KR100742458B1 - Ｍｒ 화상 생성 방법 및 ｍｒｉ 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 목적은 복수의 코일(101(i))을 이용하여, 적은 개수의 산술 연산 및 짧은 처리 시간으로도 분리된 수분 화상 및 지방 화상을 생성하는 것이다. 수분 신호와 지방 신호 사이에 위상차를 발생시키지 않는 펄스 시퀀스를 인가하여 피검체(subject)에 의해 유도된 NMR 신호를, 보디 코일(body coil)(101(0)) 및 수신 코일(101(I))을 이용하여 서로에 대해 병렬로 수신함으로써 교정 데이터 항목이 획득된다. 수분 신호와 지방 신호 사이에 위상차를 이용하여 신호를 서로에 대해 구별하는 펄스 시퀀스를 인가하여 피검체에 의해 유도된 NMR 신호를 수신 코일(101(I))을 이용하여 서로 병렬로 수신함으로써, 각각의 코일(101(I))에 의해 검출된 실제 데이터 항목을 획득한다. 교정 데이터 항목과 실제 데이터 항목으로부터 합성 화상을 생성한다. 합성 화상으로부터 수분 화상과 지방 화상을 생성한다.

Description

ＭＲ 화상 생성 방법 및 ＭＲＩ 장치{MR IMAGE PRODUCTION METHOD AND MRI APPARATUS}
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 MRI 장치의 구성을 도시하는 블록도.
도 2는 제 1 실시예에 따른 MR 화상 생성 처리를 도시하는 흐름도.
도 3은 교정 데이터 획득용 펄스 시퀀스의 일례를 도시하는 설명도.
도 4는 실제 데이터 획득용 펄스 시퀀스의 일례를 도시하는 설명도.
도 5는 실제 데이터 획득용 펄스 시퀀스의 일례를 도시하는 설명도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
100 : MRI 시스템 101 : 마그네트 어셈블리
101G : 구배 코일 101T : 송신 코일
101C : 정자장 코일 101(0) : 보디 코일
101(1) 내지 101(I) : 수신 코일
102 : 정자장 전원 103 : 구배 코일 구동 회로
104 : RF 전력 증폭기
105(0), 105(1), ..., 105(I) : 전치증폭기
106 : 표시 디바이스 107 : 컴퓨터
108 : 시퀀스 저장 회로 109 : 게이트 변조 회로
110 : RF 발진 회로 111 : 선택기
112(1), 112(2), ..., 112(m) : 수신기
본 발명은, MR(Magnetic Resonance) 화상 생성 방법 및 MRI(Magnetic Resonance Imaging) 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 복수의 코일을 이용하여, 적은 개수의 산술 연산 또한 짧은 처리 시간으로도 정확하게 분리된 수분 화상과 지방 화상을 획득할 수 있는 MR 화상 생성 방법 및 MRI 시스템에 관한 것이다.
종래 기술에서, LCSSFP(linear combination steady-state free precession) 기법, 딕슨(Dixon) 기법 또는 3-포인트 딕슨(Dixon) 기법 등과 같은 분리된 수분 화상 및 지방 화상 생성 방법, 즉, 수분 화상과 지방 사이의 위상차를 이용하여 수분 화상 또는 지방 화상을 생성하는 기술이 알려져 있다(예컨대, 특허 문헌 1, 특허 문헌 2, 비특허 문헌 1 참조).
다른 한편으로, 제곱합(sum-of-square) 방법 등의 화상 합성 방법 및 SENSE(sensitivity encoding) 방법에 속하는 병렬 이미징 기법, 즉, 피검체로부터 유도된 NMR(Nuclear Magnetic Resonance) 신호를 복수의 코일을 이용하여 서로 병 렬로 수신하고, 그 신호를 처리하여 하나의 MR 화상을 생성하는 기술이 알려져 있다(예를 들면, 특허 문헌 3 및 비특허 문헌 2 참조).
참고 문헌
특허 문헌 1 : 일본 특허 제 3353826 호 공보
특허 문헌 2 : 일본 특허 공개 제 2003-52667 호 공보
특허 문헌 3 : 일본 특허 공개 제 2003-79595 호 공보
비특허 문헌 1 : "Linear Combination Steady State Free Precession MRI"(Vasanawala et al., Magnetic Resonance in Medicine, Vol.43, 2000, pp.82-90)
비특허 문헌 2 : "SENSE: Sensitivity Encoding for Fast MRI"(Klaas P.Pruessmann et al., Magnetic Resonance in Medicine, Vol.42, 1999, pp.952-962)
복수의 코일을 이용하여 분리된 수분 화상-지방 화상을 생성하는 종래의 기법은, 예컨대 이하에 설명되는 단계(1) 내지 단계(4)를 포함한다.
(1) 지방 신호가 수분 신호로부터 -90°의 위상차를 갖게 하는 펄스 시퀀스를 인가하여 피검체부터 유도된 NMR 신호를 I(≥2)개의 코일을 이용하여 서로 병렬로 수신함으로써 코일과 연관된 복소수 화상 H-R(1) 내지 H-R(I)을 생성한다.
(2) 지방 신호가 수분 신호로부터 +90°의 위상차를 갖게 하는 펄스 시퀀스 를 인가하여 피검체부터 유도된 NMR 신호를 I(≥2)개의 코일을 이용하여 서로 병렬로 수신함으로써 코일과 연관된 복소수 화상 H+R(1) 내지 H+R(I)을 생성한다.
(3) 코일과 연관된 수분 화상 w(i)=H-R(i)+H+R(i)을 생성하고, 코일과 연관된 지방 화상 f(i)=H-R(i)-H+R(i)을 생성한다(여기에서 i=1,2, ..., I임).
(4) 병렬 이미지 기법에 기초한 제곱합(sum-of-square)을 이용하여 코일과 연관된 수분 화상 w(i)를 합성함으로써 하나의 수분 화상 W를 생성한다. 마찬가지로, 코일과 연관된 지방 화상 f(i)를 합성하여 하나의 지방 화상 F를 생성한다.
