KR100718402B1

KR100718402B1 - Ｒｆ 펄스 튜닝 방법 및 장치

Info

Publication number: KR100718402B1
Application number: KR1020030015048A
Authority: KR
Inventors: 호시노가즈야
Original assignee: 지이 메디컬 시스템즈 글로발 테크놀러지 캄파니 엘엘씨
Priority date: 2002-03-12
Filing date: 2003-03-11
Publication date: 2007-05-14
Also published as: JP3753668B2; US6812699B2; US20030176781A1; CN1278648C; KR20030074357A; CN1443511A; JP2003265433A

Abstract

RF 송신 장치의 능력을 효과적으로 이용할 수 있도록 RF 펄스 튜닝하기 위해, 스핀의 플립 각이 목표값에 일치하도록 여기용의 RF 펄스를 튜닝함에 있어서, 스핀의 플립 각이 목표값에 일치할 때까지 RF 펄스의 펄스폭은 사전 결정된 초기값으로부터 연속적으로 증가된다(단계(902) 내지 단계(912)). 또한, RF 펄스의 진폭이 조절가능한 최대값으로 상승됨에도 불구하고 플립 각이 목표값에 도달하는 데 실패하는 경우, 펄스폭의 다음 증가량은 목표값에 미달하는 정도에 따라 결정된다.

Description

ＲＦ 펄스 튜닝 방법 및 장치{RF PULSE TUNING METHOD AND APPARATUS}

도 1은 본 발명을 구현하는 실시예를 나타내는 장치의 블럭도,

도 2는 본 발명을 구현하는 실시예를 나타내는 장치의 블럭도,

도 3은 본 발명을 구현하는 실시예를 나타내는 장치가 실행하는 펄스 시퀀스의 일례를 도시하는 도면,

도 4는 본 발명을 구현하는 실시예를 나타내는 장치가 실행하는 펄스 시퀀스의 일례를 도시하는 도면,

도 5는 k 공간의 개념도,

도 6은 본 발명을 구현하는 실시예를 나타내는 장치의 동작 흐름도,

도 7은 본 발명을 구현하는 실시예를 나타내는 장치의 기능 블럭도,

도 8은 RF 펄스의 파형도,

도 9는 본 발명을 구현하는 실시예를 나타내는 장치의 동작 흐름도,

도 10은 플립 각과 FID 신호강도의 관계를 나타내는 그래프도,

도 11은 본 발명을 구현하는 실시예를 나타내는 장치의 동작 흐름도,

도 12는 본 발명을 구현하는 실시예를 나타내는 장치의 기능 블럭도,

도 13은 본 발명을 구현하는 실시예를 나타내는 장치의 동작 흐름도,

도 14는 본 발명을 구현하는 실시예를 나타내는 장치의 동작 흐름도.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 대상 100 : 마그네트 시스템

102 : 주 자장 코일부 106 : 구배 코일부

108 : RF 코일부 130 : 구배 구동부

140 : RF 구동부 150 : 데이터 수집부

160 : 제어부 170 : 데이터 처리부

180 : 표시부 190 : 조작부

702 : 펄스 발생부 704 : 송신부

706 : 이득 제어부 708 : 수신부

712 : 펄스폭 설정부 714 : 펄스폭 계산부

본 발명은 RF 펄스 튜닝(radio frequency pulse tuning) 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 스핀(spin)의 플립 각(flip angle)이 목표 값(target value)에 일치하도록 여기용의 RF 펄스를 제어하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

자기 공명 촬상(Magnetic Resonance Imaging; MRI) 장치에서는, 정자장을 형성하는 마그네트 시스템(magnet system)의 내부 공간 즉, 촬상 공간에 촬상의 대상을 반입하고, 구배 자장(gradient magnetic field) 및 고주파 자장을 대상에 인가하여, 대상 내에서 여기된 스핀으로부터 자기 공명 신호가 발생되어, 그 수신 신호에 근거하여 이미지가 재구성된다.

고주파 자장은 RF 펄스의 송신이라는 형태로 인가된다. 스핀의 적절한 여기를 보장하기 위해, 촬상에 앞서 RF 펄스가 제어된다. RF 펄스의 제어는 RF 펄스 튜닝이라고도 알려져 있다.

RF 펄스 튜닝에 있어서는, RF 송신 장치의 송신 이득, 즉 RF 펄스의 진폭을 연속적으로 바꾸면서 시험삼아 RF 펄스의 송신을 시행한다. 그 때마다 자기 공명 신호에 근거하여 스핀의 플립 각의 도달도를 조사하여 최적의 송신 이득을 구한다.

최적의 송신 이득이라는 것은 스핀의 플립 각을 목표값에 일치시킬 수 있는 송신 이득을 의미한다. 최적의 송신 이득은 촬상의 대상마다 다르기 때문에, RF 펄스 튜닝은 대상마다 수행된다. 후속하는 설명에 있어서, 때때로 RF 펄스 튜닝은 단순히 튜닝으로 지칭될 수 있다.

체격이 큰 대상에 대해 튜닝을 적절히 실행할 수 있도록 하기 위해서, RF 펄스폭은 큰 값으로 변경될 수 있다. 펄스폭은 대상의 체중에 따라 변경된다. 체중 데이터는 MRI 장치의 사용자에 의해 미리 입력된다.

펄스폭의 상한은 체격이 큰 대상에 대한 튜닝이 실패없이 성취될 수 있도록 보장하기 위해 상당히 높은 레벨로 설정된다. 다시 말하면, 그와 같은 출력이 가능하도록 RF 송신 장치가 구성된다.

그와 같은 RF 송신 장치는 실제 촬상에서 정말로 필요한 출력에 대해 능력(capacity)에 상당한 여유를 가진다. 이 때문에, 큰 펄스폭이 사용되는 경우, 흔히 최대 이득보다 상당히 낮은 이득에서 RF 펄스가 송신된다. 이것은 RF 송신 장치의 능력이 효과적으로 이용되고 있지 않다는 것을 의미한다.

