KR101473872B1 - 자기공명영상장치 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 측면은 경사 자장의 왜곡을 보상함에 있어, 실제로 인가되는 경사 파형의 형태를 반영하여 보상의 정확도를 향상시킬 수 있는 자기공명영상장치 및 그 제어방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자기공명영상장치는, 정자장 코일부 및 경사자장 코일부를 포함하여 그 내부 공간에 정자장 및 경사자장을 형성하는 자석 어셈블리; 및 상기 자석 어셈블리에 테스트 경사 파형을 인가하고, 상기 인가된 테스트 경사 파형의 실제 형태(shape)를 반영하여 와전류에 의한 상기 경사 자장의 왜곡을 보상하는 경사 인가부를 포함한다.

Description

자기공명영상장치 및 그 제어방법{MAGNETIC RESONANCE IMAGING DEVICE AND CONTROL METHOD THEREOF}
와전류에 의한 경사자장의 왜곡을 보상하는 자기공명영상장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 의료용 영상 장치는 환자의 정보를 획득하여 영상을 제공하는 장치이다. 의료용 영상 장치는 X선 장치, 초음파 진단 장치, 컴퓨터 단층 촬영 장치, 자기공명영상장치 등이 있다.
이 중에서 자기공명영상장치는 영상 촬영 조건이 상대적으로 자유롭고, 연부 조직에서의 우수한 대조도와 다양한 진단 정보 영상을 제공해주기 때문에 의료용 영상을 이용한 진단 분야에서 중요한 위치를 차지하고 있다.
자기 공명 영상(Magnetic Resonance Imaging, MRI)는 인체에 해가 없는 자장과 비전리 방사선인 RF를 이용하여 체내의 수소 원자핵에 핵자기 공명 현상을 일으켜 원자핵의 밀도 및 물리화학적 특성을 영상화한 것이다.
구체적으로, 자기공명영상장치는 갠트리 내부에 일정한 자기장을 가한 상태에서 일정한 주파수와 에너지를 공급하여 원자핵으로부터 방출된 에너지를 신호로 변환하여 대상체 내부를 영상화한다.
대상체 내부를 영상화하기 위해 갠트리 내부에 경사 자장을 형성하는데, 갠트리에는 경사 자장을 형성하기 위한 코일 외에도 도체가 존재하여 코일에 전류 펄스를 흘려주면 와전류가 추정되어 경사 자장이 왜곡될 수 있다.
전류 펄스 중 왜곡이 발생될 부분을 미리 강조(pre-emphasis)하는 방식으로 경사 자장의 왜곡을 보상할 수 있다. 이 때, 테스트 경사파형을 인가하여 미리 강조되는 양 즉, 보상량을 결정하는바, 기존에는 인가되는 테스트 경사파형이 이상적인 계단 함수인 것으로 가정하여 보상량을 결정하였으나, 실제로는 물리적 한계로 인해 이상적인 계단 함수와 다른 형태의 경사 파형이 인가되어 보상량의 정확도가 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명의 일 측면은 경사 자장의 왜곡을 보상함에 있어, 실제로 인가되는 경사 파형의 형태를 반영하여 보상의 정확도를 향상시킬 수 있는 자기공명영상장치 및 그 제어방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자기공명영상장치는, 정자장 코일부 및 경사자장 코일부를 포함하여 그 내부 공간에 정자장 및 경사자장을 형성하는 자석 어셈블리; 및 상기 자석 어셈블리에 테스트 경사 파형을 인가하고, 상기 인가된 테스트 경사 파형의 실제 형태(shape)를 반영하여 와전류에 의한 상기 경사 자장의 왜곡을 보상하는 경사 인가부를 포함한다.
상기 경사 인가부는, 상기 인가된 테스트 경사 파형의 실제 형태를 반영하여 상기 경사 자장의 왜곡을 보상하기 위한 보상 함수를 산출하는 보상함수 산출부를 포함할 수 있다.
상기 보상함수 산출부는, 상기 테스트 경사 파형의 인가에 따른 경사 자장 측정 값들과 상기 인가된 테스트 경사 파형의 실제 형태로부터 상기 자석 어셈블리의 시스템 특성 함수를 추정할 수 있다.
상기 보상함수 산출부는, 상기 추정된 시스템 특성 함수로부터 상기 보상 함수를 산출할 수 있다.
상기 경사 자장 측정 값은, 서로 다른 복수의 에코 타임(Echo Time)에서 각각 측정된 것일 수 있다.
상기 경사 인가부는, 상기 산출된 보상 함수가 설정되어 상기 경사 코일부에 인가되는 전류 펄스를 미리 강조(pre-emphasis)하는 보상 회로를 더 포함할 수 있다.
상기 보상함수 산출부는, 상기 추정된 시스템 특성 함수의 역함수를 상기 보상 함수로서 산출할 수 있다.
