KR100747934B1 - 오차 정량화 방법 및 오차 정량화 시스템 - Google Patents

오차 정량화 방법 및 오차 정량화 시스템 Download PDF

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Abstract

자기 진동에 의해 야기되는 화상 아티팩트를 감소시키는 방법 및 장치를 포함하는 자기 공명(MR) 촬상 시스템이 개시되어 있다. 이러한 시스템은 MR 화상에 대응하는 k-스페이스 데이터를 획득하도록 구성된 자계에 포함된 진동 오차 성분을 정량화하는 단계와, 이러한 진동 오차 성분을 이용하여 k-스페이스 데이터를 교정하는 단계를 포함하는 자계 진동 정량화 및 보상 방법을 포함한다. 진동 유도의 자계 섭동은 공간적 불변의 자계, 공간적 선형의 판독 자계 구배, 공간적 선형의 위상 인코딩 자계 구배, 및 공간적 선형의 슬라이스 선택 자계 구배를 포함하고 있다. 진동 오차 성분은 공간적 불변의 자계의 공간적 독립의 위상 오차, 공간적 선형의 판독 자계 구배의 kx-스페이스 변위 오차, 공간적 선형의 위상 인코딩 자계 구배의 ky-스페이스 변위 오차, 및 공간적 선형의 슬라이스 선택 자계 구배의 슬라이스 선택 오차 중 적어도 하나일 수 있다.
[색인어]
에코, 펄스, 자기 진동, 자기 공명 촬상 시스템, 섭동 자계, 위상 오차, k-스페이스 변위 오차, 슬라이스 선택 구배 오차

Description

오차 정량화 방법 및 오차 정량화 시스템{METHOD AND APPARATUS FOR REDUCING IMAGE ARTIFACTS CAUSED BY MAGNET VIBRATION IN AN MR IMAGING SYSTEM}
도 1은 본 발명의 일 실시예를 사용하는 자기 공명(MR) 촬상 시스템의 블록도,
도 2는 도 1의 MR 촬상 시스템의 일부를 형성하는 트랜시버 블록의 전기적인 블록도,
도 3은 도 1의 MR 촬상 시스템으로 구현되는 보상 방법과 자계의 진동의 정량 표시의 흐름도,
도 4는 도 3의 방법의 일 실시예에서 사용된 스핀 에코(SE) 펄스 시퀀스의 개략도,
도 5는 도 3의 방법의 교정 기술의 일부를 포함하는 파형도,
도 6은 도 3의 방법의 다른 실시예에서 사용된 고속 구배 에코(FGRE) 펄스 시퀀스의 개략도,
도 7은 도 3의 방법의 다른 실시예에서 사용된 고속 스핀 에코(FSE) 펄스 시퀀스의 개략도,
도 8은 도 3의 방법의 교정 기술의 일부를 포함하는 파형도.
관련 출원
본 출원은 1999년 11월 15일에 출원된, Zhou 발명, "Method and Apparatus for Reducing Image Artifacts caused by Magnet Vibration in a MR Imaging System"의 미국 가출원 제 60/165523 호(대리인 서류 제 15-NM-5211(70191/206))를 우선권으로서 주장한다.
본 발명은 일반적으로 자기 공명(MR) 촬상 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 자체 생성의 자기 진동에 의해 야기되는 화상 아티팩트(image artifacts)를 감소시키도록 구성된 MR 촬상 시스템에 관한 것이다.
인간의 조직과 같은 대상물이 균일 자계(x, y, z로 표시된 데카르트 좌표에서 z 방향의 분극장(B0))의 영향을 받을 때, 조직내의 스핀의 개별 자기 모멘트는 분극장과 정렬하려고 하지만, 라모 진동수에서 그 주위에 줄지어 있다. 대상물, 즉, 조직이, x-y 평면내에 있으며 라모 진동수 근처에 있는 자계(여기장(B1))의 영향을 받으면, 알짜 정렬 모멘트(Mz)는 알짜 트래버스 자기 모멘트(Mt)를 발생시키기 위해, 특정 티핑 각도(tipping angle)에서 x-y 평면으로 회전 또는 "티핑"될 수 있다. 여기장(B1)이 끝난 후 여기 스핀에 의해 신호가 방출되고, 이 신호는 MR 화상을 형성하도록 수신되어 처리될 수 있다.
MR 화상을 생성하기 위해서 이러한 신호들을 이용할 때, 선형 자계 구배(Gx, Gy, Gz)가 또한 사용된다. 전형적으로, 촬상되는 대상은 사용되는 특정 국부화 방법에 따라서 이러한 구배 파형이 가변하는 일련의 측정 사이클에 의해 스캔된다. 수신된 원자핵 자기 공명(NMR) 신호의 최종 세트(MR 신호)는 공지된 다수의 재구성 알고리즘중 하나를 이용하여 화상을 재구성하도록 디지털화되어 처리된다.
이상적으로, 균일 자계(B0)와 완전한 선형 자계 구배(Gx, Gy, Gz)는 대상물을 촬상하는데 이용될 수 있다. 그러나, 현실적으로, 에디 전류와 같은 자계에서의 섭동(perturbation), 구배 증폭기의 불충실도(infidelity), 구배의 비선형성, 자계의 불균일성, 및 맥스웰 항이 존재할 수 있어, 그 결과, 재구성된 MR 화상에서 흐림, 왜곡, 허영(ghosting), 및 치우침과 같은 화상 아티팩트가 생긴다. 최근에, MR 촬상 시스템에 내장되어 있는 자석이 비용 절감을 위해 소형화 및 중량화됨에 따라, 다른 섭동 인수가 화상 아티팩트의 중요한 원인으로서 대두되고 있다.
자석의 크기와 중량이 감소됨에 따라, 자기 진동이 상당히 심각한 문제가 되고 있다. 자기 진동으로 인해, 섭동 자계, 즉, 진동 성분을 가진 자계가 대상물에 가해질 수 있다. 이러한 진동 성분들은 재구성된 MR 화상에 바람직하지 않은 화상 아티팩트를 만든다. 비용을 고려하여, 치명적인 모든 진동 성분을 완전히 제거하도록 자석을 사전에 설계하는 것이 어렵다.
따라서, MR 촬상 시스템이 MR 화상을 재구성하기 전에 자기 진동에 의해 야기되는 화상 아티팩트를 교정하거나 보상할 필요하다. 그렇게 하기 위해서, MR 촬상 시스템이 자계 진동 성분을 양으로 표시할 필요가 있다.
본 발명의 일 실시예는 MR 촬상 시스템의 자기 진동에 의해 야기되는 화상 아티팩트를 감소시키는 방법에 관한 것이다. 본 방법은 섭동 자계에 포함되어 있는 진동 오차 성분을 양으로 표시하는 단계를 포함한다. 섭동 자계는 MR 화상에 대응하는 k 스페이스 데이터를 획득하도록 보상된다.
본 발명의 다른 실시예는 자석의 진동에 의해 야기되는 화상 아티팩트를 감소시키는 MR 촬상 시스템에 관한 것이다. 본 시스템은 시스템 제어부를 포함하고 있다. 시스템 제어부는 자석의 진동에 의해 발생되는 섭동 자계를 오프셋하기 위해 보상 자계를 구성할 수 있다. 이 시스템 제어부는 섭동 자계에 포함된 진동 오차 성분을 추가로 계산할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는 자석의 진동에 의해 야기되는 화상 아티팩트를 감소시키는 MR 촬상 시스템에 관한 것이다. 본 시스템은 MR 화상에 대응하는 k 스페이스 데이터를 획득하기 위해 펄스 시퀀스를 구성하는 수단을 포함하고 있다. 펄스 시퀀스는 보상 자계를 포함하고 있다. 본 시스템은 펄스 시퀀스에 포함된 진동 오차 성분을 계산하는 수단을 더 포함하고 있다. 구성 수단은 계산 수단에 접속되어 있다.
