KR100694953B1 - 자기 공명 이미징 시스템의 이미지 생성 방법 및 자기공명 이미징 시스템에 의해 획득된 두 개의 부분적ｋ-공간 데이터 세트의 호모다인 재구성 수행 방법 - Google Patents

자기 공명 이미징 시스템의 이미지 생성 방법 및 자기공명 이미징 시스템에 의해 획득된 두 개의 부분적ｋ-공간 데이터 세트의 호모다인 재구성 수행 방법 Download PDF

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Abstract

두 개의 표면 코일(152B)을 이용하는 MRI 시스템에 의해 두 개의 불완전 k-공간 데이터 세트가 획득된다. 이들 두 표면 코일로부터의 데이터는 센스 프로세스(264, 274)에서 조합되어 재구성된 이미지에서 에일리어싱 결함을 감소시킨다. 불완전 k-공간 데이터는 센스 프로세스(264, 274)에 대해 위상 정보를 보존하는 수정된 호모다인 재구성 방법을 이용해서 채워진다.
[색인어]
자기 공명 이미징 시스템, 호모다인 재구성, k-공간 데이터 세트, 센스 프로세스, 에일리어싱 결함

Description

자기 공명 이미징 시스템의 이미지 생성 방법 및 자기 공명 이미징 시스템에 의해 획득된 두 개의 부분적 ｋ-공간 데이터 세트의 호모다인 재구성 수행 방법{PARTIAL FOURIER ACQUISITION OF MR DATA OVER A LIMITED FIELD OF VIEW AND IMAGE RECONSTRUCTION}
도 1은 본 발명을 이용하도록 변형된 공지의 MRI 시스템의 블록도,
도 2는 도 1에 도시된 MRI 시스템의 일부를 형성하는 송수신기의 전기적 블록도,
도 3은 도 1에 도시된 MRI 시스템을 이용해서 획득된 NMR 데이터를 이용해서 이미지를 생성하도록 본 발명의 바람직한 실시예에 이용된 단계들의 흐름도.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100 : 조작자 콘솔 102 : 키보드 및 제어 패널
104 : 디스플레이 106 : 이미지 프로세서
107 : 컴퓨터 시스템 108, 119 : CPU
109, 118 : 후면 111 : 디스크 저장장치
112 : 테입 드라이브 113 : 메모리
115 : 고속 직렬 링크 116 : 링크
121 : 펄스 발생기 122 : 시스템 제어기
125 : 직렬 링크 127 : 그레디언트 증폭기
139 : 그레디언트 코일 조립체 140 : 편광 자석
150 : 송수신기 모듈 151 : RF 증폭기
152 : RF 코일 153 : 전치증폭기
154 : 송신/수신 스위치 160 : 메모리 모듈
161 : 어레이 프로세서 180 : 온도 보상 시스템
본 발명은 핵 자기 공명 이미징 시스템 및 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 뷰의 제한된 필드로부터의 부분적 데이터 세트의 획득 및 이러한 데이터 세트로부터의 이미지 재구성에 관한 것이다.
인체 조직과 같은 물질이 균일한 자계(편광 자계 B0)에 놓여질 때 조직내 스핀의 개별 자기 모멘트는 이러한 편광 자계를 따라 정렬하려고 하지만, 그들의 특징적인 라무어 주파수에서 무작위 순서로 자계 방향을 중심으로 섭동한다. 물질, 즉, 조직이 라무어 주파수 근방에서 x-y 평면내의 자계(여기 자계 Bl)에 처해지면, 순 정렬 모멘트 Mz는 x-y 평면내로 회전, 즉, "팁(tipped)"되어 순 횡단 자기 모멘트 Mt를 생성할 수 있다. 여기 신호 Bl가 종료된 후 여기된 스핀에 의해 신호가 방출되며, 이 신호는 수신 및 처리되어 이미지를 형성할 수 있다.
이들 신호를 이용해서 이미지를 생성할때, 자계 그레디언트(Gx, Gy 및 Gz)가 이용된다. 전형적으로, 이미징될 영역은, 이들 그레디언트가 사용되는 특별한 국부적 방법에 따라 변화하는 일련의 측정 사이클에 의해 스캔된다. 이로서 얻어지는 수신된 NMR 신호 세트는 다수의 잘 알려진 재구성 기법들중 하나를 이용해서 이미지를 재구성하도록 디지털화되고 처리된다.
