KR101453297B1 - 복수 타입의 자기 공명 영상들을 동시에 생성하는 장치 및 방법 - Google Patents

복수 타입의 자기 공명 영상들을 동시에 생성하는 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

자장 내에서 RF 코일을 이용하여 복수 타입의 원자핵들에 대응하는 복수의 주파수들을 갖는 펄스들이 일렬로 배치된 펄스 열을 갖는 전자파 신호를 상기 자장 내에 위치한 대상체에 인가하고, 이 RF 코일로부터 복수 타입의 원자핵들에 대응하는 자기 공명 신호들의 데이터를 수집하고, 이 자기 공명 신호들의 데이터를 이용하여 복수 타입의 원자핵들에 대응하는 복수 타입의 자기 공명 영상들을 생성한다.

Description

복수 타입의 자기 공명 영상들을 동시에 생성하는 장치 및 방법{Apparatus and method for creating multi-type magnetic resonance images simultaneously}
복수 타입의 자기 공명 영상들을 동시에 생성하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
환자를 진단하기 위한 다양한 의료 장비들이 사용 또는 개발 중에 있다. 환자 진단 과정에서의 환자의 편의, 환자 진단 결과의 신속성 등으로 인하여 CT(Computed Tomography) 장치, MRI(Magnetic Resonance Imaging) 장치 등과 같이 인체 내부 단면의 모습을 영상으로 보여주는 의료 장비들의 중요성이 부각되고 있다. 특히, MRI 장치는 다른 영상 의료 장비들에 비해 영상의 품질이 매우 뛰어나나, 영상을 검출하는 시간이 오래 걸리고, 이것으로 인해 영상에 잡음이 발생할 수 있다.
본 발명은 복수 타입의 자기 공명 영상들을 동시에 신속하게 생성하는 장치 및 방법을 제공하는데 있다. 또한, 그 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체를 제공하는데 있다. 본 발명의 적어도 하나의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다. 이것은 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상적인 지식을 가진 자들이라면 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 자기 공명 영상 생성 장치는 복수 타입의 원자핵들에 대응하는 복수의 주파수들을 갖는 펄스들이 일렬로 배치된 펄스 열을 갖는 전자파 신호를 자장 내에 위치한 대상체에 인가하는 코일, 상기 코일에 수신된 상기 복수 타입의 원자핵들에 대응하는 자기 공명 신호들을 수집하는 신호 수집부, 및 상기 수집된 자기 공명 신호들의 데이터를 이용하여 상기 복수 타입의 원자핵들에 대응하는 복수 타입의 자기 공명 영상들을 생성하는 영상 생성부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 자기 공명 영상 생성 방법은 자장 내에서 소정의 코일을 이용하여 복수 타입의 원자핵들에 대응하는 복수의 주파수들을 갖는 펄스들이 일렬로 배치된 펄스 열을 갖는 전자파 신호를 상기 자장 내에 위치한 대상체에 인가하는 단계, 상기 코일에 수신된 상기 복수 타입의 원자핵들에 대응하는 자기 공명 신호들의 데이터를 수집하는 단계, 및 상기 수집된 자기 공명 신호들의 데이터를 이용하여 상기 복수 타입의 원자핵들에 대응하는 복수 타입의 자기 공명 영상들을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면은 상기된 자기 공명 영상 생성 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체를 제공한다.
복수 타입의 자기 공명 영상들을 동시에 신속하게 생성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 공명 영상 장치의 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 RF 코일(13)에 의해 생성되는 펄스 열의 일례이다.
도 3은 도 1에 도시된 RF 코일(13)에 의해 생성되는 펄스 열의 다른 예이다.
도 4는 도 1에 도시된 RF 코일(13)에 의해 생성되는 펄스 열의 또 다른 예이다.
도 5는 도 1에 도시된 RF 코일(13)에 의해 생성되는 펄스 열의 또 다른 예이다.
도 6은 도 1에 도시된 신호 수집부(23)에서 수소 원자핵들로부터 유도되는 자기 공명 신호들을 수집하는 일례를 도시한 도면이다.
도 7은 도 1에 도시된 신호 수집부(23)에서 나트륨 원자핵들로부터 유도되는 자기 공명 신호들을 수집하는 일례를 도시한 도면이다.
도 8은 도 1에 도시된 영상 생성부(33)에서 영상을 생성하는 일례를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 공명 영상 생성 방법의 흐름도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 공명 영상 장치의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 자기 공명 영상 장치는 메인 자석(main magnet)(11), 그라디언트 코일(gradient coil)(12), RF 코일(Radio Frequency Coil)(13), 실드(shield)(14), 테이블(15), 제 1 신호 생성부(21), 제 2 신호 생성부(22), 신호 수집부(23), 사용자 인터페이스(31), 제어부(32), 영상 생성부(33), 제 1 스토리지(34), 제 2 스토리지(35) 및 영상 출력부(36)로 구성될 수 있다. 메인 자석(11), 그라디언트 코일(12), 및 RF 코일(13)은 인체 내의 어떤 원자핵들로부터 자기 공명 신호들을 유도하기 위한 자기장을 생성하기 위한 구성들로서 자석, 코일 등으로 구현될 수 있다. 실드(14)는 RF 코일(13)에서 생성된 전자파가 외부로 방사되는 것을 차단한다. 실드(14) 내의 테이블(15)은 대상체, 예를 들어 환자가 놓여지는 곳으로서 제어부(32)의 제어에 의해 이동될 수 있다.
제 1 신호 생성부(21), 제 2 신호 생성부(22), 및 신호 수집부(23)는 제어부(32)의 제어에 따라 그라디언트 코일(12) 및 RF 코일(13)에 자기장을 생성하기 위한 신호를 전송하거나, RF 코일(13)에 수신된 신호들을 수집하여 영상 생성부(13)에 제공하기 위한 구성들로서 오실레이터(oscillator), 증폭기(amplifier), 변조기(modulator), 복조기(demodulator), ADC(analog to digital converter), DAC(digital to analog converter) 등으로 구현될 수 있다. 사용자 인터페이스(31), 제어부(32), 영상 생성부(33), 제 1 스토리지(34), 제 2 스토리지(35) 및 영상 출력부(36)는 제 1 신호 생성부(21)와 제 2 신호 생성부(22)를 제어하거나, 신호 수집부(23)에 의해 수집된 신호들을 처리하기 위한 구성들로서 컴퓨터와 컴퓨터의 주변 기기들로 구현될 수 있다.
메인 자석(11)은 인체 내부의 원자핵들의 자기 쌍극자 모멘트(magnetic dipole moment)의 방향을 일정한 방향으로 정렬하기 위한 정자장(static magnetic field)을 생성한다. 이와 같은 정자장을 생성하기 위한 자석들로는 영구 자석, 상온 전자석, 초전도 전자석 등이 있다. 초전도 전자석에 의해 생성된 자장이 강하고 균일도가 뛰어나 초전도 전자석이 메인 자석(11)으로 주로 이용되고 있다. 예를 들어, 인체 내부의 수소 원자들이 메인 자석(11)에 의해 생성된 정자장 내에 놓이게 되면, 수소 원자핵들의 자기 쌍극자 모멘트의 방향은 보다 낮은 에너지 상태로 가기 위해 이 정자장의 방향으로 정렬되게 된다. 실제로는 열적 평형 상태를 유지하기 위해서 낮은 에너지 상태에 있는 원자핵들이 높은 에너지 상태에 있는 원자핵들보다 약간 많다. 여기에서, 서로 다른 에너지 상태에 있는 원자핵들간의 에너지 차이는 메인 자석(11)에 의해 생성된 자장의 세기에 비례하며, 고유의 라머 주파수(Larmor frequency)를 갖는다. 예를 들어, 메인 자석(11)에 의해 생성된 자장의 세기가 1 테슬라(tesla)라면, 이 자장에서의 수소 원자핵의 라머 주파수는 42.58 MHz이고, 나트륨 원자핵의 라머 주파수는 11.27 MHz이다.