상기 보상함수 산출부는, 상기 인가된 테스트 경사 파형의 실제 형태가 유한한 램프 타임(ramp time)을 갖는 램프 함수(ramp function)인 것으로 하여 상기 보상 함수를 산출할 수 있다.
상기 경사 인가부는, 상기 테스트 경사 파형의 형태를 다르게 하여 복수 회 인가하고, 상기 보상함수 산출부는, 상기 테스트 경사 파형의 형태 별 경사 자장 측정 값들을 이용하여 상기 보상 함수를 산출할 수 있다.
상기 테스트 경사 파형의 형태는, 극성, 램프 타임 및 진폭을 포함하는 그룹에서 선택되는 적어도 하나인 것으로 할 수 있다.
상기 보상함수 산출부는, 상기 테스트 경사 파형의 비인가 시의 경사 자장 측정 값들과 상기 테스트 경사 파형의 인가에 따른 경사 자장 측정 값들을 이용하여 상기 시스템 특성 함수를 추정할 수 있다.
상기 경사 인가부는, 상기 테스트 경사 파형의 극성을 다르게 하여 각각 인가할 수 있다.
상기 보상함수 산출부 및 상기 보상 회로는, 상기 경사 자장의 방향인 X축, Y축 및 Z축 방향 별로 상기 보상 함수를 산출하고, 상기 전류 펄스를 미리 강조할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 정자장 코일부 및 경사자장 코일부를 포함하여 그 내부 공간에 정자장 및 경사자장을 형성하는 자석 어셈블리를 포함하는 자기공명영상장치의 제어 방법에 있어서, 상기 자석 어셈블리에 테스트 경사 파형을 인가하고; 상기 인가된 테스트 경사 파형의 실제 형태(shape)를 반영하여 와전류에 의한 상기 경사 자장의 왜곡을 보상하기 위한 보상 함수를 산출하는 것을 포함할 수 있다.
상기 테스트 경사 파형의 인가에 따른 경사 자장을 측정하는 것을 더 포함하고, 상기 보상 함수를 산출하는 것은, 상기 경사 자장 측정 값들과 상기 인가된 테스트 경사 파형의 실제 형태를 이용하는 것을 포함할 수 있다.
상기 보상 함수를 산출하는 것은, 상기 경사 자장 측정 값들과 상기 인가된 테스트 경사 파형의 실제 형태로부터 상기 자석 어셈블리의 시스템 특성 함수를 추정하는 것을 포함할 수 있다.
상기 보상 함수를 산출하는 것은, 상기 추정된 시스템 특성 함수로부터 상기 보상 함수를 산출하는 것을 더 포함할 수 있다.
상기 경사 자장을 측정하는 것은, 서로 다른 복수의 에코 타임(Echo Time)에서 각각 경사 자장을 측정하는 것을 포함할 수 있다.
상기 산출된 보상 함수를 이용하여 상기 경사 코일부에 인가되는 전류 펄스를 미리 강조(pre-emphasis)함으로써 와전류에 의한 상기 경사 자장의 왜곡을 보상하는 것을 더 포함할 수 있다.
상기 보상 함수를 산출하는 것은, 상기 추정된 시스템 특성 함수의 역함수를 상기 보상 함수로서 산출하는 것을 더 포함할 수 있다.
상기 보상 함수를 산출하는 것은, 상기 인가된 테스트 경사 파형의 실제 형태가 유한한 램프 타임(ramp time)을 갖는 램프 함수(ramp function)인 것으로 하여 상기 보상 함수를 산출하는 것을 포함할 수 있다.
상기 테스트 경사 파형을 인가하는 것은, 상기 테스트 경사 파형의 형태를 다르게 하여 복수 회 인가하는 것을 포함하고, 상기 보상 함수를 산출하는 것은, 상기 테스트 경사 파형의 형태 별 경사 자장 측정 값들을 이용하여 상기 보상 함수를 산출하는 것을 포함할 수 있다.
상기 테스트 경사 파형의 형태는, 극성, 램프 타임 및 진폭을 포함하는 그룹에서 선택되는 적어도 하나인 것으로 할 수 있다.
상기 보상 함수를 산출하는 것은, 상기 테스트 경사 파형의 비인가 시의 경사 자장 측정 값들과 상기 테스트 경사 파형의 인가에 따른 경사 자장 측정 값들을 이용하여 상기 시스템 특성 함수를 추정하는 것을 포함할 수 있다.
상기 경사 파형을 인가하는 것은, 상기 테스트 경사 파형의 극성을 다르게 하여 각각 인가하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 자기공명영상장치 및 그 제어방법에 의하면, 경사 자장의 왜곡을 보상함에 있어, 실제로 인가되는 경사 파형의 형태를 반영하여 보상의 정확도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기공명영상장치의 제어 블록도이다.
