KR101083554B1

KR101083554B1 - 자기 공명 촬영 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101083554B1
Application number: KR1020040073710A
Authority: KR
Inventors: 아사노겐지
Original assignee: 지이 메디컬 시스템즈 글로발 테크놀러지 캄파니 엘엘씨
Priority date: 2003-09-16
Filing date: 2004-09-15
Publication date: 2011-11-14
Also published as: JP2005087375A; US20050057250A1; CN100582760C; JP3971726B2; US7148686B2; EP1517154B1; EP1517154A1; CN1598556A; DE602004011713T2; KR20050027947A; DE602004011713D1

Abstract

공간 및 주파수 선택적으로 자기 공명 신호를 생성하는 경우, 공간 선택성 및 주파수 선택성의 제한을 완화시킬 목적으로, RF 코일부 및 구배 코일부에 의해 피검체의 피검 부위에 소정의 슬라이스에 있어서의 지방의 주파수 성분을 억제하기 위한 제 1 펄스 시퀀스(PS1)를 인가할 때, 동일한 면적(ar1)을 갖는 양의 펄스(PLP) 및 음의 펄스(PLN)가 계속해서 교대로 발생하고 양의 펄스(PLP)의 크기(HT1)와 음의 펄스의 크기(HT2)의 비가 HT1:HT2=1:2인 구배 자장 펄스(51a)가 구배 코일부에 의해 인가되고, 공간 및 주파수 선택을 위한 RF파(50a)가 양의 펄스(PLP)와 동시에 RF 코일부에 의해 인가된다.

Description

자기 공명 촬영 장치 및 방법{MAGNETIC RESONANCE IMAGING APPARATUS AND MAGNETIC RESONANCE IMAGE PRODUCING METHOD}

도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 MR 촬영 장치의 구성을 일반적으로 나타낸 개략적인 블록도,

도 2는 본 발명의 제 1 실시예에서 자기 공명 신호를 발생시키는 데 사용된 예시적인 펄스 시퀀스를 도시한 도면,

도 3은 본 발명의 제 2 실시예에서 자기 공명 신호를 발생시키는 데 사용된 예시적인 펄스 시퀀스의 주요 부분을 도시한 도면,

도 4는 잔류 자기(residual magnetization)의 히스테리시스(hysteresis)를 도시한 도면이다.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

12 : RF 코일 구동부 13 : 구배 코일 구동부

14 : 데이터 수집부 15 : 마그네트 시스템 제어부

17 : MR 촬영 장치 제어부 18 : 데이터 처리부

19 : 조작부 20 : 표시부

100 : MR 촬영 장치 110: 본체부

141 : 개체 141a : 보어

l50a, 150b : 정자장 발생용 마그네트부

160a, 160b : 구배 코일부 180a, l80b : RF 코일부

250 : 구동부 280 : 콘솔부

본 발명은, 특정한 주파수 성분을 억제 또는 여기한 자기 공명 신호를 피검체의 피검 부위의 특정 영역에서 발생시켜 촬영을 실행하는 자기 공명 촬영 장치 및 자기 공명 화상 생성 방법에 관한 것이다.

자기 공명 촬영(Magnetic Resonance Imaging: MRI)은, 정자장 중의 피검체에 구배 자장 및 RF(Radio Frequency)파를 인가하여, 피검 부위의 프로톤(protons)으로부터 에코로서 방사되는 자기 공명 신호에 근거하여 화상을 생성하는 기술이다.

자기 공명 촬영의 한 가지 알려진 기법으로, 예를 들어, 특정 주파수를 억제한 자기 공명 신호를 수집하여, 이 특정 주파수가 억제된 자기 공명 신호에 근거하여 화상을 생성하는 SPSP(spectral-spatial) 기법이 있다(예컨대, 비특허 문헌 1, 2 참조).

SPSP 기법에서는, 양의 극성과 음의 극성으로 진동하는 구배 자장과 동시에, 일련의 소정의 RF파가 피검체에 인가된다. 이에 따라, 피검체의 피검 부위의 소정의 영역으로부터, 소망하는 조직의 주파수, 예를 들면, 지방의 주파수가 억제된 자기 공명 신호를 얻을 수 있다.

일반적으로, 피검 부위의 소망하는 영역을 선택할 때의 정밀도를 공간 선택성(spatial selectivity)이라고 한다. 또한, 일반적으로, 자기 공명 신호로 지방의 주파수를 억제하는 것을 지방 억제라고 하고, 예컨대, 지방 억제 등을 위해 특정한 주파수 대역의 자기 공명 신호를 얻는 것을 주파수 선택성(frequency selectivity)이라고 한다.

[비특허 문헌 1]

Fritz Schick 등, "Highly Selective Water and Fat Imaging Applying Multislice Sequences without Sensitivity to B1 Field Inhomogeneities", Magnetic Resonance in Medicine, 38, pp. 269-274 (1997).

[비특허 문헌 2]

J. Forster 등, "Slice-Selective Fat Saturation in MR Angiography Using Spatial-Spectral Selective Prepulses", Journal of Magnetic Resonance Imaging, 8(3), pp. 583-589 (1998).

SPSP 기법에서, 공간 선택성을 결정하는 RF파를 피검체에 인가할 수 있는 시 간(time period)은 정자장의 크기에 의해서 결정된다. 이에 따라, 예를 들면, 하드웨어의 성능에 의해 정자장의 크기가 제한되는 경우에는, RF파를 인가할 수 있는 시간(time period)이 제한된다. 그 결과, 충분한 공간 선택성이 달성될 수 없다는 불리한 상황이 이따금 일어날 수 있다.

또한, SPSP 기법에서, 피검체에 인가되는 양의 극성 및 음의 극성으로 진동하는 구배 자장에 의해 야기된 잔류 자기의 영향은 충분한 지방 억제 효과를 얻을 수 없다는 불리한 상황을 초래한다.

따라서, 본 발명의 목적은, 공간 및 주파수 선택적으로 자기 공명 신호를 생성하는 데 있어서 공간적 선택성 및 주파수 선택성의 제한을 완화시킬 수 있는 자기 공명 촬영 장치를 제공하는 데에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 공간 및 주파수 선택적으로 자기 공명 신호를 생성하는 데 있어서 공간 선택성 및 주파수 선택성의 제한을 완화시킬 수 있는 자기 공명 화상 생성 방법을 제공하는 데에 있다.