그라디언트 코일(12)은 메인 자석(11)에 의해 생성된 정자장 내의 기준 위치로부터 떨어진 거리에 비례하여 복수 개의 방향들, 예를 들어 x 방향, y 방향, 및 z 방향 각각에 대하여 일정한 기울기(gradient)로 변하는 경사 자계를 생성한다. 여기에서, 기준 위치는 메인 자석(11)에 의해 생성된 정자장이 존재하는 공간을 3차원 좌표계로 표현할 때에 이 3차원 좌표계의 원점이 될 수 있다. 그라디언트 코일(12)에 의해 생성된 경사 자계에 의해, RF 코일(13)에 수신된 자기 공명 신호들 각각은 3차원 공간에서의 위치 정보를 갖게 된다. 그라디언트 코일(12)은 x 방향으로 변하는 경사 자계를 생성하는 X 그라디언트 코일, y 방향으로 변하는 경사 자계를 생성하는 Y 그라디언트 코일, 및 z 방향으로 변하는 경사 자계를 생성하는 Z 그라디언트 코일로 구성될 수 있다.
RF 코일(13)은 어떤 원자핵을 낮은 에너지 상태로부터 높은 에너지 상태로 천이시키기 위하여 이 원자핵의 종류에 대응하는 라디오 주파수를 갖는 전자파 신호, 즉 RF 신호를 생성하여 대상체에 인가한다. 이와 같이 인가된 전자파 신호에 의해, 대상체 내의 원자핵들은 여기(excitation)되게 된다. 여기에서, 대상체는 일반적으로 인체의 촬영 부위를 의미하나, 인체가 아닌 다른 생체 내지 물체가 될 수도 있다. 예를 들어, 1 테슬라의 정자장 내에서 수소 원자핵의 에너지 상태를 천이시키기 위해서 RF 코일(13)은 42.58 MHz의 전자파를 생성할 수 있다. 또한, 1 테슬라의 정자장 내에서 나트륨 원자핵의 에너지 상태를 천이시키기 위해서 RF 코일(13)은 11.27 MHz의 전자파를 생성할 수 있다. RF 코일(13)에 의해 생성된 전자파 신호가 어떤 원자핵에 가해지면, 이 원자핵은 낮은 에너지 상태로부터 높은 에너지 상태로 천이된다. 이후에, RF 코일(13)에 의해 생성된 전자파가 사라지면, 즉 이 원자핵에 가해진 전자파가 사라지면, 이 원자핵은 높은 에너지 상태로부터 낮은 에너지 상태로 천이하면서 동일한 라머 주파수를 갖는 전자파를 방사하게 된다.
RF 코일(13)은 대상체 내부의 원자핵들로부터 방사된 전자파 신호를 수신한다. 이와 같이 수신된 전자파 신호를 자유 유도 감쇠(FID, Free Induction Decay) 신호라고 한다. 이 자유 유도 감쇠 신호가 자기 공명 영상을 생성하기 위해 사용되는 자기 공명 신호로서 대상체에 인가된 전자파 신호에 대한 에코 신호(echo signal)라고 호칭된다. 대상체로의 전자파 신호의 인가 시점, 즉 전자파 신호의 생성 시점부터 대상체로부터의 전자파 신호의 수신 시점까지의 구간의 길이를 에코 시간(echo time, TE)이라고 하며, 인체로의 전자파 신호의 인가가 반복되는 구간의 길이를 반복 시간(repetition time, TR)이라고 한다.
RF 코일(13)은 원자핵의 종류에 대응하는 라디오 주파수를 갖는 전자파를 생성하는 기능과 이 원자핵으로부터 방사된 전자파를 수신하는 기능을 함께 갖는 하나의 코일로 구현될 수도 있고, 원자핵의 종류에 대응하는 라디오 주파수를 갖는 전자파를 생성하는 기능을 갖는 전송 코일과 이 원자핵으로부터 방사된 전자파를 수신하는 기능을 갖는 수신 코일로 구현될 수도 있다. 특히, 도 1에 도시된 실시예에서 RF 코일(13)의 수신 코일은 하나의 코일로 여러 주파수를 수신할 수 있는 이중 동조 코일(dual tuned coil)로 구현될 수도 있고, 다수의 자기 공명 신호들을 동시에 수신할 수 있는 다채널 코일(multi-channel coil)로 구현될 수 있고, 이중 동조된 다채널 코일로 구현될 수도 있다.
사용자 인터페이스(31)는 도 1에 도시된 자기 공명 영상 장치의 운전자(operator)로부터 어떤 명령을 입력받고, 이것을 제어부(32)로 출력한다. 사용자 인터페이스(31)는 컴퓨터의 일반적인 입력 장치인 키보드, 마우스 등으로 구현될 수 있다. 영상 출력부(34)는 영상 생성부(33)에 의해 생성된 자기 공명 영상을 출력한다. 영상 출력부(34)는 컴퓨터의 일반적인 출력 장치인 모니터 등으로 구현될 수 있다. 제어부(32)는 사용자 인터페이스(31)로부터 출력된 명령에 따라 제 1 신호 생성부(21), 제 2 신호 생성부(22), 신호 수집부(23), 영상 생성부(33) 등을 제어한다. 영상 생성부(33)는 신호 수집부(23)에 의해 수집되어 제 1 스토리지(34)와 제 2 스토리지(35)에 저장된 자기 공명 신호들을 이용하여 자기 공명 영상을 생성한다. 제어부(32)와 영상 생성부(33)는 자기 공명 영상을 생성하는 데 요구되는 다량의 데이터를 신속하게 처리할 수 있는 고성능의 컴퓨터로 구현될 수 있다. 한편, 자기 공명 영상을 생성한다라는 용어는 자기 공명 영상을 복원한다(reconstruct)라는 용어 등 다양한 용어들로 표현될 수 있음을 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
제어부(32)는 x 방향, y 방향, 및 z 방향 각각에 대하여 일정한 기울기로 주파수가 변하는 교류 신호를 지시하는 제어 신호를 생성하여 제 2 신호 생성부(22)로 출력한다. 제 1 신호 생성부(21)는 제어부(32)로부터 입력된 제어 신호에 따라 x 방향, y 방향, 및 z 방향 각각에 대하여 일정한 기울기로 주파수가 변하는 교류 신호를 생성하여 그라디언트 코일(12)로 출력한다. 그라디언트 코일(12)은 제 1 신호 생성부(21)로부터 입력된 교류 신호에 따라 x 방향, y 방향, 및 z 방향 각각에 대하여 일정한 기울기로 변하는 경사 자계를 생성한다. 또한, 제어부(32)는 어떤 펄스 열을 지시하는 제어 신호를 생성하여 제 2 신호 생성부(22)로 출력한다. 제 2 신호 생성부(22)는 제어부(32)로부터 입력된 제어 신호에 따라 이 펄스 열을 갖는 교류 신호를 생성하여 RF 코일(13)로 출력한다. RF 코일(13)은 제 2 신호 생성부(22)로부터 입력된 교류 신호에 따라 이 펄스 열을 갖는 전자파 신호를 생성한다. 제 1 신호 생성부(21)와 제 3 신호 생성부는 제어부(32)로부터 입력된 아날로그 신호를 디지털 형태로 변화하는 ADC, 소스 신호를 생성하는 오실레이터, 제어부(32)로부터 입력된 신호에 따라 이 소스 신호를 변조하는 변조기, 변조기에 의해 변조된 신호를 증폭하는 증폭기 등으로 구현될 수 있다. 이와 같이 증폭된 신호들이 각 코일로 보내지게 된다.