본 발명은 흔히 "스핀-와프(spin-warp)"로 칭해지는 잘 알려진 푸리에 변환(Fourier transform:FT) 이미징 기법의 변형을 참조해서 상세히 설명된다. 이 스핀-와프 기법은 1980년 Physics in Medicine and Biology, 볼륨 25, pp.751-756에 더블유. 에이. 에델스타인(W.A. Edelstein) 등에 의해 "스핀-와프 NMR 이미징 및 인간의 전신 이미징에 대한 응용(Spin-Warp NMR Imaging and Applications to Human Whole-Body Imaging)"이라는 명칭으로 발표된 논문에 기술되어 있다. 이 기법은 이러한 그레디언트의 방향에서 공간 정보를 위상 인코딩하기 위해 NMR 스핀-에코 신호를 획득하기 전에 가변 진폭 위상 인코딩 자계 그레디언트 펄스를 이용한다. 2차원 구현(two-dimensional implementation:2DFT)에서, 예컨대, 공간 정보는 한 방향을 따라 위상 인코딩 그레디언트(Gy)를 적용함으로써 그 방향으로 인코딩된 후, 위상 인코딩 방향에 수직인 방향에서 판독 자계 그레디언트(Gx)의 존재하에 스핀-에코 신호를 획득한다. 스핀-에코 획득중에 존재하는 판독 그레디언트(readout gradient)는 공간 정보를 직교 방향으로 인코딩한다. 전형적인 2DFT 펄스 시퀀스에서, 위상 인코딩 그레디언트 펄스(Gy)의 크기는 소위 "k-공간" 샘플링하도록 스캔중에 획득되는 뷰(view) 시퀀스에서 증분되며()Gy), 이에 의해 이미지가 재구성될 수 있는 NMR 데이터 세트를 생성한다. 위상 인코딩 그레디언트 Gy는 원점을 중심으로 대칭적으로 k-공간 샘플링하도록 제로를 통해 부의 값으로부터 대응하는 정의 값으로 진행한다.
현재 의학적 이미지를 생성하는데 사용되는 대부분의 NMR 스캔은 필요 데이터를 획득하는데 다수의 분(minutes)을 요구한다. 이러한 스캔 시간의 감소가 중요한 관건이며, 이것은 감소된 스캔 시간은 환자 처리량을 증가시키기 때문으로, 운동 결함(motion artifacts)을 감소시킴으로써 이미지 품질을 개선한다.
스캔 시간을 감소시키는 한가지 방법은 스캔중에 획득되는 전체 뷰 수를 감소시키는 것이다. 본 발명은 두가지 이러한 방법에 관련된다. 이들 방법중 하나는 단지 k-공간의 일부만을 샘플림함으로써 뷰의 일부만을 획득하는 것이다. 원점을 중심으로 대칭적으로 k-공간을 샘플링하는 대신에 원점의 한쪽과 반대쪽의 원점 근방 소량에서의 공간 주파수만을 샘플링한다. 예컨대, Gy를 -64로부터 +64에 이르는 범위의 128개 값을 통해 진행시키는 대신에, -64로부터 +8에 이르는 범위의 뷰 만을 획득한다. 결과적으로, 극소의 뷰가 획득되어 스캔 시간을 단축시키지만, 몇몇 k-공간 데이터가 획득된 데이터 세트로부터 누락된다.
이러한 "부분적(partial)" 푸리에 데이터 획득은 통상 누락된 k-공간 데이터를 대신하도록 허미션 공액 대칭성(Hermitian conjugate symmetry)을 이용한다. 허미션 공액 대칭성은 이미지가 실제인 경우에만 작용한다. MRI 데이터에는 이러한 이미지를 복소수화하는 다수의 위상 에러가 존재한다. 이들 위상 에러는 B0 이질성(inhomogeneity), 그레디언트 와류(gradient eddy currents), 그레디언트 증폭기 및 수신 전자장치에서의 그룹 지연 및 B1 자계를 수신하는 표면 코일의 공간 변동과 같은 현상으로부터 야기된다. 복소 이미지로 작용하도록 허미션 공액 치환을 가능케 하도록 누락 k-공간 데이터의 치환은 이러한 데이터로부터 위상 에러를 제거하는 위상 보정을 수반한다. "호모다인 재구성(Homodyne reconstruction)"이라고도 불리는 한가지 부분적 푸리에 재구성 알고리즘은 두 개의 필터를 이용해서 제각기 허미션 공액 치환 및 위상 보정을 성취한다. 호모다인 고역 필터는 푸리에 변환에 앞서 누락된 k-공간 데이터에 대한 공액인 획득된 k-공간 데이터의 진폭을 배가시킨다. 푸리에 변환 후, 이미지의 허수부는 버려짐으로써 치환 단계가 완료된다. 위상 보정 단계는 호모다인 저역 필터에 의해 성취된다. 이 필터는 k-공간 중심 주위에서 대칭적으로 획득된 k-공간 데이터의 작은 부분으로부터 이미지를 생성한다. 이러한 이미지의 위상은 이미지의 허수부를 버리기 전에 호모다인 고역 필터링된 이미지의 위상으로부터 감산된다.