그러므로, 본 발명의 목적은 RF 송신 장치의 능력을 효과적으로 이용할 수 있도록 RF 펄스 튜닝을 실행하는 방법 및 장치를 실현하는 것이다.

(1) 위에서 언급한 과제를 해결하기 위한 한 개의 관점에서의 본 발명은 스핀의 플립 각이 목표값에 일치하도록 여기용의 RF 펄스를 튜닝하는 방법에 있어서, 스핀의 플립 각이 목표값에 일치할 때까지 RF 펄스의 펄스폭을 사전 결정된 초기값으로부터 연속적으로 증가시키는 것을 특징으로한다.

(2) 위에서 언급한 과제를 해결하기 위한 다른 관점에서의 본 발명은 스핀의 플립 각이 목표값에 일치하도록 여기용의 RF 펄스를 튜닝하는 장치로서, 스핀의 플립 각이 목표값에 일치할 때까지 RF 펄스의 펄스폭을 사전 결정된 초기값으로부터 연속적으로 증가시키는 펄스폭 조절 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

(1) 및 (2)에 설명된 각 관점에서의 본 발명에 있어서, 스핀의 플립 각이 목표값에 일치할 때까지 RF 펄스의 펄스폭을 사전 결정된 초기값으로부터 연속적으로 증가시키기 때문에, 펄스폭을 최소한으로 하고 펄스 진폭을 최대한으로 하도록 RF 펄스의 튜닝이 이루어진다. 이러한 RF 펄스를 스핀의 여기에 이용함으로써, RF 송신 장치의 능력을 효과적으로 사용하는 것이 가능해진다.

(3) 위에서 언급한 과제를 해결하기 위한 다른 관점에서의 발명은 스핀의 플립 각이 목표값에 일치하도록 여기용의 RF 펄스를 튜닝하는 방법에 있어서, 스핀의 플립 각이 중간 목표값에 일치할 때까지 RF 펄스의 펄스폭을 사전 결정된 초기값으로부터 연속적으로 증가시키고, 스핀의 플립 각을 중간 목표값보다 작은 최종 목표값에 일치시키는 RF 펄스의 조건이 스핀의 플립 각을 중간 목표값에 일치시키는 RF 펄스의 조건으로부터 계산되는 것을 특징으로 한다.

(4) 위에서 언급한 과제를 해결하기 위한 다른 관점에서의 발명은 스핀의 플립 각이 목표값에 일치하도록 여기용의 RF 펄스를 튜닝하는 장치에 관한 것으로, 스핀의 플립 각이 중간 목표값에 일치할 때까지 RF 펄스의 펄스폭을 사전 결정된 초기값으로부터 연속적으로 증가시키는 펄스폭 조절 수단과, 스핀의 플립 각을 중간 목표값보다 작은 최종 목표값에 일치시키는 RF 펄스의 조건을 스핀의 플립 각을 중간 목표값에 일치시키는 RF 펄스의 조건으로부터 계산하는 계산 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

(3) 및 (4)에 설명된 각 관점에서의 본 발명에 있어서, 스핀의 플립 각이 중간 목표값에 일치할 때까지 RF 펄스의 펄스폭을 사전 결정된 초기값으로부터 연속적으로 증가시키기 때문에, 펄스폭을 최소한으로 하고 펄스 진폭을 최대한으로 하도록 RF 펄스의 중간 튜닝이 이루어진다.

스핀의 플립 각을 중간 목표값보다 작은 최종 목표값에 일치시키는 RF 펄스의 조건은 스핀의 플립 각을 중간 목표값에 일치시키는 RF 펄스의 조건으로부터 유래되기 때문에, 펄스폭을 최소한으로 하고 펄스 진폭을 최대한으로 하는 최종 튜닝 펄스가 얻어진다. 이러한 RF 펄스를 스핀의 여기에 이용함으로써, RF 송신 장치의 능력을 효과적으로 이용하는 것이 가능해진다.

앞서 설명한 계산은 RF 펄스의 펄스폭을 최소로 하는 관점에서 RF 펄스의 최대 조정가능 진폭에서의 펄스폭을 구하는 것이 바람직하다.

RF 펄스의 진폭이 조절가능한 최대값으로 상승됨에도 불구하고 플립 각이 목표값에 도달하는 것이 실패하는 경우, 목표값에 미달하는 정도에 따라 다음 펄스폭의 증가량을 결정하는 것이 튜닝하는데 필요한 시간을 단축하는 관점에서 바람직하다.

앞서 설명한 목표값은 90°펄스 튜닝의 관점에서 90°가 바람직하다.

앞서 설명한 목표값은 180°펄스 튜닝 관점에서 180°가 바람직하다.

본 발명에 따르면, RF 송신 장치의 용량을 효과적으로 사용하도록 RF 펄스 튜닝을 실행하는 방법 및 장치를 실현하는 것이 가능하다.

본 발명의 또 다른 목적 및 장점은 첨부한 도면에서 예시한 후속하는 본 발명의 바람직한 실시예의 설명에서 분명해질 것이다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명할 것이다. 도 1은 자기 공명 촬상장치(MRI)의 블록도이다. RF 펄스 튜닝이 이 장치에서 수행된다. 이 장치는 본 발명을 구현하는 실시예를 나타낸다. 이 장치의 구성은 본 발명을 구현하는 실시예를 구현한다. 이 장치의 동작은 본 발명에 따른 방법에 관한 실시예를 나타낸다.