신호 수집부(23)는 RF 코일(13)을 통해 원자핵들에 유도된 자기 공명 신호들을 수집한다. 신호 수집부(23)는 RF 코일(13)에 수신된 자기 공명 신호를 증폭하는 증폭기, 증폭기에 의해 증폭된 자기 공명 신호를 복조하는 복조기, 복조기에 의해 복조된 아날로그 신호를 디지털 형태로 변환하는 DAC 등으로 구현될 수 있다. 이와 같이 디지털 형태로 변화된 자기 공명 신호들이 제 1 스토리지(34) 및 제 2 스토리지(35) 각각에 나누어 저장되게 된다. 제 1 스토리지(34) 및 제 2 스토리지(35)는 반드시 물리적으로 분리된 스토리지들을 의미하는 것은 아니며, 서로 다른 타입의 자기 공명 신호들의 분리되어 저장되는 공간을 의미한다. 예를 들어, 제 1 스토리지(34) 및 제 2 스토리지(35)는 하드 디스크의 서로 다른 저장 영역들이 될 수도 있다.
수소 원자는 인체의 70% 이상을 차지하는 물분자의 구성 성분이기 때문에 수소 원자핵들로부터 유도되는 자기 공명 신호들의 세기는 인체 내의 다른 타입의 원자핵들로부터 유도되는 자기 공명 신호들의 세기보다 매우 크다. 일반적으로, 자기 공명 영상은 수소 원자핵들로부터 유도되는 자기 공명 신호들을 이용하여 생성된다. 수소 원자핵들로부터 유도되는 자기 공명 신호들을 이용하여 생성된 자기 공명 영상 (이하 "1H 자기 공명 영상"라고 함)은 인체 내의 해부학 정보를 제공한다. 한편, 나트륨 원자는 인체의 구성 성분들 중 2 번째로 높은 비율로 존재하지만 수소 원자들에 비해 매우 낮은 비율로 존재하기 때문에 나트륨 원자핵들로부터 유도되는 자기 공명 신호들의 세기는 매우 작으며, SNR (Signal to Noise Ratio, 신호 대 잡음비)이 낮다. 이에 따라, 나트륨 원자핵들로부터 유도되는 자기 공명 신호들을 매우 긴 시간 동안 반복하여 수집하고, 이와 같이 수집된 자기 공명 신호들의 평균을 이용하여 자기 공명 영상 (이하 "23Na 자기 공명 영상"라고 함)이 생성된다. 23Na 자기 공명 영상은 인체 내 대사 정보를 제공한다.
제 2 신호 생성부(22)로부터 RF 코일(13)로 인가되는 교류에 의해 RF 코일(13)로부터 전자파가 발생하고, 신호 수집부(23)의 신호 수집에 의해 RF 코일(13)로 전자파가 수신되기 때문에 RF 코일(13)에서의 어떤 펄스의 생성 시점과 수신 시점은 자유롭게 조정이 될 수 있다. 일반적으로, 수소 원자핵의 자기 공명 신호의 에코 시간은 나트륨 원자핵의 자기 공명 신호의 에코 시간에 비해 매우 길다. 이와 같은 점들에 착안하여, 이하에서는 복수 타입의 자기 공명 영상들을 동시에 생성하기 위한 RF 코일(13)에서의 펄스 열을 살펴보기로 한다.
제어부(32)는 복수 타입의 원자핵들에 대응하는 복수의 주파수들을 갖는 펄스들이 일렬로 배치된 펄스 열을 지시하는 제어 신호를 생성하여 제 2 신호 생성부(22)로 출력한다. 제 2 신호 생성부(22)는 제어부(32)로부터 입력된 제어 신호에 따라 복수 타입의 원자핵들에 대응하는 복수의 주파수들을 갖는 펄스들이 일렬로 배치된 펄스 열을 갖는 교류 신호를 생성하여 RF 코일(13)로 출력한다. RF 코일(13)은 제 2 신호 생성부(22)로부터 입력된 교류 신호에 따라 복수 타입의 원자핵들에 대응하는 복수의 주파수들을 갖는 펄스들이 일렬로 배치된 펄스 열을 갖는 전자파 신호를 생성한다. RF 코일(13)에 의해 생성된 전자파 신호는 대상체에 인가되게 된다. 예를 들어, 1H 자기 공명 영상과 23Na 자기 공명 영상을 동시에 생성하기 위하여, RF 코일(13)은 수소 원자핵에 대응하는 펄스와 나트륨 원자핵에 대응하는 펄스가 일렬로 배치된 펄스 열을 갖는 전자파 신호를 생성할 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 도 1에 도시된 실시예에서 수소 원자핵의 자기 공명 신호와 나트륨 원자핵의 자기 공명 신호를 거의 동시에 수집하기 위하여, RF 코일(13)은 제 1 타입의 원자핵에 대응하는 주파수를 갖는 적어도 하나의 제 1 펄스의 생성 시점과 이 제 1 펄스가 대상체에 인가됨으로써 발생되는 제 1 에코 신호의 수신 시점 사이에서 제 2 타입의 원자핵에 대응하는 주파수를 갖는 적어도 하나의 제 2 펄스를 생성하고, 이 제 2 펄스가 대상체에 인가됨으로써 발생되는 제 2 에코 신호를 수신할 수 있다. 예를 들어, RF 코일(13)은 수소 원자핵에 대응하는 주파수를 갖는 적어도 하나의 펄스의 생성 시점과 이 펄스가 대상체에 인가됨으로써 발생되는 에코 신호의 수신 시점 사이에서 나트륨 원자핵에 대응하는 주파수를 갖는 적어도 하나의 펄스를 생성하고, 이 펄스가 대상체에 인가됨으로써 발생되는 에코 신호를 수신할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 RF 코일(13)에 의해 생성되는 펄스 열의 일례이다. 도 2에서 x 축의 단위는 시간 단위인 초(second)이고, y 축의 단위는 전압 단위인 밀리볼트(milli-volt, mV)이다. 수소 원자핵의 라머 주파수는 나트륨 원자핵의 라머 주파수보다 크기 때문에 수소 원자핵에 대응하는 주파수를 갖는 전자파 신호의 펄스 폭이 나트륨 원자핵에 대응하는 주파수를 갖는 전자파 신호의 펄스 폭보다 좁게 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 수소 원자핵에 대응하는 주파수를 갖는 전자파 신호의 에코 시간 TE1H 사이에 나트륨 원자핵에 대응하는 주파수를 갖는 전자파 신호의 에코 시간 TE23Na가 포함되어 있다. 도 2에 도시된 예에서, RF 코일(13)은 제 1 타입의 원자핵, 즉 수소 원자핵에 대응하는 주파수를 갖는 하나의 제 1 펄스의 생성 시점과 이 제 1 펄스가 대상체에 인가됨으로써 발생되는 제 1 에코 신호의 수신 시점 사이에서 제 2 타입의 원자핵, 즉 나트륨 원자핵에 대응하는 주파수를 갖는 하나의 제 2 펄스를 생성하고, 이 제 2 펄스가 대상체에 인가됨으로써 발생되는 제 2 에코 신호를 수신할 수 있다. 이와 같이, RF 코일(13)은 수소 원자핵에 대응하는 주파수를 갖는 전자파 신호의 에코 시간 TE1H 사이에 나트륨 원자핵에 대응하는 주파수를 갖는 전자파 신호의 에코 시간 TE23Na가 포함되는 펄스 열을 갖는 전자파 신호를 생성함으로서 수소 원자핵들로부터 유도되는 자기 공명 신호들과 나트륨 원자핵들로부터 유도되는 자기 공명 신호들을 거의 동시에 수신할 수 있게 된다.
도 3은 도 1에 도시된 RF 코일(13)에 의해 생성되는 펄스 열의 다른 예이다. 도 3을 참조하면, 수소 원자핵에 대응하는 주파수를 갖는 전자파 신호의 하나의 에코 시간 TE1H 사이에 나트륨 원자핵에 대응하는 주파수를 갖는 전자파 신호의 2 개의 에코 시간 TE23Na들이 포함되어 있다. 도 3에 도시된 예에서, RF 코일(13)은 제 1 타입의 원자핵, 즉 수소 원자핵에 대응하는 주파수를 갖는 하나의 제 1 펄스의 생성 시점과 이 제 1 펄스가 대상체에 인가됨으로써 발생되는 제 1 에코 신호의 수신 시점 사이에서 제 2 타입의 원자핵, 즉 나트륨 원자핵에 대응하는 주파수를 갖는 복수 개의 제 2 펄스들을 생성하고, 이 제 2 펄스들이 대상체에 인가됨으로써 발생되는 이 제 2 펄스들 각각의 제 2 에코 신호들을 수신할 수 있다.
