KR100367419B1 - Ｋ공간을 공유함으로써 ＦＳＥ기법에 3-포인트 Ｄｉｘｏｎ기법을 적용한 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 K공간을 공유함으로써 한 번의 스캔동작으로 3-포인트 각각에 대한 영상을 얻기 위한 데이터를 획득하는 3-포인트 Dixon기법을 FSE기법에 적용하는 방법에 관한 것이다. 이와 같은 방법을 이용하면, K공간의 고주파수부분들을 공유함으로써 한 번의 스캔동작으로 3-포인트에 대한 데이터를 획득할 수 있으며, 영상시간동안 움직임 또는 유속에 대한 변화없이 물(water)과 지방(fat)사이의 분리가 향상되고, 또한, 한 번의 스캔동작에 의해 스캔타임이 줄어든다.

Description

Ｋ공간을 공유함으로써 ＦＳＥ기법에 3-포인트 Ｄｉｘｏｎ 기법을 적용한 방법{The method of three-point Dixon technique incorporated into FSE technique by sharing K-space}

본 발명은 대상체로부터 얻어지는 영상으로부터 물과 지방을 분리하기 위해 3-포인트 Dixon기법을 FSE(Fast Spin Echo)기법에 적용하는 방법에 관한 것으로, 특히 FSE의 K공간을 공유함으로써 한 번의 스캔동작으로 각 포인트에 대한 영상을 얻기 위한 데이터를 획득하는 3-포인트 Dixon기법을 FSE기법에 적용한 방법에 관한 것이다.

대상체의 물(water)량은 조직의 특성에 따라 달라지는 데, 병든 조직은 건강한 조직보다 보통 더 많은 물을 함유하고 있으며, 조직이 다르면 각각 다른 수의 수소원자를 갖게 된다. 즉, 수소 원자 밀도의 차이는 자기 공명 영상에서 조직을 구별할 수 있게 해준다. 그러나, 자기 공명 영상은 단순히 수소원자핵의 분포만을 나타내는 것이 아니라, 수소 원자핵이 함유된 조직의 분자 상태나 그 물리적 상태에 따라 영상의 음영도가 달라진다.

물에 함유된 수소원자핵과 지방에 함유된 수소원자핵은 화학적 결합이 다르기 때문에 각각 다른 행동을 하게 되고, 자기 공명 영상에서 이용되는 소위 이완시간이 다르게 되어 각 조직의 특성을 영상화할 수 있다.

물과 지방에는 다같이 풍부한 수소 원자핵이 존재하지만 이들을 둘러싸고 있는 다른 원자들, 소위 화학적 환경에 영향을 받아 그 조직의 구별이 가능하게 된다. 그래서, 영상화된 한 영상 내에서 물과 지방을 구분하기 위해 CHESS기법 또는 Dixon기법이 이용되고 있다.

일반적으로 Dixon기법은 물에 대한 지방의 스핀위상차가 +π일 때 스핀에코에 대한 신호, 스핀위상차가 -π일 때 스핀에코에 대한 신호 및 스핀위상차가 0일 때의 스핀에코에 대한 신호를 각각 획득하여 각 스핀위상차에 대한(각 포인트에 대한) 영상을 얻음으로써 물과 지방을 구분하는 기법이다.

그리고, 이러한 자기공명영상을 얻는 고속측정기법인 FSE(Fast Spin Echo)기법에서, T2(이완시간) 대조도 영상(contrast imaging)은 T2가 짧더라도 지방신호가 밝게 존재한다. 이러한 지방신호를 분리하기 위하여 FSE기법에 3-포인트 Dixon기법을 적용한다.

기존의 FSE기법에 3-포인트 Dixon기법을 적용한 방법은 물에 대한 지방의 스핀위상차(+π, -π, 0)에 따른 각 3-포인트에 대한 데이터를 얻기 위하여 3번의 스캔동작을 수행한다. 그래서, 각 데이터에 대한 세 개의 FSE영상이 연속하여 얻어진다.

그러나, 상술한 방법의 각 스캔동작 중에, 영상을 얻고자 하는 대상체의 움직임(motion) 또는 유속(flow)으로 인하여 획득되는 각 데이터들 사이에는 다소 변화가 발생한다. 그래서, 이러한 변화로 인하여 영상들은 영상아티팩트를 지니게 되고, 결국 획득된 영상들로부터 물과 지방을 분리하기 어려운 문제점이 있다.