그러나, 상술된 방법에 따르면, 단계(3)에서 코일의 개수와 동일한 회수만큼 산술 연산이 되풀이되어야 한다. 이는 전체 산술 연산의 개수가 증가되고 처리 시간이 증가되는 문제점이 있다.
또한, 복수의 코일을 이용하여 분리된 수분 화상 및 지방 화상을 생성하는 임의의 다른 종래의 방법 및 임의의 다른 종래의 병렬 이미징 기법을 조합하여 이용할 수 있다. 그러나, 종래의 병렬 이미징 기법은 스캔 시간의 단축을 위해 구배 에코 생성 펄스 시퀀스(gradient echo production pulse sequence)를 이용한다. 구배 에코 생성 펄스 시퀀스에서는 교정 데이터의 수분 신호와 지방 신호 사이에 위상차가 발생한다. 그러므로, 실제 데이터에 포함된 수분 신호와 지방 신호 사이의 위상차가 합성 동안에 손실된다. 이는 분리된 수분 및 지방 화상이 정확히 생성될 수 없다는 문제를 발생시킨다.
그러므로, 본 발명의 목적은 복수의 코일을 이용하여, 적은 개수의 산술 연산 또한 짧은 처리 시간으로, 정확한 분리된 수분 및 지방 화상을 생성할 수 있는 MR 화상 생성 방법 및 MRI 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 제 1 관점에 따르면, MR 화상 생성 방법이 제공되는데, 이 방법은 수분 신호(water signal)와 지방 신호(fat signal) 사이에 위상차를 유발하지 않는 펄스 시퀀스(pulse sequence)를 인가하여 코일의 감도 분포를 제공하는 교정 데이터 항목(calibration data items)을 획득하는 교정 스캔 단계와, 수분 신호와 지방 신호 사이의 위상차를 이용하여 그 두 신호를 분리하는 펄스 시퀀스를 인가하여 피검체(subject)부터의 유도된 NMR 신호를 I(≥2)개의 코일을 이용하여 서로 병렬로 수신하고, 각각의 코일에 의해 검출된 실제 데이터 항목을 획득하는 실제 스캔 단계와, 위상 인코딩 방향의 에일리어싱(aliasing)을 제거하도록 각각의 코일에 의해 검출된 실제 데이터 항목과 교정 데이터 항목에 대한 산술 연산을 수행함으로써 합성 화상을 생성하는 합성 단계와, 합성 화상으로부터 수분 화상과 지방 화상 중 적어도 하나를 생성하는 수분 화상-지방 화상 분리 단계를 포함한다.
제 1 관점에 따른 MR 화상 생성 방법에서는, 다수의 산술 연산 및 긴 처리 시간을 요구하는 수분 화상-지방 화상 분리 단계가 각 코일에 대해 실행되는 것이 아니라 합성 화상에 대해 실행된다. 이것에 의해 산술 연산의 개수가 감소되고 처리 시간이 단축된다.
본 발명의 제 2 관점에 따르면, 제 1 관점에 의한 MR 화상 생성 방법은 교정 스캔 단계를 포함하고, 이러한 교정 스캔 단계는 스핀 에코 생성 펄스 시퀀스(spin echo production pulse sequence)를 이용한다.
제 2 관점에 따른 MR 화상 생성 방법에서, 스핀 에코 생성 펄스 시퀀스를 이용하기 때문에 교정 데이터를 제공하는 검출된 수분 신호와 지방 신호가 위상차를 갖지 않는다. 실제 데이터를 검출할 수 있게 하는 수분 신호와 지방 신호 사이의 위상차는 합성 동안에 그대로 유지된다(교정 데이터에 의해 간섭받지 않음). 결과적으로, 합성이 완료된 후에 수분 화상 지방 화상 분리 과정이 정확하게 실행될 수 있다.
종래의 병렬 이미징 기법에 따르면, 스캔 시간의 단축을 위해서 구배 에코 생성 펄스 시퀀스를 이용한다. 그러나, 구배 에코 생성 펄스 시퀀스에서는 교정 데이터의 수분 신호와 지방 신호 사이에 위상차가 발생한다. 그러므로, 실제 데이터가 검출되는 수분 신호와 지방 신호의 위상차가 합성 동안에 손실된다(교정 데이터에 의해 간섭됨). 따라서, 합성이 완료된 후에, 수분 화상-지방 화상 분리가 실행될 수 없다.
본 발명의 제 3 관점에 따르면, 제 2 관점에 따른 MR 화상 생성 방법에 이용되는 스핀 에코 생성 펄스 시퀀스는 SE(spin echoes)의 열(train)을 생성하는 90°펄스-180°펄스의 펄스 시퀀스, FSE(fast spin echo)의 열을 생성하는 90°펄스-반복된 180°펄스의 펄스 시퀀스 또는 슬라이스 방향(slicing direction)에서도 위상 인코딩을 위해 이용되는 FSE의 3차원 열을 생성하는 펄스 시퀀스이다.
제 3 관점에 따른 MR 화상 생성 방법에서 SE의 열, FSE의 열 또는 FSE의 3차 원 열을 생성하는 펄스 시퀀스를 스핀 에코 생성 펄스 시퀀스로 이용할 수 있다.
본 발명의 제 4 관점에 따르면, 제 1 관점 내지 제 3 관점 중 어느 하나에 따른 MR 화상 생성 방법에 포함된 교정 스캔 단계에서, I개의 코일 및 보디 코일은 교정 데이터를 획득하기 위해 이용된다.
제 4 관점에 따른 MR 화상 생성 방법에 있어서, 합성 단계에서 I개의 코일에 의해 검출된 교정 데이터 항목 c(i)로부터 복소수 화상 C(i)를 생성하고, 보디 코일에 의해 검출된 교정 데이터 c(0)로부터 복소수 화상 C(0)를 생성한다. 코일과 연관된 각각의 복소수 화상 C(i)는 보디 코일과 연관된 복소수 화상 C(0)로 나누고, 그것에 의해 각 코일의 감도맵 s(i)가 획득된다. 순서대로 정렬된 코일의 감도맵 s(i)를 갖는 감도 매트릭스 S와, 순서대로 정렬된 각 코일에 의해 검출된 실제 데이터 항목 h(i)로부터 생성된 복소수 화상 H(i)를 갖는 화상 매트릭스 A에 기초하여 합성 화상 V를 구할 수 있다.