도 2는 자기공명영상장치의 외관을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 대상체가 놓여 있는 공간을 X, Y, Z 축으로 구분한 도면이다.
도 4는 자석 어셈블리의 구조와 경사 코일부의 구조를 나타낸 도면이다.
도 5는 경사 코일부를 구성하는 각 경사 코일의 동작과 관련된 펄스 시퀀스를 도시한 도면이다.
도 6에는 와전류의 발생을 도식적으로 나타낸 도면이 도시되어 있다.
도 7에는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기공명영상장치에 있어서 경사 인가부의 구성을 구체화한 제어 블록도가 도시되어 있다.
도 8에는 도 7에 도시된 경사 인가부를 X축 코일, Y축 코일 및 Z축 코일에 대응되는 구성으로 세분화한 제어 블록도가 도시되어 있다.
도 9a 및 도 9b에는 이상적인 테스트 경사파형의 인가와 자장 측정을 개략적으로 나타낸 도면이 도시되어 있다.
도 10에는 실제 테스트 경사파형의 인가와 자장 측정을 개략적으로 나타낸 도면이 도시되어 있다.
도 11에는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기공명영상장치에 의하여 와전류에 의한 왜곡이 보상되는 동작을 개략적으로 나타낸 도면이 도시되어 있다.
도 12에는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기공명영상장치의 제어방법에 있어서 보상함수를 산출하는 과정에 관한 순서도가 도시되어 있다.
도 13에는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기공명영상장치의 제어방법에 있어서 경사 자장의 왜곡을 보상하는 과정에 관한 순서도가 도시되어 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기공명영상장치의 제어 블록도이다. 이하, 도 1을 참조하여 자기공명영상장치(100)의 동작을 개괄적으로 설명하도록 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자기공명영상장치(100)는 자기장을 형성하고 원자핵에 대한 공명 현상을 발생시키는 자석 어셈블리(150)와, 자석 어셈블리(150)의 동작을 제어하는 제어부(120), 원자핵으로부터 발생되는 에코신호 즉, 자기 공명 신호를 수신하여 자기 공명 영상을 생성하는 영상 처리부(160) 등을 포함한다.
자석 어셈블리(150)는 내부 공간에 정자장(Static field)을 형성하는 정자장 코일부(151), 정자장에 경사(gradient)를 발생시켜 경사자장(gradient field)을 형성하는 경사 코일부(152) 및 RF 펄스를 인가하여 원자핵을 여기시키고 원자핵으로부터 에코 신호를 수신하는 RF 코일부(153)를 포함한다. 즉, 자석 어셈블리(150)의 내부 공간에 대상체가 위치하면 대상체에 정자장, 경사자장 및 RF 펄스가 인가되어 대상체를 구성하는 원자핵이 여기되고, 그로부터 에코 신호가 발생된다.
제어부(120)는 정자장 코일부(151)가 형성하는 정자장의 세기 및 방향을 제어하는 정자장 제어부(121), 펄스 시퀀스를 설계하여 그에 따라 경사 코일부(152) 및 RF 코일부(153)를 제어하는 펄스 시퀀스 제어부(122)를 포함한다.
자기공명영상장치(100)는 경사 코일부(152)에 경사 신호를 인가하는 경사 인가부(130) 및 RF 코일부(153)에 RF 신호를 인가하는 RF 인가부(140)를 구비하여 펄스 시퀀스 제어부(122)가 경사 인가부(130) 및 RF 인가부(140)를 제어함으로써 자석 어셈블리(150) 내부 공간에 형성되는 경사자장 및 원자핵에 가해지는 RF를 조절하도록 할 수 있다.
RF 코일부(153)는 영상 처리부(160)와 접속되어 있고, 영상 처리부(160)는 스핀 에코 신호 즉, 원자핵으로부터 발생되는 자기 공명 신호에 관한 데이터를 수신하고, 이를 처리하여 자기 공명 영상을 생성하는 데이터 수집부(161), 데이터 수집부(161)에서 수신한 데이터들을 저장하는 데이터 저장부(162), 저장된 데이터들을 처리하여 자기공명영상을 생성하는 데이터 처리부(163)를 포함한다.
데이터 수집부(161)는 RF 코일부(153)가 수신한 자기 공명 신호를 증폭하는 전치 증폭기(preamplifier), 전치 증폭기로부터의 자기 공명 신호를 전송받아 위상 검출하는 위상 검출기, 위상 검출에 의해 획득된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터를 포함할 수 있다. 그리고 데이터 수집부(161)는 디지털 변환된 자기 공명 신호를 데이터 저장부(162)로 전송한다.
데이터 저장부(162)에는 2차원 푸리에(Fourier) 공간을 구성하는 데이터 공간이 형성되며 스캔 완료된 전체 데이터의 저장이 완료되면 데이터 처리부(163)는 2차원 푸리에 공간 내의 데이터를 2차원 역 푸리에 변환하여 대상체(200)에 대한 영상을 재구성한다. 재구성된 영상은 디스플레이(112)에 표시될 수 있다.