수소 원자핵들에 비해, 나트륨 원자핵들로부터 유도되는 자기 공명 신호들의 세기는 매우 작기 때문에 나트륨 원자핵들로부터 유도되는 자기 공명 신호들은 가급적 반복하여 측정되어야 함이 바람직하다. 도 3에 도시된 예에서, RF 코일(13)은 수소 원자핵에 대응하는 주파수를 갖는 전자파 신호의 하나의 에코 시간 TE1H 사이에 나트륨 원자핵에 대응하는 주파수를 갖는 전자파 신호의 2 개의 에코 시간 TE23Na들이 포함되는 펄스 열을 갖는 전자파 신호를 생성함으로서 수소 원자핵들로부터 유도되는 자기 공명 신호들을 한 번 수신되는 동안에 나트륨 원자핵들로부터 유도되는 자기 공명 신호들을 2 번 수신될 수 있게 된다. 도 3에는 하나의 에코 시간 TE1H 사이에 2 개의 에코 시간 TE23Na들이 포함되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 도 1에 도시된 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하나의 에코 시간 TE1H 사이에 2 개 이외에 다른 개수의 에코 시간 TE23Na들이 포함될 수 있음을 이해할 수 있다.
도 2와 도 3에 도시된 예에서, RF 코일(13)에 의해 생성되는 펄스는 메인 자석(11)에 의해 생성된 정자장의 방향에 대해서 90도의 방향을 갖는 펄스이다. 예를 들어, 메인 자석(11)에 의해 생성된 정자장의 방향이 z 축이라면, 이 정자장의 방향으로 정렬된 어떤 원자핵에 90도의 방향을 갖는 펄스가 가해지면 원자핵은 xy 평면의 방향으로 정렬되게 된다. 이와 같은 90도의 방향을 갖는 펄스가 어떤 원자핵들에 가해짐으로써 이 원자핵들로부터 발생되는 자기 공명 신호들을 이용하여 자기 공명 영상을 생성하는 방식을 그라디언트 에코 영상법(gradient echo imaging)이라고 한다. 그라디언트 에코 영상법은 단순하나, 이것에 의해 수집된 자기 공명 신호들의 세기는 다소 약하기 때문에 스핀 에코 영상법(spin echo imaging)이 일반적으로 사용된다. 스핀 에코 영상법은 어떤 원자핵들에 90도의 방향을 갖는 펄스(이하 "90도 펄스"라고 함)를 가한 후에 180도의 방향을 갖는 펄스를 다시 가하고, 이 원자핵들로부터 발생되는 자기 공명 신호들을 이용하여 자기 공명 영상을 생성한다. 이하에서는 스핀 에코 영상법에서 복수 타입의 자기 공명 영상들을 동시에 생성하기 위한 RF 코일(13)에서의 펄스 열을 살펴보기로 한다.
도 4는 도 1에 도시된 RF 코일(13)에 의해 생성되는 펄스 열의 또 다른 예이다. 도 4를 참조하면, 수소 원자핵에 대응하는 주파수를 갖는 전자파 신호의 하나의 에코 시간 TE1H 사이에 나트륨 원자핵에 대응하는 주파수를 갖는 90도 펄스와 180 펄스의 하나의 에코 시간 TE23Na이 포함되어 있다. 도 4에 도시된 예에서, RF 코일(13)은 제 1 타입의 원자핵, 즉 수소 원자핵에 대응하는 주파수를 갖는 제 1 펄스의 생성 시점과 이 제 1 펄스가 대상체에 인가됨으로써 발생되는 제 1 에코 신호의 수신 시점 사이에서 제 2 타입의 원자핵, 즉 나트륨 원자핵에 대응하는 주파수를 갖는 복수 개의 제 2 펄스들, 즉 90도 펄스와 180도 펄스를 생성하고, 이 제 2 펄스들이 대상체에 인가됨으로써 발생되는 제 2 에코 신호를 수신할 수 있다.
수소 원자핵들에 비해, 나트륨 원자핵들로부터 유도되는 자기 공명 신호들의 세기는 매우 작기 때문에 가급적 나트륨 원자핵들로부터 유도되는 자기 공명 신호들의 세기가 보다 크게 검출되도록 함이 바람직하다. 도 4에 도시된 예에서, RF 코일(13)은 수소 원자핵에 대응하는 주파수를 갖는 전자파 신호의 하나의 에코 시간 TE1H 사이에 나트륨 원자핵에 대응하는 주파수를 갖는 90도 펄스와 180 펄스의 하나의 에코 시간 TE23Na이 포함되는 펄스 열을 갖는 전자파 신호를 생성함으로서 수소 원자핵들로부터 유도되는 자기 공명 신호들은 그라디언트 에코 영상법으로 수집되고, 나트륨 원자핵들로부터 유도되는 자기 공명 신호들은 스핀 에코 영상법으로 수집될 수 있게 된다.
도 5는 도 1에 도시된 RF 코일(13)에 의해 생성되는 펄스 열의 또 다른 예이다. 도 5를 참조하면, 수소 원자핵에 대응하는 주파수를 갖는 90도 펄스와 180도 펄스 사이에 나트륨 원자핵에 대응하는 주파수를 갖는 90도 펄스와 180 펄스의 에코 시간 TE23Na이 포함되어 있다. 도 5에 도시된 예에서, RF 코일(13)은 제 1 타입의 원자핵, 즉 수소 원자핵에 대응하는 주파수를 갖는 복수 개의 제 1 펄스들, 즉 90도 펄스와 180 펄스 중 어느 하나의 펄스의 생성 시점과 다른 하나의 펄스의 생성 시점 사이에서 제 2 타입의 원자핵, 즉 나트륨 원자핵에 대응하는 주파수를 갖는 복수 개의 제 2 펄스들, 즉 90도 펄스와 180 펄스를 생성하고, 이 복수 개의 제 2 펄스들이 대상체에 인가됨으로써 발생되는 제 2 에코 신호를 수신할 수 있다.
또한, 도 5를 참조하면, 수소 원자핵에 대응하는 주파수를 갖는 180도 펄스와 수소 원자핵으로부터 유도되는 에코 시간 사이에 나트륨 원자핵에 대응하는 주파수를 갖는 90도 펄스와 180 펄스의 에코 시간 TE23Na이 포함되어 있다. 도 5에 도시된 예에서, RF 코일(13)은 제 1 타입의 원자핵, 즉 수소 원자핵에 대응하는 주파수를 갖는 복수 개의 제 1 펄스들, 즉 90도 펄스와 180 펄스 중 180도 펄스의 생성 시점과 90도 펄스와 180 펄스가 대상체에 인가됨으로써 발생되는 제 1 에코 신호의 수신 시점 사이에서 제 2 타입의 원자핵, 즉 나트륨 원자핵에 대응하는 주파수를 갖는 복수 개의 제 3 펄스들, 즉 90도 펄스와 180도 펄스를 생성하고, 복수 개의 제 3 펄스들이 대상체에 인가됨으로써 발생되는 제 3 에코 신호를 수신할 수 있다.