이미지 해상도를 변화시키지 않고 스캔 시간을 단축시키는 다른 방법은 획득된 이미지의 뷰 필드(field of view)를 감소시키는 것이다. 이것은 더욱 작은 수의 뷰가 획득될 수 있게 하고 그에 따라 스캔 시간이 감소된다. 그러나, 이미징되는 객체가 뷰 필드를 넘어 연장된 경우, 위상 인코딩 방향에서 에일리어싱 또는 랩-어라운드(wrap-around)가 발생한다. 따라서, 이러한 방법을 이용해서 스캔 시간을 단축시키려면, 뷰 필드 밖에 있는 스핀으로부터의 신호를 억제하거나 삭제하는 기법이 이용되어야 한다.
뷰 필드 밖에 있는 신호를 삭제하는 한가지 기법은 "센스(sense)" 기법으로 칭해진다. 센스 기법은 관심 영역으로부터 두 개의 개별 NMR 신호를 획득하는 둘 이상의 수신기 코일을 이용한다. 이들 두 개의 획득된 NMR 신호는 랩-어라운드가 없는 NMR 신호를 생성하도록 각 코일의 공지된 수신 필드 함수와 조합하여 처리될 수 있다. 그러나, 이러한 기법이 적절히 기능하게 하려면, 두 개의 획득된 NMR 신호는 실수 성분과 허수 성분을 포함하는 복소 신호이어야 한다.
센스 기법과 조합하여 부분적 k-공간 획득 기법을 함께 이용하기에 바람직한 애플리케이션이 있다. 그러나, 불행히도, 호모다인 재구성에 의해 생성된 NMR 신호는 이러한 재구성 방법에 의해 발생되는 의사 위상 쉬프트로 인한 그들의 허수 성분이 제거되어야 한다. 두 개의 복소 NMR 신호가 함께 작용하는 일없이 센스 기법이 이용될 수 없다.
본 발명은 부분적 k-공간 데이터 세트의 호모다인 재구성과 MR 이미지로부터 이미지 결함을 제거하는 센스 프로세스를 함께 조합시키는 것을 가능하게 한다. 보다 구체적으로, 한 쌍의 RF 코일과 수신 채널을 이용하는 MR 시스템에 의해 부분적 k-공간 데이터 세트가 획득되고, 이러한 부분적 k-공간 데이터 세트는 각기 복소 공액 데이터로 채워져(filling) 두 개의 이미지를 재구성하는데 이용되며, 두 개의 재구성된 이미지를 이용해서 에일리어싱 결함이 제거된 단일 이미지 IH를 계산하고, 각각의 k-공간 데이터 세트의 중심 영역을 이용해서 두 개의 저주파수 이미지를 생성하며, 두 개의 저주파수 이미지를 이용해서 에일리어싱 결함이 제거된 단일 이미지 IL를 계산하고, 이 이미지 IL를 이용해서 이미지 IH에 있어서의 위상 에러를 보정한다.
우선 도 1을 참조하면, 본 발명을 구비한 바람직한 MRI 시스템의 주요 구성요소들이 도시되어 있다. 시스템의 동작은 키보드 및 제어 패널(102)과 디스플레이(104)를 포함하는 조작자 콘솔(100)로부터 제어된다. 콘솔(100)은 링크(116)를 통해 개별 컴퓨터 시스템(107)과 통신하며, 컴퓨터 시스템은 조작자로 하여금 스크린(104)상에서 이미지의 생성 및 디스플레이를 제어할 수 있게 한다. 컴퓨터 시스템(107)은 백플랜(backplane)을 통해 서로 통신하는 다수의 모듈을 포함한다. 이들은 이미지 프로세서 모듈(106), CPU 모듈(108) 및 이미지 데이터 어레이를 저장하기 위한 프레임 버퍼로서 당분야에 공지된 메모리 모듈(113)을 포함한다. 컴퓨 터 시스템(107)은 이미지 데이터 및 프로그램을 저장하기 위한 디스크 저장장치(111) 및 테입 드라이브(112)에 연결되며, 고속 직렬 링크(115)를 통해 별도의 시스템 제어기(122)와 통신한다.