본 발명에 따른 자기 공명 촬영 장치는, 정자장 내의 피검체의 피검 부위에 RF파를 인가하는 RF파 인가 수단과, 상기 피검 부위에 위치 정보를 할당한 구배 자장을 인가하여 선택 영역을 설정하는 구배 자장 인가 수단과, 상기 선택 영역의 프로톤으로부터의 자기 공명 신호를 검출하는 검출 수단을 구비하고, 상기 검출 수단에 의해 검출된 상기 자기 공명 신호에 근거하여 상기 피검 부위의 화상 데이터를 생성하기 위한 자기 공명 촬영 장치에 있어서, 상기 RF파 인가 수단, 상기 구배 자장 인가 수단 및 상기 검출 수단을 조합하여, 상기 선택 영역에 있어서의 대상 프로톤의 억제 또는 여기를 위한 제 1 펄스 시퀀스, 및 상기 대상 프로톤의 공명 주파수의 주파수 성분이 억제 또는 여기된 상기 자기 공명 신호를, 상기 선택 영역을 포함하는 영역에서 수집하는 제 2 펄스 시퀀스를 실행시키는 제어 수단을 갖고, 상기 제어 수단은, 상기 제 1 펄스 시퀀스에 있어서, 면적이 같고 극성이 다른 상기 구배 자장의 펄스가 양 및 음의 극성에서 비대칭적인 크기를 갖게 하고, 상기 극성의 크기가보다 작은 상기 구배 자장의 각 펄스와 동시에, 상기 RF파가 인가되게 한다.

또한, 본 발명에 관한 자기 공명 화상 생성 방법은, 정자장 내의 피검체의 피검 부위에 RF파를 인가하는 RF파 인가 수단과, 상기 피검 부위에 위치 정보를 부여하여 선택 영역을 설정하는 구배 자장을 인가하는 구배 자장 인가 수단을 구비하여, 상기 선택 영역의 프로톤으로부터의 자기 공명 신호에 근거하여 상기 피검 부위의 화상 데이터를 생성하는 자기 공명 촬영 장치를 이용하며, 여기서 상기 자기 공명 화상 생성 방법은, 상기 RF파 인가 수단과 상기 구배 자장 인가 수단에 의해 상기 선택 영역에서의 대상 프로톤의 억제 또는 여기를 위한 펄스 시퀀스를 실행하고, 상기 대상 프로톤의 공명 주파수의 주파수 성분이 억제 또는 여기된 상기 자기 공명 신호를, 상기 선택 영역을 포함하는 영역으로부터 발생시키는 자기 공명 신호 발생 단계를 갖고, 상기 자기 공명 신호 발생 단계는, 동일한 면적 및 다른 극성을 가지며 상기 구배 자장 인가 수단에 의해 양 및 음의 극성이 비대칭인 크기를 갖는 상기 구배 자장의 펄스를 인가하는 단계와, 상기 RF파 인가 수단에 의해 보다 작은 크기의 상기 극성을 갖는 상기 구배 자장의 각 펄스와 동시에 상기 RF파를 인가하는 단계를 포함한다.

본 발명에서, 제어 수단은 RF파 인가 수단 및 구배 자장 인가 수단을 조합하여 소정의 펄스 시퀀스에 따라 구동시켜, 피검 부위의 소정의 선택 영역에 있어서의 대상 프로톤을 억제 또는 여기시킨다. 이러한 펄스 시퀀스에서, 제어 수단은, 동일한 면적 및 상이한 극성을 가지며 양 및 음의 극성이 비대칭인 크기를 갖는 구배 자장의 펄스를 구배 자장 수단이 인가하게 하고, 보다 작은 크기의 극성을 갖는 구배 자장의 각 펄스와 동시에 RF파 인가 수단이 RF파를 인가하게 한다. 따라서, 대상 프로톤의 공명 주파수의 주파수 성분이 억제 또는 여기된 자기 공명 신호가 선택 영역의 피검 영역으로부터 획득될 수 있다.

피검 영역으로부터의 자기 공명 신호를 검출 수단에 의해 검출된다.

본 발명에 따르면, 공간 및 주파수 선택적으로 자기 공명 신호를 생성하는 데 있어서 공간적 선택성 및 주파수 선택성의 제한을 완화하는 것이 가능한 자기 공명 화상 생성 방법을 제공하는 것에도 있다.

본 발명은 자기 공명 신호를 사용하여 자기 공명 촬영 장치에 적합하게 사용되어 피검체에 대한 촬영을 수행한다.

본 발명의 추가 목적 및 장점은 첨부한 도면에 도시한 바와 같은 본 발명의 바람직한 실시예의 다음 설명으로부터 명백해질 것이다.

이제, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명할 것이다.

(제 1 실시예)

우선, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 자기 공명(magnetic resonance: MR) 촬영 장치의 예시적인 구성에 대해 이하에서 설명할 것이다.

도 1은 제 1 실시예에 따른 MR 촬영 장치(100)의 구성을 일반적으로 도시한 개략적인 블록도이다.

MR 촬영 장치(100)는 본체부(110), 콘솔(console)부(280)를 포함한다. 도 1에서, 본체부(110)는 그 주요 부분이 개략적인 투시 팬텀도로 도시된다.

본체부(110)는 마그네트 시스템 및 구동부(250)를 포함한다.

마그네트 시스템은 한 쌍의 정자장 발생용 마그네트부(150a, 150b), 구배 코일부(160a, 160b), 및 RF(Radio Frequency) 코일부(180a, 180b)를 포함하며, 각 멤버는 본체부(110)의 개체(141) 내에서 그 대응하는 멤버와 대향하도록 배치된다.

이들 각 부는 대응하는 멤버와 대향하도록 배치되며, 내측으로부터, 예를 들면, RF 코일부(180a, 180b), 구배 코일부(160a, 160b), 및 정자장 발생용 마그네트부(150a, 150b)의 순서로 배열된다. 가장 안쪽의 RF 코일부(180a, 180b)간에는 보어(bore)(141a)가 형성되어 피검체(도시하지 않음)가 그 안에 배치된다.