도 1를 참조하면, 자기 공명(MR) 촬상 시스템의 주요 구성요소가 도시되어 있다. 이러한 시스템의 동작은 입력 장치(101), 제어 패널(102), 및 디스플레이(104)를 포함하는 조작원 콘솔(100)으로 제어된다. 조작원 콘솔(100)은 링크(116)를 통해 조작원이 스크린(104)상의 화상의 생성 및 디스플레이를 제어할 수 있는 개별 컴퓨터 시스템(107)과 통신한다. 컴퓨터 시스템(107)은 백플레인을 통해 서로 통신하는 다수의 모듈을 포함한다. 다수의 모듈은 화상 프로세서 모듈(106), CPU 모듈(108), 및 화상 데이터 어레이를 기억시키는 프레임 버퍼로서 알려진 메모리 모듈(113)을 포함하고 있다. 컴퓨터 시스템(107)은 화상 데이터와 프로그램의 저장을 위해 디스크 기억 장치(111)와 테이프 드라이브(112)에 링크되어 있고, 고속 직렬 링크(115)를 통해 개별 시스템 제어부(122)와 통신한다.
시스템 제어부(122)는 백플레인에 의해 서로 접속된 모듈 세트를 포함하고 있다. 모듈 세트는 CPU 모듈(116)과, 직렬 링크(125)를 통해 조작원 콘솔(100)에 접속하는 펄스 발생기 모듈(121)을 포함하고 있다. 실행되어야 하는 스캔 시퀀스를 표시하는 조작원으로부터의 명령을 이러한 링크(125)를 통해 시스템 제어부(122)가 수신한다. 펄스 발생기 모듈(121)은 소망의 스캔 시퀀스를 실행시키기 위해 시스템 구성요소를 동작시킨다. RF 펄스의 타이밍, 세기 및 형태와, 데이터 획득 창의 타이밍과 길이를 표시하는 데이터를 생성한다. 펄스 발생기 모듈(121)은 스캔동안 생성되어야 하는 구배 펄스의 타이밍과 형태를 제어하기 위해 구배 증폭기(127) 세트에 접속한다. 또한, 펄스 발생기 모듈(121)은 허파로부터의 호흡성 신호와 전극으 로부터의 ECG 신호와 같이, 환자에게 연결된 다수의 상이한 센서로부터의 환자의 데이터를 수신한다. 최종적으로, 펄스 발생기 모듈(121)은 환자와 자석 시스템의 조건과 연관시켜 여러 센서로부터의 신호를 수신하는 스캔 룸 인터페이스 회로(133)에 접속한다. 또한, 스캔 룸 인터페이스 회로(133)를 통해, 환자 위치 조정 시스템(134)은 스캔을 위해 환자를 소망의 위치로 이동시키는 명령을 수신한다.
펄스 발생기 모듈(121)에 의해 생성된 구배 파형은 Gx, Gy, Gz 증폭기로 구성된 구배 증폭기 시스템(127)에 인가된다. 각각의 구배 증폭기는 139로 표시된 어셈블리 내의 대응 구배 코일을 여기시켜, 획득된 신호를 분할 인코딩하는 데 사용되는 자계 구배를 생성한다. 구배 코일 어셈블리(139)은 분극 자석(140)과 전신 RF 코일(152)을 포함하는 자석 어셈블리(141)의 일부를 형성한다.
시스템 제어부(122) 내의 트랜시버 모듈(150)은, RF 증폭기(151)에 의해 증폭되며 송수신 스위치(154)에 의해 RF 코일(152)에 접속된 펄스를 생성한다. 환자의 여기된 세포핵에 의해 방출된 최종 신호는 동일 RF 코일(152)에 의해 감지되고, 송수신 스위치(154)를 통해 전치 증폭기(153)에 접속될 수 있다. 증폭된 MR 신호는 트랜시버(150)의 수신부에서 복조, 필터링, 및 디지털화된다. 송수신 스위치(154)는 송신 모드 동안 RF 증폭기(151)를 코일(152)에 전기적으로 연결하고, 수신 모드 동안 전치 증폭기(153)를 연결시키기 위해, 펄스 발생기 모듈(121)로부터의 신호에 의해 제어된다. 또한, 송수신 스위치(154)는 개별 RF 코일(예를 들어, 헤드 코일 또는 표면 코일)이 송신 모드 또는 수신 모드에서 사용될 수 있게 한다.
RF 코일(152)에 의해 픽업된 MR 신호는 트랜시버 모듈(150)에 의해 디지털화되고, 시스템 제어부(122)의 메모리 모듈(160)로 전송된다. 스캔이 종료되어, 데이터 총 어레이가 메모리 모듈(160)로 획득되었을 때, 어레이 프로세서(161)가 동작하여 그 데이터를 화상 데이터 어레이로 푸리에 변환시킨다. 화상 데이터는 직렬 링크(115)를 통해, 그 데이터가 디스크 메모리(111)에 저장되어 있는 컴퓨터 시스템(107)로 전송된다. 조작원 콘솔로부터 수신된 명령에 응답하여, 이러한 화상 데이터를 테이프 드라이브(112)상에서 얻게 될 수 있거나, 이러한 화상 데이터는 화상 프로세서(106)에 의해 추가로 처리되며, 조작원 콘솔(100)로 전송되며, 디스플레이(104)상에 제공된다.
도 1과 도 2를 특별히 참조하면, 트랜시버(150)는 전력 증폭기(151)를 통해 RF 여기장(B1)을 코일(152A)에 생성하여, 코일(152B)에 유도된 최종 신호를 수신한다. 전술한 바와 같이, 코일(152A, 152B)은 도 2에 도시된 바와 같이 개별적일 수 있거나, 도 1에 도시된 바와 같이, 하나의 전신 코일일 수 있다. RF 여기장의 기본 주파수 또는 반송 주파수는 CPU 모듈(116)과 펄스 발생기 모듈(121)로부터의 디지털 신호 세트를 수신하는 주파수 신시사이저(200)의 제어 하에 생성된다. 이러한 디지털 신호는 출력(201)에 생성된 RF 반송 신호의 주파수와 위상을 표시한다. 명령 형식의 RF 캐리어는 펄스 발생기 모듈(121)로부터 또한 수신된 신호(R(t))에 응답하여 그 진폭이 변조되는 변조기와 업 컨버터(202)에 인가된다. 신호(R(t))는 생성되어야 하는 RF 여기 펄스의 엔벨루프를 정의하며, 일련의 저장된 디지털 값을 연속적으로 판독함으로써 모듈(121)에서 생성된다. 이러한 저장된 디지털 값은 조작원 콘솔(100)로부터 변경될 수 있어서, 소망의 RF 펄스 엔벨루프를 생성할 수 있다.
출력(205)에 생성된 RF 여기 펄스의 크기는 백플레인(118)으로부터 디지털 명령을 수신하는 여기 감쇠기 회로(206)에 의해 감쇠된다. 감쇠된 RF 여기 펄스는 전력 증폭기(151)에 인가되어 RF 코일(152A)을 구동시킨다. 트랜시버(122)의 이러한 부분에 대한 보다 상세한 설명에 대해서는, 본 명세서에서는 참조 문헌인 미국 특허 제 4,952,877호를 참조한다.
도 1과 도 2를 다시 참조하면, 피검체에 의해 생성된 MR 신호는 수신기 코일(152B)에 의해 픽업되어, 전치 증폭기(153)를 통해 수신 감소기(207)의 입력부에 인가된다. 수신 감쇠기(207)는 백플레인(118)으로부터 수신된 디지털 감쇠 신호에 의해 결정된 양만큼 신호를 추가로 증폭시킨다.
수신된 신호는 라모 주파수부근이며, 이러한 고주파 신호는 라인(201)상의 캐리어 신호와 MR 신호를 혼합하고, 그 다음, 라인(204)상의 2.5MHz 기준 신호와 최종 차 신호를 혼합하는 다운 컨버터(208)에 의해 2단계 처리로 다운 컨버터된다. 다운 컨버터된 MR 신호는, 아날로그 신호를 샘플링 및 디지털화하며, 수신된 신호에 대응하는 16 비트 동상(I) 값과 16 비트 직교(Q) 값을 생성하는 신호 프로세서(210)와 디지털 검출기로 인가하는 아날로그-디지털(A/D) 컨버터(209)의 입력부에 인가된다. 수신된 신호의 디지털 형식의 I와 Q 값의 최종 스트림은 백플레인(118)을 통해, 본 발명에 따라서 표준화되고 화상을 재구성하는데 사용되는 메모리 모듈(160)로 출력된다.