시스템 제어기(122)는 백플랜에 의해 함께 접속된 모듈 세트를 포함한다. 이들은 CPU 모듈(119)과, 직렬 링크(125)를 통해 조작자 콘솔(100)에 접속되는 펄스 발생기 모듈(121)을 포함한다. 시스템 제어기(122)는 이러한 링크(125)를 통해 조작자로부터 수행될 스캔 시퀀스를 지시하는 커맨드를 수신한다. 펄스 발생기 모듈(121)은 요구된 스캔 시퀀스를 수행하도록 시스템 구성요소들을 동작시킨다. 펄스 발생기 모듈은 생성될 RF 펄스의 타이밍, 강도 및 형상과 데이터 획득 윈도우의 타이밍 및 길이를 지시하는 데이터를 생성한다. 펄스 발생기 모듈(121)은 스캔중에 생성될 그레디언트 펄스이 타이밍 및 형상을 지시하도록 그레디언트 증폭기 세트(127)에 접속된다. 펄스 발생기 모듈(121)은 또한, 폐로부터의 호흡 신호 또는 전극으로부터의 ECG 신호와 같은, 환자에게 연결된 다수의 다양한 센서들로부터의 신호를 수신하는 생리학적 획득 제어기(129)로부터 환자 데이터를 수신한다. 그리고, 마지막으로, 펄스 발생기 모듈(121)은 환자의 상태와 연관된 다양한 센서 및 자석 시스템으로부터의 신호를 수신하는 스캔실 인터페이스 회로(133)에 접속된다. 환자 위치지정 시스템(134)은 이러한 스캔실 인터페이스 회로(133)를 통해 환자를 스캔하기 위해 바람직한 위치로 이동시키도록 하는 커맨드를 수신한다.
펄스 발생기 모듈(121)에 의해 생성되는 그레디언트 파형은 Gx, Gy 및 Gz 증 폭기로 구성되는 그레디언트 증폭기 시스템(127)에 인가된다. 각 그레디언트 증폭기는 일반적으로 위치 인코딩 획득 신호에 이용된 자계 그레디언트를 생성하도록 명명된 조립체(139)내의 대응하는 그레디언트 코일을 여기시킨다. 그레디언트 코일 조립체(139)는 편광 자석(140) 및 전신(whole-body) RF 코일(152)을 포함하는 자석 조립체(141)의 일부를 형성한다. 시스템 제어기(122)내의 송수신기 모듈(150)은 RF 증폭기(151)에 의해 증폭되는 펄스를 생성하며, 송신/수신 스위치(154)에 의해 RF 코일(152)에 결합된다. 환자의 여기된 원자핵에 의해 방사되는 신호는 RF 코일(152)에 의해 감지되어 송신/수신 스위치(154)를 통해 전치증폭기(153)에 결합될 수 있다. 증폭된 NMR 신호는 송수신기(150)의 수신부에서 복조, 필터링 및 디지털화된다. 송신/수신 스위치(154)는 펄스 발생기 모듈(121)로부터의 신호에 의해 제어되어 송신 모드 동안에 RF 증폭기(151)를 코일(152)에 전기적으로 결합시키고, 수신 모드 동안에 전치증폭기(153)를 접속시킨다. 송신/수신 스위치(154)는 또한 송수신기 모듈(150)에서 개별 RF 표면 코일이 개별 수신 채널에 접속될 수 있게 한다. T/R 스위치(154)는 이와 같이 펄스 발생기 모듈(121)에 의해 동작되어 전신 RF 코일(152)에 의해 RF 여기 자계 B1를 생성한 후, 두 개의 개별 표면 코일에 의해 동시에 NMR 에코 신호를 획득한다.
개별 표면 코일에 의해 픽업된 NMR 신호는 송수신기 모듈(150)에 의해 디지털화되어 시스템 제어기(122)의 메모리 모듈(160)로 전송된다. 스캔이 완료되면 두 개의 획득된 k-공간 데이터 세트는 이미지 데이터 어레이를 생성하도록 어레이 프로세서(161)를 이용해서 이하에 상세히 설명되는 바와 같이 처리된다. 이러한 이미지 데이터는 직렬 링크(115)를 통해 컴퓨터 시스템(107)으로 운반되어 디스크 메모리(111)에 저장된다. 조작자 콘솔(100)로부터 수신된 커맨드에 응답해서 이 이미지 데이터는 테입 드라이브(112)상에 보관되거나 이미지 프로세서(106)에 의해 더욱 처리되어 조작자 콘솔(100)로 운반되어 디스플레이(104)상에 표시될 수 있다.