도 5에 도시된 예는 수소 원자핵과 나트륨 원자핵 모두에 대해서 스핀 에코 방식 방식을 이용하여 자기 공명 신호들을 수집하는 경우이다. 스핀 에코 영상법에서 180도 펄스는 90도 펄스의 생성 시점과 에코 신호의 수신 시점의 중간 시점에서 생성된다. 따라서, 수소 원자핵에 대한 90도 펄스의 생성 시점과 180도 펄스의 생성 시점 사이에 나트륨 원자핵에 대한 90도 펄스와 180 펄스의 에코 시간 TE23Na이 삽입될 수 있고, 수소 원자핵에 대한 180도 펄스의 생성 시점과 에코 신호의 수신 시점 사이에 다른 에코 시간 TE23Na이 삽입될 수 있다. 도 5에 도시된 예에서, RF 코일(13)은 이와 같은 펄스 열을 갖는 전자파 신호를 생성함으로서 수소 원자핵들로부터 유도되는 자기 공명 신호들과 나트륨 원자핵들로부터 유도되는 자기 공명 신호들 모두는 스핀 에코 영상법으로 수집될 수 있게 됨과 동시에 수소 원자핵들로부터 유도되는 자기 공명 신호들은 한 번 수신되는 동안에 나트륨 원자핵들로부터 유도되는 자기 공명 신호들은 2 번 수신될 수 있게 된다.
상술한 바와 같이, 나트륨 원자는 인체의 구성 성분들 중 2 번째로 높은 비율로 존재하지만 수소 원자들에 비해 매우 낮은 비율로 존재하기 때문에 나트륨 원자핵들로부터 유도되는 자기 공명 신호들을 반복하여 수집할 필요가 있다. 예를 들어, 신호 수집부(23)는 수소 원자핵들에 대응하는 자기 공명 신호들을 일 회 수집하는 동안에 나트륨 원자핵들에 대응하는 자기 공명 신호들을 복수 회 수집할 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 신호 수집부(23)는 수소 원자핵들에 대응하는 자기 공명 신호들을 대상체의 촬영 공간의 전체에 대하여 균일하게 일 회 수집하는 동안에, 나트륨 원자핵들에 대응하는 자기 공명 신호들을 대상체의 촬영 공간에 대하여 부분적으로 복수 회 수집할 수 있다.
도 6은 도 1에 도시된 신호 수집부(23)에서 수소 원자핵들로부터 유도되는 자기 공명 신호들을 수집하는 일례를 도시한 도면이다. 신호 수집부(23)에서 신호가 수집되는 모습을 보다 간략하게 설명하기 위하여 대상체의 촬영 공간을 2차원 k 공간(k space)이라고 가정하기로 한다. 일반적으로, 자기 공명 영상 분야에서 k 공간이란 대상체의 촬영 공간을 푸리에 변환(fourier transform)한 주파수 공간을 의미한다. 제 1 신호 생성부(21)가 제어부(32)의 제어 신호에 따라 x 방향, y 방향, 및 z 방향 각각에 대하여 일정한 기울기로 주파수가 변하는 교류 신호를 그라디언트 코일(12)로 출력하면, 그라디언트 코일(12)은 x 방향, y 방향, 및 z 방향 각각에 대하여 일정한 기울기로 변하는 경사 자계를 생성한다. 이 경사 자계에 의해, 대상체의 촬영 공간 내의 원자핵들의 위상은 서로 다르게 된다. 신호 수집부(23)는 x 방향, y 방향, 및 z 방향 각각에 대하여 일정한 기울기로 주파수가 변하는 교류 신호에 응답으로서 대상체의 촬영 공간 내의 원자핵들의 위상이 서로 다른 자기 공명 신호들을 수집하게 된다. 이와 같이 수집된 자기 공명 신호들은 k 공간을 구성하게 된다.
도 6을 참조하면, 제 1 신호 생성부(21)는 제어부(32)의 제어 신호에 따라 y 방향으로는 최초 샘플링 주파수로 고정되어 있고, x 방향으로는 원점에서 떨어진 거리에 따라 일정한 기울기로 주파수가 변화하는 교류 전류를 그라디언트 코일(12)로 출력한다. 그라디언트 코일(12)은 이 교류 전류에 의해 x 방향에 대하여 일정한 기울기로 변하는 경사 자계를 생성한다. 이에 따라, 신호 수집부(23)는 k 공간의 y 축 상의 어떤 샘플링 지점(sampling point)에서 x 방향으로의 자기 공명 신호들을 일정한 샘플링 간격으로 수집하게 된다. 이어서, 제 1 신호 생성부(21)는 제어부(32)의 제어 신호에 따라 y 방향의 주파수는 다음 샘플링 주파수로 변경되고, x 방향으로는 원점에서 떨어진 거리에 따라 일정한 기울기로 주파수가 변화하는 교류 전류를 그라디언트 코일(12)로 출력한다. y 축 상의 샘플링 지점들은 x 축 상의 샘플링 지점들과 마찬가지로 일정한 기울기로 주파수가 변화한다. 그라디언트 코일(12)은 이 교류 전류에 의해 x 방향에 대하여 일정한 기울기로 변하는 경사 자계를 생성한다. 이에 따라, 신호 수집부(23)는 k 공간의 y 축 상의 다른 샘플링 지점에서 x 방향으로의 자기 공명 신호들을 일정한 샘플링 간격으로 수집하게 된다. 이와 같은 과정이 k 공간상의 y 축의 모든 샘플링 지점들에서 반복됨으로써 자기 공명 신호들이 k 공간 전체에 대하여 균일하게 일 회 수집하게 된다.
도 7은 도 1에 도시된 신호 수집부(23)에서 나트륨 원자핵들로부터 유도되는 자기 공명 신호들을 수집하는 일례를 도시한 도면이다. 도 7을 참조하면, 제 1 신호 생성부(21)는 제어부(32)의 제어 신호에 따라 y 방향으로는 최초 샘플링 주파수로 고정되어 있고, x 방향으로는 원점에서 떨어진 거리에 따라 일정한 기울기로 주파수가 변화하는 교류 전류를 그라디언트 코일(12)로 출력한다. 그라디언트 코일(12)은 이 교류 전류에 의해 x 방향에 대하여 일정한 기울기로 변하는 경사 자계를 생성한다. 이에 따라, 신호 수집부(23)는 k 공간상의 y 축의 어떤 샘플링 지점에서 x 방향으로의 자기 공명 신호들을 일정한 샘플링 간격으로 수집하게 된다. 이어서, 제 1 신호 생성부(21)는 제어부(32)의 제어 신호에 따라 y 방향의 주파수는 다음 샘플링 주파수를 스킵하고, 세 번째 샘플링 주파수로 변경되고, x 방향으로는 원점에서 떨어진 거리에 따라 일정한 기울기로 주파수가 변화하는 교류 전류를 그라디언트 코일(12)로 출력한다. 그라디언트 코일(12)은 이 교류 전류에 의해 x 방향에 대하여 일정한 기울기로 변하는 경사 자계를 생성한다. 이에 따라, 신호 수집부(23)는 k 공간의 y 축 상의 세 번째 샘플링 지점에서 x 방향으로의 자기 공명 신호들을 일정한 샘플링 간격으로 수집하게 된다. 이와 같은 과정이 k 공간상의 y 축의 홀수 번째 샘플링 지점들에서 2 회 반복됨으로써 자기 공명 신호들이 k 공간 전체에 대하여 부분적으로 2 회 수집하게 된다.
영상 생성부(33)는 신호 수집부(23)에 의해 수집된 자기 공명 신호들의 데이터를 이용하여 복수 타입의 원자핵들에 대응하는 복수 타입의 자기 공명 영상들을 동시에 생성한다. 예를 들어, 영상 생성부(33)는 신호 수집부(23)에 의해 수집된 자기 공명 신호들의 데이터를 이용하여 1H 자기 공명 영상과 23Na 자기 공명 영상을 동시에 생성할 수 있다. 보다 상세하게 설명하면, 영상 생성부(33)는 제 1 스토리지(34)에 저장된 자기 공명 신호들을 이용하여 1H 자기 공명 영상을 생성함과 동시에, 제 2 스토리지(35)에 저장된 자기 공명 신호들을 이용하여 23Na 자기 공명 영상을 생성한다. 제 1 스토리지(34)에 저장된 자기 공명 신호들은 수소 원자핵들로부터 유도된 자기 공명 신호들이고, 제 2 스토리지(35)에 저장된 자기 공명 신호들은 나트륨 원자핵들로부터 유도된 자기 공명 신호들이다.