MR 화상 획득 과정에서 자석 어셈블리(141)에 의해 생성된 기계적인 진동으로 인해, 비이상적인(non-ideal) 자계는 대상물에 대응하는 화상 데이터 세트를 섭동시킨다. 이러한 비이상적인 자계, 즉, 진동 자계(b(t))으로 인해, 재구성된 MR 화상이 왜곡, 허영, 화상 치우침, 흐림, 및 명암도 변화와 같은 여러 화상 화질 문제점을 가질 정도로 화상 데이터 세트는 비이상적일 수 있다. 이러한 이유로, 하나 이상의 자계 진동 오차 성분을 확인하여 양으로 표시하고, 이러한 오차 성분을 보상함으로써, 다른 방법으로 재구성 MR 화상에 나타날 수 있는 화상 아티팩트는 최소화 또는 제거될 수 있다.
그 진동 모드와 무관하게, 진동 자계(b(t))는 라플라스 방정식, 즉, ∇2b(t)=0 을 만족하여야 한다. 따라서, 진동 자계(b(t))는 여러 공간 성분(또는 구면 고주파(spherical harmonics))의 합산으로 표시될 수 있다.
Figure 112000023959945-pat00001
여기서, b0(t)은 공간적 불변 자계이며, gx(t), gy(t), gz(t)은 각각 x, y, z 방향으로의 공간적 선형 구배 자계이며, 생략된 항은 공간적으로 보다 높은 차수의 자계이다. 수학식 1의 모든 항은 시간 변수(t)에 의존한다는 것을 알아야 한다. 전형적으로, b0(t)은 메인 자계의 섭동이고, gx(t)은 주파수 인코딩 또는 판독 구배 섭동이고, gy(t)은 위상 인코딩 구배 섭동이고, gz(t)은 슬라이스 선택 구배 섭동이다.
보다 높은 차수의 구배 항은 진동 자계(b(t))가 수학식 1에 명백하게 나타난 4개의 항에 의해 근접하게 되도록 무시가능한 진동 오차 성분을 포함하고 있다고 가정할 수 있다. 그러나, 이하에서 보다 상세하게 설명될 정량화 및 보상 방법은 공간적으로 보다 높은 차수의 자계 항을 포함한 진동 자계(b(t))에 대하여 구현될 수 있다는 것을 알 수 있다.
수학식 1의 4개의 항 각각은 각각의 성분이 4개의 파라미터, 즉, 진폭, 주파수, 위상, 댐핑 시간 상수로 정의된 다수의 진동 성분을 포함할 수 있다. 따라서, b0(t)은 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112000023959945-pat00002
여기서, M0은 진동 모듈의 총 수이고, am은 진폭이고, fm은 주파수이고, ζm은 위상이고, λm은 댐핑 시간 상수이고, m은 진동 모드의 지수이다. 유사하게, 수학식 1의 3개의 구배 항(gx(t), gy(t), gz(t))은 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112000023959945-pat00003
Figure 112000023959945-pat00004
Figure 112000023959945-pat00005
여기서, Mx, My, Mz은 진동 모드의 총 수이고, gx,m, gy,m , gx,m은 진폭이고, fx,m, fy,m, fz,m은 주파수이고, ζx,m, ζy,m, ζz,m은 위상이고, λx,m, λy,m, λz,m은 gx(t), gy(t), gz(t) 각각에 대한 댐핑 시간 상수이다.
댐핑 효과를 데이터 획득 동안 무시할 수 있다고 가정하면, 수학식 2a - 2d은 다음과 같이 간단해 질 수 있다.
Figure 112000023959945-pat00006
Figure 112000023959945-pat00007
Figure 112000023959945-pat00008
Figure 112000023959945-pat00009
간단하게 함으로써, 본 발명의 명세서를 쉽게 한다. 본 발명은 수학식 3a - 3d 대신에, 수학식 2a - 2d을 이용하여, 즉 무시할 수 없는 댐핑 효과를 이용하여 구현될 수 있다는 것을 알 수 있다.
대상물 또는 그 대상물의 일부를 촬상하기 위해서, 하나 이상의 펄스 시퀀스(즉, RF 펄스와 구배 펄스)는 ｐ열의 kx-스페이스 데이터와 ｑ행의 ky-스페이스 데이터를 포함하는 ｐ×ｑ어레이의 처리전 ky-스페이스 데이터를 유도하여 획득하도록 구성되어 있다. 이러한 펄스 시퀀스에 의해, 하나 이상의 MR 신호는 여기된 대상물로부터 방출되어 MR 신호를 얻게 된다. 각각의 MR 신호는 ｐ개의 데이터 포인트를 가진 일행의 ky-스페이스를 제공한다. 이러한 방식으로, 총 ｑ개의 MR 신호를 샘플링하면, 대상물의 화상 재구성을 실행하기에 충분한 ｐ×ｑ어레이의 처리전 k-스페이스 데이터 포인트를 획득하게 된다.
도 3를 참조하면, 자계 진동 정량화 및 보상 방법의 흐름도가 도시되어 있다. 이러한 방법은 루프 시작 단계(600), 자계(b(t)) 준비 단계(602), bo,n(t)의 진동 성분 계산 단계(604), gx,n(t)의 진동 성분 계산 단계(606), gy,n(t)의 진동 성분 계산 단계(608), gz,n(t)의 진동 성분 계산 단계(610), 화상 데이터 획득 개시 단계(612), gz(t) 진동 성분에 의해 야기된 오차의 보상 단계(614), bo,n(t) 진동 성분에 의해 유도된 오차 보상 단계(616), gx,n(t) 진동 성분에 의해 유도된 오차 보상 단계(618), gy,n(t) 진동 성분에 의해 유도된 오차 보상 단계(620), 화상 재구성 단계(622), 결정 단계(624), 루프 종료 단계(626), 및 재구성 단계(628)를 포함한다. 이러한 방법은 각각의 MR 에코 신호, 즉, 각 행의 k-스페이스 데이터에 대한 진동 자계(b(t))에 대응하는 모든 진동 오차 성분이 대응 k-스페이스 데이터를 통해 오차 보상을 수행하기 위해 식별되고, 정량화되고, 이용될 수 있도록, n=1,2,...,ｑ번 수행된다. 단계(604-610)에서 계산된 진동 오차 성분은 보상 단계(614-620)를 수행하기 위해 시스템 제어부(122) 및/또는 컴퓨터 시스템(107)에 의해 이용된다. 정량화 및 보상 방법에 관련된 실제 방정식은 MR 화상을 획득하도록 구현된 펄스 시퀀스의 유형에 따라 약간 가변할 수 있고, 이러한 방법은 3개의 상이한 펄스 시퀀스, 즉, 스핀 에코(SE) 펄스 시퀀스, 고속 구배 에코(FGSE) 펄스 시퀀스, 및 고속 스핀 에코(FSE) 펄스 시퀀스를 이용하여 설명될 것이다.
SE 펄스 시퀀스
본 발명의 일 실시예에서, 조작원은 SE 펄스 시퀀스를 이용하여 대상물의 MR 화상을 획득하기 위해 MR 촬상 시스템을 개시, 즉, 루프 개시 단계(600)를 개시한다. MR 촬상 시스템의 작동 능력에 따라, 조작원은 펄스 시퀀스의 리스트중에서 SE 펄스 시퀀스를 직접 명시할 수 있고, 이러한 시스템은 SE 펄스 시퀀스에 또는 스캔 시간, 화상 해상도, 촬상될 조직의 형태, 및 다른 필요조건에 의거하여 사전 설정될 수 있고, 이러한 시스템은 SE 펄스 시퀀스를 선택할 수 있다. SE 펄스 시퀀스가 선택되면, 진동 자계(b(t))의 준비 단계(602)를 실행하는 펄스 시퀀스가 구성될 수 있다. 준비 단계(602)는 주파수, 진폭, 및 b0(t), gx(t), gy(t), 및 b(t)를 포함한 gz(t)의 초기 위상을 구성하는 것을 포함한다.
도 4를 참조하면, SE 펄스 시퀀스의 개략 파형도가 도시되어 있다. 공지되어 있는 바와 같이, SE 펄스 시퀀스는 90°RF 펄스 시퀀스(300), 180°RF 펄스(302), 및 데이터 획득창(304)(판독 구배가 온 상태에 있는 동안)을 포함하고 있다. t=0의 기준 시간 포인트는 제 1 반복 사이클(TR)의 90°RF 펄스(300)의 중심에서 설정된다. 90°RF 펄스(300)에서 180°RF 펄스(302)까지의 시간은 1/2 에코 시간(τ)이라 불리운다. 데이터 획득 창(304)은 t1≤t≤t1+T에서 180°RF 펄스(302) 후에, 턴온되고, 여기서, 시간 t1 < 2τ이고, T는 데이터 획득 창의 지속시간이다. 데이터 획득창(304)은 아날로그-디지털 변환기(ADC) 창으로 불리운다.