도 1에 도시한 바와 같은 MR 촬영 장치(100)는 보어(141a)가 대부분 개방된 형태로 구성된 개체(141)를 갖기 때문에, 그것은 개방형 MR 촬영 장치라 불린다.

구동부(250)는 RF 코일 구동부(12), 구배 코일 구동부(13), 데이터 수집부(14), 마그네트 시스템 제어부(15)를 포함한다. 이들의 접속 관계를 명확히 도시하기 위해서, 이들은, 도 1에서는 본체부(110)와는 분리되어 있는 것으로 도시되고 있으나, 실제로는, 예를 들면, 본체부(110)의 개체(141)내에 마련된다.

마그네트 시스템 제어부(15)는 RF 코일 구동부(12), 구배 코일 구동부(13), 및 데이터 수집부(14)에 접속된다.

RF 코일 구동부(12)와 데이터 수집부(14)는 RF 코일부(180a, 180b)에 접속된다. 구배 코일 구동부(13)는 구배 코일부(160a, 160b)에 접속된다.

본 발명에서의 RF파 인가 수단의 일 실시예는 RF 코일부(180a, 180b) 및 RF 코일 구동부(12)로 구성된다. 본 발명에서의 구배 자장 인가 수단의 일 실시예는 구배 코일부(160a, 160b) 및 구배 코일 구동부(13)로 구성된다. 검출 수단의 일 실시예는 RF 코일부(180a, 180b) 및 데이터 수집부(14)로 구성된다. 본 발명에서의 제어 수단의 일 실시예는 마그네트 시스템 제어부(15)에 해당한다.

정자장 발생용 마그네트부(150a, 150b)는, 예를 들어, 영구 자석을 이용하여 구성된다. 서로 대향하도록 배치된 정자장 발생용 마그네트부(150a, 150b)는 보어(141a)에 정자장을 발생시킨다.

정자장 발생용 마그네트부(150a, 150b)에 의해 발생한 정자장의 방향을, 예를 들면, y 방향으로 규정한다. 도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시예에서, 정자장 발생용 마그네트부(150a, 150b)는 서로 수직 방향으로 대향 배치되므로, 수직 방향은 y 방향을 나타낸다. 수직 방향의 정자장은 때때로 수직 자장이라고도 한다.

또한, y 방향과 직교하는 2개의 방향은, 도 1에 도시한 바와 같이, 각각 x 방향 및 z 방향으로 규정된다. 도시하지 않았으나, 많은 경우, 피검체는 보어(141a) 내에서, 피검체의 두부(head)로부터 각부(toe)로 향하는 몸축 방향이 z 방향과 일치하도록 배치된다.

현재의 개방형 MR 촬영 장치에서, 정자장의 자계 강도는 대략 0.2∼0.7 테슬라(T) 정도이다. 일반적으로, 약 0.2∼0.7 테슬라 정도의 마그네트 시스템을 저중자장(mid-to-low magnetic field) 시스템이라고 한다.

구배 코일부(160a, 160b)는 RF 코일부(180a, 180b)가 검출하는 자기 공명 신호에 3차원의 위치 정보를 할당하기 위한 3쌍의 구배 코일을 구비한다. 구배 코일부(160a, 160b)는 이들 구배 코일을 이용하여, 3 방향, 즉, x, y, z 방향에서의 구배를 정자장 발생용 마그네트부(150a, 150b)가 형성한 정자계의 강도로 나누는 구배 자장을 발생시킨다.

이들 3 방향의 구배 자장은 피검 영역에서 슬라이스를 선택하는 슬라이스 선택 구배 자장, 위상 인코드 구배 자장, 및 판독 구배 자장(주파수 인코드 구배 자장이라고도 지칭됨)을 포함한다.

RF 코일부(180a, 180b)는 송신용 RF 코일 및 수신용 RF 코일을 포함한다. 송신용 RF 코일은 피검 부위의 프로톤의 스핀 회전축을 기울이기 위해 정자장 중에 있는 피검체의 피검 부위에 RF 대역의 자장을 인가한다. 이하에서는, RF 대역의 자장을 간단히 RF파라고 지칭한다.

송신용 RF 코일에 의해 RF파의 인가를 정지하면, 인가된 RF파의 주파수 대역 과 같은 공명 주파수의 주파수 성분을 갖는 자기 공명 신호가, 피검 부위의 스핀 때문에, 피검 부위로부터 재방사된다. 수신용 RF 코일은 피검 부위로부터의 자기 공명 신호를 검출한다.

송신용 RF 코일 및 수신용 RF 코일은 같은 코일일 수도 있고, 예를 들어, RF 코일부(180a)의 RF 코일을 송신용 코일로 사용하고 RF 코일부(180b)의 RF 코일을 수신용 RF 코일로 사용하는, 개별적인 전용 코일일 수도 있다.

또한, 개체(141) 내에 포함되는 RF 코일부(180a, 180b) 외에도, 피검체의 두부, 복부(abdomen) 또는 어깨 등과 같은 피검 부위에 따라 채택되는 전용 RF 코일을 송신/수신용 RF 코일로서 이용할 수도 있다.

RF파의 주파수의 범위는, 예를 들어, 2.13MHz 내지 85MHz이다.

구배 코일 구동부(13)는 3차원의 구배를 정자계의 강도로 나누는 구배 자장을 발생시키기 위한 구배 자장 여기 신호를, 전술한 3개의 구배 코일로 전송한다.

구배 코일 구동부(13)로부터의 구배 자장 여기 신호에 대한 응답으로, 구배 코일부(160a, 160b)가 구동되어, 정자계의 강도에서 3차원의 구배를 발생시킴으로써, 피검체에서의 촬영 대상 영역을 규정할 수 있다. 촬영 영역은, 소정 두께를 갖는 단층의 슬라이스로 규정된다. 도 1은 x-y 평면에 평행한 복수의 예시적인 슬라이스(S)를 z 방향으로 배열한 예를 나타낸다. 그러나, 도 1에 나타낸 배열은 단지 일례이며, 슬라이스는 보어(141a) 내의 임의의 위치에 설정될 수 있다.