Figure 112005050231101-pat00001
여기에서 SH는 S의 수반 행렬(conjugate transpose)이고, ψ는 노이즈 상관 매트릭스(noise correlation matrix)이다. 노이즈 상관 매트릭스가 이용되지 않는다면, ψ은 단위 행렬을 지칭한다. 이 계산은, 픽셀마다 행해진다.
상기 식은 비특허 문헌 2("SENSE: sensitivity encoding for fast MRI"(Klaas P.Pruessmann et al., Magnetic Resonance in Medicine, Vol.42, 1999, pp.952-962))에 기재되어 있다.
본 발명의 제 5 관점에 따르면, 제 1 관점 내지 제 3 관점 중 어느 하나에 따른 MR 화상 생성 방법에 포함된 교정 스캔 과정에서, I개의 코일만을 이용하여 교정 데이터를 획득할 수 있다.
제 5 관점에 따른 MR 화상 생성 방법에 있어서, 합성 단계에서 I개의 코일에 의해 검출된 교정 데이터 항목 c(i)로부터 복소수 화상 C(i)를 생성하고, 복소수 화상 C(i)에 제곱합 방법을 적용하여 각 코일의 감도맵 s(i)를 생성한다. 순서대로 정렬된 코일의 감도맵 s(i)를 갖는 감도 매트릭스 S와, 순서대로 정렬된 코일에 의해 검출된 실제 데이터 항목 h(i)로부터 생성된 복소수 화상 H(i)를 갖는 화상 매트릭스 A에 기초하여 합성 화상 V를 구할 수 있다.
Figure 112005050231101-pat00002
상기 식은 비특허 문헌 2("SENSE: sensitivity encoding for fast MRI"(Klaas P.Pruessmann et al., Magnetic Resonance in Medicine, Vol.42, 1999, pp.952-962))에 기재되어 있다.
본 발명의 제 6 관점에 따르면, 제 1 관점 내지 제 5 관점 중 어느 한 관점에 따른 MR 화상 생성 방법에 포함되는 실제 스캔 과정에서, 수분 신호와 지방 신호 사이에 2π/n(n≥2)의 위상차를 발생시키는 펄스 시퀀스를 인가하여 각각의 코일에 의해 검출된 실제 데이터 항목을 획득한다. 합성 단계에서, 각각의 코일에 의해 검출된 교정 데이터 항목으로부터 복소수 화상 C(i)를 생성하고, 각각의 코일에 의해 검출된 실제 데이터 항목으로부터 복소수 화상 H(i)를 생성하며, 복소수 화상 C(i)와 복소수 화상 H(i)로부터 합성 화상 V를 생성한다. 수분 화상-지방 화상 분리 단계에서 합성 화상 V로부터 수분 화상 W 및 지방 화상 F 중 적어도 하나를 생성한다.
제 6 관점에 따른 MR 화상 생성 방법은 공지된 특허 문헌 1(일본 특허 번호 제 3353826 호 공보)에 기재되어 있는 기술을 본 발명에 응용한 것이다.
본 발명의 제 7 관점에 따르면, 제 1 관점 내지 제 5 관점 중 어느 하나에 따른 MR 화상 생성 방법에 포함되는 실제 스캔 과정에서, 딕슨 기법(Dixon technique)으로 정의된 펄스 시퀀스를 인가하여 각각의 코일에 의해 검출된 실제 데이터 항목을 획득한다. 합성 단계에서 각각의 코일에 의해 검출된 교정 데이터 항목으로부터 복소수 화상 C(i)를 생성하고, 각각의 코일에 의해 검출된 실제 데이터 항목으로부터 복소수 화상 H1(i) 및 H2(i)를 생성하며, 복소수 화상 C(i)와 복소수 화상 H1(i)로부터 합성 화상 V1을 생성하고, 복소수 화상 C(i)와 복소수 화상 H2(i)로부터 합성 화상 V2를 생성한다. 수분 화상-지방 화상 분리 단계에서, 합성 화상 V1 및 V2로부터 수분 화상 W 및 지방 화상 F 중 적어도 하나를 생성한다.
제 7 관점에 따른 MR 화상 생성 방법에서, 공지된 딕슨 방법을 본 발명에 응용한 것이다.
본 발명의 제 8 관점에 따르면, 제 1 관점 내지 제 5 관점 중 어느 하나에 따른 MR 화상 생성 방법에 포함되는 실제 스캔 과정에서, 3-포인트 딕슨 기법으로 정의되는 펄스 시퀀스를 인가하여 각각의 코일에 의해 검출된 실제 데이터 항목을 획득한다. 합성 단계에서, 각각의 코일에 의해 검출된 교정 데이터 항목으로부터 복소수 화상 C(i)를 생성하고, 각각의 코일에 의해 검출된 실제 데이터 항목으로부 터 복소수 화상 H1(i), H2(i) 및 H3(i)을 생성한다. 복소수 화상 C(i)와 복소수 화상 H1(i)로부터 합성 화상 V1을 생성하고, 복소수 화상 C(i)와 복소수 화상 H2(i)로부터 합성 화상 V2를 생성하며, 복소수 화상 C(i)와 복소수 화상 H3(i)으로부터 합성 화상 V3을 생성한다. 수분 화상-지방 화상 분리 단계에서 합성 화상 V1, V2 및 V3으로부터 수분 화상 W 및 지방 화상 F 중 적어도 하나를 생성한다.
제 8 관점에 따른 MR 화상 생성 방법은, 공지된 3포인트 딕슨 기법을 본 발명에 응용한 것이다.