도 4에 도시된 바와 같이, 데이터 획득창(304)은 시간 t=t1+d에 위치한 회절 에코 센터와, 시간 t=t1+d+Δ로서 위치한 풀 에코 센터(308)를 표시한다. 이러한 방법은 회절 에코 획득 또는 풀 에코 획득을 포함한 SE 펄스 시퀀스에 적용가능하다. 풀 에코 획득의 경우는 Δ=0인 회절 에코 획득의 특별한 경우로서 간주될 수 있다. 도 4로부터, 회절 에코 파라미터는 다음과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112000023959945-pat00010
다음과 같은 타이밍 관계가 유도될 수 있다.
Figure 112000023959945-pat00011
Figure 112000023959945-pat00012
여기서, rbw은 수신 대역폭(즉, -rbw에서 +rbw까지의 신호 주파수 범위)과 kxres은 판독 방향(즉, kxres=ｐ)중의 획득된 k-스페이스 데이터 포인트의 총 수이다. SE 펄스 시퀀스는 모든 ｑ행의 k-스페이스 데이터를 획득하기 위해, 시간 주기 TR를 가지도록 그리고, 총 ｑ번 반복(각각의 제 n 번의 TR의 공진 위상 인코딩 구배(Gy)가 약간 변경)하도록 구성될 수 있다.
SE 펄스 시퀀스가 구성되면, 진동 성분 계산 단계(604-610)가 실행될 수 있다. 바람직하게, 제 n 에코 또는 TR에 대한 단계(604-610)는 제 n 에코 또는 TR에 대한 대응 펄스 시퀀스가 대상물에 인가되어 제 n 행의 k-스페이스 데이터를 획득하기 전에 종료된다. 단계(604-610)가 연속적인 순서로 도시되어 있지만, 단계(604-610)는 단계(604-610)가 제 n 펄스 시퀀스의 개시 전에 종료되는 한 임의의 순서 또는 심지어 동시에 실행될 수 있다. 이러한 방식으로, 진동 오차 성분은 데이터 획득 전, 동안, 또는 후에 보상될 수 있다.
bo,n(t)의 진동 성분 계산 단계(604)로 되돌아가면, bo(t)에 대한 진동 오차 성분은 위상 오차 φo(t)를 생성한다. 각각의 TR 시간동안, 위상 오차 φo(t)는 3개의 항, 즉, (1) 90°RF 펄스(300)에서 180°RF 펄스(302)까지의 주기를 커버하는 제 1 항(0≤t≤τ), (2) 180°RF 펄스(302)에서 데이터 획득창의 시작(306)까지의 시간을 커버하는 제 2 항(τ≤t≤t1), (3) 데이터 획득 창(306)동안의 시간을 커버하는 제 3 항(t1≤t'≤t)(도 4 참조)으로 표현될 수 있다.
따라서, 제 1 TR에 대한 위상 오차 φo(t)(즉, n=1)은 다음과 같다.
Figure 112000023959945-pat00013
여기서, γ은 회전자기 상수이며, 제 1 항은 180°RF 펄스의 위상 반전 효과를 고려하기 위해 음의 부호를 포함하고 있고, bo(t)이 수학식 3a에서 제공된다. 위상 오차 Φ0(t)은 데이터 획득동안의 제 1 TR 주기동안 발생할 수 있는 진동 b0(t)부터의 총 위상 오차(또는 진동 오차 성분)를 나타낸다.
SE 펄스 시퀀스가 제 1 TR 후에 반복할 수 있기 때문에, 다음의 모든 TR 주기동안의 위상 오차는 각각의 특정 TR 간격에 적합한 새로운 b0(t)에 의해 변경된 수학식 5를 이용하여 계산될 수 있다. 제 1 TR 주기(t=t')내의 시간 t'동안, 제 1 TR 주기의 b0(t)는 다음과 같다.
Figure 112000023959945-pat00014
제 2 TR 주기(t=t'+TR)내의 시간에서의 b0(t)은 다음과 같다.
Figure 112000023959945-pat00015
여기서, 수학식 3a의 b0(t)에서의 시간 변수(t)는 수학식 6a와 6b에서의 t' 와 t'+TR로 각각 치환된다. 이러한 치환으로, 제 2 TR에서의 b0(t)(즉, bo.2(t))은 수학식 6a에서의 위상(ζm)이 다음과 같이 변경되는 것을 제외하고 제 1 TR에서의 bo(t)과 동일하다는 것이 분명하다.
Figure 112000023959945-pat00016
따라서, 임의의 주어진 MR 화상 획득에 대한 TR 주기에서의 수학식 3a의 bo(t)은 일반적으로 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112000023959945-pat00017
여기서, n=1,2,..,ｑ이고, 는 k-스페이스 데이터의 행 또는 TR 주기의 총 수이고, 0≤t≤제 n TR에 대한 TR, ζm.n-1=2π(n-1)fmTR + ζm이다.
수학식 5는 임의의 주어진 MR 화상 획득내의 제 n TR 주기동안 bo.n(t)의 위상 오차 φo.n(t)를 계산하도록 정리될 수 있다.
Figure 112000023959945-pat00018
여기서, 단계(604), 획득되는 제 n 행의 k-스페이스에 대한 bo.n(t)의 위상 오차 φo.n(t)는 수학식 7a와 7b를 이용하여 계산된다. bo.n(t)의 형태에 따라서, TR 또는 제 n 에코에 대한 φo.n(t)은 수치적 또는 분석적으로 풀 수 있다.
gx.n(t)의 진동 성분 계산 단계(606)에 있어서, gx(t)의 진동 오차 성분은 kx-스페이스 변위 오차 Δkx(t)를 산출한다. kx-스페이스 변위 오차 Δkx(t)은 kx 방향의 k-스페이스 데이터 왜곡을 야기한다.
수학식 7a에서의 bo.n(t)로의 bo(t)의 특성 또는 유도와 유사하게, 수학식 3b의 gx(t)는 제 n TR 주기에 대하여 다음과 같이 특성화될 수 있다.
Figure 112000023959945-pat00019
여기서, ζx,m,n-1=2π(n-1)fx.mTR + ζx.m이다. 제 n TR에 대한 Δkx.n (t)은 수학식 8a에서 bo.n(t)를 gx.n(t)로 치환하는 수학식 7b를 이용하여 계산될 수 있다.
Figure 112000023959945-pat00020
단계(606)에서, 획득되어야 하는 제 n 행의 k-스페이스에 대한 gx.n(t)의 kx-스페이스 변위 오차(Δkx.n(t))는 수학식 8a와 8b를 이용하여 계산된다. gx.n(t)의 형태에 따라서, Δkx.n(t)는 수치적 또는 분석적으로 풀 수 있다.
gy.n(t)의 진동 성분 계산 단계(608)에 있어서, gy(t)의 진동 오차 성분은 ky-스페이스 변위 오차(Δky(t))를 산출한다. ky-스페이스 변위 오차에 의해, k-스페이스 데이터 포인트는 ky 방향으로 왜곡될 수 있다. gy(t)의 위상 인코딩 구배 오차는 gx(t)의 판독 구배 오차의 부본이고, 수학식 8a와 8b는 gy.n(t)와 Δky.n(t)를 산출하도록 수정될 필요가 있다.
Figure 112000023959945-pat00021
Figure 112000023959945-pat00022
여기서, gy.n(t)는 제 n TR 주기에 대하여 표현한 수학식 3c의 gy(t)이며, ζy,m,n-1 = 2π(n-1)fy,mTR + ζy,m 이다. 단계(608)에서, 획득되어야 하는 제 n 행의 k-스페이스 데이터에 대한 gy,n(t)의 ky-스페이스 변위 오차(Δky,n(t))는 수학식 9a와 9b를 이용하여 계산된다. ky-스페이스 변위 오차(Δky,n(t))는 수치적 또는 분석적인 방법에 의해 수학적으로 풀 수 있다.
gz(t)의 진동 성분 계산 단계(610)에 있어서, gz(t)의 진동 오차 성분은 슬라이스 선택 구배 오차(Δkz)를 산출한다. Φ0,n(t), Δkx,n(t), Δky,n(t)와 달리, Δkz는 시간 의존형 함수(Δkz,n)로 대충 어림잡을 수 있고, 이것은 제 n 90°RF 펄스에서 제 n 에코의 중심까지의 시간 간격을 이용하여 값을 구할 수 있다. 제 n 180°RF 펄스의 위상 반전 효과를 고려하여, 제 n TR에 대한 Δkz,n은 다음과 같다.