또한, 자기공명영상장치(100)는 사용자 조작부(110)를 구비하여 사용자로부터 자기공명영상장치(100)의 전반적인 동작에 관한 제어 명령을 입력받을 수 있고, 특히 사용자로부터 스캔 시퀀스에 관한 명령을 수신하여 이에 따라 펄스 시퀀스를 생성할 수 있다.
사용자 조작부(110)는 사용자가 시스템을 조작할 수 있도록 마련되는 조작 콘솔(111)과, 제어 상태를 표시하고 영상 처리부(160)에서 생성된 영상을 표시하여 사용자로 하여금 대상체의 건강상태를 진단할 수 있도록 하는 디스플레이(112)를 포함할 수 있다.
도 2는 자기공명영상장치의 외관을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 3은 대상체가 놓여 있는 공간을 X, Y, Z 축으로 구분한 도면이며, 도 4는 자석 어셈블리의 구조와 경사 코일부의 구조를 나타낸 도면이다.
이하 앞서 설명한 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 자기공명영상장치(100)의 구체적인 동작에 대해 설명하도록 한다.
도 2를 참조하면, 자석 어셈블리(150)는 내부 공간이 비어 있는 원통형의 형상을 하며 갠트리(gantry) 또는 보어(bore)라고도 한다. 그리고, 그 내부 공간은 캐비티(cavity)라고 하며, 이송부(210)는 그 위에 누워 있는 대상체(200)를 캐비티로 이송시켜 자기 공명 신호를 얻을 수 있도록 한다.
자석 어셈블리(150)는 정자장 코일부(151), 경사 코일부(152), 및 RF 코일부(153)를 포함한다.
정자장 코일부(151)는 캐비티의 둘레를 코일이 감고 있는 형태로 할 수 있고 정자장 코일부(151)에 전류가 인가되면 자석 어셈블리(150) 내부 공간 즉, 캐비티에 정자장이 형성된다.
정자장의 방향은 일반적으로 자석 어셈블리(150)의 동축과 평행하다.
캐비티에 정자장이 형성되면 대상체(200)를 구성하는 원자 특히, 수소 원자의 원자핵은 정자장의 방향으로 정렬되며, 정자장의 방향을 중심으로 세차운동(precession)을 한다. 원자핵의 세차속도는 세차주파수로 나타낼 수 있으며 이를 라모르(Larmor) 주파수라 부르고 아래의 [수학식 1]으로 표현할 수 있다.
[수학식 1]
ω=γB0
여기서, ω는 라모르 주파수이고 γ는 비례상수이며 B0는 외부 자기장의 세기이다. 비례상수는 원자핵의 종류마다 달라지며 외부 자기장의 세기의 단위는 테슬라(T) 또는 가우스(G)이고 세차주파수의 단위는 Hz이다.
예를 들어, 수소 양성자는 1T의 외부 자기장 속에서 42.58MHZ의 세차주파수를 가지며, 인간의 몸을 구성하는 원자 중 가장 큰 비율을 차지하는 것이 수소이므로 MRI에서는 주로 수소 양성자의 세차운동을 이용하여 자기 공명 신호를 얻는다.
경사 코일부(152)는 캐비티에 형성된 정자장에 경사(gradient)를 발생시켜 경사자장(gradient magnetic field)를 형성한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 대상체(200)의 머리부터 발까지의 상하방향과 평행하는 축, 즉 정자장의 방향과 평행하는 축을 Z축으로, 대상체(200)의 좌우방향과 평행하는 축을 X축으로, 공간에서의 상하방향과 평행하는 축을 Y축으로 결정할 수 있다.
자기 공명 신호에 대한 3차원의 공간적인 정보를 얻기 위해서는 X, Y, Z 축 모두에 대한 경사자장이 요구된다. 이에 경사 코일부(152)는 세 쌍의 경사 코일을 포함한다.
도 4에 도시된 것처럼 Z축 경사 코일(152a)은 일반적으로 한 쌍의 링 타입의 코일로 구성되고, Y축 경사 코일(152b)은 대상체(200)의 위아래에 위치한다. X축 경사 코일(152c)은 대상체(200)의 좌우측에 위치한다.
도 5는 경사 코일부를 구성하는 각 경사 코일의 동작과 관련된 펄스 시퀀스를 도시한 도면이다.
반대극성을 가진 직류전류가 두 개의 Z축 경사 코일(152z) 각각에서 반대 방향으로 흐르게 되면 Z축 방향으로 자장의 변화가 발생하여 경사자장이 형성된다.