본 발명의 제 9 관점에 따르면, MRI 장치가 제공되는데, 이 장치는 보디 코일(body coil)과, I(≥2)개의 코일과, 수분 신호와 지방 신호 사이에 위상차를 유발하지 않는 펄스 시퀀스를 인가하여 코일의 감도 분포를 제공하는 교정 데이터 항목을 획득하는 교정 스캔 수단과, 수분 신호와 지방 신호 사이의 위상차를 이용하여 그 두 신호를 분리하는 펄스 시퀀스를 인가하여 피검체부터의 유도된 NMR 신호를 I(≥2)개의 코일을 이용하여 서로 병렬로 수신하고, 각각의 코일에 의해 검출된 실제 데이터 항목을 획득하는 실제 스캔 수단과, 위상 인코딩 방향의 에일리어싱을 제거하도록 각각의 코일에 의해 검출된 실제 데이터 항목과 교정 데이터 항목에 대한 산술 연산을 수행함으로써 합성 화상을 생성하는 합성 수단과, 합성 화상으로부터 수분 화상과 지방 화상 중 적어도 하나를 생성하는 수분 화상-지방 화상 분리 수단을 포함한다.
제 9 관점에 따른 MRI 장치에서, 제 1 관점에 따른 MR 화상 생성 방법을 적합하게 실시할 수 있다.
본 발명의 제 10 관점에 따르면, 제 9 관점에 따른 MRI 장치에 포함된 교정 스캔 수단은 스핀 에코 생성 펄스 시퀀스를 이용한다.
제 10 관점에 따른 MRI 장치에서, 제 2 관점에 따른 MR 화상 생성 방법을 적합하게 실시할 수 있다.
본 발명의 제 11 관점에 따르면, 제 10 관점에 따른 MRI 장치에서 이용되는 스핀 에코 생성 펄스 시퀀스는 SE(spin echoes)의 열(train)을 생성하는 90°펄스-180°펄스의 펄스 시퀀스, FSE(fast spin echo)의 열을 생성하는 90°펄스-반복된 180°펄스의 펄스 시퀀스 또는 슬라이스 방향에서도 위상 인코딩을 위해 이용되는 FSE의 3차원 열을 생성하는 펄스 시퀀스이다.
제 11 관점에 따른 MRI 장치에서, 제 3 관점에 따른 MR 화상 생성 방법을 적합하게 실시할 수 있다.
본 발명의 제 12 관점에 따르면, 제 9 관점 내지 제 11 관점 중 어느 하나에 따른 MRI 장치에 포함되는 교정 스캔 수단은 I개의 코일 및 보디 코일을 이용하여 교정 데이터를 획득한다.
제 12 관점에 따른 MRI 장치에서 제 4 관점에 따른 MR 화상 생성 방법을 적합하게 실시할 수 있다.
본 발명의 제 13 관점에 따르면, 제 9 관점 내지 제 11 관점 중 어느 하나의 관점에 따른 MRI 장치 내에 포함된 교정 스캔 수단은 I개의 코일만을 이용하여 교정 데이터를 획득한다.
제 13 관점에 따른 MRI 장치에서, 제 5 관점에 따른 MR 화상 생성 방법을 적 합하게 실시할 수 있다.
본 발명의 제 14 관점에 따르면, 제 9 관점 내지 제 13 관점 중 어느 하나에 따른 MRI 장치 내에 포함된 실제 스캔 수단은 수분 신호와 지방 신호 사이에 2π/n(n≥2)의 위상차를 발생시키는 펄스 시퀀스를 인가하여 각각의 코일에 의해 검출된 실제 데이터 항목을 획득한다. 합성 수단은 각각의 코일에 의해 검출된 교정 데이터 항목으로부터 복소수 화상 C(i)를 생성하고, 각각의 코일에 의해 검출된 실제 데이터 항목으로부터 복소수 화상 H(i)를 생성하며, 복소수 화상 C(i)와 복소수 화상 H(i)로부터 합성 화상 V를 생성한다. 수분 화상-지방 화상 분리 수단은 합성 화상 V로부터 수분 화상 W 및 지방 화상 F 중 적어도 하나를 생성한다.
제 14 관점에 따른 MRI 장치에서, 제 6 관점에 따른 MR 화상 생성 방법을 적합하게 실시할 수 있다.
본 발명의 제 15 관점에 따르면, 제 9 관점 내지 제 13 관점 중 어느 하나에 따른 MRI 장치 내에 포함된 실제 스캔 수단은 딕슨 기법으로 정의된 펄스 시퀀스를 인가하여 각각의 코일에 의해 검출된 실제 데이터 항목을 획득한다. 합성 수단은 각각의 코일에 의해 검출된 교정 데이터 항목으로부터 복소수 화상 C(i)를 생성하고, 각각의 코일에 의해 검출된 실제 데이터 항목으로부터 복소수 화상 H1(i) 및 H2(i)를 생성하며, 복소수 화상 C(i)와 복소수 화상 H1(i)로부터 합성 화상 V1을 생성하고, 복소수 화상 C(i)와 복소수 화상 H2(i)로부터 합성 화상 V2를 생성한다. 수분 화상-지방 화상 분리 수단은 합성 화상 V1 및 V2로부터 수분 화상 W 및 지방 화상 F 중 적어도 하나를 생성한다.
제 15 관점에 따른 MRI 장치에서, 제 7 관점에 따른 MR 화상 생성 방법을 적합하게 실시할 수 있다.
본 발명의 제 16 관점에 따르면, 제 9 관점 내지 제 13 관점 중 어느 하나에 따른 MR 화상 생성 방법에 포함되는 실제 스캔 수단은 3-포인트 딕슨 기법으로 정의되는 펄스 시퀀스를 인가하여 각각의 코일에 의해 검출된 실제 데이터 항목을 획득한다. 합성 수단은 각각의 코일에 의해 검출된 교정 데이터 항목으로부터 복소수 화상 C(i)를 생성하고, 각각의 코일에 의해 검출된 실제 데이터 항목으로부터 복소수 화상 H1(i), H2(i) 및 H3(i)을 생성하며, 복소수 화상 C(i)와 복소수 화상 H1(i)로부터 합성 화상 V1을 생성하고, 복소수 화상 C(i)와 복소수 화상 H2(i)로부터 합성 화상 V2를 생성하며, 복소수 화상 C(i)와 복소수 화상 H3(i)으로부터 합성 화상 V3을 생성한다. 수분 화상-지방 화상 분리 수단은 합성 화상 V1, V2 및 V3으로부터 수분 화상 W 및 지방 화상 F 중 적어도 하나를 생성한다.