Figure 112000023959945-pat00023
여기서, gz(t)는 수학식 3d에 의해 주어진다. 수학식 7b, 8b, 9b와 유사하게, 또한, 수학식 10은 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112000023959945-pat00024
Figure 112000023959945-pat00025
Figure 112000023959945-pat00026
단계(604-610)가 실행된 다음에, 다음 단계는 화상 데이터 획득 개시 단계(612)이다. 단계(612)에서, 제 n 행의 k-스페이스 데이터를 획득하도록 구성된 SE 펄스 시퀀스가 대상물에 적용된다.
보상 단계(614)는 제 n 행의 k-스페이스 데이터의 화상 데이터 획득에 앞서 일어난다. 바람직하게, 제 n TR에 대한 슬라이스 선택 구배(Gz(t))는 제 n TR에 대한 계산된 Δkz,n(t)로부터 구성된 교정 펄스 또는 파형을 포함함으로써 변경된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 교정 펄스 또는 파형은 (a) -Δkz,n/2πγ의 펄스 아래의 영역을 가진 블립(blip) 구배 펄스(310)(gzcomp1)(도 5a를 참조), 또는 (b) 또한 으 펄스 아래의 영역을 또한 가진 추가 분쇄기(crusher) 또는 슬라이스 재집속 구배 펄스(312)(gzcomp2)(도 5b를 참조)일 수 있다. 이중 어느 한 경우에, 교정 펄스 도는 파형은 제 n TR에 대한 원 진동 gz(t)에 의해 발생되는 Δkz,n 오차를 "삭제"하는 기능을 한다.
블립 구배 펄스(310)가 제 n 180°RF 펄스다음에 발생하는 것으로서 도 5a에 도시되어 있지만, 대안으로, 제 n 90°RF 펄스 다음에서 제 n 에코의 개시전까지의 시간의 보상을 실행할 수 있다. 블립 구배 펄스(310)의 형태는 가변적이고, 도시된 삼각형으로 제한되지 않는다. 그러나, 180°RF 펄스와 에코의 개시사이의 시간에 양의 펄스가 사용되면, 음의 펄스는 90°와 180°RF 펄스사이의 시간에 사용될 때 구현되어야 한다(180°RF 펄스의 위상 반전 효과를 오프셋하기 위해서). 유사하게, 다른 구배 펄스(312)는 90°RF 펄스다음에서 임의의 펄스 형태인 에코의 개시전까지의 시간에 또한 발생할 수 있고, 90°와 180°RF 펄스사이에서 분극을 플립하여야 한다.
도 3에서, 단계(614-620)가 연속적인 순서로 도시되어 있지만, 단계(614-620)는 이러한 순서를 따를 필요는 없으며 동시에 실행될 수 있다. 보상 단계(616)에서, b0,n(t)에 의해 발생되는 위상 오차(φo,n(t))는 데이터 획득다음이지만 화상 재구성 전에 제 n 행의 k-스페이스 데이터를 보상할 수 있다. 보상 또는 교정은, 제 n TR에 대한 위상 오차(φo,n(t))(수학식 7b를 이용하여 계산)를 이용하여 제 n 행의 각각의 k-스페이스 데이터 포인트로 위상을 감산하는 단계를 포함하고 있다. 이러한 방식으로, 섭동(즉, 진동) bo,n(t)으로 생성될 수 있는 화상 아티팩트는 최소화 또는 제거된다. 위상 감산 교정 방법에 대한 보다 상세한 설명은 본 명세서의 참조 문헌이 되는 미국 특허 제 5,642,047 호에 기재되어 있다.
대안으로, 진동 혼합된 k 스페이스 데이터 교정 방법(즉, 데이터 획득 후의 교정)대신에, 보상 단계(616)는 제 n 행의 데이터 획득이 진행되고 있는 동안에 제 n TR에 대한 φo,n(t)의 교정을 실행하는 단계를 포함할 수 있다. 제 n TR에 대한 위상 오차(φo,n(t))는 트랜시버(150)의 수신부의 위상을 조정함으로써 보상될 수 있다. 이러한 방식으로, 대상물로부터 방출되는 MR 에코 신호는 진동 혼합되지만, 획득된 데이터는 데이터 획득 또는 수신 장치 자체가 교정 데이터를 획득하고 오차를 오프셋하는데 사용되기 때문에 진동 오차가 없다. 다른 대안으로, 제 n TR에 대한 위상 오차(φo,n(t))는 제 n k-스페이스 데이터의 획득전에 제 n TR에 대한 수신 주파수를 변경하거나 메인 자계를 조정함으로써 교정될 수 있다. 이러한 선 실행 보상 방법은 bo,n(t)가 모든 제 n 행의 k-스페이스에 대해 상수일 때 특히 효과적이다. 수신기 위상과 주파수를 조정하는 교정 방법의 보다 상세한 설명은 본 명세서에서 참조문헌인 General Electric Company의 미국 특허 제 5,864,233 호와 제 5,923,168호에 기재되어 있다.
단계(618, 620)에서, gx,n(t)에 의한 kx-스페이스 변위 오차(Δkx,n(t))와 gy,n(t)에 의한 ky-스페이스 변위 오차(Δky,n(t))는 각각 화상 재구성전에 제 n 행의 획득된 k-스페이스 데이터에서 보상될 수 있다. 제 n TR에 대한 변위 오차(Δkx,n(t), Δky,n(t))(수학식 8b와 9b를 이용하여 계산)는 공지된 재그리딩(regridding) 알고리즘중 하나를 이용하여 왜곡의 k-스페이스를 하나의 진석형 그리드에 재저장하는데 사용된다. 재그리딩 알고리즘에 대한 보다 상세한 설명은 본 명세서에서 참조문헌인 J.I.Jackson 외 다수 발명, IEEE Transactions in Medical Imaging, 10:473-478(1991), "Selection of a Convolution Function for Fourier Inversion Using Gridding"에 기재되어 있다.
대안으로, 제 n TR에 대한 자기 진동에 의한 구배 오차(gx,n(t), gy,n(t))는 펄스 시퀀스 변경을 통해 보상될 수 있다. 이러한 방법으로, 두 개의 오차 항(gx,n(t)와 gy,n(t)) 각각은 선 획득 오차와 획득 오차로 추가로 분리된다.
gx,n(t)와 gy,n(t)와 연관된 선 획득 오차는 수학식 11a와 11b에 각각 나타난 바와 같이, 제 n 행의 k-스페이스 데이터에 대한 두 개의 k-스페이스 오프셋에 의해 표현된다.
Figure 112000023959945-pat00027
Figure 112000023959945-pat00028
선 획득 오차는 영역이 -kx,n,pre/(2γ) 및 -Δky,n,pre/(2πγ)과 각각 동일한 판독 및 인코딩 구배 펄스를 이용하여 보상될 수 있다. 보상 구배 펄스는 단독 펄스일 수 있거나, 위상 분리 판독 구배 펄스와 미세 위상 인코딩 구배 펄스와 같은 현재의 구배 펄스와 조합될 수 있다.
이러한 획득 오차들은 판독 및 위상 인코딩 구배 축상의 두 개의 섭동 구배로서 각각 표현되어 있다.
Figure 112000023959945-pat00029
Figure 112000023959945-pat00030
판독 구배 오차(gx,n,acq(t))는 미세 판독 구배를 Gx(t)에서 Gx(t)-gx,n,acq(t)으로 변경함으로써 보상될 수 있다. 위상 인코딩 구배 오차(gy,n,acq(t))는 -gy,n,acq(t)인 삭제 구배를 판독 구배와 일치하는 위상 인코딩 구배축에 부가함으로써 보상될 수 있다. 재그리딩을 이용하는 이전의 k-스페이스 교정 방법과 달리, 펄스 시퀀스 변경에 의한 보상 방법은 진동 효과가 없은 k-스페이스 데이터를 생성한다. 그러므로, 획득된 k-스페이스 데이터는 화상 재구성에 직접 사용될 수 있다.