제 2 스토리지(35)에 저장된 자기 공명 신호들은 대상체의 촬영 공간에 대하여 부분적으로 복수 회 수집된 자기 공명 신호들이기 때문에, 영상 생성부(33)는 이와 같이 복수 회 수집된 자기 공명 신호들의 평균으로부터 대상체의 촬영 공간, 즉 k 공간에 존재하는 자기 공명 신호들 중 일부를 결정한다. 이어서, 영상 생성부(33)는 k 공간에 존재하는 자기 공명 신호들 중 수집되지 않은 자기 공명 신호들을 이와 같이 결정된 자기 공명 신호들에 기초하여 추정하고, 신호 수집부(23)에 의해 수집된 자기 공명 신호들과 이와 같이 추정된 자기 공명 신호들을 이용하여 23Na 자기 공명 영상을 생성한다. 보다 상세하게 설명하면, 영상 생성부(33)는 나트륨 원자핵들에 대응하는 자기 공명 신호들 중 수집되지 않은 자기 공명 신호들을 신호 수집부(23)에 의해 수집된 자기 공명 신호들에 기초하여 대상체의 촬영 공간, 즉 k 공간에서의 자기 공명 신호들의 위치와 자기 공명 신호들의 값의 관계를 나타내는 함수를 계산하고, 이 함수에 신호 수집부(23)에 의해 수집되지 않은 자기 공명 신호들의 위치 값을 차례대로 대입함으로써 신호 수집부(23)에 의해 수집되지 않은 자기 공명 신호들의 값을 추정할 수 있다. 이와 같이, k 공간에 자기 공명 신호들을 모두 채우지 않고, 일부만 채운 후에 k 공간의 빈 공간의 자기 공명 신호들을 복원하는 알고리즘들로는 CS(Compressed Sensing), GS(Generalized Series), HGS(Higher-order Generalized Series 등이 있다. 이 알고리즘들은 주로 고속으로 자기 공명 영상을 생성하기 위해 사용된다.
또한, 다채널 코일을 이용하여 나트륨 원자핵들로부터 유도되는 자기 공명 신호들을 반복하여 수집할 수도 있다. 다채널 코일이란 메인 자석(11)에 의해 생성된 정자장 내, 즉 대상체의 촬영 공간 내에서 서로 다른 위치에 설치된 수신 코일들을 말한다. 이와 같이, 수신 코일들이 서로 다른 위치에 설치되어 있기 때문에 자기 공명 신호가 대상체의 어느 위치로부터 방사되었는가에 따라 수신 코일들 각각의 자기 공명 신호에 대한 감도가 달라지게 된다. 일반적으로, 어떤 수신 코일에 보다 가까운 쪽에 위치한 원자핵들로부터 유도된 자기 공명 신호의 세기가 보다 크다. 따라서, 이와 같은 특성을 이용하여, 수신 코일들 각각의 위치에 따라 수신된 자기 공명 신호들의 가중치(weight)를 달리 함으로써 수신 코일들을 통하여 대상체의 서로 다른 부위의 자기 공명 신호들을 동시에 획득하고, 이 자기 공명 신호들을 이용하여 생성된 부분 영상들을 조합함으로써 전체 자기 공명 영상을 신속하게 생성할 수 있다. 이것을 병렬 자기 공명 영상법(parallel magnetic resonance imaging)이라고 한다.
RF 코일(13)이 나트륨 원자핵들에 대응하는 주파수를 갖는 다채널 코일을 포함하는 경우, 신호 수집부(23)는 대상체의 촬영 공간에서 서로 다른 위치에 설치된 수신 코일들 각각을 통하여 나트륨 원자핵들에 대응하는 자기 공명 신호들을 동시에 수집할 수 있다. 영상 생성부(33)는 신호 수집부(23)에 의해 수집된 자기 공명 신호들의 위치 정보에 기초하여 다채널 코일의 각 채널, 즉 각 수신 코일에 따른 서로 다른 가중치를 부여하고, 이와 같이 가중치가 부여된 자기 공명 신호들을 이용하여 대상체의 서로 다른 부위들에 대한 자기 공명 영상들을 동시에 생성하고, 이 자기 공명 영상들을 조합함으로써 전체 자기 공명 영상을 생성한다.
도 8은 도 1에 도시된 영상 생성부(33)에서 영상을 생성하는 일례를 도시한 도면이다. 도 8에 도시된 예에서, RF 코일(13)의 다채널 코일은 메인 자석(11)에 의해 생성된 정자장, 즉 인체의 뇌의 촬영 공간의 상측에 위치한 수신 코일과 이 촬영 공간의 하측에 위치한 수신 코일로 구성된다. 도 8을 참조하면, 영상 생성부(33)는 다채널 코일에 수신된 자기 공명 신호들 중 인체의 뇌의 촬영 공간의 상측에 위치한 원자핵들로부터 유도된 자기 공명 신호들을 이용하여 인체의 뇌의 상측 부위에 대한 자기 공명 영상을 생성하고, 인체의 뇌의 촬영 공간의 하측에 위치한 원자핵들로부터 유도된 자기 공명 신호들을 이용하여 인체의 뇌의 하측 부위에 대한 자기 공명 영상을 생성한다. 이어서, 영상 생성부(33)는 인체의 뇌의 상측 부위에 대한 자기 공명 영상과 인체의 뇌의 하측 부위에 대한 자기 공명 영상을 조합함으로써 인체의 뇌 전체에 대한 자기 공명 영상을 생성한다.
또한, 영상 생성부(33)는 상기된 바와 같은 방식들을 조합하여 보다 신속하게 고품질의 1H 자기 공명 영상과 23Na 자기 공명 영상을 동시에 생성할 수 있다. 예를 들어, 신호 수집부(23)는 수소 원자핵들에 대응하는 자기 공명 신호들을 일 회 수집하는 동안에 대상체의 촬영 공간에서 서로 다른 위치에 설치된 수신 코일들 각각을 통하여 나트륨 원자핵에 대응하는 자기 공명 신호들을 부분적으로 동시에 복수 회 수집할 수 있다. 영상 생성부(33)는 이와 같이 복수 회 수집된 나트륨 원자핵들에 대응하는 자기 공명 신호들로부터 나트륨 원자핵들에 대응하는 자기 공명 신호들 중 일부를 결정하고, 나트륨 원자핵들에 대응하는 자기 공명 신호들 중 수집되지 않은 나머지 자기 공명 신호들을 이와 같이 결정된 자기 공명 신호들에 기초하여 추정하고, 이와 같이 결정된 자기 공명 신호들과 추정된 자기 공명 신호들을 이용하여 대상체의 서로 다른 부위들에 대한 자기 공명 영상들을 동시에 생성하여 조합함으로써 23Na 자기 공명 영상을 생성할 수 있다.
이어서, 영상 생성부(33)는 상기된 바와 같이 생성된 23Na 자기 공명 영상을 컬러 스케일로 변환하고, 이와 같은 변환된 컬러 스케일의 23Na 자기 공명 영상과 그레이 스케일의 1H 자기 공명 영상을 중첩시킬 수 있다. 이와 같이 중첩된 합성 자기 공명 영상은 인체 내 해부학 정보와 대사 정보를 동시에 제공할 수 있다. 즉, 합성 자기 공명 영상의 그레이 스케일 부분은 인체 내 해부학 정보를 제공하고, 컬러 스케일 부분은 인체 내 대사 정보를 제공한다. 일반적으로, 도 1에 도시된 자기 공명 영상에 의해 생성된 자기 공명 영상은 그레이 스케일의 흑백 영상이다. 이에 따라, 1H 자기 공명 영상과 23Na 자기 공명 영상이 구별되도록 하기 위하여, 23Na 자기 공명 영상의 그레이 스케일은 컬러 스케일, 예를 빨간 색 계통의 컬러 스케일로 변환된다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 공명 영상 생성 방법의 흐름도이다. 도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 자기 공명 영상 생성 방법은 다음과 같은 단계들로 구성될 수 있다. 도 9에 도시된 자기 공명 영상 생성 방법은 도 1에 도시된 자기 공명 영상 장치에서 시계열적으로 처리되는 단계들로 구성된다. 따라서, 이하 생략된 내용이라 하더라도 도 1에 도시된 자기 공명 영상 장치에 관하여 이상에서 기술된 내용은 도 9에 도시된 자기 공명 영상 생성 방법에도 적용된다.