RF 코일 구동부(12)는 RF 코일부(180a, 180b)에 RF파 여기 신호를 공급하여 보어(141a) 내의 피검체에 RF파를 인가시킨다. 이 RF파의 인가는 피검 부위에서의 프로톤의 스핀 회전축의 경사를 변화시킨다.

데이터 수집부(14)는, RF 코일부(180a, 180b)에 의해서 검출된 자기 공명 신호를 취입하여, 그것들을 자기 공명 화상 생성을 위한 원래의 데이터로서 수집한다.

데이터 수집부(14)는, 예를 들면, 1개의 화상을 생성하기 위한 데이터를 모두 수집한 후, 수집한 데이터를 콘솔부(280)의 데이터 처리부(18)로 송신하는데, 이는 후에 논의될 것이다.

또한, 데이터 수집부(14)는 취입한 자기 공명 신호에 관한 데이터의 일부를 마그네트 시스템 제어부(15)에도 송신한다.

콘솔부(280)의 MR 촬영 장치 제어부(17)로부터의 지령 신호에 대한 응답으로, 마그네트 시스템 제어부(15)는 RF파, 구배 자장 및 자기 공명 신호가 소정의 펄스 시퀀스를 따르도록 RF 코일 구동부(12), 구배 코일 구동부(13) 및 데이터 수집부(14)를 제어한다.

펄스 시퀀스는, RF파, 구배 자장 및 자기 공명 신호의 펄스 파형(이하, 간단히 펄스라고 지칭함)을 시간 경과에 따라 정의한 것이고, 펄스 시퀀스에 의한 정의에 따른 펄스 형태의 RF파 여기 신호 및 구배 자장 여기 신호는 RF 코일 구동부(12) 및 구배 코일 구동부(13)로부터 RF 코일부(180a, 180b) 및 구배 코일부(160a, 160b)로 각각 입력된다.

콘솔부(280)는 본체부(110)에 의해서 피검체의 자기 공명 화상을 획득하기 위한, 마그네트 시스템 제어부(15)로의 지령 파라미터의 입력과 촬영 개시 지령의 입력을 포함하는 여러 가지 조작을 위해 제공된다.

도 1에 도시한 바와 같이, 콘솔부(280)는 MR 촬영 장치 제어부(17), 데이터 처리부(18), 조작부(19), 및 표시부(20)를 포함한다.

MR 촬영 장치 제어부(17)는 데이터 처리부(18) 및 표시부(20)에 접속된다. 데이터 처리부(18)는 표시부(20)에 접속된다.

또한, 데이터 처리부(18)는 데이터 수집부(14)와 접속하고, MR 장치 제어부(17)는 조작부(19)와 접속한다.

조작부(19)는 키보드나 마우스와 같은 입력 장치에 의해 구현된다. 콘솔부(280)를 조작하는 오퍼레이터로부터의 지령 신호는 조작부(19)를 거쳐서 MR 장치 제어부(17)로 입력된다.

MR 촬영 장치 제어부(17)는, 예를 들면, CPU와 같이, 연산을 위한 하드웨어, 및 프로그램 등과 같이, 하드웨어의 구동을 위한 소프트웨어에 의해 구현된다.

프로그램은, 예를 들면, RAM(Random Access Memory) 및 하드디스크 드라이브에 의해서 구현되는 기억부(도시하지 않음)에 저장된다.

MR 촬영 장치 제어부(17)는, 마그네트 시스템 제어부(15), 데이터 처리부(18), 및 표시부(20)를 통합적으로 제어하여, 조작부(19)를 거쳐서 입력된 오퍼레이터로부터의 지령을 실현한다. 본체부(110)에 의한 하드웨어적인 제한 등과 같은 제한이 존재하는 경우, MR 장치 제어부(17)는 입력된 지령을 실행할 수 없음을 나타내는 메시지를 표시부(20)에 표시한다.

데이터 처리부(18)는, 조작부(19) 및 MR 장치 제어부(17)를 거쳐서 입력된 오퍼레이터로부터의 지령에 근거하여, 데이터 수집부(14)로부터 송신된 자기 공명 신호 데이터에 대하여, 연산 처리 및 화상 처리 등을 포함하는 소정의 처리를 적용함으로써 자기 공명 화상을 생성하는 처리를 실행한다. 데이터 처리부(18)에 의해 생성된 화상은 기억부(도시하지 않음)에 저장될 수 있다.

데이터 처리부(18)가 생성한 화상은, 오퍼레이터부터의 요구에 대한 응답으로, 표시부(20)에 적절히 표시된다.

표시부(20)는, 예를 들면, 액정 표시 패널이나 CRT(Cathode-Ray Tube) 등과 같은 모니터에 의해서 구현된다.

또한, 표시부(20)는, MR 촬영 장치(100)를 조작하기 위한 조작 화면도 표시된다.

상술한 구성을 갖는 MR 촬영 장치(100)가 사용되어, 피검체의 자기 공명 화상을 생성할 수 있다. 이제, 도 2를 참조하여, 자기 공명 화상 생성에 이용되는 자기 공명 신호 발생을 위한 예시적인 펄스 시퀀스에 대하여 설명할 것이다.

도 2에 도시한 펄스 시퀀스에서, 가로축은 좌측에서 우측으로 진행하는 경과 시간(t)을 나타낸다. 도시된 곡선은 도 2의 상측으로부터 순서대로 RF파 인가 펄스 시퀀스(RF), 슬라이스 선택 구배 자장 인가 펄스 시퀀스(G_슬라이스), 위상 인코드 구배 자장 인가 펄스 시퀀스(G_위상), 판독 구배 자장 인가 펄스 시퀀스(G_판독), 및 자기 공명 신호 발생 시퀀스(시그널(Signal))를 각각 지정한다.

시퀀스(RF)는 RF 코일부(180a, 180b)에 의해 피검체로 인가된 RF파의 파형을 나타낸다.

시퀀스(G_슬라이스)는, 피검 부위의 촬영 대상 슬라이스를 선택하기 위해, 구배 코일부(160a, 160b)에 의해 피검 부위로 인가된 슬라이스 선택 구배 자장 펄스의 파형을 나타낸다.