제 16 관점에 따른 MRI 장치에서, 제 8 관점에 따른 MR 화상 생성 방법을 적합하게 실시할 수 있다.
본 발명에 따른 MR 화상 생성 방법 및 MRI 장치는 수분 화상 및 지방 화상을 생성하는 데 이용될 수 있다.
본 발명의 MR 화상 생성 방법 및 MRI 장치에 따르면, 복수의 코일을 이용하여 적은 개수의 산술 연산 및 짧은 처리 시간으로도, 정확한 분리된 수분 화상-지방 화상을 얻을 수 있다.
본 발명의 다른 목적 및 이점은 첨부된 도면에서 나타난 바와 같은 본 발명 의 바람직한 실시예에 대한 이하의 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명은 예시적으로 도면에 도시된 실시예를 이용하여 보다 상세하게 설명될 것이다. 본 발명은 이러한 실시예로 한정되지 않는다는 것을 유의하라.
(제 1 실시예)
도 1은 제 1 실시예에 따른 MRI 장치(100)를 나타내는 블럭도이다.
이 MRI 장치(100)에 있어서, 마그네트 어셈블리(101)는 내부에 피검체가 들어갈 수 있도록 형성된 구멍(bore)을 구비한다. 피검체에 일정한 정자장(static magnetic field)을 인가하는 정자장 코일(101C)과, 각각 X축, Y축, Z축의 구배 자기장을 유도하기 위한 구배 코일(101G)과, 피검체 내의 원자핵의 스핀을 여기(excited)하는 RF 펄스를 인가하는 송신 코일(101T)과, 피검체에 의해 유도된 NMR 신호를 수신하기 위한 보디 코일(101(0)) 및 I-채널의 수신 코일(101(1), …, 101(I))이 구멍 주위를 둘러싸도록 정렬되어 있다.
정자장 코일(101C), 구배 코일(101G), 송신 코일(101T)은, 정자장 전원(static magnetic field power supply)(102), 구배 코일 구동 회로(103), RF 전력증폭기(104)에 각각 접속되어 있다. 또한, 보디 코일(101(0)) 및 수신 코일(101(1), …, 101(I))은 각각 전치 증폭기(105(0)) 및 전치 증폭기(105(1),…,105(I))에 접속되어 있다.
보디 코일(101(0))은 송신 코일(101T)로서 사용될 수 있다.
또한, 정자장 코일(101C) 대신에 영구 자석을 이용할 수 있다.
시퀀스 저장 회로(108)는 컴퓨터(107)로부터의 커맨드에 응답하여 저장된 펄스 시퀀스에 따라서 구배 코일 구동 회로(103)를 작동시켜서, 구배 코일(101G)이 구배 자장을 발생시키게 한다. 또한, 시퀀스 저장 회로(108)는 게이트 변조 회로(109)를 조작하여, RF 발진 회로(110)의 반송파 출력 신호(carrier output signal)를 사전 결정된 타이밍·사전 결정된 포락선 형상·사전 결정된 위상을 갖는 펄스 형상 신호(pulsating signal)로 변조한다. 펄스 형상 신호는 RF 펄스로서 RF 전력 증폭기(104)에 인가된다. 펄스 형상 신호가 RF 전력 증폭기(104)에 의해 증폭된 뒤에, 그 신호는 송신 코일(101T)에 인가된다.
선택기(111)는 보디 코일(101(0)) 및 수신 코일(101(1), …, 101(I))에 의해 수신되어 전치 증폭기(105(0)) 및 전치 증폭기(105(1), …, 105(I))에 의해 증폭된 NMR 신호를, m개의 수신기(112(1), 112(2), …, 112(m))에 전달한다. 선택기(111)의 내용물은 보디 코일(101(0)), 수신 코일(101(1), …, 101(I))과 수신기(112(1), 112(2), …, 112(m))의 연관 관계를 변동시킬 수 있게 한다.
수신기(112(1), 112(2), …, 112(m))는 NMR 신호를 아날로그 형태로부터 디지털 형태로 변환하고, 결과적인 디지털 신호를 컴퓨터(107)에 입력한다.
컴퓨터(107)는 수신기(112)로부터 디지털 신호를 판독하고, 그것을 처리하여 MR 화상을 생성한다. 또한, 컴퓨터(107)는, 조작 콘솔(operator console)(113)에서 입력된 정보를 수신하고, 그에 따라 전체 제어를 담당한다.
화상이나 메시지는 표시 디바이스(106) 상에 표시된다.
도 2는 제 1 실시예에 따른 MR 화상 생성 처리를 나타내는 흐름도이다.
단계 Q1에서, 수분 신호와 지방 신호 사이에 위상차를 유발하지 않는 펄스 시퀀스를 인가하여 피검체부터의 NMR 신호를 보디 코일(101(0)), 수신 코일(101(1), …, 101(I))을 이용하여 서로 병렬로 수신한다. 각 코일에 의해 검출된 교정 데이터 항목 c(0), c(1), …, c(I)를 획득한다.
도 3은 수분 신호와 지방 신호 사이에 위상차를 유발하지 않는 펄스 시퀀스를 나타낸다.
이러한 교정 데이터 획득용 펄스 시퀀스 CS에 따르면, 우선, 90°의 플립각(flip angle)을 유발하는 여기 펄스(excitation pulse) R과, 슬라이스 선택 자장 구배(slice selective magnetic field gradient) ss를 인가한다. 다음에, 180°의 플립각을 유발하는 제 1 반전 펄스 P1과 슬라이스 선택 자장 구배 ss를 인가하고, 위상 인코딩 자장 구배 gyli를 인가한다. 다음에, 판독 자장 구배(readout magnetic field gradient) gx를 인가하면서, 에코 e1을 NMR 신호로서 수신한다. 그 후, 리와인드 펄스 gy1r을 인가한다.