도면에 도시하는 바와 같이, 이 장치는 마그네트 시스템(100)을 갖는다. 이 마그네트 시스템(100)은 스캔실(scan room) 내에 설치되어 있다. 마그네트 시스템(100)은 주 자장 코일부(main magnetic field coil section)(102), 구배 코일부(gradient coil section)(106) 및 RF 코일부(108)를 갖는다. 이들 코일부는 실질적으로 원통 형상을 갖고, 동축으로 배열된다. 크래들(cradle)(500)에 탑재된 촬상 대상(1)은 도시되지 않은 반송수단에 의해 마그네트 시스템(100)의 실질적으로 원통 형상의 내부 공간(구멍)에 반입 및 반출된다.

주 자장 코일부(102)는 마그네트 시스템(100)의 내부 공간에 정자장을 발생시킨다. 정자장의 방향은 실질적으로 대상(1)의 몸축의 방향에 평행하다. 그러므로 소위 수평 자장을 형성한다. 주 자장 코일부(102)는 예컨대 초전도 코일을 이용하여 구성된다. 물론, 초전도 코일에 제한되지 않고 일반적인 도전성 코일로도 구성될 수 있다.

구배 코일부(106)는 서로 수직인 3개의 축, 즉, 슬라이싱 축(slicing axis), 위상축 및 주파수축의 각 방향에서 정자장 강도에 구배(gradient)를 주기 위해 3개의 구배 자장을 발생시킨다.

정자장에 있어서 서로 수직인 좌표축을 x, y, z로 했을 때, 어느쪽의 축도 슬라이싱 축으로 할 수 있다. 나머지 2개의 축들 중 한쪽을 위상축으로 하고, 다 른쪽을 주파수축으로 한다. 슬라이싱 축, 위상축 및 주파수축은 상호 간의 수직성을 유지한 채로 x, y, z 축에 관해 임의의 원하는 각으로 경사질 수 있다. 이 장치에 있어서, 대상(1)의 몸축의 방향을 z 축방향으로 가정한다.

슬라이싱 축 방향의 구배 자장은 슬라이싱 구배 자장이라고도 지칭될 수 있다. 위상축 방향의 구배 자장은 위상 인코드 구배 자장이라고도 지칭될 수 있다. 주파수축 방향의 구배 자장은 판독 구배 자장이라고도 지칭될 수도 있다. 이러한 구배 자장을 발생시키기 위해, 구배 코일부(106)는 도시하지 않은 3개의 구배 코일 라인을 갖는다. 이하, 구배 자장은 단순히 구배라고 지칭될 수 있다.

RF 코일부(108)는 정자장 공간에 대상(1)의 체내의 스핀을 여기하기 위한 고주파 자장을 발생시킨다. 이하, 고주파 자장의 발생은 RF 여기 신호의 송신이라고도 지칭될 수 있다. 또한, RF 여기 신호는 RF 펄스로도 지칭될 수 있다. RF 코일부(108)는 또한 여기된 스핀이 발생하는 전자파 즉, 자기 공명 신호를 수신한다.

RF 코일부(108)는 또한 도시되지 않은 송신용의 코일 및 수신용의 코일을 갖는다. 송신용의 코일 및 수신용의 코일로서 동일한 코일이 공통으로 사용될 수 있고 또는 서로 다른 두가지 목적 각각에 대해 전용의 코일이 제공될 수 있다.

구배 코일부(106)에 구배 구동부(130)가 접속되어 있다. 구배 구동부(130)는 구배 코일부(106)에 구동 신호를 제공하여 구배 자장을 발생시킨다. 구배 구동부(130)는 구배 코일부(106)의 3개 라인의 구배 코일에 대응하여, 도시되지 않은 3개 라인의 구동 회로를 갖는다.

RF 코일부(108)에는 RF 구동부(140)가 접속되어 있다. RF 구동부(140)는 RF 코일부(108)에 구동 신호를 제공하여 RF 펄스를 송신하도록 하여, 대상(1)의 체내의 스핀을 여기한다.

RF 코일부(108)에는 데이터 수집부(150)가 접속되어 있다. 데이터 수집부(150)는 RF 코일부(108)가 수신한 수신 신호를 샘플링함으로써 취입하고, 그것을 디지털 데이터로서 수집한다.

구배 구동부(130), RF 구동부(140) 및 데이터 수집부(150)는 제어부(160)에 접속되어 있다. 제어부(160)는 구배 구동부(130) 또는 데이터 수집부(150)를 제어하여 자기 공명 신호의 수집을 수행한다.

제어부(160)는 예컨대 컴퓨터 등을 이용하여 구성된다. 제어부(160)는 도시되지 않은 메모리를 갖는다. 메모리는 제어부(160)용의 프로그램 및 각종의 데이터를 저장한다. 제어부(160)의 기능은 컴퓨터가 메모리에 저장된 제각기의 관련된 프로그램을 실행함으로써 실현된다.

데이터 수집부(150)의 출력측은 데이터 처리부(170)에 접속되어 있다. 데이터 수집부(150)가 수집한 데이터는 데이터 처리부(170)에 입력된다. 데이터 처리부(170)는 예컨대 컴퓨터 등을 이용하여 구성된다. 데이터 처리부(170)는 도시되지 않은 메모리를 갖는다. 메모리는 데이터 처리부(170)용의 프로그램 및 각종의 데이터를 저장한다.

데이터 처리부(170)는 제어부(160)에 접속되어 있다. 데이터 처리부(170)는 제어부(160)의 상위에 있고 그것을 통괄한다. 이 장치의 기능은 데이터 처리부(170)가 메모리에 저장된 제각기의 관련된 프로그램을 실행함으로써 실현된다.

데이터 처리부(170)는 데이터 수집부(150)가 수집한 데이터를 메모리에 저장한다. 메모리 내에는 데이터 공간이 형성된다. 이 데이터 공간은 2차원 푸리에(Fourier) 공간을 구성한다. 이하, 2차원 푸리에 공간은 k 공간(k-space)이라고도 지칭될 수 있다. 데이터 처리부(170)는 k 공간의 데이터를 2차원 푸리에 역변환을 거치게 함으로써 대상(1)의 이미지를 재구성한다.

