 펄스시퀀스를 나타내는 타이밍챠트,
제 5A 도 ∼ 제 5C 도는 제2실시예에서 K스패이스를 나타내는 모식도이다.
** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **
1. . . . .주마그네트, 2,2x,2y,2z. . . . .경사자장코일,
3. . . . .RF코일, 4. . . . .경사자장전원,
5. . . . .파형발생기, 6. . . . .RF파워앰프,
7. . . . .RF신호발생기, 8. . . . .변조기,
9. . . . .프리앰프, 10. . . . .위상검파기,
11. . . . .A/D변환기, 12. . . . .샘플링 펄스발생기,
20. . . . .호스트컴퓨터, 23. . . . .시퀀서(sequencer).

Claims (8)

  1. NMR 현상을 이용해서 이메징(Imaging)을 행하는 MR 이메징 방법에 있어서,
    (a) 1개의 여기 RF펄스와 그것에 연속하는 복수개의 리포카스 RF펄스를 피검사체에 조사하여 복수개의 스핀 에코신호를 순차 발생시키는 과정과,
    (b) 상기 여기 RF펄스 및 리포카스 RF펄스의 각 펄스와 동시에 슬라이스(slice) 면을 선택하는 슬라이스 선택용 경사자장 펄스를 인가하는 과정과,
    (c) 상기 복수개의 리포카스 RF펄스의 각 펄스간격 내에서, 판독용 경사자장 펄스의 극성 절환을 복수회 행하여 각 스핀 에코신호를 중심으로 복수개의 그라디언트 에코신호를 발생시키는 과정과,
    (d) 상기 각 리포카스 RF펄스의 각 펄스간격 내에서 각각의 스핀 에코신호가 발생한 시점을 시간원점으로 해서 각 에코신호가 발생한 시간간격이 동일한 복수개의 에코신호(이하, 동일 그룹(group)의 에코신호군이라 말한다)의 각각에는 다른 위상 엔코드량의 적산량으로 되는 위상 엔코드용 경사자장 펄스를 인가하는 과정과,
    (e) 상기 각 에코신호의 발생 타이밍에 맞추어 판독용 경사자장 펄스를 인가하는 과정과,
    (f) 상기 스텝(a) 내지 스텝(e)으로 이루어지는 일련의 펄스시퀀스를 상기 스텝(d)의 위상 엔코드량의 적산량을 변화시키면서 반복하는 과정과,
    (g) 각 에코신호로 시행된 위상 엔코드량의 적산량에 따라서 동일 그룹의 에코신호군에서 얻어진 데이터군을 그룹마다 다른 K스패이스상에 배치하고, 각 K스패이스에 기초해서 복수매의 단층상(斷層像)을 재구성하는 데이터 처리과정을 포함하는 MR 이메징 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스텝(a)의 n(n은 양의 정수)번째의 리포카스 RF펄스의 조사(照射)타이밍은 여기 RF펄스의 조사시점을 시간원점으로 해서, 최초의 리포카스 RF펄스의 조사타이밍을 τ로 한 경우에 {2(n-1)+1} τ인 MR 이메징 방법.
  3. NMR 현상을 이용해서 이메징을 행하는 MR 이메징 장치에 있어서,
    촬영영역공간에 균일한 정자장을 발생시키는 주(主)마그네트와
    상기 주마그네트에 부착 설치되어 상기 정자장 공간에서 직교하는 3차원 방향으로 자장강도가 각각 변화하는 3개의 경사자장펄스인 슬라이스 선택용 경사자장펄스, 판독용 경사자장펄스, 위상 엔코드용 경사자장펄스를 발생시키기 위한 제1/제2/제3의 경사자장코일과,
    상기 촬영영역공간에 얹혀진 피검사체(被檢體)에 대한 여기 RF펄스와 리포카스 RF펄스의 조사 및 피검사체에서 발생하는 에코신호의 검출을 행하기 위한 RF코일과,
    상기 RF코일을 통해서 1개의 여기 RF펄스와 그것에 연속하는 복수개의 리포카스 RF펄스를 소정의 타이밍으로 차례대로 조사하는 RF조사수단과,
    상기 여기 RF펄스 및 리포카스 RF펄스의 각 펄스의 조사타이밍에 맞추어 상기 제1의 경사자장 코일을 통해서 슬라이스면을 선택하기 위안 경사자장펄스를 발생하는 슬라이스선택용 경사자장펄스 발생수단과,
    상기 각 리포카스 RF펄스의 각 펄스간격 내에서, 복수회의 극성절환을 행하여 각 스핀 에코신호를 중심으로 복수개의 그라디언트 에코신호를 발생시킴과 동시에, 상기 각 스핀 에코신호 및 상기 각 그라디언트 에코신호의 각 에코신호의 발생 타이밍에 맞추어 상기 제2의 경사자장코일을 통해서 판독용 경사자장펄스를 발생하는 판독용 경사자장펄스 발생수단과,