Z축 경사 코일(152z)에 일정 시간 동안 전류를 흘려 주어 경사자장이 형성되면, 공명 주파수는 경사자장의 크기에 따라 크거나 작게 변화된다. 그리고, 특정 위치에 해당하는 고주파 신호를 RF 코일부(153)를 통해 인가하면 그 특정 위치에 대응되는 단면의 양성자 만이 공명을 일으킨다. 따라서, Z축 경사 코일(152z)은 슬라이스 선택에 사용된다. 그리고, Z축 방향으로 형성되는 경사자장의 기울기가 클수록 얇은 두께의 슬라이스를 선택할 수 있다.
Z축 경사 코일(152z)에 의해 형성된 경사자장을 통해 슬라이스가 선택되면, 슬라이스를 구성하는 스핀들은 모두 동일한 주파수 및 동일한 위상을 가지므로 각 스핀을 구별할 수 없다.
이 때, Y축 경사 코일(152y)에 의해 Y축 방향으로 경사자장이 형성되면, 경사자장은 슬라이스의 행(row)들이 서로 다른 위상을 갖도록 위상 시프트를 일으킨다.
즉, Y축 경사자장이 형성되면 큰 경사자장이 걸린 행의 스핀들은 높은 주파수로 위상이 변하고 작은 경사자장이 걸린 행의 스핀들은 보다 낮은 주파수로 위상이 변한다. Y축 경사자장이 사라지면 선택된 슬라이스의 각 행들은 위상 시프트가 일어나 서로 다른 위상을 갖게 되고, 이로 인해 행들을 구별할 수 있다. 이와 같이 Y축 경사 코일(152y)에 의해 생긴 경사자장은 위상 부호화(phase encoding)에 사용된다.
Z축 경사 코일(152z)에 의해 형성된 경사자장을 통해 슬라이스가 선택되고, Y축 경사 코일(152y)에 의해 형성된 경사자장을 통해 선택된 슬라이스를 구성하는 행들을 서로 다른 위상으로 구별한다. 그러나 행을 구성하는 각 스핀들은 모두 동일한 주파수 및 동일한 위상을 가지므로 구별할 수 없다.
이때 X축 경사 코일(152x)에 의해 X축 방향으로 경사자장이 형성되면, X축 경사자장은 각 행을 구성하는 스핀들이 서로 다른 주파수를 갖도록 하여 각각의 스핀을 구별하도록 해준다. 이와 같이 X축 경사 코일(152x)에 의해 생긴 경사자장은 주파수 부호화(frequency encoding)에 사용된다.
전술한 것처럼, Z, Y, X축 경사 코일에 의해 형성되는 경사자장은 슬라이스 선택, 위상 부호화, 주파수 부호화를 통해 각 스핀들의 공간 위치를 부호화(spatial encoding)한다.
경사 코일부(152)는 경사 인가부(130)와 접속되어 있고, 경사 인가부(130)는 펄스 시퀀스 제어부(122)로부터 전송받은 제어신호에 따라 경사 코일부(152)에 경사 파형 즉, 전류 펄스를 인가하여 경사자장을 발생시킨다. 따라서, 경사 인가부(130)는 경사 전원이라고도 하며, 경사 코일부(152)를 구성하는 세 개의 경사 코일(152x,152y,152z)에 대응하여 세 개의 구동회로를 구비할 수 있다. 경사 인가부(130)의 구체적인 구성 및 동작에 관한 설명은 후술하도록 하며, 이하 상술할 실시예에서는 경사 코일부(152)에 인가되어 경사 자장을 형성하는 전류 또는 전압 펄스와 같은 전기적 신호를 경사 파형이라 하기로 한다.
앞서 설명한 바와 같이 외부 자기장에 의해 정렬된 원자핵들은 Larmor 주파수로 세차운동을 하며 여러 개의 원자핵의 자화(magnetization) 벡터합을 하나의 평균자화(net magnetization) M으로 나타낼 수 있다.
평균자화의 Z축 성분은 측정이 불가능하고, MXY만이 검출될 수 있다. 따라서 자기 공명 신호를 얻기 위해서는 원자핵을 여기(excitation)시켜 평균자화가 XY 평면 위에 존재하게 해야 한다. 원자핵의 여기를 위해 원자핵의 Larmor 주파수로 tune된 RF 펄스를 정자장에 인가해야 한다.
RF 코일부(153)는 RF 펄스를 송신하는 송신 코일 및 여기된 원자핵이 방출하는 전자파 즉, 자기 공명 신호를 수신하는 수신 코일을 포함한다. 또는, 송신 코일과 수신 코일을 별도로 구비하지 않고 헤드 코일(head coil)과 같이 송수신이 모두 가능한 코일을 사용하는 것도 가능하다.
RF 코일부(153)는 RF 인가부(140)와 접속되어 있고, RF 인가부(140)는 펄스 시퀀스 제어부(122)로부터 전송받은 제어신호에 따라 RF 코일부(153)에 고주파 신호를 인가하여 RF 코일부(153)로 하여금 자석 어셈블리(150) 내부에 RF 펄스를 송신하게 한다.