데이터 처리부(170)에는 표시부(180) 및 조작부(190)가 접속되어 있다. 표시부(180)는 그래픽 표시 등으로 구성된다. 조작부(190)는 포인팅 장치(pointing device)가 제공된 키보드 등으로 구성된다.

표시부(180)는 데이터 처리부(170)로부터 출력되는 재구성된 이미지 및 각종 정보를 표시한다. 조작부(190)는 사용자에 의해서 조작되어 각종 인스트럭션(instructions), 정보 등을 데이터 처리부(170)에 입력한다. 사용자는 표시부(180) 및 조작부(190)를 통하여 이 장치를 대화식으로(interactively) 조작한다.

도 2는 다른 방식(formula)의 자기공명 촬상장치의 블록도이다. RF 펄스 튜닝은 이 장치에도 수행된다. 이 도면에 예시된 자기공명 촬상장치는 본 발명을 구현하는 또 다른 일례이다. 이 장치의 구성은 본 발명을 구현하는 실시예를 구현한다. 이 장치의 동작은 본 발명의 방법에 따른 방법에 관한 실시예의 일례를 나타낸다.

이 장치는 도 1에 도시된 장치와는 방식을 달리하는 마그네트 시스템(100')을 갖는다. 마그네트 시스템(100')은 스캔실 내에 설치된다. 이 장치는 마그네트 시스템(100)'을 제외하고는 도 1에 나타낸 장치와 유사한 구성을 가지며, 동일한 참조 부호는 동일한 구성 부품에 제각기 부여될 것이고 그들의 설명을 생략한다.

마그네트 시스템(100')은 주 자장 마그네트부(102'), 구배 코일부(106') 및 RF 코일부(108')를 갖는다. 이들 주 자장 마그네트부(102') 및 코일부 각각은 한 쌍을 이루는데, 이 유닛은 각각의 쌍이 그들 사이에 공간을 두고 서로 대향하며 배치되도록 구성된다. 또한, 각 유닛은 실질적으로 원반 형상이며, 이들 모두는 동일한 중심축을 공유하도록 배치된다. 크래들(500)에 탑재된 촬상 대상(1)은 도시되지 않은 반송 수단에 의해 마그네트 시스템(100')의 내부 공간(구멍)에 반입 및 반출된다.

주 자장 마그네트부(102')는 마그네트 시스템(100')의 내부 공간에 정자장을 형성한다. 정자장의 방향은 실질적으로 대상(1)의 몸축 방향과 직교이다. 그러므로 소위 수직 자장이 형성된다. 주 자장 마그네트부(102')는 예컨대 영구자석 등을 이용하여 구성된다. 물론, 영구자석에 제한되지 않고 초전도 전자석 또는 일반적인 도전 전자석으로도 구성될 수 있다.

구배 코일부(106')는 서로 수직인 3축 즉, 슬라이싱 축, 위상축 및 주파수축의 방향의 각각에서 정자장 강도에 구배를 주기 위해 3개의 구배 자장을 발생시킨다. 정자장에서 서로 수직인 좌표축을 x, y, z로 했을 때 어느 쪽의 축도 슬라이싱축으로 할 수 있다. 그 경우, 나머지 2개의 축중 한쪽을 위상축으로 하고, 다른쪽을 주파수축으로 가정한다. 또한, 슬라이싱축, 위상축 및 주파수축은 상호 간의 수직성을 유지한 채로 x, y, z축에 관해서 임의의 원하는 각으로 경사질 수 있다. 이 장치에 있어서, 또한 대상(1)의 몸축의 방향을 z축 방향으로 가정한다.

슬라이싱 축방향의 구배 자장은 슬라이싱 구배 자장이라고도 지칭될 수 있다. 위상축 방향의 구배 자장은 위상 인코드 구배 자장이라고도 지칭될 수 있다. 주파수축 방향의 구배 자장은 판독 구배 자장이라고도 지칭될 수 있다. 이러한 구배 자장의 발생시키기 위해서 구배 코일부(106')는 도시되지 않은 3개 라인의 구배 코일을 갖는다.

RF 코일부(108')는 정자장 공간에서 대상(1)의 체내의 스핀을 여기하기 위한 고주파 자기장을 발생시킨다. RF 코일부(108')는 또한 여기된 스핀이 발생하는 전자파 즉, 자기 공명 신호를 수신한다.

RF 코일부(108')는 도시되지 않은 송신용의 코일 및 수신용의 코일을 갖는다. 송신용의 코일 및 수신용의 코일로서 동일한 코일이 공통으로 사용될 수 있거나 또는 서로 다른 두가지 목적에 대해 각각 전용 코일이 제공될 수 있다.

도 3은 자기 공명 촬상에 이용하는 펄스 시퀀스(pulse sequence)의 일례를 예시한다. 이 펄스 시퀀스는, 스핀에코(spin echo)법의 펄스 시퀀스다.

그러므로, (1)은 SE법에 있어서의 RF 여기용의 90°펄스 및 180°펄스의 시퀀스이고, (2), (3), (4) 및 (5)는 제각기 슬라이싱 구배(Gs), 판독 구배(Gr), 위상 인코드 구배(Gp) 및 스핀에코 MR의 시퀀스이다. 90° 펄스 및 180°펄스는 각각 중심 신호로 대표된다. 펄스 시퀀스는 시간축(t)에 따라 왼쪽으로부터 오른쪽으로 진행한다.

도면에 도시하는 바와 같이, 90°펄스에 의해 스핀의 90°여기가 수행된다. 그러면 슬라이싱 구배(Gs)가 인가되고, 규정된 슬라이스에 관해 선택적 여기가 수행된다. 90°여기로부터 규정된 시간 후에, 180° 펄스에 의한 180°여기 즉, 스핀 반전이 행하여진다. 이 때도 슬라이싱 구배(Gs)가 인가되고, 동일한 슬라이스에 관해 선택적 반전이 행하여진다.