결정 단계(624)에서, 임의의 주어진 MR 화상에 대한 모든 행의 k-스페이스 데이터가 교정되지 않았다면(즉, n < ｑ), 결정 단계(624)는 실행되어야 하는 다음 진동 오차 성분(즉, 단계(628)에서의 n=n+1)에 관한 계산 및 교정으로 진행한다. 그렇지 않고, 임의의 주어진 MR 화상에 대한 모든 행의 k-스페이스 데이터가 교정되었다면(즉, n=ｑ), 결정 단계(624)는 자계 진동 정량화 및 보상 처리를 이러한 MR 화상에 대해 종료 단계로 진행한다. 다음에, 화상 재구성이 단계(622)에서 실행된다. 화상 재구성은 페르미 필터를 이용한 푸리에 변환 또는 분수의 에코 또는 분수의 여기(NEX) 데이터 세트에 대한 호모다인(Homodyne) 재구성 알고리즘과 같은 공지의 재구성 기술중 하나를 이용하여 가능하다. 자기 진동에 의해 생성되는 미세 아티팩트를 포함 또는 없을 수 있는 재구성된 화상 데이터 세트는 예를 들어, 의학 진단용 또는 다른 처리를 위해 화상 디스플레이, 저장, 원격 사이트, 필름 또는 프린트 리코드로의 전송, 또는 다른 이용 및 조작에 적합하다.
FGRE 펄스 시퀀스
본 발명의 다른 실시예에서, 자계 진동 정량화 및 보상 방법은 FGRE 펄스 시퀀스를 이용하여 획득되는 MR 화상에 적용된다. SE 펄스 시퀀스에 대한 전술한 방법의 대부분은 FGRE 펄스 시퀀스에 대하여 또한 적용가능하다. FGRE 펄스 시퀀스의 구현에 전용으로 사용되는 수학식, 관련 시간 간격, 및/또는 파라미터가 아래에 기술된다.
FGRE 펄스 시퀀스가 일단 선택되었다면, 루프 개시 단계(600)는 정량화 및 보상 방법을 개시하도록 진행한다. 다음에, b(t) 준비 단계(602)는 FGRE 펄스 시퀀스의 구성의 일부로서 실행된다. 준비 단계(602)는 bo(t), gx(t), gy(t), 및 b(t)를 포함한 gz(t)의 주파수, 진폭, 및 초기 위상을 구성하거나 표시하는 단계를 포함한다.
도 6를 참조하면, FGRE 펄스 시퀀스가 개략적으로 도시되어 있다. 공지되어 있는 바와 같이, FGRE 펄스 시퀀스는 α°RF 펄스(400)와 데이터 획득창(402)(판독 구배(Gx(t))가 활성화되는 동안에)을 포함한다. α°RF 펄스(400)는 α가 일반적으로 5 내지 90도, 바람직하게 30 내지 60도인 RF 펄스이다. 기준 시간점(t=0)은 제 1 TR의 α°RF 펄스(400)의 중심에 설정된다. 또한, 아날로그-디지털 변환기(ADC) 창으로 불리우는 데이터 획득 창(402)는 α°RF 펄스(400) 다음에 시간(t=t1)에서 턴온되고, T 주기동안 온 상태를 유지한다. 시간(t=t1+d)에 위치한 분수식의 에코 센터(404)와 시간(t=t1+d+Δ)에 위치한 풀 에코 센터(406)는 데이터 획득 창(402)에 대하여 나타나 있고, 여기서, Δ는 MR 에코 신호의 피크와 데이터 획득 창(402)의 중심간의 거리이다. FGRE 펄스 시퀀스는 분수식의 에코 획득건과 풀 에코 획득 건 모두를 커버하도록 되어 있다. 풀 에코 획득은 Δ=0인 분수식의 에코 획득의 특수한 건으로서 간주될 수 있다. 수학식 4a-4c의 타이밍 관계는 도 6에 도시된 FGRE 펄스 시퀀스에 대하여 적용가능하다. FGRE 펄스 시퀀스는 소망의 MR 화상에 대하여 총 ｑ행의 k-스페이스 데이터를 획득하기 위해, 반복 시간 또는 주기(TR)를 가지도록 그리고, 총 ｑ번 반복하도록 (각각의 제 n TR에 대하여 상이한 위상 인코딩 구배(Gy(t))를 가짐) 구성된다.
b(t) 준비 단계(602) 다음에, 진동 성분 계산 단계(604-610)가 실행된다. 진동 성분(bo,n(t)) 계산 단계(604)에서, 제 n TR에 대한 위상 오차(φo,n(t))는 두 개의 항, 즉, (1) 제 n α°RF 펄스에서 제 n 데이터 획득창의 개시까지의 시간 주기를 커버하는 제 1 항(0≤t≤t1)과, 제 n 행의 데이터 획득동안의 시간 주기를 커버하는 제 2 항(t1≤t'≤t)에 의해 계산된다(도 6 참조). 따라서, FGRE 펄스 시퀀스를 이용한 제 n TR에 대한 위상 오차(φo,n(t))는 수학식 7b를 다음과 같이 변경시킴으로써 주어진다.
Figure 112000023959945-pat00031
여기서, γ는 회전자기 상수이고, bo,n(t)는 수학식 7a에서 주어진다. 재집속 RF 펄스는 FGRE 펄스 시퀀스에서 사용되지 않기 때문에, 위상 반전 효과를 고려할 필요가 없다는 것을 알아야 한다.
gx,n(t)의 진동 성분 계산 단계(606)에서, FGRE 펄스 시퀀스를 이용한 제 n TR에 대한 kx-스페이스 변위 오차(Δkx,n(t))는 수학식 8a에서 bo,n(t)를 gx,n(t)로 치환하는 것을 제외하고, 수학식 12를 이용하여 계산된다.
Figure 112000023959945-pat00032
gy,n(t)의 진동 성분 계산 단계(608)에서, FGRE 펄스 시퀀스를 이용한 제 n TR에 대한 ky-스페이스 변위 오차(Δky,n(t))는 수학식 9a에서 bo,n(t)를 gy,n(t)로 치환하는 것을 제외하고, 수학식 12를 이용하여 계산된다.
Figure 112000023959945-pat00033
gz(t)의 진동 성분 계산 단계(610)에서, FGRE 펄스 시퀀스를 이용한 제 n TR에 대한 슬라이스 선택 구배 오차(Δkz,n)는 제 n α°RF 펄스에서 제 n MR 에코 신호의 중심까지의 시간 간격을 커버하도록 수학식 10를 변경함으로써 주어진다.
Figure 112000023959945-pat00034
대안으로, 수학식 15은 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112000023959945-pat00035
여기서, gz,n(t)는 수학식 10b에 의해 주어진다.
수치적으로 또는 분석적으로 진동 오차 성분을 계산하기 위해서 수학식 12-15a를 이용하면, 적당한 보상 단계(614-620)가 실행되어 전술한 제 n 행의 k-스페이스 데이터를 교정할 수 있다. 예를 들어, 보상 단계(614)에서, 교정 펄스 또는 파형은 -Δkz,n/2πγ의 펄스 아래의 영역을 가질 수 있다. 더욱이, 이러한 교정 펄스 또는 파형은 도 5a-5b에 도시된 바와 같이, 각각 블립 구배 펄스 또는 다른 분쇄기 또는 슬라이스 재집속 구배 펄스일 수 있다. 교정 펄스는 제 n α°RF 펄스 다음부터 제 n 에코의 개시전까지 언제나 부가될 수 있다. 그러나, 재집속 RF 펄스가 이용되지 않기 때문에, 위상 반전 효과를 오프셋하기 위해 교정 펄스의 극성을 부정 연산을 할 필요는 없다.
이러한 처리는 바람직하지 않는 자기 진동으로 인한 모든 ｑ행의 k-스페이스 데이터가 교정될 때까지 다음 TR 주기 동안 반복될 수 있다. 교정된 k-스페이스 데이터를 이용하여, MR 화상은 재구성 단계(622)에서 재구성된다.