RF 인가부(140)는 고주파 신호를 펄스형 신호로 변조하는 변조 회로 및 펄스형 신호를 증폭하는 RF 전력 증폭기를 포함할 수 있다.
원자핵으로부터 자기 공명 신호를 얻기 위해 주로 사용되는 방법으로 스핀 에코 펄스 시퀀스가 있다. RF 코일부(153)에서 RF 펄스를 인가 할 때, 첫 번째 RF 펄스 인가 후 적당한 시간 간격 △t를 두고 RF 펄스를 한번 더 송신하면, 그로부터 △t시간이 경과하였을 때 원자핵들에 강한 횡자화가 나타나며 이로부터 자기 공명 신호를 얻을 수 있다. 이를 스핀 에코 펄스 시퀀스라 하고, 첫 번째 RF 펄스 인가후 자기 공명 신호가 발생할 때까지 걸리는 시간을 TE(Echo Time)라 한다.
양성자가 얼마나 플립(flip)되었는지 여부는 플립되기 전에 위치하던 축으로부터 이동한 각으로 나타낼 수 있으며, 플립 정도에 따라 90도 RF 펄스, 180도 RF 펄스 등으로 나타낸다.
한편, 경사 코일부(152)에 강한 펄스의 전류가 인가되면, 경사 코일부(152)를 둘러싸고 있는 정자장 코일부(151)에 경사 자장의 발생을 억제하는 방향으로 와전류가 흐르게 된다.
도 6에는 와전류의 발생을 도식적으로 나타낸 도면이 도시되어 있다.
도 6을 참조하면, 펄스 시퀀스 제어에 따라 발생된 전류 펄스(11)는 경사 증폭기(32)를 통하여 증폭되어 경사 코일(52)에 인가된다. 그러나, 와전류가 추정되면 만들고자 하는 경사 자장의 방향과 반대 방향으로 정자장의 변화가 발생하므로, 도 6에 도시된 바와 같이 자석 어셈블리(150) 내부 공간에 형성되는 경사 자장(13b)은 원래 의도했던 경사 자장(13a)과 달리 왜곡되어 형성된다.
슬라이스 선택 경사 자장에 와전류가 발생될 경우에는 슬라이스 형상(slice profile)이 불량해져 영상의 신호 대 잡음비 불량을 유발할 수 있다.
주파수 부호화 경사 자장에 와전류가 발생될 경우에는 주파수 부호화 방향으로 k 공간에서 불균등 표본화를 하게 되므로 영상의 분해능이 저하되고, 경계 부분에 줄무늬(ringing)발생과 해상도 저하 현상인 영상흐림(blur)이 발생한다. 와전류의 영향은 영상 기법에 따라 다르게 나타나며, 경사 자장 에코 영상과 고속영상에서 더욱 크게 나타난다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 자기공명영상장치(100)는 와전류에 의한 경사자장의 왜곡을 보상하기 위해 와전류 보상부(231)를 포함한다. 이하, 경사 자장의 왜곡 보상에 관한 동작을 구체적으로 설명하도록 한다.
도 7에는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기공명영상장치에 있어서 경사 인가부의 구성을 구체화한 제어 블록도가 도시되어 있다.
도 7을 참조하면, 경사 인가부(130)는 파형 발생기(131), 와전류 보상부(132) 및 경사 증폭기(133)를 포함한다. 전술한 바와 같이, 경사 코일부(152)에 전류 펄스가 인가되면 와전류가 추정되어 경사 자장을 왜곡시키는바, 경사 인가부(130)는 경사 자장이 와전류에 의해 왜곡되는 양만큼 전류 펄스를 미리 강조(pre-emphasis)하는 와전류 보상부(132)를 포함하여 자석 어셈블리(150) 내부에 형성되는 경사 자장의 왜곡이 상쇄될 수 있도록 한다.
구체적으로, 파형 발생기(131)는 펄스 시퀀스 제어부(122)에서 설계한 펄스 시퀀스에 따라 경사 파형을 발생시킨다. 여기서, 경사 파형은 전류 펄스일 수 있다. 발생된 경사 파형은 경사 증폭기(133)로 입력되기 전에 와전류 보상부(132)로 먼저 입력되고, 와전류 보상부(132)는 와전류에 의한 영향을 미리 보상한다.