90°여기와 스핀 반전의 사이의 기간 동안, 판독 구배(Gr) 및 위상 인코드 구배(Gp)가 인가된다. 스핀은 판독 구배(Gr)에 의해 디페이즈(dephase)가 행하여진다. 스핀의 위상 인코딩은 위상 인코드 구배(Gp)에 의해 수행된다.

스핀 반전 후, 스핀은 판독 구배(Gr)에 의해 리페이즈(rephase)되어 스핀 에코 MR를 발생시킨다. 스핀에코 MR는 본 발명에 따른 자기 공명 신호를 구현하는 실시예의 일례이다. 스핀에코 MR는 에코 중심에 관해 대칭적인 파형을 가지는 RF 신호를 구성하다. 중심 에코는 90°여기 후에 TE(에코 시간)를 발생시킨다. 스핀에코 MR는 데이터 수집부(150)에 보기 데이터(view data)로서 수집된다.

이러한 펄스 시퀀스가 주기 TR(반복 시간)로 64 내지 512회 반복된다. 반복될 때마다, 위상 인코드 구배(Gp)가 변경되어, 매번 다른 방식으로 위상 인코드가 실행된다. 이것은 위상 인코드량을 달리하는 64 내지 512 보기의 보기 데이터를 제공한다.

자기 공명 촬상용 펄스 시퀀스의 또 다른 예가 도 4에 도시되어 있다. 이 펄스 시퀀스는 구배 에코(GRE)법의 펄스 시퀀스이다.

그러므로, (1)은 GRE 법에 있어서의 RF 여기용의 α°펄스의 시퀀스이고, (2), (3), (4) 및 (5)은 제각기 슬라이싱 구배(Gs), 판독 구배(Gr), 위상 인코드 구배(Gp) 및 스핀에코 MR의 시퀀스이다. α° 펄스는 제각기의 중심신호로 대표된다. 펄스 시퀀스는 시간축(t)에 따라 왼쪽으로부터 오른쪽으로 진행한다.

도면에 도시하는 바와 같이, α°펄스에 의해 α°스핀 여기가 행하여지는데, 이 때 α는 90 이하이다. 그러면, 슬라이싱 구배(Gs)가 인가되어 규정된 슬라이스에 관해 선택적 여기가 행하여진다.

α° 여기후, 스핀은 위상 인코드 구배(Gp)에 의해 위상 인코드가 행하여진다. 다음에, 스핀은 판독 구배(Gr)에 의해 먼저 디페이즈되고, 이어서 리페이즈되어 구배 에코 MR를 발생시킨다. 구배 에코 MR는 본 발명에 따른 자기 공명 신호를 구현하는 실시예의 일례이다. 구배 에코 MR는 에코 중심에 관해 대칭적인 파형을 가진 RF 신호를 구성한다. 중심에코는 α°여기 후 TE(에코 시간)을 발생시킨다. 구배 에코 MR는 데이터 수집부(150)에 의해 보기 데이터로서 수집된다.

이러한 펄스 시퀀스가 주기 TR에서 64 내지 512회 반복된다. 반복될 때마다, 위상 인코드 구배(Gp)가 변경되어, 매번 다른 위상 인코드가 실행된다. 이것에 따라 위상 인코드량을 달리하는 64 내지 512 보기의 보기 데이터가 얻어진다.

도 3 또는 도 4에 예시된 펄스 시퀀스에 의해서 얻어진 보기 데이터가 데이터 처리부(170)의 메모리에 수집된다. 또, 펄스 시퀀스는 SE 법 또는 GRE 법에 제한되지 않을 뿐더러, 예컨대 빠른 스핀에코(fast spin echo; FSE)법이나 에코 평면 촬상(echo planar imaging)법 등 임의의 다른 적절한 기법이 사용될 수 있다는 것은 말할 필요도 없다.

도 5는 k 공간의 개념도이다. k 공간에 있어서 횡축(kx)은 주파수축이며, 종축(ky)은 위상축이다. 이 도면에 있어 복수의 수평으로 더 긴 직사각형이 각각 보기 데이터를 나타낸다. 이하에서, 보기 데이터는 MR 데이터라고도 지칭될 수 있다. 직사각형 내에 기입된 숫자는 위상 인코드량을 나타낸다. 위상 인코드량은 π/N에 의해 정규화된다. N의 범위는 64 내지 512이다. 위상 인코드량은 위상축(ky)의 중심에서 0이다. 이 위상 인코드량은 중심에서 양 종단으로 점차 증가한다. 증가의 극성은 서로 역이다. 데이터 처리부(170)는 이러한 보기 데이터를 2차원 역푸리에 변환함으로써 대상(1)의 단층상을 재구성한다. 재구성한 이미지는 메모리에 저장된다.

도 6은 이 장치의 촬상 동작의 흐름도이다. 도면에 도시하는 바와 같이, 단계(602)에서 촬상 조건이 설정된다. 촬상 조건 설정은 사용자에 의해 조작부(190)를 통하여 달성된다. 그것에 의해 스캔 파라메터 및 원하는 촬상 조건이 설정된다. 촬상 조건 설정의 일부로서 RF 펄스 튜닝이 행하여진다. RF 펄스 튜닝은 이하에서 설명될 것이다.

단계(604)에서 스캔이 행하여진다. 스캐닝은 제어부(160)의 제어 하에서 위에서 설명한 펄스 시퀀스의 실행에 의해 달성되고, MR 데이터는 각 보기 상에서 연속적으로 획득된다.