다음에, 제 2 반전 펄스 P2와 슬라이스 선택 자장 구배 ss를 인가하고, 위상 인코딩 펄스 gy2i를 인가한다. 판독 자장 구배 gx를 인가하면서, 에코 e2를 NMR 신호로서 수신한다. 그 후, 리와인드 펄스 gy2r을 인가한다.
이하에서 상술된 것과 동일한 방식으로 NMR 신호의 수신을 반복한다.
이 때, 구배 코일(101G)에 의해 정의된 X축, Y축, Z축은 슬라이스 축, 위상 인코딩 축, 판독 축을 결정한다.
도 3에 도시된 교정 데이터 획득용 펄스 시퀀스 CS는 FSE의 열을 생성하기 위한 펄스 시퀀스이다. 이와 다르게, SE의 열을 생성하는 펄스 시퀀스이거나 FSE의 3차원 열을 생성하는 펄스 시퀀스를 적용하여 교정 데이터 c(0), c(1), …, c(I)를 획득할 수 있다.
도 2를 다시 참조하면, 단계 Q2에서 수분 신호와 지방 신호 사이의 위상차를 이용하여 두 신호를 서로에 대해 구별하는 펄스 시퀀스를 인가하여 피검체에 의해 유도된 NMR 신호를 각각의 수신 코일(101(1), …, 101(I))을 이용하여 서로에 대해 병렬로 수신한다. 코일에 의해 검출된 실제 데이터 항목 h(1), …, h(I)를 획득한다.
도 4 및 도 5는 수분 신호와 지방 신호 사이의 위상차를 이용하여 양자를 구별하는 펄스 시퀀스를 나타낸다.
도 4에 도시된 실제 데이터 획득용 펄스 시퀀스 HS1에 있어서, 수분 신호와 지방 신호가 그 화학적 시프트(chemical shifts)에 기인하여 서로 반대 위상(out-of-phase)이 되는 기간인 반대 위상 시간 T_out은 반복 시간 TR로 채택된다. RF 펄스의 위상을 0×φ1, 1×φ1, 2×φ1, 3× φ1,…의 순서대로 변동시키는 정상 상태 펄스 시퀀스(여기에서 φ1=3π/2임)를 인가하여 실제 데이터 h1(1), …, h1(I)을 획득한다.
또한, 도 5의 실제 데이터 획득용 펄스 시퀀스 HS2에 있어서, 수분 신호와 지방 신호가 그 화학적 시프트에 기인하여 서로 반대 위상이 되는 기간인 반대 위상 시간 T_out은 반복 시간 TR로 채택된다. RF 펄스의 위상을 0×φ2, 1×φ2, 2 ×φ2, 3× φ2,…의 순서대로 변동시키는 정상 상태 펄스 시퀀스(여기에서 φ2=π/2임)를 인가하여 실제 데이터 h2(1), …, h2(I)를 획득한다.
도 4, 및 도 5에 도시된 실제 데이터 획득용 펄스 시퀀스 HS1, HS2는 LCSSFP 방법으로 정의된 펄스 시퀀스이다.
도 2를 다시 참조하면, 단계 Q3에서, 교정 데이터 항목 c(0), c(1), …, c(I)와 실제 데이터 h(0), h(1), …, h(I)를 기초로, 예컨대 이하에 설명되는 절차에 따라서 합성 화상 V를 생성한다.
(1) 교정 데이터 항목 c(0), c(1), …, c(I)로부터 각각 생성된 복소수 화상 C(0), C(1),…, C(I)를 생성한다. 각각의 보디 코일(101(0))에 의해 검출된 데이터로부터 생성된 복소수 화상 C(0)를 가지고 각 수신 코일에 의해 검출된 데이터 항목으로부터 생성된 복소수 화상 C(1), …, C(I)를 나눠서 각 수신 코일의 감도맵 s(1), …, s(I)를 구한다. 감도맵 s(1)∼s(I)를 순서대로 정렬함으로써 감도 매트릭스 S를 형성한다.
(2) 실제 데이터 항목 h1(1), …, h1(I)로부터 각각 복소수 화상 H(1), …, H1(I)을 생성하고, 이러한 복소수 화상 H1(1), …, H1(I)을 순서대로 정렬함으로써 복소수 화상 매트릭스 A1을 형성한다.
(3) 실제 데이터 항목 h2(1), …, h2(I)로부터 각각 복소수 화상 H2(1), …, H2(I)를 생성하고 이러한 복소수 화상 H2(1), …, H2(I)를 순서대로 정렬함으로써 복소수 화상 매트릭스 A2를 형성한다.
(4) 감도 매트릭스 S와 복소수 화상 매트릭스 A1에 기초하여 다음의 식에 따 라서 합성 화상 V1을 구한다.
Figure 112005050231101-pat00003
(5) 감도 매트릭스 S와 복소수 화상 매트릭스 A2에 기초하여 다음의 식에 따라서 합성 화상 V2를 구한다.
Figure 112005050231101-pat00004
단계 Q4에서, 예를 들면 이하에 설명되는 계산을 실행하는 절차에 따라서 합성 화상 V로부터 수분 화상 W와 지방 화상 F를 생성한다.
Figure 112005050231101-pat00005
제 1 실시예의 MRI 장치(100)에 따르면, 다수의 산술 연산 및 긴 처리 시간을 필요로 하는 수분 화상-지방 화상 분리 처리(단계 Q4)를, 각각의 코일마다 실행하는 것이 아니라, 합성 화상 V에 대해서 실행한다. 결과적으로, 산술 연산의 개수가 감소되고 처리 시간이 짧아진다. 또한, 스핀 에코 생성 펄스 시퀀스가 교정 스캔에서 이용되기 때문에, 교정 데이터 c가 검출되게 하는 수분 신호와 지방 신호 사이에 위상차가 존재하지 않는다. 그러므로, 실제 데이터 h가 검출되게 하는 수분 신호와 지방 신호 사이의 위상차는 합성 단계(단계 Q3)가 완료된 후에도 그대로 유지된다(이러한 위상차는 교정 데이터 c에 의해 간섭되지 않는다). 따라서, 합성 단계(단계 Q3)가 완료된 후에, 수분 화상-지방화상 분리 단계(단계 Q4)가 정확히 실행될 수 있다.