시퀀스(G_위상)는 피검체의 위상 방향으로의 위치 정보를 인코딩할 때 사용하기 위해, 구배 코일부(160a, 160b)에 의해 피검 부위로 인가된 위상 인코드 구배 자장 펄스의 파형을 나타낸다.

시퀀스(G_판독)는 RF 코일부(180a, 180b)에 의해 RF파가 인가된 피검 부위로부터의 자기 공명 신호를 방출시키기 위해서 구배 코일부(160a, 160b)에 의해 피검 부위로 인가된 판독 구배 자장 펄스의 파형을 나타낸다.

시퀀스(시그널)는, 피검 부위로부터 방출되어, RF 코일부(180a, 180b)가 검출하는 자기 공명 신호(54)를 나타낸다.

RF파를 인가하여 위상 인코드 구배 자장에 의해 위상 인코드를 인가하는 단계는, 목적 화상의 픽셀 사이즈에 따라서 사전 결정된 위상 인코드 구배 자장의 크기를 변화시키면서 소정 회수 반복된다. 이 작업은 도 2의 시퀀스(G_위상)에서의 복수의 위상 인코드 구배 자장 펄스(52)로 표현된다.

제 1 실시예에 따른 자기 공명 신호를 발생시키는 펄스 시퀀스는, 도 2에 도시한 바와 같이, 크게 제 1 펄스 시퀀스(PS1)와 제 2 펄스 시퀀스(PS2)로 나뉜다.

제 1 펄스 시퀀스(PS1)는 정자장 중의 피검체에 설정된 복수의 슬라이스(S) 중의 소정의 슬라이스에만 있는 소정의 주파수를 억제 또는 여기하는 펄스 시퀀스이다.

이러한 방식으로, 공간 및 주파수 선택적으로 자기 공명 신호를 발생시킬 수 있는 펄스 시퀀스에 대해서는, 예를 들면, SPSP(spectral-spatial) 기법에 따른 펄스 시퀀스가 채용될 수 있다.

SPSP 기법은, 예를 들면, 전술한 비특허 문헌 1 및 2에 기재되어 있으므로, 그 상세한 설명은 생략될 것이나, 이 기법에서는, 도 2의 RF파(50a) 및 슬라이스 선택 구배 자장 펄스(51a)에 의해 도시된 바와 같이, 양 및 음의 극성을 교대로 갖는 슬라이스 선택 구배 자장 펄스를 연속적으로 인가하면서 소정의 파형을 갖는 RF파를 인가함으로써, 대상 프로톤을 억제 또는 여기시키는 영역을 선택할 수 있다.

다음 설명에서는, 지방을 대상 프로톤으로 선택하여, 제 1 펄스 시퀀스(PS1)에 의해 자기 공명 신호(54)의 지방의 공명 주파수 대역의 주파수 성분을 억제하는 경우를 일례에 들어 설명한다. 그러나, SPSP 기법에서는, RF파(50a) 및 슬라이스 선택 구배 자장 펄스(51a)의 파형을 적절히 변경함으로써, 지방의 공명 주파수 대역의 주파수 성분을 여기할 수 있다. SPSP 기법에 따른 펄스 시퀀스는 주파수 선택적이기 때문에, 지방 뿐 아니라, 예를 들면, 물의 공명 주파수 대역의 주파수 성분을 억제 또는 여기시킬 수 있다.

공간 및 주파수 선택적인 펄스 시퀀스를 이용하는 SPSP 기법 등과 같은 기법에서, 공간 선택성을 결정하기 위한 RF파(50a)를 인가할 수 있는 한 번의 사이클 시간(TW)은 대체로 정자장의 크기에 의해 결정된다. 예를 들어, 정자장의 크기가 0.35 테슬라(T)이면, 사이클 시간(TW)은 약 6 내지 8ms다.

슬라이스(S)의 두께를 감소시킴으로써 공간 선택성을 향상시키기 위해서는, 보다 큰 슬라이스 선택 구배 자장 펄스(51a)가 인가되어야 한다. 그러나, 슬라이스 선택 구배 자장 펄스(51a)의 상승 시간(upward transition time) 및 하강 시간(downward transition time), 또는 기울기(DK)는 MR 촬영 장치(100)의 하드웨어의 성능에 의해서 제한된다. 따라서, 슬라이스 선택 구배 자장 펄스(51a)를 증대시키는 시도는, 슬라이스 선택 구배 자장 펄스(51a)에서 RF파(50a)의 실제 펄스를 인가할 수 있는 평평한 부분의 길이(RW1)를 감소시킨다.

본 실시예에서는, 길이(RW1)를 가능한 한 증가시키기 위해서, 제 1 펄스 시퀀스에서 인가된 슬라이스 선택 구배 자장 펄스(51a)가 양 및 음의 극성에서 동일한 면적 및 비대칭적인 크기를 갖도록 구성한다.

더욱 상세하게는, 슬라이스 선택 구배 자장 펄스(51a)의 양의 펄스(PLP)와 음의 펄스(PLN)의 면적은 같다. 본 실시예에서, 각 펄스(PLP, PLN)의 면적은 참조번호(ar1)로 지정된다. 또한, 양의 펄스(PLP)의 극성의 크기(HT1)와 음의 펄스(PLN)의 극성의 크기(HT2)는 상이하고, 그들은 크기가 0인 축에 대하여 비대칭이다.

본 실시예에서는, 예컨대, 음의 펄스(PLN)의 크기(HT2)가 양의 펄스(PNP)의 크기(HT1)보다 크다. 이에 따라, 기울기(DK)가 일정한 경우에, 양의 펄스(PLP)에서의 평평한 부분의 길이는 음의 펄스(PLN)의 것보다 더 길다.

본 실시예에서는, RF파(50a) 각각을 가능한 한 오래 인가하기 위해서, 더 작은 크기 때문에 더 긴 평평한 부분을 갖는 극성의 양의 펄스(PLP)와 동시에, RF파(50a)의 펄스가 인가된다.