구체적으로 도 1 및 도 2를 참조하면, 송수신기(150)는 코일(152A)에서 파워 증폭기(151)를 통해 RF 여기 자계 B1을 생성하며, 코일(152B)에 유도된 결과 신호를 수신한다. 바람직한 실시예에서, 송신 코일(152A)는 전신 코일(152)에 대응하며 수신 코일(152B)는 국부적 표면 코일이다. RF 여기 자계의 기본 또는 캐리어 주파수는 CPU 모듈(119) 및 펄스 발생기 모듈(121)로부터 디지털 신호 세트(CF)를 수신하는 주파수 합성기(200)의 제어하에 생성된다. 이들 디지털 신호는 출력부(201)에서 생성된 RF 캐리어 신호의 주파수 및 위상을 표시한다. 커맨드된 RF 캐리어는 변조기 및 업 컨버터(202)에 인가되며, 변조기 및 업 컨버터(202)는 그 진폭을 펄스 발생기 모듈(121)로부터 또한 수신된 신호 R(t)에 응답해서 변조한다. 신호 R(t)는 생성될 RF 여기 펄스의 엔벨롭(envelope)을 정의하며, 일련의 저장된 디지털 값들을 순차적으로 판독함으로써 모듈(121)에서 생성된다. 이들 저장된 디지털 값은 또한 조작자 콘솔(100)로부터 변화되어 임의의 원하는 RF 펄스 엔벨롭이 생성되게 할수도 있다.
출력부(205)에서 생성된 RF 여기 펄스의 크기는 백플랜(118)으로부터 디지털 커맨드 TA를 수신하는 여기자 감쇄기 회로(206)에 의해 감쇄된다. 감쇄된 RF 여기 펄스는 RF 코일(152A)을 구동하는 파워 증폭기(151)에 인가된다. 이러한 송수신기(122) 부분의 더욱 자세한 설명에 대해서는 본 명세서에서 참조로 인용된 미국 특허 제 4,952,877 호를 참조한다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 물체에 의해 생성된 신호는 수신기 코일(152B)에 의해 픽업되어 전치증폭기(153)를 통해 수신 채널에 인가된다. 도 2에는 이러한 수신 채널이 한 개 도시되어 있지만, MRI 시스템은 두 개의 개별 RF 표면 코일로부터 NMR 신호를 획득해서 디지털화하기 위해 이러한 수신 채널을 두 개 갖는다.
수신된 NMR 신호는 백플랜(118)으로부터 수신된 제어 신호에 의해 세트되는 이득을 갖는 수신기 감쇄기(207)에 입력된다. NMR 신호는 라무어 주파수이거나 그 근방이며, 이러한 고주파수 신호는 다운 컨버터(208)에 의한 2단계 프로세스에서 다운 컨버팅되는데, 다운 컨버터(208)는 우선 NMR 신호를 라인(201)상의 캐리어 신호와 믹싱(mixing)한 후, 결과적인 차이 신호를 라인(204)상의 2.5㎒ 기준 신호와 믹싱한다. 다운 컨버팅된 NMR 신호는 아날로그/디지털(A/D) 변환기(209)의 입력단에 인가되며, 아날로그/디지털 변환기(209)는 아날로그 신호를 샘플링해서 디지털화한 후 디지털 검출기 및 신호 프로세서(210)에 인가하며, 디지털 검출기 및 신호 프로세서(210)는 수신된 신호에 대응하는 16비트 동위상(I) 값 및 16비트 직각 위상(Q) 값을 생성한다. 이로써 얻어지는 수신된 신호의 디지털화된 I 및 Q 값의 스트림은 획득된 NMR 신호의 복소 샘플이 되며, 백플랜(118)을 통해 메모리 모듈(160)로 출력되어 이후 상세히 설명되는 바와 같이 이미지를 재구성하는데 이 용된다.
2.5㎒ 기준 신호는 물론 250㎑ 샘플링 신호와 5, 10 및 60㎒ 기준 신호는 공통의 20㎒ 마스터 클럭 신호로부터 기준 주파수 발생기(203)에 의해 생성된다. 수신기의 보다 상세한 설명에 대하여는, 본 명세서에서 참조로 인용되는 미국 특허 제 4,992,736 호가 참조된다.
구체적으로, 도 3을 참조하면, 본 발명은 처리 블록(250)으로 표시되는 바와 같이 두 개의 부분적 k-공간 데이터 세트 획득을 포함한다. 이들 부분적 k-공간 데이터 세트는 펄스 발생기 모듈(121)의 지시하에 수행되는 다수의 잘 알려진 펄스 시퀀스들중 어느 것을 이용하여 획득될 수 있다. 부분적 k-공간 데이터 세트는 스캔중에 획득된 위상 인코딩 뷰의 수를 감소시키거나 스캔에 이용되는 펄스 시퀀스의 에코 시간(TE)을 감소시키기 위해 획득된다. 전자의 경우에, k-공간은 위상 인코딩 축을 따라 부분적으로 샘플링되며, 후자의 경우에, k-공간은 판독 축을 따라 부분적으로 샘플링된다. 두 개의 이러한 부분적 k-공간 데이터 세트는 앞서 설명된 바와 같이 두 개의 개별 표면 코일을 이용하여 동시에 획득된다. 표면 코일은 규정된 스캔의 뷰 필드에 의해 규정되는 관심 영역으로부터 NMR 신호를 획득하도록 위치된다.