모든 보기의 MR 데이터 획득 후에, 단계(606)에서 데이터 처리부(170)에 의해 이미지 재구성이 달성된다. 재구성된 이미지는 단계(608)에서 표시부(180)에 표시되고 메모리에 저장된다.

도 7은 RF 펄스 튜닝에 초점을 둔 장치의 기능 블럭도가다. 이 기능 블럭도는 RF 펄스 튜닝 장치의 구성을 도시한다. 도면에 도시하는 바와 같이, 이 장치는 펄스 발생부(702)및 송신부(704)를 갖는다. 펄스 발생부(702)에 의해 발생된 RF 펄스는 송신부(704)를 통해 RF 코일부(108)에 공급되어 대상(1) 내의 스핀을 여기시킨다.

RF 코일부(108)에 공급되는 RF 펄스는 예컨대 도 8에 도시된 바와 같은 파형을 가진다. RF 펄스의 진폭은 a이고, 펄스폭은 τ이다. 송신부(704)의 출력의 이득은 가변적이다. 이득에 따라 RF 펄스의 진폭 a가 변한다. 이득은 이득 제어부(706)에 의해서 제어된다. 따라서, RF 펄스의 진폭 a는 이득 제어부(706)에 의해서 제어된다.

펄스 발생부(702), 송신부(704)및 이득 제어부(706)로 이루어지는 부분의 기능은 도 1 또는 도 2에 도시된 장치에 있어서의 RF 구동부(140) 및 제어부(160)로 이루어지는 부분의 기능에 대응한다.

대상(1) 내의 여기된 스핀은 자기 공명 신호를 발생시킨다. 자기 공명 신호는 예컨대 FID (free induction decay)를 포함한다. 자기 공명 신호는 RF 코일부(108)를 통하여 수신부(708)에 의해서 수신된다. 수신부(708)의 기능은 데이터 수집부(150)의 기능에 대응한다.

수신된 자기 공명 신호는 플립 각 판정부(710)에 입력된다. 플립 각 판정부(710)는 수신된 신호에 근거하여 스핀의 플립 각이 목표값에 일치하는지를 판정한다. 플립 각 판정부(710)에 의한 플립 각의 판정은 이하에서 설명될 것이다.

플립 각 판정부(710)로부터의 판정 신호는 펄스폭 조절부(712)에 입력된다. 펄스폭 조절부(712)는 판정신호에 근거하여 펄스폭 조절 신호를 발생시킨다. 펄스폭 조절 신호는 펄스 발생부(702)에 입력되고, 펄스 발생부(702)에 의해 발생되는 RF 펄스의 펄스폭을 조절한다.

플립 각 판정부(710) 및 펄스폭 조절부(712)로 이루어지는 부분의 기능은 데이터 처리부(170)의 기능에 대응한다. 플립 각 판정부(710) 및 펄스폭 조절부(712)로 이루어지는 부분은 본 발명에 따른 펄스폭 조절 수단을 구현하는 실시예의 일례를 나타낸다.

도 9는 이 장치의 동작의 흐름도이다. 도면에 도시하는 바와 같이, 단계(902)에서 펄스폭이 설정된다. 펄스폭 설정은 펄스폭 조절부(712)에 의해서 달성된다. 이것에 의해 펄스폭 τ0이 설정된다.

다음으로 단계(904)에서, 최적의 펄스 진폭 탐색이 수행된다. 최적의 펄스 진폭 탐색은 RF 펄스의 진폭의 최적 레벨을 탐색하는 동작이다. RF 펄스의 진폭의 최적 레벨이란 플립 각이 목표값에 일치하도록 스핀을 여기할 수 있는 진폭을 의미한다.

플립 각은 RF 펄스의 진폭에 비례한다. 따라서, RF 펄스의 진폭을 연속적으로 바꾸면서 RF 펄스를 송신하고, 각 시간마다 얻어지는 FID를 조사함으로써 플립 각이 목표값에 일치했는지 여부를 알 수 있다. 플립 각의 목표값으로서 90°또는 180°가 선택된다.

플립 각과 FID의 신호강도의 관계는 도 10에 도시하는 바와 같다. 그러므로, FID의 신호 강도는 플립 각이 90°일때 최대가 되고, 플릭 각이 0°또는 180°일 때 최소가 된다. 이러한 관계를 이용하여 플립 각이 90°또는 180°가 되도록 스핀을 여기하기 위한 RF 펄스의 진폭을 구할 수 있다.

RF 펄스의 연속적인 송신은 펄스 발생부(702) 및 송신부(704)의 동작에 의해 달성된다. 각 송신 때마다, 이득 제어부(706)는 RF 펄스의 진폭을 연속적으로 증가시킨다. FID에 근거한 플립 각이 자신의 목표값에 도달했지에 관한 판정은 플립 각 판정부(710)에 의해 달성된다. 판정은 도 10에 도시된 플립 각과 FID 간의 관계에 근거하여 행하여진다.

플립 각을 목표에 일치시키는 펄스 진폭이 얻어졌다는 것은 성공적인 탐색을 의미한다. 그 경우에 있어서, 단계(906)에서의 판정에 따라 RF 펄스 튜닝이 완료된다.

RF 펄스의 진폭이 최대로 상승됨에도 불구하고 목표에 도달하지 못했다는 것은 실패한 탐색이다. 그 경우에 있어서, 단계(906)에서의 판정에 따라, 단계(910)에서 펄스폭이 τ+Δτ로된다. 즉, 펄스폭은 Δτ씩 증가된다. 펄스폭은 펄스폭 조절부(712)에 의해서 증가된다. 이것에 의해서, 펄스 발생부(702)에 의해 발생되는 RF 펄스의 펄스폭이 갱신된다.