와전류 보상부(132)는 보상 함수를 산출하는 보상 함수 산출부(132-1)와 산출된 보상 함수를 적용하여 와전류에 의한 영향을 미리 보상하는 보상 회로(132-2)를 포함한다. 여기서, 보상 함수는 경사 코일부(152) 또는 이를 포함하는 자석 어셈블리(150)가 갖는 시스템 특성을 반영한 것으로서, 시스템 특성이 H(s)라 하면, 보상 회로(131-2)에서는 경사 파형에 H-1(s)을 적용하여 경사 코일부(152) 또는 이를 포함하는 자석 어셈블리(150)의 시스템 특성에 의해 발생될 왜곡을 미리 보상 즉, 상쇄시킨다. 여기서, 시스템은 선형 시불변 시스템(Linear Time Invariant System)인 것으로 가정하고, H(s)는 전달함수일 수 있다.
따라서, 보상 함수 산출부(132-1)에서 산출되는 보상 함수는 H-1(s)가 되고, 보상 회로(132-2)에서 경사 파형에 H- 1(s)를 적용함으로써 왜곡될 부분을 미리 강조하여 자석 어셈블리(150) 내부 공간에 형성되는 경사 자장의 왜곡을 상쇄시키는 것이다. 미리 강조된 경사 파형은 경사 증폭기(133)를 통해 경사 코일부(152)에 인가된다.
전술한 바와 같이, 경사 코일부(152)는 X축 코일(152x), Y축 코일(152y) 및 Z축 코일(152z)을 포함하고, 경사 인가부(130)는 X축 코일(152x), Y축 코일(152y) 및 Z축 코일(152z) 각각에 전류 펄스를 인가하므로, X축 코일(152x)에 인가되는 X축 경사 파형, Y축 코일(152y)에 인가되는 Y축 경사 파형 및 Z축 코일(152z)에 인가되는 Z축 경사 파형이 각각 보상될 수 있다. 이하 도 8을 참조하여 설명한다.
도 8에는 도 7에 도시된 경사 인가부를 X축 코일, Y축 코일 및 Z축 코일에 대응되는 구성으로 세분화한 제어 블록도가 도시되어 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 파형 발생기(131)는 X축 파형 발생기(131x), Y축 파형 발생기(131y) 및 Z축 파형 발생기(131z)를 포함하여 자석 어셈블리(150) 내부에 X축 방향으로 경사 자장을 형성하기 위한 X축 파형, Y축 방향으로 경사 자장을 형성하기 위한 Y축 파형 및 Z축 방향으로 경사 자장을 형성하기 위한 Z축 파형을 각각 발생시킨다. 여기서, 발생되는 파형은 펄스 형태일 수 있다.
와전류 보상부(132)는 X축 보상부(131x), Y축 보상부(131y) 및 Z축 보상부(131z)를 포함하여 X축 경사 파형, Y축 경사 파형 및 Z축 경사 파형을 각각 보상한다.
X축 보상부(132x)는 X축 보상 함수 산출부(132x-1) 및 X축 보상 회로(132x-2)를 포함하고, Y축 보상부(132y)는 Y축 보상 함수 산출부(132y-1) 및 Y축 보상 회로(132y-2)를 포함하며, Z축 보상부(132z)는 Z축 보상 함수 산출부(132z-1) 및 Z축 보상 회로(132z-2)를 포함한다.
다만, 와전류에 의한 왜곡 보상을 위한 동작은 경사 자장의 축에 따라 달라지지 않으므로 이하 상술할 실시예에서는 설명의 편의를 위하여 상기 도 7의 구성요소를 기초로 하여 설명하도록 한다.
측정되는 경사 자장이 왜곡되어 나타나는 것은 경사 코일(152) 또는 경사 코일(152)을 포함하는 자석 어셈블리(150)의 시스템 특성에 의한 것으로 볼 수 있고, 전술한 바와 같이 시스템 특성은 시스템 특성 함수 H(s)로 나타낼 수 있다.
따라서, 와전류 보상부(131), 더 정확하게는 와전류 보상부(131)의 보상 회로(131-2)에서 경사 코일(152) 통과 후의 왜곡을 미리 보상하기 위해서는 입력된 경사 파형(21a)에 시스템 특성 역함수 H(s)-1을 적용한다. 즉, 시스템 특성 역함수 H(s)-1가 와전류 보상부(131)에서 산출 및 적용되는 보상 함수가 된다.
이하 보상 함수 산출부(131-1)에서 보상 함수를 산출하는 동작을 구체적으로 설명하도록 한다.
도 9a 및 도 9b에는 이상적인 테스트 경사 파형의 인가와 자장 측정을 개략적으로 나타낸 도면이 도시되어 있다.
보상 함수를 산출하기 위해서는 먼저, 자석 어셈블리(150) 내부 공간에 미리 설계된 팬텀(phantom)을 위치시키고, 도 9a에 도시된 바와 같이 테스트 경사파형을 인가하여 다수의 TE에서 경사자장을 측정한다.
한편, 측정되는 경사자장에는 인가된 테스트 경사파형 외에 다른 원인에 의한 성분도 포함될 수 있으므로, 도 9a에 도시된 바와 같이 테스트 경사파형을 인가하지 않은 상태 및 테스트 경사파형을 인가한 상태에서 각각 경사자장을 측정한다.