두 개의 부분적 데이터 세트는 호모다인 재구성 방법 및 센스 프로세싱 방법의 조합을 이용해서 처리된다. 먼저, 두 개의 부분적 k-공간 데이터 세트는 처리 블록(252)으로 표시된 바와 같이 완전 샘플링된 k-공간 축을 따라 푸리에 변환된다. 각 푸리에 변환된 데이터 세트의 하나의 카피(copy)는 분기(254)로 표시된 일 련의 단계들에서 처리된다. 동일한 두 개의 푸리에 변환된 데이터 세트로부터 중심 k-공간 데이터는 또한 분기(256)로 표시되는 일련의 단계들에 의해 처리된다. 이들 두 분기(254, 256)는 호모다인 재구성 방법에 의해 요구된다. 분기(254)에서 누락된 k-공간 데이터가 생성되며, 분기(256)에서 분기(254)에서 생성된 누락 데이터의 에러를 보정하는데 요구되는 위상 데이터가 생성된다.
다시, 도 3을 참조하면, 두 개의 부분적 데이터 세트는 각기 처리 블록(260)으로 표시된 호모다인 고역 필터에 인가된다. 이 고역 필터는 k-공간 위치 또는 누락 데이터 샘플들에 대한 공간 주파수 공액에서 데이터 샘플들의 진폭을 배가시킨다. 이로서 얻어진 "채워진(filled)" 데이터 세트는 그 후 처리 블록(262)으로 표시된 바와 같이 불완전 샘플링된 k-공간 축을 따라 각기 푸리에 변환된다. 이 결과는 호모다인 고역 필터 프로세스(260)에 의해 야기된 위상 에러를 포함하는 두 개의 완전한 이미지 데이터 세트이다.
다음으로, 처리 블록(264)으로 표시된 바와 같이, 센스 프로세스를 이용해서 두 개의 채워진 이미지 데이터 세트를 이용해서 단일의 이미지를 계산한다. 간략화를 위해, 센스 프로세싱은 위상 인코딩 방향(바람직한 실시예에서 y축)에 대해서만 고려된다. 그러나, 판독 방향에서도 또한 인가될 수 있음을 이해할 수 있다. 표면 코일의 수신 자계는 B1(y)이고, T1 및 T2 가중 계수를 포함하는 이상적인 스핀 밀도 분포(ideal spin density distribution)는 M(y)이며, 이때 획득된 이미지 I(y)는 다음 수학식 1이 된다.
Figure 112000024107345-pat00001
표면 코일의 경우, B1(y)는 통상 크기 및 방향에 있어 y축을 따른 위치의 함수로서 변화한다. 방향 변화는 B1(y)가 실제로 복소 함수임을 의미한다.
MR 이미징에서, 위상 인코딩된 방향에서 에일리어싱 또는 복제(replication)가 발생한다. 복제 거리는 뷰 필드와 동일하다. 뷰 필드가 D로 선택되고, 객체가 이러한 뷰 필드내에 완전히 포함된 경우, 객체의 복제는 중첩되지 않고 어떤 결함도 초래하지 않는다. 뷰 필드가 y방향에서 ½로 감소된 경우, 스캔 시간은 또한 그에 따라 ½만큼 감소된다. 그러나, 지금 재구성된 이미지는 D/2의 배수로 y방향에서 에일리어싱 또는 복제되어 있고, 복제는 지금 뷰 필드에서 중첩되어 진단 유용 손실(loss of diagnotic utility)을 초래하는 결함을 생성한다. 수학적으로, 이미지 강도는 다음 수학식 2와 같다.
Figure 112000024107345-pat00002
여기서 y는 0＜y＜D/2이다. 수학식 2는 각각의 표면 코일에 대해 제각기 유효하다. 두 개의 표면 코일에 대해 다음 두 개의 수학식 3 및 4가 적용되며, 여기서 아래 첨자는 코일 번호를 표시한다.
Figure 112000024107345-pat00003
Figure 112000024107345-pat00004
수학식 3 및 4를 풀면 B11(y) 및 B12(y)가 기지인 경우 M(y) 및 M(y+D/2)를 얻을 수 있다. 수신 자계 B11(y) 및 B12(y)는 개별 캘리브레이션 스캔(separate calibration scans)에서 산출되며, 여기서 전신 RF 코일(152) 및 두 개의 표면 코일에 의해 동일한 NMR 신호가 획득된다. 표면 코일의 복소 자계 B11(y) 및 B12(y)는 전신 코일(152) 및 표면 코일에 의해 생성되는 복소 이미지의 비율을 취함으로써 획득된다. B11(y) 및 B12(y)를 알면, 스핀 밀도 이미지 M(y)는 다음 수학식 5와 같이 계산될 수 있다.