영구 자석이 정자장 발생용 마그네트부(150a, 150b)로서 사용되면, 잔류 자기에 의해 발생되는 히스테리시스가 존재한다는 것은 알려져 있다. 잔류 자기가 정자장의 자계 강도를 변화시키고 자기 공명 신호에 영향을 미치기 때문에, 충분한 지방 억제 효과를 얻을 수 없다는 점과, 제 2 펄스 시퀀스(PS2)에 의해 얻어진 자기 공명 신호(54)가 소망하는 신호와 상이하다는 점등을 포함한 역효과가 발생할 가능성이 있다.

본 실시예에서, 양의 펄스(PLP)의 크기(HT1) 및 음의 펄스(PLN)의 크기(HT2)는 상이하기 때문에, 잔류 자기에 의한 영향을 감소시킬 수 있다. 이것은 이제 상세히 설명될 것이다.

도 4는, 잔류 자기에 의한 히스테리시스를 설명하기 위한 도면이다. 도 4의 가로축은 슬라이스 선택 구배 자장 펄스(51a)의 크기, 즉, 구배의 크기를 나타내고, 세로축은 잔류 자기를 나타낸다.

도 4에 도시한 바와 같이, 영구 자석을 이용하여 정자장 발생용 마그네트(150a, 150b)에 발생한 잔류 자기는, 구배의 크기의 변화의 경로에 따라 잔류 자기의 크기를 변화시키는 히스테리시스를 갖는다는 것이 알려져 있다. 도 4에 나타낸 바와 같은 g에서 -g까지의 루프를 형성하는 구배의 크기의 변화를 고려한다. 이 때, 도면에서, 예를 들면, 구배의 크기가 -g/2인 지점으로부터 화살표 방향으로 구배의 크기를 변화시키는 것을 전제로 한다. 구배의 크기가 -g/2인 지점에서, 잔류 자기는 0이다.

구배의 크기가 루프를 따라 음의 방향으로 -g까지 증가하고 다시 -g/2로 되 돌아간 후, 잔류 자기는 0이 아니라 -M이 된다. 잔류 자기를 제거하기 위해서는 구배의 크기가 g/2까지 증가되어야 한다.

다시 말해, 구배의 크기가 g에서 -g까지 계속하여 변화하는 루프에서, 잔류 자기가 한 번 0이 된 후 0으로 되돌아가는 지점으로부터 잔류 자기를 가져오기 위해서는, 구배의 크기가 -g에서 g/2까지, 또는 g에서-g/2까지 연속으로 변화되어야 한다.

이상과 같이, 절대적인 크기가 2:1인 반대 극성을 갖는 구배 자장을 계속하여 인가함으로써, 잔류 자기가 제거되는 것이 알려져 있다. 이 성질은, 영구 자석을 이용한 마그네트 시스템이면, 형성된 정자장의 크기에 관계없이 거의 모든 마그네트 시스템에 적합하다.

따라서, 본 실시예에서, 잔류 자기에 의한 영향을 감소시키기 위해서, 양의 펄스의 크기(HT1)와 부의 펄스의 크기(HT2)와의 비(ratio)를, 도 2에 도시한 바와 같이, HT1:HT2=1:2로서 설정된다.

제 1 펄스 시퀀스(PS1)의 개시 시점에서의 잔류 자기가 0이면, RF파(50a)에 대한 펄스 인가 사이클을 시작함에 있어서, 잔류 자기에 의한 영향을 도 2에 도시한 시간 시점(t1)에서 제거할 수 있다.

크기(HT1, HT2)는 비율 HT1:HT2=1:2인 경우로 제한되지 않고, 잔류 자기에 의한 영향은 크기(HT1, HT2)가 상이한 경우에만 제공되는 소정 정도까지 감소될 수 있다는 것에 유의해야 한다.

제 1 펄스 시퀀스(PS1) 실행 후의 제 2 펄스 시퀀스(PS2)에서는, 예컨대, 스 핀 에코(spin echo) 기법, 구배 에코(gradient echo) 기법 또는 에코 평면 촬영(echo planar imaging) 기법 등에 따른 펄스 시퀀스를 적절히 적용할 수 있다.

도 2에는 구배 에코 기법에 따라 피검체로부터 자기 공명 신호를 획득하기 위한 예시적인 펄스 시퀀스가 도시된다.

구배 에코 기법에서는, 도 2에 도시한 바와 같이, 슬라이스 선택 구배 자장 펄스(51b)를 인가하여 슬라이스를 선택한 상태에서, RF파(50b)를 피검체에 인가한다. 이 때, 선택된 슬라이스는, 제 1의 펄스 시퀀스(PS1)에서 그 지방이 억제되는 슬라이스이다.

자기 공명 신호(54)를 발생시키기 위한 RF파(50b)를 인가한 후, 도 2에 도시한 바와 같이, 위상 인코드 구배 자장 펄스(52)를 인가하여 위상 인코드 방향으로 위치 정보를 할당하기 위한 인코딩을 이행하고, 동시에, 판독 구배 자장 펄스(53)를 피검 부위에 인가한다. 판독 구배 자장 펄스(53)를 인가함으로써, 슬라이스 선택 구배 자장 펄스(51b)에 의해 선택된 슬라이스로부터의 에코로서, 자기 공명 신호(54)가 RF 코일부(180a, 180b)에 의해 검출된다.

일반적으로, 자기 공명 신호(54)를 취득하기 위해서 인가된 RF파(50b)의 중심으로부터 자기 공명 신호(54)의 중심까지의 시간을 에코 시간(TE)이라고 한다.

일반적으로, 제 1 펄스 시퀀스(PS1)의 개시로부터 제 2 펄스 시퀀스(PS2)의 종료까지의 시간을 반복 시간(TR)이라고 한다.