(제 2 실시예)
보디 코일(101(0))이 수신에 이용되지 않고, 수신 코일(101(1), …, 101(I))만이 수신에 이용될 수 있는데, 수신 코일에 의해 교정 데이터 항목 c(1), …, c(I)를 검출하고, 제곱합 방법을 이용하여 감도 맵 s(1), …, s(I)를 구할 수도 있다.
(제 3 실시예)
특허 문헌 1(일본 특허 번호 제 3353826 호 공보)에 기재되어 있는 방법을 본 발명에 적용할 수 있다.
그 경우, 실제 스캔 단계(단계 Q2)에서 수분 신호와 지방 신호 사이에 2π/n(n≥2)의 위상차를 생성하는 펄스 시퀀스를 인가하여 각각의 코일에 의해 검출되는 데이터 항목을 획득한다. 합성 단계(단계 Q3)에서, 각 코일에 의해 검출된 교정 데이터로부터 복소수 화상 C(i)를 생성하고, 각 코일에 의해 검출된 실제 데이터 항목으로부터 코일마다의 복소수 화상 H(i)를 생성한다. 복소수 화상 C(i) 및 복소수 화상 H(i)로부터 합성 화상 V를 생성한다. 수분 화상-지방 화상 분리 단계(단계 Q4)에서, 합성 화상 V로부터 수분 화상 W 및 지방 화상 F 중 적어도 하나를 생성한다.
(제 4 실시예)
딕슨 방법을 본 발명에 적용할 수 있다.
이러한 경우에, 실제 스캔 단계(단계 Q2)에서 딕슨 방법으로 정의된 펄스 시퀀스를 인가하여 각 코일에 의해 검출되는 실제 데이터 항목을 획득한다. 합성 단계(단계 Q3)에서, 각 코일에 의해 검출된 교정 데이터 항목으로부터 복소수 화상 C(i)를 생성한다. 각 코일에 의해 검출된 실제 데이터 항목으로부터 복소수 화상 H1(i), H2(i)를 생성한다. 복소수 화상 C(i)와 복소수 화상 H1(i)로부터 합성 화상 V1을 생성하고, 복소수 화상 C(i)와 복소수 화상 H2(i)로부터 합성 화상 V2를 생성한다. 수분 화상-지방 화상 분리 단계(단계 Q4)에서, 합성 화상 V1과 V2로부터 수분 화상 W 및 지방 화상 F 중 적어도 하나를 생성한다.
(제 5 실시예)
3포인트 딕슨 방법을 본 발명에 적용할 수 있다.
이 경우에, 실제 스캔 단계(단계 Q2)에서, 3포인트 딕슨 방법으로 정의된 펄스 시퀀스를 인가하여 각각의 코일에 의해 검출된 실제 데이터 항목을 획득한다. 합성 단계(단계 Q3)에서 코일에 의해 검출된 교정 데이터로부터 복소수 화상 C(i)를 생성한다. 각 코일에 의해 검출된 실제 데이터 항목으로부터 복소수 화상 H1(i), H2(i) 및 H3(i)을 생성한다. 복소수 화상 C(i)와 복소수 화상 H1(i)로부터 합성 화상 V1을 생성하고, 복소수 화상 C(i)와 복소수 화상 H2(i)로부터 합성 화상 V2를 생성하며, 복소수 화상 C(i)와 복소수 화상 H3(i)으로부터 합성 화상 V3을 생성한다. 수분 화상-지방 화상 분리 단계(단계 Q4)에서 합성 화상 V1, V2 및 V3으로부터 수분 화상 W 및 지방 화상 F 중 적어도 하나를 생성한다.
(제 6 실시예)
지방 포화 RF 펄스(fat saturation RF pulse)를 이용하는 기법 또는 변동 평형 MR 기법(fluctuation equilibrium MR technique)을 본 발명에 적용할 수 있다.
본 발명의 정신 및 범주를 벗어나지 않으면서 본 발명의 여러 광범위한 실시예를 구성할 수 있다. 본 발명은 첨부된 청구항에 정의된 것을 제외하고는 명세서 내에 설명된 특정한 실시예로 한정되지 않는다는 것을 이해할 것이다.
본 발명은 복수의 코일을 이용하여, 적은 개수의 산술 연산 또한 짧은 처리 시간으로, 정확한 분리된 수분 및 지방 화상을 생성할 수 있는 MR 화상 생성 방법 및 MRI 장치를 제공한다.

Claims (10)

  1. MR 화상 생성 방법으로서,
    수분 신호(water signal)와 지방 신호(fat signal) 사이에 위상차를 유발하지 않는 펄스 시퀀스(pulse sequence)를 인가하여 코일(101(I))의 감도 분포를 제공하는 교정 데이터 항목(calibration data items)을 획득하는 교정 스캔 단계와,
    상기 수분 신호와 상기 지방 신호 사이의 위상차를 이용하여 상기 신호들을 서로 분리하는 펄스 시퀀스를 인가하여 피검체(subject)부터 유도된 NMR 신호를 I(≥2)개의 코일(101(I))을 이용하여 서로 병렬로 수신하고, 각각의 상기 코일(101(I))에 의해 검출된 실제 데이터 항목을 획득하는 실제 스캔 단계와,
    위상 인코딩 방향의 에일리어싱(aliasing)을 제거하도록 상기 각각의 코일(101(I))에 의해 검출된 상기 실제 데이터 항목과 상기 교정 데이터 항목에 대한 산술 연산을 수행함으로써 합성 화상을 생성하는 합성 단계와,
    상기 합성 화상으로부터 수분 화상과 지방 화상 중 적어도 하나를 생성하는 수분 화상-지방 화상 분리 단계
    를 포함하는 MR 화상 생성 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 교정 스캔 단계에서, 스핀 에코 생성 펄스 시퀀스(spin echo production pulse sequence)를 이용하는 MR 화상 생성 방법.