Figure 112000024107345-pat00005
여기서 I1 및 I2는 고역 필터로 처리된 각 코일로부터의 이미지이다.
따라서, 센스 프로세싱(264)의 결과로서, 에일리어싱 결함이 제거된 완전 이미지 IH가 생성된다. 그러나, 앞서 설명된 바와 같이, 이 이미지 IH는 제거되어야 하는, 호모다인 고역 필터 단계(260)로 인한 위상 에러를 포함한다.
다시, 도 3을 참조하면, 위상 에러의 제거는 분기(256)에 의해 성취된다. 두 개의 획득된 데이터 세트의 각각에서 k-공간의 중심 영역으로부터의 데이터는 호모다인 저역 필터(270)에 인가된다. 예컨대, 부분적으로 획득된 k-공간 축이 -64로부터 +64까지 연장되고, 스캔 동안에 샘플 -64 내지 +8이 획득된 경우, -8로부터 +8까지 연장되는 k-공간 중심 영역이 이용된다. 호모다인 저역 필터는 비대칭적으로 획득된 샘플을 -1로부터 -8까지를 제거한다.
그리고 나서, 각 데이터 세트내의 저역 필터링된 데이터는 처리 블록(272)으로 표시된 바와 같이 위상 인코딩 방향에서 푸리에 변화되어 두 개의 저역 필터링된 이미지를 생성한다.
두 개의 저역 필터링된 이미지는 처리 블록(274)으로 표시된 바와 같이 센스 프로세싱된다. 센스 프로세스(274)는 앞서 설명된 센스 프로세스(264)와 동일하며, 단일 이미지 IL가 생성된다. 이 이미지 IL는 채워진 이미지 IH를 보정하는데 필요한 위상 정보를 포함한다.
처리 블록(276)에서 채워진 이미지 IH에 대해 위상 보정이 행해진다. 이것은 저역 필터링된 이미지 IL에서 각 화소의 위상을, 채워진 이미지 IH에서 대응하는 화소의 위상을 감산함으로써 성취된다. 이로서 얻어지는 복소 이미지는 각 화소 위치에서 실수성분 및 허수 성분을 포함하며, 허수 성분은 처리 블록(278)에서 버려진다. 결과적으로 실수 성분으로 이루어진 최종 이미지(280)가 얻어진다.
당분야에 숙련된 자라면 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않고 앞서 설명된 바람직한 실시예로부터 다수의 변형이 가능할 것임은 명백하다. 둘 이상의 수신 코일이 이용될 수 있으며 뷰 필드가 ½이 아닌 다른 인수로 감소될 수 있다. N개의 코일이 이용된 경우 뷰 필드는 1/N과 1.0 사이의 임의의 분수로 감소될 수 있다. 앞서 설명된 고역 필터를 이용하는 대신에, 누락 데이터는 공액 주파수에서 샘플링된 k-공간 데이터의 복소 공액으로 채워질 수도 있다. 예컨대, 샘플들 S(-kx)의 공액으로 누락 샘플 S(kx)을 채울 수 있으며, 여기서 S는 순수(raw) k-공간 데이터이다.
본 발명에 의하면, 핵 자기 공명 이미징 시스템에서 뷰의 제한된 필드로부터의 부분적 데이터 세트의 획득 및 이러한 데이터 세트로부터의 이미지 재구성에 있어서, 부분적 k-공간 데이터 세트의 호모다인 재구성과 MR 이미지로부터 이미지 결함을 제거하는 센스 프로세스를 함께 조합시키는 것이 가능하다.