이상과 같이, 본 실시예에서는, 피검 부위의 특정한 슬라이스에서의 특정한 조직(예컨대, 지방)에서의 프로톤의 공명 주파수를 억제 또는 여기하기 위해서, 슬라이스 선택 구배 자장 펄스(51a)를 인가한다. 본 실시예에서, 슬라이스 선택 구배 자장 펄스(51a)는 양 및 음의 극성에서 동일한 면적을 갖고, 양의 펄스(PLP)의 크기(HT1)를 음의 펄스(PLN)의 크기(HT2)보다 작게 하여, 크기가 0인 축에 대하여 비대칭인 크기가 되게 한다. 이에 따라, 보다 작은 크기의 극성의 양의 펄스(PLP)는 음의 펄스(PLN)의 것보다 더 긴 길이(RW1)의 평평한 부분을 갖는다. 따라서, 하드웨어의 제한 등에 의해 RF파(50a)를 인가할 수 있는 사이클 시간(TW)이 제한되어 있다고 해도, 양의 펄스(PLP)와 동시에, RF파(50a)의 각 펄스를 인가함으로써, 더 긴 RF파(50a)를 인가할 수 있다. RF파(50a)를 인가하는 시간은 제 1 펄스 시퀀스(PS1)에 의한 공간 선택성에 직접적으로 관계되기 때문에, 본 실시예는 소망하는 슬라이스를 더욱 정확히 선택할 수 있다.

또한, 본 실시예에 따르면, HT1:HT2=l:2로 설정함으로써, 잔류 자기에 의한 영향이 제거된다. 그 결과, 잔류 자기로 인한 정자장의 자계 강도의 변화를 방지하여 보다 확실한 주파수 선택 효과를 얻을 수 있어, 자기 공명 화상의 화질을 향상시킬 수 있다.

또한, 양 및 음의 펄스의 크기(HT1, HT2)가 반드시 1:2가 아니더라도, 잔류 자기의 영향을 어느 정도 감소시킬 수 있고, 크기(HT1, HT2)에 따라 평평한 부분의 길이(RW1)를 변화시킬 수 있기 때문에, 펄스 시퀀스의 파형이 적절히 변경되어 펄스 시퀀스 설계의 자유도를 향상시킬 수 있다.

RF파(50a)를 인가할 수 있는 사이클 시간(TW)은 정자장의 크기에 직접적으로 관계되고, 정자장의 자계 강도가 작을수록 사이클 시간(TW)은 줄어든다. 본 실시 예에서는, 한정된 사이클 시간(TW) 내에서 RF파(50a)의 펄스의 인가 시간을 길게 할 수 있으므로, 저중자장의 마그네트 시스템에서 특히 효과적이라고 할 수 있다.

일반적으로, 저중자장용의 마그네트 시스템에는 영구 자석이 이용되므로, 본 실시예는 영구 자석을 사용한 마그네트 시스템에 대하여 특히 효과적이라고 할 수 있다.

(제 2 실시예)

슬라이스 선택 구배 자장 펄스(51a)의 파형을 변경함으로써, 잔류 자기에 의한 영향을 보다 이른 시점에서 제거할 수 있다. 이를 위한 슬라이스 선택 구배 자장 펄스에 대하여 이하에서 설명할 것이다.

도 3은 제 2 실시예에서 제 1 펄스 시퀀스(PS1) 대신에 이용되는 펄스 시퀀스(PS3)를 도시한 도면이다.

제 2 실시예는 제 1 펄스 시퀀스(PS1) 대신에 펄스 시퀀스(PS3)를 이용한다는 점을 제외하면 제 1 실시예와 유사하므로, 유사한 부분에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다.

펄스 시퀀스(PS3)는 제 l 실시예의 제 1 펄스 시퀀스(PS1)의 앞에 부가된 슬라이스 선택 구배 자장의 펄스(PLR)를 갖는 것이고, 펄스(PLR)는, 제 1 펄스 시퀀스(PS1)에 있어서의 슬라이스 선택 구배 자장 펄스(51a)의 최초의 펄스와 비교할 때, 동일한 면적과 상이한 극성을 갖는다.

도 3에서는, 시퀀스(RF, G-슬라이스)의 그래프와 시간(t)의 축만이 도시되어 있음을 유의해야 한다. 제 1 실시예와 유사하게, 시간(t)은 좌측에서 우측으로 진행한다.

본 실시예의 일례로서, 음의 펄스(PLR)는 양의 슬라이스 선택 구배 자장 펄스(PLP)의 앞에 인접하여 배치된다. 펄스(PLR)의 면적은 슬라이스 선택 구배 자장 펄스(51a)의 각 펄스의 면적(ar1)과 동일하다.

음의 펄스(PLR)의 크기(HT3)와 양의 펄스(PLP)의 크기(HT1)와의 비를, 제 1 실시예와 같이 HT1:HT3=1:2로 설정하면, 도 3에 나타낸 시점(t2)의 개시 시에 잔류 자기에 의한 영향을 없앨 수 있다.

제 1 펄스 시퀀스(PS1)와 제 2 실시예의 펄스 시퀀스(PS3)를 비교하면, 제 1 펄스 시퀀스(PS1)에서는, RF파(50a)의 두 개의 펄스(50a1, 50a2)의 인가가 종료된 시간은 시간(t1)이다. 반면, 펄스 시퀀스(PS3)에서는, 펄스(50a1)만이 종료된 시간은 잔류 자기에 의한 영향을 없앨 수 있는 시간(t2)이다.

따라서, 제 2 실시예는 제 1 실시예의 경우와 동일한 효과 외에도, 잔류 자기에 의한 영향을 더 빨리 제거하는 효과를 제공할 수 있다.

본 발명은 상술한 실시예로 한정되지 않고, 첨부한 특허청구의 범위 내에서 적절히 변경될 수 있다.

예를 들어, 본 발명은 원통형으로 형성된 보어를 갖는 "원통형" 마그네트 시스템을 포함한 MR 촬영 장치, 및 도 1에 나타낸 바와 같은 개방형 마그네트 시스템을 포함하는 MR 촬영 장치에 적용될 수 있다. 또한, 정자계는 영구 자석에 의해 생성되는 것으로 제한되지 않고, 상전도 자석(normal-conductive magnet) 또는 초 전도 자석(super-conductive magnet)을 사용하여 형성될 수도 있다.