91 단계에서 제어부(32)는 사용자 인터페이스(31)로부터 입력된 사용자 명령에 따라 테이블(15)의 위치를 제어함으로써 대상체를 메인 자석(11)에 의해 생성되거나 생성될 정자장 중심에 위치시킨다. 제어부(32)는 미리 정자장의 중심으로 예상되는 곳에 대상체를 위치시키고, 메인 자석(11)을 가동시킬 수도 있고, 메인 자석(11)을 가동시킨 후에 정자장의 중심에 대상체를 위치시킬 수도 있다.
92 단계에서 제어부(32)는 사용자 인터페이스(31)로부터 입력된 사용자 명령에 따라 도 2부터 도 5까지 도시된, 복수 타입의 원자핵들에 대응하는 복수의 주파수들을 갖는 펄스들이 일렬로 배치된 다양한 형태의 펄스 열들 중 어느 하나를 선택한다. 93 단계에서 제어부(32)는 제 1 신호 생성부(21)와 제 2 신호 생성부(22)를 제어함으로써 메인 자석(11) 및 그라디언트 코일(12)에 의해 생성된 자장 내에서 RF 코일(13)을 이용하여 92 단계에서 선택된 펄스 열을 갖는 전자파 신호를 대상체에 인가한다. 92 단계는 도 2부터 도 5까지 도시된 펄스 열들은 도 1에 도시된 자기 공명 영상 장치의 컴퓨터 성능 및 RF 코일(13)의 성능에 따라 가장 최적의 펄스 열을 선택하는 단계로서 이 과정 없이 항상 하나의 펄스 열만이 생성되어 인가될 수도 있다.
94 단계에서 자기 영상 생성부(33)는 신호 수집부(23)를 통하여 RF 코일(13)에 수신된 복수 타입의 원자핵들에 대응하는 자기 공명 신호들의 데이터를 수집한다. 예를 들어, 94 단계에서 자기 영상 생성부(33)는 신호 수집부(23)를 통하여 수소 원자핵들에 대응하는 자기 공명 신호들과 나트륨 원자핵들에 대응하는 자기 공명 신호들의 데이터를 수집한다. 95 단계에서 자기 영상 생성부(33)는 94 단계에서 수집된 자기 공명 신호들의 데이터를 이용하여 복수 타입의 원자핵들에 대응하는 복수 타입의 자기 공명 영상들을 동시에 생성한다. 예를 들어, 자기 영상 생성부(33)는 94 단계에서 수집된 수소 원자핵들에 대응하는 자기 공명 신호들과 나트륨 원자핵들에 대응하는 자기 공명 신호들의 데이터를 이용하여 1H 자기 공명 영상과 23Na 자기 공명 영상을 동시에 생성할 수 있다.
상기된 바와 같은 실시예들에 따르면, 고품질의 1H 자기 공명 영상과 23Na 자기 공명 영상을 동시에 신속하게 생성할 수 있다. 이와 같이, 짧은 시간동안 1H 자기 공명 영상과 23Na 자기 공명 영상을 얻음으로써 병원에서의 환자 회전율을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 의사 등과 의료 전문가는 고품질의 1H 자기 공명 영상과 23Na 자기 공명 영상을 동시에 사용하여 병변을 진단할 수 있기 때문에 보다 정확하게 병변을 진단할 수 있다. 특히, 의료 전문가는 1H 자기 공명 영상이 제공하는 해부학 정보와 23Na 자기 공명 영상이 제공하는 대사 정보를 한 번에 볼 수 있기 때문에 인체 내의 특정 위치의 대사 상태를 정확하게 확인할 수 있다.
한편, 상기된 바와 같은 자기 공명 영상 생성 방법은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)와 같은 저장매체를 포함한다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
11 ... 메인 자석
12 ... 그라디언트 코일
13 ... RF 코일
14 ... 실드
15 ... 테이블
21 ... 제 1 신호 생성부
22 ... 제 2 신호 생성부
23 ... 신호 수집부
31 ... 사용자 인터페이스
32 ... 제어부
33 ... 영상 생성부
34 ... 제 1 스토리지
35 ... 제 2 스토리지
36 ... 영상 출력부

Claims (24)

  1. 복수 타입의 원자핵들에 대응하는 복수의 펄스들을 포함하는 전자파 신호를 대상체에 인가하여 발생되는 복수의 자기공명 신호들을 수신하는 코일을 포함하고,
    상기 코일은 제 1 타입의 원자핵에 대응하는 주파수를 갖는 적어도 하나의 제 1 펄스의 생성 시점과 상기 적어도 하나의 제 1 펄스가 상기 대상체에 인가됨으로써 발생되는 제 1 자기공명 신호의 수신 시점 사이에서 제 2 타입의 원자핵에 대응하는 주파수를 갖는 복수개의 제 2 펄스들이 상기 대상체에 인가됨으로써 발생되는 제 2 자기 공명 신호를 수신하고,
    상기 코일은 상기 제 1 타입의 원자핵에 대응하는 주파수를 갖는 하나의 제 1 펄스의 생성 시점과 상기 하나의 제 1 펄스가 상기 대상체에 인가됨으로써 발생되는 제 1 자기 공명 신호의 수신 시점 사이에서 상기 제 2 타입의 원자핵에 대응하는 주파수를 갖는 복수 개의 제 2 펄스들을 생성하고, 상기 복수 개의 제 2 펄스들이 상기 대상체에 인가됨으로써 발생되는 상기 제 2 펄스들 각각의 자기 공명 신호들을 수신하는 자기 공명 영상 생성 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 코일에 수신된 상기 복수의 자기 공명 신호들을 수집하는 신호 수집부; 및
    상기 수집된 자기 공명 신호들을 이용하여 상기 복수 타입의 원자핵들에 대응하는 복수 타입의 자기 공명 영상들을 생성하는 영상 생성부를 더 포함하는 자기 공명 영상 생성 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 코일은 상기 제 1 자기 공명 신호의 수신 시점 이후에 상기 복수개의 제 2 자기 공명 신호들을 적어도 한번 더 수신하는 자기 공명 영상 생성 장치
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 코일은 상기 제 1 타입의 원자핵에 대응하는 주파수를 갖는 하나의 제 1 펄스의 생성 시점과 상기 하나의 제 1 펄스가 상기 대상체에 인가됨으로써 발생되는 제 1 자기 공명 신호의 수신 시점 사이에서 상기 제 2 타입의 원자핵에 대응하는 주파수를 갖는 복수 개의 제 2 펄스들을 생성하고, 상기 복수 개의 제 2 펄스들이 상기 대상체에 인가됨으로써 발생되는 제 2 자기 공명 신호를 수신하는 자기 공명 영상 생성 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 코일은 상기 제 1 타입의 원자핵에 대응하는 주파수를 갖는 복수 개의 제 1 펄스들 중 어느 하나의 펄스의 생성 시점과 다른 하나의 펄스의 생성 시점 사이에서 상기 제 2 타입의 원자핵에 대응하는 주파수를 갖는 복수 개의 제 2 펄스들을 생성하고, 상기 복수 개의 제 2 펄스들이 상기 대상체에 인가됨으로써 발생되는 제 2 자기 공명 신호를 수신하는 자기 공명 영상 생성 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 코일은 상기 다른 하나의 펄스의 생성 시점과 상기 복수 개의 제 1 펄스들이 상기 대상체에 인가됨으로써 발생되는 제 1 자기 공명 신호의 수신 시점 사이에서 상기 제 2 타입의 원자핵에 대응하는 주파수를 갖는 복수 개의 제 3 펄스들을 생성하고, 상기 복수 개의 제 3 펄스들이 상기 대상체에 인가됨으로써 발생되는 제 3 자기 공명 신호를 수신하는 자기 공명 영상 생성 장치.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 신호 수집부는 상기 자기 공명 신호들 중 제 1 타입의 원자핵들에 대응하는 자기 공명 신호들을 일 회 수집하는 동안에 제 2 타입의 원자핵들에 대응하는 자기 공명 신호들을 복수 회 수집하는 자기 공명 영상 생성 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 신호 수집부는 상기 코일을 통하여 상기 제 1 타입의 원자핵들에 대응하는 자기 공명 신호들을 상기 대상체의 촬영 공간의 전체에 대하여 균일하게 일 회 수집하는 동안에 상기 제 2 타입의 원자핵들에 대응하는 자기 공명 신호들을 상기 촬영 공간에 대하여 부분적으로 복수 회 수집하는 자기 공명 영상 생성 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 영상 생성부는 상기 복수 회 수집된 제 2 타입의 원자핵들에 대응하는 자기 공명 신호들로부터 상기 제 2 타입의 원자핵들에 대응하는 자기 공명 신호들 중 일부를 결정하고, 상기 제 2 타입의 원자핵들에 대응하는 자기 공명 신호들 중 수집되지 않은 나머지 자기 공명 신호들을 상기 결정된 자기 공명 신호들에 기초하여 추정하고, 상기 결정된 자기 공명 신호들과 상기 추정된 자기 공명 신호들을 이용하여 상기 제 2 타입의 원자핵들에 대응하는 자기 공명 영상을 생성하는 자기 공명 영상 생성 장치.