또한, 상술한 방법은 각 포인트에 대한 데이터를 얻기 위해 세 번의 스캔동작을 수행해야 하므로 3배의 스캔타임을 필요로 하는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 고안된 것으로, 본 발명의 목적은 FSE의 K공간을 공유함으로써 한 번의 스캔동작으로 물에 대한 지방의 스핀위상차에 따른 3-포인트 각각에 대한 영상을 얻기 위한 데이터를 획득하는 방법을 제공함에 있다.

도 1은 본 발명에 따른 FSE파형 및 스핀의 위상차곡선을 나타낸 도면,

도 2는 세 개의 Dixon 포인트에 대한 영상을 얻기 위한 각 에코신호로부터의 기초정보가 K공간에 채워지는 것을 나타낸 도면,

도 3은 Medison's Magnum 1.0T시스템을 이용하여 얻어진 다리의 영상결과들을 나타낸 도면.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 대상체로부터 얻어지는 영상으로부터 물과 지방을 분리하기 위해 3-포인트 Dixon기법을 FSE(Fast Spin Echo)기법에 적용하는 방법에 있어서, 3-포인트 각각에 대한 영상을 얻기 위한 FSE의 각 K공간을 공유함으로써 한 번의 스캔동작으로 각 포인트에 대한 영상을 위한데이터를 획득하는, 3-포인트 Dixon기법을 FSE기법에 적용하는 방법에 있다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 설명하도록 한다. 그리고, 본 발명에서는 ETL(Echo Train Length)이 5인 경우에 대해 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 FSE파형 및 스핀의 위상차곡선을 나타낸 도면이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 영상을 얻고자 하는 대상체로 두 번 째 180˚RF펄스는 일정 시간(τ) 미리 인가되고, 네 번째 180˚RF펄스는 일정 시간(τ) 후에 인가된다. 즉, 일반적인 FSE파형에서 두 번 째 및 네 번 째 180˚RF펄스는 점선으로 표시된 시각에서 대상체로 인가된다. 그러나, 본 발명에 따른 FSE파형에서 두 번 째 및 네 번 째 180˚RF펄스는 점선이 아닌 실선의 시각에서 인가된다.

이렇게 두 번 째 및 네 번 째 180˚RF펄스가 움직이는 일정 시간(τ)은 τ= [1/(물과 지방의 화학적이동 ×공명주파수)]/4의 관계에 의해서 정해진다.

1.0T에서 물과 지방의 화학적 이동은 3.5ppm이고, 공명주파수는 42.58㎒이다. 이러한 수치들에 의해 도 1의 180˚RF펄스가 움직이는 일정 시간(τ)은 1.677㎳가 된다.

이렇게 하여 대상체로 RF펄스가 인가된다. 그리고, 획득되는 에코신호로부터 각 스핀위상차(3-포인트)에 대한 자기공명영상이 얻어진다.

도 2는 세 개의 Dixon 포인트에 대한 영상을 얻기 위한 각 에코신호로부터의 기초정보(raw data)가 K공간에 채워지는 것을 나타낸 도면이다.

도 2에서, 각 스핀위상차에 대한 3개의 K공간이 도시되고, 각 K공간은 홀수개의 부분(segment)으로 분할된다. 이러한 K공간의 부분수는 단순화를 위해 홀수로 하며, 도 2에서는 3개의 부분으로 이루어진 K공간을 나타내었다.

지방의 스펙트럴 에너지(spectral energy)는 K공간에서 위상부호화축의 저주파수 부분(low frequency segment)인 중앙부분 또는 DC(Direct Current)부분에 집중된다. 이러한 이유로, 위상부호화축의 중앙부분은 Dixon부호화를 위해 충분하다.

그래서, 스핀위상차 +π에서 영상을 얻기 위해, 두 번 째 에코신호가 K공간(a)의 저주파수 부분인 DC부분에 채워지고, 첫 번 째와 다섯 번 째 에코신호는 K공간의 고주파수 부분(high frequency segment)인 첫 번 째와 세 번 째 부분에 각각 채워진다.

그리고, 스핀위상차 -π에서 영상을 얻기 위해, 세 번 째 에코신호가 K공간(b)의 DC부분에 채워지고, 첫 번 째와 다섯 번 째 에코신호는 K공간의 고주파수부분인 첫 번 째와 세 번 째 부분에 각각 채워진다.

다음으로, 스핀위상차 0에서 영상을 얻기 위해, 네 번 째 에코신호가 K공간(c)의 DC부분에 채워지고, 첫 번 째와 다섯 번 째 에코신호는 K공간의 고주파수부분인 첫 번 째와 세 번 째 부분에 각각 채워진다.