  3. MRI 장치(100)로서,
    보디 코일(body coil)(101(0))과,
    I(≥2)개의 코일(101(I))과,
    수분 신호와 지방 신호 사이에 위상차를 유발하지 않는 펄스 시퀀스를 인가하여 코일(101(I))의 감도 분포를 제공하는 교정 데이터 항목을 획득하는 교정 스캔 디바이스(108, 103, 110, 109, 104, 101)와,
    상기 수분 신호와 상기 지방 신호 사이의 위상차를 이용하여 상기 신호들을 서로 분리하는 펄스 시퀀스를 인가하여 피검체부터의 유도된 NMR 신호를 I(≥2)개의 코일(101(I))을 이용하여 서로 병렬로 수신하고, 각각의 상기 코일(101(I))에 의해 검출된 실제 데이터 항목을 획득하는 실제 스캔 디바이스(108, 103, 110, 109, 104, 101)와,
    위상 인코딩 방향의 에일리어싱을 제거하도록 상기 각각의 코일(101(I))에 의해 검출된 상기 실제 데이터 항목과 상기 교정 데이터 항목에 대한 산술 연산을 수행함으로써 합성 화상을 생성하는 합성 디바이스(107)와,
    상기 합성 화상으로부터 수분 화상과 지방 화상 중 적어도 하나를 생성하는 수분 화상-지방 화상 분리 디바이스(107)
    를 포함하는 MRI 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 교정 스캔 디바이스(108, 103, 110, 109, 104, 101)는 스핀 에코 생성 펄스 시퀀스를 이용하는 MRI 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 스핀 에코 생성 펄스 시퀀스는 SE(spin echoes)의 열(train)을 생성하는 90°펄스-180°펄스의 펄스 시퀀스 또는 FSE(fast spin echo)의 열을 생성하는 90°펄스-반복된 180°펄스의 펄스 시퀀스 또는 슬라이스 방향(slicing direction)에서도 위상 인코딩을 위해 이용되는 FSE의 3차원 열을 생성하는 펄스 시퀀스인 MRI 장치.
  6. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 교정 스캔 디바이스(108, 103, 110, 109, 104, 101)는 상기 I개의 코일(101(I)) 및 보디 코일(101(0))을 이용하여 교정 데이터를 획득하는 MRI 장치.
  7. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 교정 스캔 디바이스(108, 103, 110, 109, 104, 101)는 오로지 상기 I개의 코일(101(I))만을 이용하여 교정 데이터를 획득하는 MRI 장치.
  8. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실제 스캔 디바이스(108, 103, 110, 109, 104, 101)는 상기 수분 신호와 상기 지방 신호 사이에 2π/n(n≥2)의 위상차를 발생시키는 펄스 시퀀스를 인가하여 상기 각각의 코일(101(I))에 의해 검출된 상기 실제 데이터 항목을 획득하고,
    상기 합성 디바이스(107)는 상기 각각의 코일(101(I))에 의해 검출된 상기 교정 데이터 항목으로부터 복소수 화상 C(i)를 생성하고, 상기 각각의 코일(101(I))에 의해 검출된 상기 실제 데이터 항목으로부터 복소수 화상 H(i)를 생성하며, 상기 복소수 화상 C(i)와 상기 복소수 화상 H(i)로부터 합성 화상 V를 생성하고,
    상기 수분 화상-지방 화상 분리 디바이스는 상기 합성 화상 V로부터 수분 화상 W 및 지방 화상 F 중 적어도 하나를 생성하는
    MRI 장치.
  9. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실제 스캔 디바이스(108, 103, 110, 109, 104, 101)는 딕슨 기법(Dixon technique)으로 정의된 펄스 시퀀스를 인가하여 상기 각각의 코일(101(I))에 의해 검출된 상기 실제 데이터 항목을 획득하고,
    상기 합성 디바이스(107)는 상기 각각의 코일(101(I))에 의해 검출된 상기 교정 데이터 항목으로부터 복소수 화상 C(i)를 생성하고, 상기 각각의 코일(101(I))에 의해 검출된 상기 실제 데이터 항목으로부터 복소수 화상 H1(i) 및 H2(i)를 생성하며, 상기 복소수 화상 C(i)와 상기 복소수 화상 H1(i)로부터 합성 화상 V1을 생성하고, 상기 복소수 화상 C(i)와 상기 복소수 화상 H2(i)로부터 합성 화상 V2를 생성하며,
    상기 수분 화상-지방 화상 분리 디바이스(107)는 상기 합성 화상 V1 및 V2로부터 수분 화상 W 및 지방 화상 F 중 적어도 하나를 생성하는
    MRI 장치.
  10. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실제 스캔 디바이스(108, 103, 110, 109, 104, 101)는 3-포인트 딕슨 기법으로 정의되는 펄스 시퀀스를 인가하여 상기 각각의 코일(101(I))에 의해 검출된 상기 실제 데이터 항목을 획득하고,
    상기 합성 디바이스(107)는 상기 각각의 코일(101(I))에 의해 검출된 상기 교정 데이터 항목으로부터 복소수 화상 C(i)를 생성하고, 상기 각각의 코일(101(I))에 의해 검출된 상기 실제 데이터 항목으로부터 복소수 화상 H1(i), H2(i) 및 H3(i)을 생성하며, 상기 복소수 화상 C(i)와 상기 복소수 화상 H1(i)로부터 합성 화상 V1을 생성하고, 상기 복소수 화상 C(i)와 상기 복소수 화상 H2(i)로부터 합성 화상 V2를 생성하며, 상기 복소수 화상 C(i)와 상기 복소수 화상 H3(i)으로부터 합성 화상 V3을 생성하고,
    상기 수분 화상-지방 화상 분리 디바이스(107)는 상기 합성 화상 V1, V2 및 V3으로부터 수분 화상 W 및 지방 화상 F 중 적어도 하나를 생성하는
    MRI 장치.
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