  12. 제 2 항에 있어서,
    상기 신호 수집부는 상기 대상체의 촬영 공간에서 서로 다른 위치에 설치된 상기 코일의 수신 코일들 각각을 통하여 상기 제 2 타입의 원자핵에 대응하는 자기 공명 신호들을 동시에 수집하고,
    상기 영상 생성부는 상기 수집된 자기 공명 신호들을 이용하여 상기 대상체의 서로 다른 부위들에 대한 자기 공명 영상들을 동시에 생성하여 조합함으로써 상기 제 2 타입의 원자핵에 대응하는 자기 공명 영상을 생성하는 자기 공명 영상 생성 장치.
  13. 제 2 항에 있어서,
    상기 신호 수집부는 상기 코일을 통하여 상기 제 1 타입의 원자핵들에 대응하는 자기 공명 신호들을 상기 대상체의 촬영 공간의 전체에 대하여 균일하게 일 회 수집하는 동안에 상기 대상체의 촬영 공간에서 서로 다른 위치에 설치된 상기 코일의 수신 코일들 각각을 통하여 상기 제 2 타입의 원자핵들에 대응하는 자기 공명 신호들을 상기 촬영 공간에 대하여 부분적으로 동시에 복수 회 수집하는 자기 공명 영상 생성 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수 타입의 원자핵들은 수소 원자핵과 나트륨 원자핵을 포함하는 자기 공명 영상 생성 장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 코일은 상기 전자파 신호를 인가하고 상기 자기 공명 신호들을 수신하는 코일인 자기 공명 영상 생성 장치.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 코일은 상기 전자파 신호를 인가하는 전송 코일과 상기 자기 공명 신호들을 수신하는 수신 코일을 포함하는 자기 공명 영상 생성 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 수신 코일은 이중 동조 코일(dual tuned coil), 다채널 코일(multi-channel coil), 및 이중 동조된 다채널 코일 중 어느 하나인 자기 공명 영상 생성 장치.
  18. 제 1 타입의 원자핵에 대응하는 주파수를 갖는 적어도 하나의 제 1 펄스를 대상체에 인가하는 단계;
    제 2 타입의 원자핵에 대응하는 주파수를 갖는 복수개의 제 2 펄스들을 상기 대상체에 인가하는 단계;
    상기 복수개의 제 2 펄스들이 상기 대상체에 인가됨으로써 발생되는 제 2 자기공명 신호를 수신하는 단계; 및
    상기 제 2 자기공명 신호를 수신한 후 상기 제 1 펄스가 상기 대상체에 인가됨으로써 발생되는 제 1 자기공명 신호를 수신하는 단계를 포함하고,
    상기 제 1 타입의 원자핵에 대응하는 주파수를 갖는 하나의 제 1 펄스의 생성 시점과 상기 하나의 제 1 펄스가 상기 대상체에 인가됨으로써 발생되는 제 1 자기 공명 신호의 수신 시점 사이에서 상기 제 2 타입의 원자핵에 대응하는 주파수를 갖는 복수 개의 제 2 펄스들을 생성하고, 상기 복수 개의 제 2 펄스들이 상기 대상체에 인가됨으로써 발생되는 상기 제 2 펄스들 각각의 자기 공명 신호들을 수신하는 자기 공명 영상 생성 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 자기공명 신호를 수신한 후 상기 제 2 자기 공명 신호를 1 회 이상 추가 수신하는 단계를 더 포함하는 자기 공명 영상 생성 방법
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 수신된 제 1 자기 공명 신호와 제 2 자기 공명 신호를 이용하여 상기 제 1 타입의 원자핵에 대응하는 자기 공명 영상과, 상기 제 2 타입의 원자핵에 대응하는 자기 공명 영상을 생성하는 단계를 더 포함하는 자기 공명 영상 생성 방법.
  21. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 타입의 원자핵에 대응하는 주파수를 갖는 적어도 하나의 펄스와 상기 제 2 타입의 원자핵에 대응하는 주파수를 갖는 복수개의 펄스들이 다양한 형태로 일렬로 배치된 펄스 열들 중 어느 하나를 선택하는 단계를 더 포함하고,
    상기 대상체에 인가되는 상기 적어도 하나의 제 1 펄스와 상기 복수개의 제 2 펄스들은 상기 선택된 펄스 열로부터 획득되는 자기 공명 영상 생성 방법.
  22. 제 18 항 내지 제 21 항 중에 어느 한 항의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
  23. 복수 타입의 원자핵들에 대응하는 복수의 펄스들을 포함하는 전자파 신호를 대상체에 인가하여 발생되는 복수의 자기공명 신호들을 수신하는 코일을 포함하고,
    상기 코일은 상기 대상체를 향하여 제 1 타입의 원자핵에 대응하는 주파수를 갖는 제 1 펄스의 인가가 완료된 이후에 제 2 타입의 원자핵에 대응하는 주파수를 갖는 제 2 펄스를 상기 대상체에 인가한 이후에, 상기 제 1 펄스에 의하여 발생되는 제 1 자기 공명 신호 및 상기 제 2 펄스에 의하여 발생되는 제 2 자기 공명 신호를 수신하는 자기 공명 영상 생성 장치.
  24. 제 1 타입의 원자핵에 대응하는 주파수를 갖는 제 1 펄스를 대상체에 인가하는 단계;
    상기 제 1 펄스의 인가가 완료된 이후에 제 2 타입의 원자핵에 대응하는 주파수를 갖는 제 2 펄스를 상기 대상체에 인가하는 단계;
    상기 제 2 펄스가 상기 대상체에 인가된 이후에, 상기 제 1 펄스가 상기 대상체에 인가됨으로써 발생되는 제 1 자기공명 신호를 수신하는 단계; 및
    상기 제 2 펄스가 상기 대상체에 인가됨으로써 발생되는 제 2 자기공명 신호를 수신하는 단계를 포함하는 자기 공명 영상 생성 방법.
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