FSE 펄스 시퀀스
본 발명의 다른 실시예에서, 자계 진동 정량화와 보상 방법이 FSE 펄스 시퀀스를 이용하여 획득되는 MR 화상에 적용되도록 되어 있다 또한, SE 펄스 시퀀스에 대한 전술한 설명은 아래에 설명되는 수학식의 변수 및 다른 파라미터와 함께, 이러한 펄스 시퀀스에 적용가능하다.
도 7를 참조하면, FSE 펄스 시퀀스가 개략적으로 도시되어 있다. FSE 펄스 시퀀스는 90°RF 펄스(500), 제 1 180°RF 펄스(502), 제 1 데이터 획득창(504), 제 2 180°RF 펄스(506), 제 2 데이터 획득창(508), 제 3 180°RF 펄스(510), 및 제 3 데이터 획득창(512)를 포함하고 있다. 기준 시간점(t=0)은 데이터 획득의 제 1 TR(또는 샷(shot))의 90°RF 펄스(500)의 중심에 설정된다. 시간 간격(τ)후에 제 1 180°RF 펄스(502)는 90°RF 펄스(500)를 뒤따른다. 제 1 데이터 획득창(504)은 제 1 180°RF 펄스(502)를 뒤따르고, 시간(t=t')에서 턴온된다. 제 1 데이터 획득창(504)가 제 1 180°RF 펄스(502)로부터의 에코 선간거리(esp)에서 턴 오프된 후에, 제 2 180°RF 펄스(506)가 실행된다. 유사하게, 제 3 180°RF 펄스(510)는 제 2 180°RF 펄스(506)로부터의 시간 간격 esp 후에 실행되고, 제 2 및 제 3 180°RF 펄스(506, 510) 다음에, 제 2 및 제 3 데이터 획득창(508, 512)은 각각 시간(t=t2, t=t3)에서 실행된다. 데이터 획득창(504, 508, 512) 각각은 주기 시간(T)동안 턴온된다.
공지된 바와 같이, 이러한 방식으로, 각각의 FSE 펄스 시퀀스는 총 j개의 180°RF 펄스가 후속되는 하나의 90°RF 펄스를 포함할 수 있으며, 각각의 180°RF 펄스는 대응하는 데이터 획득창이 후속된다. 각각의 데이터 획득창에서, 하나의 에코 또는 일행의 k-스페이스 데이터를 얻게 된다. 총 i개의 이러한 FSE 펄스 시퀀스(또는 i 샷으로 호칭)는 총 ｑ행의 처리전 k-스페이스 데이터를 이루도록 실행될 수 있다. 환원하면, 획득되는 MR 화상에 있어서, FSE 펄스 시퀀스는 i번 또는 샷으로 실행될 필요가 있고, 각각의 a 샷은 j 개의 에코 및 j 행의 k-스페이스 데이터 획득을 유도한다. 샷 당 에코의 수(j)는 2 내지 128의 범위이고, 바람직하게, j는 8 내지 16의 범위이다. 따라서, 총 ｑ=i*j 행의 데이터를 획득할 수 있다.
FSE 펄스 시퀀스는 SE 또는 FGRE 펄스 시퀀스보다 복잡하기 때문에, 또한, 진동 오차 성분도 복잡하다. 그 중에서, 180RF 펄스에 의해 야기되는 복수의 위상 반전 효과(즉, 재집속 펄스 트레인)와 비이상적인 재집속 펄스 트레인에 의해 야기되는 가상의 에코를 고려할 필요가 있다. 계산을 간단하게 하기 위해서, 가상 에코 경로는 X.Zhou 외 다수 발명, Magnetic Resonance in Medicine, 30:60-67(1993), "High-field MR Microscopy Using Fast Spin Echoes"에 나타난 바와 같이, 일정하지 않은 분쇄기 구배 파형을 이용하여 위상 분리될 수 있고, 따라서 무시될 수 있다고 가정한다. 실질적으로, 가상의 에코 경로는 FSE 펄스 시퀀스에서 쉽게 무시될 수 없지만, 이러한 가정으로 인해 1차 에코가 신호를 지배할 때 적당히 근접할 수 있다. 이러한 조건으로, 화상 아티팩트는 제거되지 않으면 최소한 감소될 수 있다.
계산 단계(604)에 있어서, bo(t)는 수학식 6a-7a의 유사한 미분을 기초로 하여 제 a 샷에 대하여 보다 편리하게 표현될 수 있다.
Figure 112000023959945-pat00036
여기서, ζm,a = 2π(a-1)fmQ + ζm,1이고, Q는 FSE 펄스 시퀀스의 TR 시간이고, a = 1,2,...,i 샷이다. 제 a 샷의 제 1 에코(c=1, c=1,2,...,j 에코)에 관한 b0,n(t)를 고려한다. SE 펄스 시퀀스에 대한 b0,n(t)의 진동 오차 성분과 유사하게, 제 a 샷의 제 1 에코에 대한 b0,a(t)의 진동 성분(φ1,a(t))은 다음과 같다.
Figure 112000023959945-pat00037
여기서,
Figure 112000023959945-pat00038
이다. 제 a 샷의 제 2 에코(c=2)에 있어서, b0,a(t)의 진동 성분(φ2,a(t))은 다음과 같다.
Figure 112000023959945-pat00039
여기서,
Figure 112000023959945-pat00040
이다.
따라서, 제 a 샷내의 임의의 제 c 에코에 대한 b0,a(t)의 진동 성분(φc,a(t))은 다음과 같이 주어진다.
Figure 112000023959945-pat00041
여기서,
Figure 112000023959945-pat00042
(제 a 샷내의 최대 제 c 180°RF 펄스까지의 누적된 위상)
Figure 112000023959945-pat00043
(c=1 180°RF 펄스에서의 위상) 및
Figure 112000023959945-pat00044
, (h≥2에 있어서)
(제 (h-1) 180°RF 펄스에서 제 h 180°RF 펄스까지의 위상)
Figure 112000023959945-pat00045
(제 c 180°RF 펄스에서 제 c 데이터 획득창의 개시까지의 위상)
Figure 112000023959945-pat00046
(제 a 샷내의 제 c 에코의 초기 데이터 획득 시간), 그리고, mod(h,2)는 h/2의 나머지를 표시한다. 따라서, 제 a 샷내의 제 c 에코의 각각(즉, 환원하면, 획득된 제 n 행의 k-스페이스 데이터 각각, n=c+j(a-1))은 관련되어 있는 진동 오차(φc,a(t))를 가질 수 있다. 각각의 진동 오차(φc,a(t))는 FSE 뷰 순서의 테이블에 따라서 대응하는 제 n의 k-스페이스 행과 연관될 수 있다. FSE 뷰 순서의 테이블은 모든 샷에서 방출되는 복수의 에코가 적당히 식별되고 인덱싱될 수 있도록 각각의 에코를 제 n의 제 k-스페이스 행과 관련시킨다.
계산 단계(606)에서, FSE 펄스 시퀀스를 이용한 제 a 샷내의 제 c 에코에 대한 gx,a(t)의 kx-스페이스 변위 오차(Δkx,c,a(t))(즉, 제 n 행의 k-스페이스 데이터)는 b0,a(t)를 gx,a(t)로 치환하는 것을 제외하고, 수학식 18과 유사한 수학식을 이용하여 계산된다. 유사하게, 계산 단계(608)에서, 제 a 샷내의 제 c 에코에 대한 gy,a(t)의 ky-스페이스 변위 오차(Δky,c,a(t))(즉, 제 n 행의 k-스페이스 데이터)는 b0,a(t)를 gy,a(t)로 치환하는 것을 제외하고, 수학식 18과 유사한 수학식을 이용하여 계산된다.
계산 단계(610)에서, 제 a 샷내의 제 c 에코에 대한 gz(t)의 슬라이스 선택 구배 오차(Δkz,c,a)(제 n 행의 k-스페이스 데이터)는 제 a 90°RF 펄스에서 제 c 에코의 중심까지 계산된다. 슬라이스 구배 오차(Δkz,c,a)는 수학식 19를 이용하여 계산될 수 있다.
Figure 112000023959945-pat00047
위상 오차(φc,a(t))와 마찬가지로, 구배 유도 오차 각각은 또한 FSE 뷰 순서의 테이블에 따라서, 대응하는 제 n의 k-스페이스 행에 연관되어 있다.