다음으로, 단계(912)에서 τ> T 인지 여부가 판정된다. T는 RF 펄스의 펄스폭의 정상 폭의 상한이다. 상한 T는 송신부(704)의 성능 및 다른 요소를 고려하여 적절히 정해진다. τ> T로 판명되는 경우 에러로서 처리되지만, 그렇지 않을 경우 단계(904)에 되돌아간다. 그리고 새로운 펄스폭으로, 위에서 설명한 것과 유사한 방식으로 최적의 펄스 진폭이 탐색된다.

플립 각은 RF 펄스의 펄스폭에도 비례하기 때문에, 펄스 진폭이 동일하더라도 펄스폭을 늘림으로써 플립 각이 증가된다. 따라서, 이전의 탐색에 의해 최적의 펄스 진폭이 얻어지지 않더라도, 이번에는 얻어질 수도 있다. 이하에서, 이런 방식으로, 최적의 펄스 진폭 탐색이 실패하는 경우는, 단계(910)에서 펄스폭을 한번에 Δτ씩 늘리면서 탐색이 되풀이된다.

펄스폭의 초기값 τO 및 증가량 Δτ를 비교적 작은 값으로 유지함으로써, 플립 각을 목표값에 일치시키는 RF 펄스의 진폭은 송신부(704)가 출력할 수 있는 최대값과 동일할 수 있거나 또는 그에 근접한 값이 될 수 있다. 그와 같은 펄스 진폭은 송신부(704)의 능력을 정확히 100% 또는 거의 100% 사용하여 출력된다. 따라서, 송신부(704)의 능력을 효과적으로 이용될 수 있도록 해주는 펄스 진폭을 얻을 수 있다.

또한, 그와 같은 펄스 진폭 값은 펄스폭을 그것의 필요 최소값으로 감소시킨다. 작은 펄스폭은 펄스 시퀀스의 시간을 단축할 수 있게 해주어, 촬상하는 데 필요한 시간을 단축시키거나, 또는 이미지 품질을 개선시킬 수 있다.

펄스폭의 증가량 Δτ은 위에서 설명한 바와 같은 고정값으로 하는 대신에, 계산에 의해 동적으로 변경될 수도 있다. 그 경우에 있어서, 도 11에 도시하는 바와 같이 단계(908)에서, 펄스폭 증가량 Δτ이 계산된다. Δτ의 계산은 펄스폭 조절부(712)에 의해 달성된다. Δτ 계산은 다음과 같이 행하여진다.

최적의 펄스 진폭의 탐색이 실패했다는 것은 펄스 진폭이 송신부(704)가 출력할 수 있는 최대값까지 증가하더라도 플립 각이 자신의 목표에 도달하지 않았음을 의미한다. 이 경우에서 목표값에 미달하는 정도는 여기가 부족한 정도를 나타내다. 따라서, 이 여기 부족을 보충하도록 펄스폭을 증가시키면 플립 각은 자신의 목표값과 일치할 수 있다.

예컨대, 목표값 180°에 대하여 송신부(704)의 최대출력으로 여기된 스핀의 플립 각이 170°이라고 가정하면, RF 펄스에 의한 여기량을 180°/170°배 함으로써 목표가 달성될 수 있다. 그와 같게 하기 위해서, 펄스폭 τ은 180°/170° 배 될 수 있다. 따라서, 펄스폭의 증가량 Δτ은 다음식에 의해서 계산될 수 있다.

(식 1)

이것을 일반화하면, Δτ의 계산식은 다음식으로 주어진다. 이러한 Δτ를 사용함으로써 튜닝 시간을 단축할 수 있다.

(식 2)

여기서,

θT는 목표 플립 각이고,

θmax는 도달된 플립 각이다.

플립 각의 목표값이 예컨대 20°등과 같이 90°보다 작은 경우, 이하에서 설명되는 바와 같이 하여 판정된 최적의 펄스 진폭 및 펄스폭에 근거하여, 목표값에 적합한 최종적인 최적 펄스 진폭 및 펄스폭이 계산된다.

도 12는 그와 같은 방식으로 RF 펄스 튜닝을 실행하는 경우 이 장치의 기능 블럭도이다. 이 도면에 있어서, 도 7에 도시된 바와 같은 동일한 구성 부분에 동일한 부호를 부여하고 그것의 설명을 생략한다.

이 도면에 도시하는 바와 같이, 이 장치는 펄스폭 계산부(714)를 갖는다. 펄스폭 계산부(714)의 기능은 데이터 처리부(170)의 기능에 대응한다. 펄스폭 계산부(714)는 플립 각 판정부(710) 및 펄스폭 조절부(712)로부터의 입력 신호를 이용하여 계산을 수행한다. 플립 각 판정부(710)로부터의 입력 신호는 최적의 펄스 진폭이다. 펄스폭 조절부(712)로부터의 입력 신호는 펄스폭 설정값이다. 펄스폭 계산부(714)는 본 발명에 따른 계산 수단을 구현하는 실시예를 나타낸다.

도 13 및 도 14는 이 장치의 동작의 흐름도이다. 이들의 흐름도는 각각 도 9 및 도 11에 나타낸 흐름도에 단계(914)가 추가된 변형이다. 단계(914)에서, 플립 각에 따라 펄스폭 계산이 행하여진다. 이 계산은 펄스폭 계산부(714)에 의해 행하여진다. 펄스폭 계산부(714)는 다음식에 의해 펄스폭(τ)을 계산한다.

(식 3)

여기서,

θT1은 중간 목표 플립 각이고,

θT2는 최종 목표 플립 각이며,

aT1은 최적의 펄스 진폭이고,

amax는 송신부(704)가 출력할 수 있는 RF 펄스의 최대 진폭이며,

τ은 펄스폭 설정값이다.

중간 목표 플립 각 θT1은 예컨대 90°또는180°이다. 최종 목표 플립 각 θT2는 예컨대 30°이다. 최적의 펄스 진폭 aT1은 플립 각 판정부(710)로부터의 입력 신호이다. 이것은 플립 각을 중간 목표값에 일치시키는 최적의 펄스 진폭이다. 펄스폭 설정값 τT1은 펄스폭 조절부(712)로부터의 입력 신호이다. 이것은 플립 각을 중간 목표값에 일치시키는 펄스폭 설정값이다.