Claims (16)

  1. 자기 공명 이미징 시스템으로 이미지를 생성하는 방법에 있어서,
    ① 일련의 펄스 시퀀스를 수행해서 대응하는 NMR 신호열을 생성하는 단계와,
    ② 한 쌍의 코일로 상기 NMR 신호열을 획득하여 제 1 부분적 k-공간 데이터 세트 및 제 2 부분적 k-공간 데이터 세트를 생성하는 단계와,
    ③ 복소 공액 데이터로 상기 제 1 및 제 2 부분적 k-공간 데이터 세트를 채우고(filling) 상기 채워진 k-공간 데이터 세트를 푸리에 변환함으로써 한 쌍의 완전 이미지 데이터 세트를 생성하는 단계와,
    ④ 상기 한 쌍의 완전 이미지 데이터 세트로부터 단일 이미지 IH를 계산하는 단계와,
    ⑤ 상기 제 1 및 제 2 부분적 k-공간 데이터 세트의 제각기의 중심 k-공간 영역으로부터 한 쌍의 저주파수 이미지를 생성하는 단계와,
    ⑥ 상기 한 쌍의 저주파수 이미지로부터 단일 이미지 IL를 계산하는 단계와,
    ⑦ 상기 이미지 IL의 정보로 상기 이미지 IH의 위상을 보정함으로써 출력 이미지를 생성하는 단계를 포함하는
    자기 공명 이미징 시스템의 이미지 생성 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계 ⑦은 상기 이미지 IL의 화소 위상을 상기 이미지 IH의 대응하는 화소의 위상으로부터 감산함으로써 수행되는 자기 공명 이미징 시스템의 이미지 생성 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계 ③은 호모다인 고역 필터링 동작을 수행하는 것을 포함하는 자기 공명 이미징 시스템의 이미지 생성 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계 ③은
    ㉮ 하나의 축을 따라 상기 제 1 및 제 2 부분적 k-공간 데이터 세트를 푸리에 변환하고,
    ㉯ 상기 푸리에 변환된 제 1 및 제 2 부분적 k-공간 데이터 세트 각각에 대해 호모다인 고역 필터링 동작을 수행하며,
    ㉰ 상기 단계 ㉯로부터 얻어진 제 1 및 제 2 데이터 세트를 제 2 축을 따라 푸리에 변환하는 것을 포함하는
    자기 공명 이미징 시스템의 이미지 생성 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계 ⑤는 호모다인 저역 필터링 동작을 수행하는 것을 포함하는 자기 공명 이미징 시스템의 이미지 생성 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계 ⑤는
    ㉮ 상기 제 1 및 제 2 부분적 k-공간 데이터 세트의 중심 k-공간 영역을 푸리에 변환하고,
    ㉯ 상기 푸리에 변환된 제 1 및 제 2 부분적 k-공간 데이터 세트의 중심 영역 각각에 대해 호모다인 저역 필터링 동작을 수행하며,
    ㉰ 상기 단계 ㉯로부터 얻어진 제 1 및 제 2 데이터 세트를 제 2 축을 따라 푸리에 변환하는 것을 포함하는
    자기 공명 이미징 시스템의 이미지 생성 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계 ④는 상기 코일 각각의 수신 자계가 인수(factor)인 센스 프로세싱 동작인 자기 공명 이미징 시스템의 이미지 생성 방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서
    상기 단계 ⑦은
    ㉮ 상기 이미지 IL의 대응하는 화소 값의 위상을 감산함으로써 상기 이미지 IH의 각 화소 값의 위상을 변화시키고,
    ㉯ 상기 변화된 이미지 IH의 각 화소 값의 실수 성분으로부터 출력 이미지를 생성하는 것을 포함하는
    자기 공명 이미징 시스템의 이미지 생성 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계 ⑥은 상기 코일 각각의 수신 자계가 인수인 센스 프로세싱 동작인 자기 공명 이미징 시스템의 이미지 생성 방법.
  12. 삭제
  13. 자기 공명 이미징 시스템에 의해 획득된 두 개의 부분적 k-공간 데이터 세트의 호모다인 재구성을 수행하는 방법에 있어서,
    ① 두 개의 부분적 k-공간 데이터 세트 각각을 호모다인 고역 필터링해서 위상 에러와 에일리어싱 정보를 포함하는 두 개의 완전 이미지 데이터 세트를 생성하는 단계와,
    ② 상기 두 개의 완전 이미지 데이터 세트로부터 에일리어싱 정보가 제거된 단일 이미지 데이터 세트 IH를 계산하는 단계와,
    ③ 상기 두 개의 부분적 k-공간 데이터 세트 각각의 중심 k-공간 영역을 호모다인 저역 필터링해서 에일리어싱 정보를 포함하는 두 개의 저주파수 이미지 데이터 세트를 생성하는 단계와,
    ④ 상기 두 개의 저주파수 이미지 데이터 세트로부터 에일리어싱 정보가 제거된 단일의 저주파수 이미지 데이터 세트 IL를 계산하는 단계와,
    ⑤ 상기 단일 저주파수 이미지 데이터 세트 IL의 정보를 이용해서 상기 단일 이미지 데이터 세트 IH로부터 위상 에러를 제거함으로써 출력 이미지를 생성하는 단계를 포함하는
    자기 공명 이미징 시스템에 의해 획득된 두 개의 부분적 k-공간 데이터 세트의 호모다인 재구성 수행 방법.
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