또한, 상기 실시예에서는, 제 2 펄스 시퀀스(PS2)로서 구배 에코 기법에 따른 시퀀스를 사용한 경우에 대하여 설명하지만, 본 발명은 스핀 에코 기법 등의 것을 포함한 그 밖의 자기 공명 신호 수집 시퀀스를 이용할 수도 있다. 제 1 펄스 시퀀스(PS1)로서, 공간 및 주파수 선택적으로 자기 공명 신호를 발생할 수 있다면, SPSP 기법의 펄스 시퀀스 이외의 펄스 시퀀스를 적용할 수 있다.

매우 다양한 본 발명의 실시예가 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어남 없이 구성될 수 있다. 본 발명은, 첨부한 청구범위에서 정의한 바를 제외하면, 명세서에서 설명한 구체적인 실시예로 한정되지 않음을 이해해야 한다.

본 발명은 자기 공명 신호를 이용하여 피검체의 촬영을 실행하는 자기 공명 촬영의 분야에서 적합하게 이용할 수 있다.

Claims

정자장(static magnetic field) 내의 피검체의 피검 부위에 RF파를 인가하는 RF파 인가 장치와,

상기 피검 부위에 위치 정보를 할당하여 선택 영역을 설정하는 구배 자장(gradient magnetic field)을 인가하는 구배 자장 인가 장치와,

상기 선택 영역의 프로톤(proton)으로부터의 자기 공명 신호를 검출하는 검출 장치를 포함하되,

상기 검출 장치에 의해 검출된 상기 자기 공명 신호에 근거하여 상기 피검 부위에 대한 화상 데이터를 생성시키는 자기 공명 촬영 장치로서,

상기 자기 공명 촬영 장치는

상기 RF파 인가 장치, 상기 구배 자장 인가 장치, 및 상기 검출 장치를 조합하여 사용하고,

상기 RF파 인가 장치와 상기 구배 자장 인가 장치로 하여금 상기 선택 영역에서의 대상 프로톤(target protons)의 억제 또는 여기를 위한 제 1 펄스 시퀀스와, 상기 선택 영역을 포함하는 영역으로부터 상기 대상 프로톤의 공명 주파수의 주파수 성분이 억제 또는 여기된 상기 자기 공명 신호를 수집하기 위한 제 2 펄스 시퀀스를 실행하도록 하는

제어 장치를 더 포함하고,

상기 제어 장치는, 상기 제 1 펄스 시퀀스에서, 상기 구배 자장의 제 1 펄스와 상기 구배 자장의 제 2 펄스를 인가할 것을 지시하도록 구성되고, 상기 제 1 펄스는 상기 제 2 펄스와 동일한 면적을 가지고, 상기 제 1 펄스는 양 극성(positive polarity)의 제 1 크기를 가지고, 상기 제 2 펄스는 음 극성(negative polarity)의 제 2 크기를 가지며, 상기 제 2 크기는 상기 제 1 크기와 다르고,

상기 자기 공명 촬영 장치는 상기 제 1 크기 및 상기 제 2 크기 중에서 상대적으로 작은 크기의 극성을 갖는 상기 구배 자장의 각 펄스와 동시에 상기 RF파가 인가되게 하는

자기 공명 촬영 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 크기 및 상기 제 2 크기는 상기 구배 자장 펄스에 의해 야기된 잔류 자기의 영향을 제거할 수 있도록 하는

자기 공명 촬영 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 제 1 크기와 상기 제 2 크기의 비(ratio)는 1:2인

자기 공명 촬영 장치.
제 3 항에 있어서,

상기 정자장은 영구 자석에 의해 생성되는

자기 공명 촬영 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제어 장치는, 상기 제 1 펄스 시퀀스 전에, 상기 제 1 펄스 시퀀스 내의 상기 구배 자장의 상기 제 1 펄스와 비교할 때 동일한 면적 및 상이한 극성을 갖는 제 3 구배 자장 펄스를 인가하는

자기 공명 촬영 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 정자장은 0.2 내지 0.7 테슬라(Teslas)의 자계 강도의 저중자장(mid-to-low magnetic field)인

자기 공명 촬영 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 펄스 시퀀스는 지방 프로톤(fat protons)의 공명 주파수의 억제 또는 여기를 위한 것인

자기 공명 촬영 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 펄스 시퀀스는 수분 프로톤(water protons)의 공명 주파수의 억제 또는 여기를 위한 것인

자기 공명 촬영 장치.
정자장 내의 피검체의 피검 부위에 RF파를 인가하는 RF파 인가 장치와 상기 피검 부위에 위치 정보를 할당하여 선택 영역을 설정하는 구배 자장을 인가하는 구배 자장 인가 장치를 포함하는 자기 공명 촬영 장치를 사용하여, 상기 선택 영역의 프로톤으로부터의 자기 공명 신호에 근거하여 상기 피검 부위에 대한 화상 데이터를 생성하는 자기 공명 화상 생성 방법으로서,

상기 자기 공명 화상 생성 방법은 상기 RF파 인가 장치와 상기 구배 자장 인가 장치에 의해 상기 선택 영역에서의 대상 프로톤의 억제 또는 여기를 위한 펄스 시퀀스를 실행하여, 상기 선택 영역을 포함하는 영역으로부터 상기 대상 프로톤의 공명 주파수의 주파수 성분이 억제 또는 여기된 상기 자기 공명 신호를 발생시키는 자기 공명 신호 발생 단계를 포함하고,

상기 자기 공명 신호 발생 단계는

상기 구배 자장의 제 1 펄스와 상기 구배 자장의 제 2 펄스를 인가하는 단계- 상기 제 1 펄스는 상기 제 2 펄스와 동일한 면적을 가지고, 상기 제 1 펄스는 양 극성의 제 1 크기를 가지고, 상기 제 2 펄스는 음 극성의 제 2 크기를 가지며, 상기 제 2 크기는 상기 제 1 크기와 다름 -와,

상기 제 1 크기 및 상기 제 2 크기 중에서 상대적으로 작은 크기의 극성을 갖는 상기 구배 자장의 각 펄스와 동시에 상기 RF파를 인가하는 단계를 포함하는

자기 공명 촬영 방법.
제 9 항에 있어서,

상기 제 1 크기 및 상기 제 2 크기는 상기 구배 자장 펄스에 의해 야기된 잔류 자기의 영향을 제거할 수 있게 하는

자기 공명 촬영 방법.