식 (3)은 펄스 진폭을 송신부(704)가 출력할 수 있는 RF 펄스의 최대 진폭(amax)으로 했을 경우 플립 각을 최종 목표값(θT2)에 일치시키는 펄스폭을 구하는 식이다. 펄스 진폭을 최대 진폭 amax로 했기 때문에, 펄스폭은 90 °이나 180°의 때보다도 훨씬 작은 값이 된다. 이것은 촬상하는 데 필요한 시간을 단축할 수 있게 해준다.

지금까지 본 발명을 구현하는 바람직한 실시예의 예를 참조하여 본 발명을 설명했지만, 본 발명이 속하는 기술의 분야에서의 통상의 지식을 갖는 사람은 위에서 설명한 실시예를 본 발명의 기술적 범위를 일탈하는 일 없이 변경 또는 치환 등을 할 수 있다. 따라서, 본 발명의 기술적범위는 위에서 설명한 실시예 뿐만 아니라, 청구범위에 속하는 모든 실시예를 포함한다.

본 발명의 다른 다수의 예는 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않고서 구성될 수 있다. 본 발명은 첨부한 청구범위에 정의된 것을 제외하고는 본 명세서에서 설명한 특정 실시예에 제한되지 않는다.

본 발명에 의하면, RF 송신 장치의 능력을 효과적으로 이용할 수 있도록 RF 펄스 튜닝을 실행하는 방법 및 장치를 실현할 수 있다.

Claims

스핀의 플립 각(flip angle)이 목표값에 일치하도록 여기용의 RF 펄스를 조절하는 RF 펄스 튜닝(tuning) 방법에 있어서,

상기 RF 펄스의 진폭이 복수의 값 중에서 최대치까지 증가할 때 상기 플립 각이 상기 목표값에 도달하는데 실패하는 지를 판정하는 단계와,

상기 스핀의 플립 값이 상기 목표값에 일치할 때까지 상기 RF 펄스의 펄스폭을 사전에 정해진 초기값으로부터 연속적으로 증가시키는 단계를 포함하되,

상기 연속적으로 증가시키는 단계는 상기 진폭이 증가할 때 상기 플립 각이 상기 목표값에 도달하는데 실패하면 상기 펄스폭을 증가시키는 단계를 포함하는

RF 펄스 튜닝 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 플립 각이 상기 목표값에 미달하는 정도에 따라서 상기 펄스폭의 증분을 결정하는 단계를 더 포함하는

RF 펄스 튜닝 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 목표값은 90°인

RF 펄스 튜닝 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 목표값은 180°인

RF 펄스 튜닝 방법.
스핀의 플립 각(flip angle)이 목표값에 일치하도록 여기용의 RF 펄스를 튜닝하는 장치에 있어서,

상기 RF 펄스의 진폭이 복수의 값의 최대치까지 증가할 때 상기 플립 각이 상기 목표값에 도달하는데 실패하는 지를 판정하는 플립 각 판정부와,

상기 스핀의 플립 값이 상기 목표값에 일치할 때까지 상기 RF 펄스의 펄스폭을 사전에 정해진 초기값으로부터 연속적으로 증가시키는 펄스폭 조정 장치를 포함하되,

상기 펄스폭 조정 장치는 상기 진폭이 증가할 때 상기 플립 각이 상기 목표값에 도달하는데 실패하면 상기 펄스폭을 연속적으로 증가시키는

RF 펄스 튜닝 장치.
제 5 항에 있어서,

상기 펄스폭 조정 장치는 상기 플립 각이 상기 목표값에 미달하는 정도에 따라서 상기 펄스폭의 증분을 결정하는

RF 펄스 튜닝 장치.
제 5 항에 있어서,

상기 목표값은 90°인

RF 펄스 튜닝 장치.
제 5 항에 있어서,

상기 목표값은 180°인

RF 펄스 튜닝 장치.
스핀의 플립 각이 목표값에 일치하도록 여기용의 RF 펄스를 튜닝하는 장치에 있어서,

상기 스핀의 플립 각이 중간 목표값에 일치할 때까지 상기 RF 펄스의 펄스폭을 사전 결정된 초기값으로부터 연속적으로 증가시키는 펄스폭 조정 장치와,

상기 스핀의 플립 각을 상기 중간 목표값보다 더 작은 최종 목표값에 일치시키는 RF 펄스의 제 1 세트의 조건을 상기 스핀의 플립 각을 상기 중간 목표값에 일치시키는 RF 펄스의 제 2 세트의 조건 -상기 제 2 세트의 조건은 RF 펄스의 복수의 진폭 중 최대 진폭을 포함함- 으로부터 계산하는 계산 장치를 포함하는

RF 펄스 튜닝 장치.
제 9 항에 있어서,

상기 계산 장치는 상기 RF 펄스의 복수의 진폭값 중 최대값에서의 펄스폭을 계산하는

RF 펄스 튜닝 장치.
제 9 항에 있어서,

상기 RF 펄스의 진폭 중 하나가 복수의 값 중 최대치로 상승될 때 상기 플립 각이 상기 목표값에 도달하는 지의 여부를 판정하는 플립 각 판정부를 더 포함하고,

상기 펄스폭 조정 장치는 상기 플립 각의 상기 목표값에 미달하는 정도에 따라서 상기 펄스폭의 증분을 결정하는

RF 펄스 튜닝 장치.
제 9 항에 있어서,

상기 중간 목표값은 90°인

RF 펄스 튜닝 장치.
제 9 항에 있어서,

상기 중간 목표값은 180°인

RF 펄스 튜닝 장치.