모든 진동 오차 성분, 즉 k-스페이스 위상 오차를 알고 있다면, 제 n 행의 k-스페이스 데이터, 또는 보다 바람직하게 제 a 샷내의 모든 j 에코의 획득은 단계(612)에서 개시된다. 다음에, 보상 단계(614-620)가 실행되어 제 a 샷의 제 c 에코내의 위상 오차를 교정한다. 예를 들어, 보상 단계(614)에서, 교정 펄스 또는 파형은 Δkz,c,a/2πγ의 펄스 아래의 영역을 가질 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 슬라이스 선택 구배와 조합 또는 부가되는 교정 펄스는 (a)-Δkz,c,a/(2πγ)의 펄스 아래에 영역을 가진 블립 구배 펄스(gzcomp,c,a), 또는 (b) Δkz,c,a/(2πγ)의 펄스 아래에 영역을 또한 가진 다른 분쇄기 또는 슬라이스 재집속 구배 펄스(g'zcomp,c,a)일 수 있다. 바람직하게, -Δkz,1,a/(2πγ), -Δkz,2,a/(2πγ), -Δkz,c,a/(2πγ)의 펄스 아래의 영역을 가진 블립 구배 펄스(710, 712, 714) 등과 같은 j개의 블립 구배 펄스는 각각 슬라이스 선택 구배에 적용된다(도 8a 참조). 블립 구배 펄스는 양 또는 음의 펄스일 수 있다. 대안으로, j개의 보상 구배 펄스는 -Δkz,1,a/(2πγ), -Δkz,1,a/(2πγ), -Δkz,3,a/(2πγ)등의 다른 영역을 각각 가진 현재의 분쇄기 또는 슬라이스 재집속 구배 펄스(716, 718, 720)와 조합될 수 있다(도 8b 참조). 대응하는 재집속 RF 펄스 다음에 발생하도록, 각각의 다른 구배가 적용된다. 다른 오차(φc,a(t), Δkx,c,a, Δky,c,a)에 대한 보상은 SE 펄스 시퀀스에 대하여 설명된 바와 같이, 수신기 위상 조정 및 k-스페이스 재그리딩에 의해 실행될 수 있다.
도 3에 도시된 프로세스는 i번 반복되어 각각의 샷내의 각각의 에코를 계산 및 보상할 것이다. 보상 단계(614-620)가 완료된 후에, 화상 재구성 단계(222)는 공지된 재구성 기술을 이용하여 실행된다. 이러한 방식으로, 불필요한 자석 또는 자계 진동에 의해 야기되는 화상 아티팩트는 FSE 펄스 시퀀스를 이용하여 획득된 MR 화상에서 제거 또는 감소될 수 있다.
도면에 예시하고 전술한 본 발명의 실시예가 현재 바람직하지만, 이러한 실시예는 단지 예로서 제공되어 있다는 것을 알아야 한다. 예를 들어, 4개의 진동 성분(하나의 bo 필드와 3개의 선형 구배 필드) 보다 많고 적은 진동 성분이 임의의 주어진 행의 k-스페이스 데이터에서 계산되고 교정될 수 있다. 다른 예에서, 자기 진동에 의해 야기되는 화상 아티팩트는 또한 3차원 MR 화상에서 또한 교정될 수 있다. 3차원 화상에 있어서, gz(t)의 진동 성분 계산 단계(610)와 보상 단계(614)는 gy(t)의 진동 성분 계산 및 보상 단계(608, 620)와 유사한 단계로 대체될 수 있다. 다른 예에서, 모든 ｑ행의 k-스페이스 데이터에 대한 진동 오차 성분 각각은 보상 단계(616-620)가 데이터가 획득될 때 각각의 제 n 행의 k-스페이스 데이터에 대해 실행할 필요가 없도록 메모리 장치에 저장될 수 있다. 에코 평면 촬상(EPI) 펄스 시퀀스와 같은 다른 유형의 펄스 시퀀스를 이용하여 획득되는 MR 화상은 본 발명을 이용할 경우 유익할 수 있다는 것을 알아야 한다. 따라서, 본 발명은 특정 실시예에 제한되는 것이 아니고, 첨부한 청구범위내에서 여러 변경이 가능하다.

Claims (30)

  1. 자기 공명(MR) 화상의 획득과 관련된 오차 - 상기 오차는 MR 촬상 시스템에 포함된 적어도 하나의 자석의 진동에 의해 발생함 - 를 정량화하는 방법에 있어서,
    상기 적어도 하나의 자석의 진동을 나타내는 섭동 자계 - 상기 섭동 자계는 상기 MR 화상의 획득 동안에 존재함 - 를 확인하는 단계와,
    상기 섭동 자계의 함수로서 상기 오차를 계산하는 단계
    를 포함하되,
    상기 오차는 위상 오차, k-스페이스 변위 오차 또는 슬라이스 선택 구배 오차 중 적어도 하나인 오차 정량화 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 섭동 자계는 적어도 공간적 불변의 자계, 공간적 선형의 판독 자계 구배, 공간적 선형 위상 인코딩 자계 구배, 및 공간적 선형 슬라이스-선택 자계 구배를 포함하는 오차 정량화 방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
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  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 오차 계산 단계는 상기 섭동 자계와 상기 MR 화상을 획득하는 데 사용된 펄스 시퀀스와 관련된 시간 간격의 함수로서 상기 오차를 계산하는 단계를 포함하되, 상기 펄스 시퀀스는 스핀 에코(SE) 펄스 시퀀스, 고속 구배 에코(FGRE) 펄스 시퀀스 및 고속 스핀 에코(FSE) 펄스 시퀀스를 포함하는 그룹으로부터 하나가 선택되는 오차 정량화 방법.
  11. 촬상 시스템에 있어서,
    자계를 생성하여, 상기 촬상 시스템에 위치한 관심 대상의 화상을 나타내는 데이터 세트를 획득하도록 구성된 자석과,
    상기 자석과 통신하며, 상기 데이터 세트 내에 포함된 오차를 계산하도록 구성된 시스템 제어부
    를 포함하되,
    상기 오차는 상기 데이터 세트의 획득 동안 상기 자석의 진동과 관련되며, 상기 오차는 상기 자석의 진동을 나타내는 섭동 자계의 함수인 촬상 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 섭동 자계는 적어도 공간적 불변의 자계, 공간적 선형의 판독 자계 구배, 공간적 선형의 위상 인코딩 자계 구배, 및 공간적 선형의 슬라이스 선택 자계 구배를 포함하는 촬상 시스템.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 오차는 슬라이스 선택 구배 오차를 포함하며, 상기 시스템 제어부는 상기 데이터 세트의 획득 전에 상기 슬라이스 선택 구배 오차를 계산하도록 구성된 촬상 시스템.
  18. 제 11 항에 있어서,
    상기 시스템 제어부는 상기 오차를 복수회, 상기 데이터 세트의 각각의 행에 대하여 1회 계산하도록 구성된 촬상 시스템.
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 자기 공명(MR) 화상의 획득과 관련된 오차 - 상기 오차는 MR 촬상 시스템에 존재하는 자석 진동에 의해 발생함 - 를 정량화하는 시스템에 있어서,
    상기 자석 진동을 나타내는 섭동 자계 - 상기 섭동 자계는 상기 MR 화상의 획득 동안에 존재함 - 을 확인하는 수단과,
    상기 섭동 자계의 함수로서 상기 오차를 계산하는 수단
    을 포함하되,
    상기 오차는 위상 오차, k-스페이스 변위 오차 또는 슬라이스 선택 구배 오차 중 적어도 하나인 오차 정량화 시스템.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 섭동 자계는 적어도 공간적 불변의 자계, 공간적 선형의 판독 자계 구배, 공간적 선형의 위상 인코딩 자계 구배, 및 공간적 선형의 슬라이스 선택 자계 구배를 포함하는 오차 정량화 시스템.
  23. 삭제
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  29. 삭제
  30. 제 21 항에 있어서,
    상기 오차 계산 수단은 상기 섭동 자계와 상기 MR 화상을 획득하는 데 사용된 펄스 시퀀스와 관련된 시간 간격의 함수로서 상기 오차를 계산하도록 구성되며, 상기 펄스 시퀀스는 스핀 에코(SE) 펄스 시퀀스, 고속 구배 에코(FGRE) 펄스 시퀀스 및 고속 스핀 에코(FSE) 펄스 시퀀스를 포함하는 그룹으로부터 하나가 선택되는 오차 정량화 시스템.
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