이 때, 각 K공간에서 고주파수부분인 첫 번 째와 세 번 째 부분은 첫 번 째와 다섯 번 째 에코신호가 공동으로 채워짐으로써 공유된다. 그리고, 첫 번 째와 다섯 번 째 에코신호가 각 K공간의 첫 번 째와 세 번 째 부분에 채워지는 순서는 변경가능하다.

이렇게 하여 각 스핀위상차에서 영상을 얻기 위한 K공간이 채워지고, 이러한 K공간의 로데이터를 푸리에변환 및 영상재구성처리를 함으로써 세 개의 영상이 얻어진다.

이 세 개의 영상들에서 T2강조는 영상들의 유효에코타임(effective echo time)이 다르기 때문에 다르다. 그래서, T2강조에서 차를 최소화하기 위해 세 개의 Dixon 포인트는 이웃하여 얻어진다. 그리고, 지방에 대한 신호는 T2강조-FSE영상에서 단순한 T2강조를 따르지않는다. 그래서, Dixon기법의 복호화에서 실제적인 문제는 없다. 또한, 세 개의 영상들을 합한 결론적인 영상 즉, T2강조가 다른 세 개의 영상들의 합은 T2대조도를 느슨하게 하지 않는다.

따라서, 이 세 개의 영상들을 합성함으로써 지방과 물이 구분된 지방에 대한 영상 및 물에 대한 영상이 얻어진다.

이와 같은 방법으로 대상체로부터 얻어지는 영상에서 지방과 물이 구분된 영상을 얻을 수 있다.

도 3은 Medison's Magnum 1.0T시스템을 이용하여 얻어진 다리의 영상결과들을 나타낸 도면이다. 이 때, 영상조건은 TR(Time to Repeat)은 1000㎳, 에코간격(echo interval)은 20㎳, ETL은 5, K공간의 부분수는 3이며, 각 부분에 대한 위상부호화스텝수는 80이다.

도 3에서 A는 스핀위상차 +π의 Dixon 포인트에 대한 영상을 나타내고, B는 스핀위상차 -π의 Dixon 포인트에 대한 영상을 나타내며, C는 스핀위상차 0의 Dixon 포인트에 대한 영상을 나타낸다. 이 세 개의 영상은 T2대조도에서 다소 차이가 있다. 이러한 차는 에코간격을 더욱 짧게 하고, ETL을 더 증가시킴으로써 감소될 수 있다.

도 3의 A, B, C영상에 의해 물(도 3의 D)과 지방(도 3의 E)에 대한 영상이 각각 구해진다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 방법은 FSE의 K공간에서 고주파수 부분들을 공유함으로써 한 번의 스캔동작으로 3-포인트에 대한 데이터를 획득할 수 있으며, 영상시간동안 움직임 또는 유속에 대한 변화없이 물과 지방 사이의 분리가 향상된다. 또한, 한 번의 스캔동작에 의해 스캔타임이 줄어든다.

Claims (4)

1. 대상체로부터 얻어지는 영상으로부터 물과 지방을 분리하기 위해 3-포인트 Dixon기법을 FSE(Fast Spin Echo)기법에 적용하는 방법에 있어서,

   (1) 3-포인트 각각에 대한 영상을 얻기 위한 FSE의 K공간을 소정개의 부분(segment)으로 분할하는 단계;

   (2) 상기 대상체로 RF펄스를 인가하여 획득되는 에코신호로부터 각 포인트에 대한 에코신호가 각 포인트에 대응되는 상기 분할된 K공간의 중앙부분에 채워지는 단계; 및

   (3) 상기 획득되는 에코신호로부터 각 포인트에 대한 에코신호 이외의 에코신호들이 상기 분할된 K공간의 나머지 부분에 채워져 각 K공간을 공유하는 단계를 포함하여,

   한 번의 스캔동작으로 각 포인트에 대한 영상을 위한 데이터를 획득하는, 3-포인트 Dixon기법을 FSE기법에 적용하는 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 각 K공간에서 고주파수 부분(high frequency segment)들이 공유되는 것을 특징으로 하는, 3-포인트 Dixon기법을 FSE기법에 적용하는 방법.
3. 제 2항에 있어서, 획득되는 에코신호로부터 각 포인트에 대한 에코신호 이외의 에코신호들이 상기 각 K공간의 고주파수 부분들에 채워짐으로써 고주파수부분들이 공유되는 것을 특징으로 하는, 3-포인트 Dixon기법을 FSE기법에 적용하는 방법.
4. 제 1항에 있어서, 획득되는 에코신호로부터 각 포인트에 대한 에코신호는, 각 포인트에 대응되는 K공간의 저주파수 부분(low frequency segment)에 채워지는 것을 특징으로 하는, 3-포인트 Dixon기법을 FSE기법에 적용하는 방법.