    상기 각 리포카스 RF펄스의 각 펄스간격 내에서 각각의 스핀 에코신호가 발생한 시점을 시간원점으로 해서 각 에코신호가 발생한 시간간격이 같은 복수개의 에코신호(이하, 동일 그룹의 에코신호군이라 한다)의 각각에는 각 에코신호의 발생순위에 따라 위상 엔코드량의 적산량이 양(또는 음)에서 0부근을 통과하여 음(또는 양)의 값으로 변화하도록 상기 위상 엔코드용 경사자장펄스의 강도를 변화시켜, 상기 각 에코신호가 발생하기 직전에 상기 제3의 경사자장코일을 통해서 위상 엔코드용 경사자장펄스를 발생하여 펄스시퀀스를 형성함과 동시에, 위상엔코드량의 적산량을 변화시키면서 상기 펄스시퀀스를 반복하는 위상 엔코드용 경사자장펄스 발생수단과,
    각 에코신호로 시행된 위상 엔코드량의 적산량에 따라서, 상기 동일 그룹의 에코신호군에서 얻어진 데이터군를 그룹마다 다른 K스패이스상에 배치하고, 각 K스패이스에 기초해서 복수매의 단층상을 재구성하는 데이터 처리수단을 포함하는 MR 이메징 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 RF 조사수단은 n(n은 양의 정수)번째의 리포카스 RF펄스의 조사타이밍을, 여기 RF펄스의 조사시점을 시간원점으로 해서 최초의 리포카스 RF펄스의 조사타이밍을 τ로 한 경우에 {2(n-1)+1}τ가 되도록 제어하는 MR 이메징 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 위상 엔코드용 경사자장펄스 발생수단은 상기 각 펄스간격 내에서의 최후의 에코신호가 생긴 후에, 그때까지 시행된 위상 엔코드량의 적산량과 동일하고, 또 역극성의 리와인드 펄스를 발생하는 MR 이메징 장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 판독용 경사자장펄스 발생수단은 물과 지방의 공명주파수의 차를 ωc로 한 경우에 상기 각 리포카스 RF펄스의 각 펄스 간격내에 발생한 스핀 에코신호의 각각을 시간원점으로 해서, ωc·△T1=-π 및 ωc·△T2=+π에서 산출되는 △T1및 △T2의 시점에서 그라디언트 에코신호가 발생하도록 2회의 극성절환을 행하며, 각 스핀 에코신호를 중심으로 해서 전후에 각각 1개씩의 그라디언트 에코신호를 발생시키고,
    상기 데이터처리수단이,
    (a) △T1와 시점에 발생한 그라디언트 에코신호군에서 얻어진 데이터군에 의해 구성되는 K스패이스와, △T2의 시점에 발생한 그라디언트 에코신호군에서 얻어진 데이터군에 의해 구성되는 K스패이스를 각각 2차원 푸리에 변환해서 2개의 재구성 화상데이터를 산출하며,
    (b) 상기 2개의 재구성 화상데이터 사이에서 나눗셈을 행해 그 몫을 산출하고,
    (c) 상기 몫을 상기 2개의 재구성 화상데이터에 대입해서 2개의 위상오차 보정화상데이터를 산출하며,
    (d) 상기 스핀 에코신호군에서 얻어진 데이터군에 의해 구성되는 K스패이스를 2차원 푸리에 변환해서 재구성 화상데이터를 산출하고,
    (e) 상기 2개의 위상오차 보정화상데이터와 상기 재구성 화상데이터와의 사이에서 합 및 차의 연산을 행하여, 새로운 2개의 재구성 화상데이터를 얻는 MR 이메징 장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 위상 엔코드용 경사자장펄스 발생수단은 상기 각 에코신호가 발생하기 직전에 상기 제3의 경사자장코일을 통해서 다음의 각 조건,
    (a) 상기 동일 그룹의 에코신호군의 각 에코신호에는 각각 다른 위상 엔코드량의 적산량이 되도록 상기 위상 엔코드용 경사자장펄스의 강도를 변화시키고,
    (b) 상기 각 그룹의 에코신호군 중, 상기 여기 RF펄스의 조사시점을 시간원점으로해서 에코신호의 발생시간(에코시간)이 각각 짧은 에코신호, 거의 중간의 에코신호 및 긴 에코신호에 대해서, 그 위상 엔코드량의 적산량이 거의 0이 되도록 상기 위상 엔코드용 경사자장펄스를 발생하는 것을,
    모두 만족하도록 위상 엔코드용 경사자장펄스를 발생해서 펄스 시퀀스를 형성함과 동시에 위상 엔코드량의 적산량을 변화시키면서 상기 펄스 시퀀스를 반복하는 MR 이메징 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 각 에코신호의 에코시간은 각각 10ms∼50ms, 70ms∼120ms, 130ms∼300ms인 MR 이메징 장치.
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