또는 도 9b에 도시된 바와 같이 서로 반대되는 위상을 갖는 테스트 경사파형을 각각 인가하여 경사자장을 측정할 수도 있다. 도 9a 및 도 9b에 도시된 테스트 경사파형 인가 방식은 본 발명의 실시예에 적용될 수 있는 예시에 불과하며, 본 발명의 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
경사자장은 자석 어셈블리(150)의 내부 공간 상에 임의의 방향으로 거리에 비례하여 선형적으로 형성되는바, RF 코일부(153)에서 수신되는 자기 공명 신호의 주파수도 경사자장에 비례하여 증가 또는 감소한다. 경사자장의 측정은 상기 내용에 기초하여 다양한 방식으로 이루어질 수 있는바, 경사자장 측정을 위한 별도의 장치를 사용할 수도 있고, 상기 도 1에 도시된 바와 같이, 데이터 수집부(161)로부터 전송받은 신호를 이용하여 경사자장을 산출할 수도 있다. 본 발명의 실시예는 경사자장 측정 방식에 제한을 두지 않는다.
도 10에는 실제 테스트 경사파형의 인가와 자장 측정을 개략적으로 나타낸 도면이 도시되어 있다.
상기 도 9a 및 도 9b에는 인가되는 테스트 경사파형이 계단 함수(step function) 형태를 갖는 것으로 도시되었으나, 이는 이상적인 경사파형에 불과하고 실제로는 물리적인 한계로 인해 이상적인 계단 함수의 형태로 경사 파형을 인가하기 어렵다. 실제로 인가되는 테스트 경사파형의 일 예로서, 도 10에 도시된 바와 같이, 유한한 램프 시간(ramp time,τR)으로 정의되는 선형 램프 함수(linear ramp function)가 있다.
기존에는 인가되는 테스트 경사파형이 이상적인 계단 함수 형태인 것으로 가정하여 보상함수를 산출하였으나, 이는 실제 인가된 테스트 경사파형의 형태와 다르기 때문에 보상함수의 정확도가 떨어지고, 이를 보정하기 위해서는 추가적인 실험을 반복해야 했다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 자기공명영상장치(100)는 반복적인 실험 없이도 경사자장의 왜곡을 더 정확하게 보상하기 위해 실제 인가되는 테스트 경사파형의 형태가 반영된 보상함수를 산출한다.
보상함수 산출부(131)는 아래 [수학식 1]에 나타난 측정된 경사자장, 인가된 테스트 경사파형 및 시스템 특성의 관계에 기초하여 보상함수를 산출한다.
[수학식 1]
O(s) = H(s)·I(s) → H(s) = O(s)/I(s)
여기서, O(s)는 측정된 경사자장을 나타내고, H(s)는 시스템 특성을 나타내며, I(s)는 인가된 테스트 경사파형 즉, 전류 또는 전압 펄스를 나타낸다. 즉, I(s)로 표현되는 경사 파형이 입력되면, 시스템 특성 H(s)에 의해 경사 자장 O(s)가 측정된다. 전술한 바와 같이, 보상함수는 시스템 특성 역함수에 해당하므로, 보상함수 산출부(131)는 먼저 상기 [수학식 1]에 기초하여 시스템 특성 함수 H(s)를 추정한다.
이 때, 인가되는 테스트 경사파형을 나타내는 I(s)에는 이상적인 계단함수 1/s가 아닌 실제 테스트 경사파형을 나타내는 함수를 대입한다. 일 예로서, 실제 인가되는 테스트 경사파형이 상기 도 10에 도시된 바와 같이 유한한 램프 시간(τR)으로 정의되는 선형 램프 함수 형태인 경우에는 I(s)가 하기 [수학식 2]와 같이 정의될 수 있다. 하기 식에서 τ는 램프 시간을 나타낸다.
[수학식 2]
I(s) = (1-e-τs)/τs2
한편, 램프 함수는 실제 경사파형의 일 예시에 불과하고, 실제 경사파형은 램프 함수 외에 사인(sine) 함수 등의 다른 형태를 가질 수도 있다. 또한, 실제 경사파형이 램프 함수에 해당되는 경우에도 극성, 진폭 또는 램프 시간에 따라 그 형태가 다른 것으로 볼 수 있다.
더 정확한 보상함수 산출을 위해, 실제 인가되는 테스트 경사파형을 측정하는 것도 가능하다. 이를 위해, 경사 증폭기(133)의 입력단에서 신호를 읽어 그 결과를 실제 인가되는 테스트 경사파형으로 할 수 있다. 또는, 경사 증폭기(133)의 출력단에서 신호를 읽는 것도 가능하다.
보상함수 산출부(131)는 실제 인가되는 경사파형을 측정하거나 적절한 형태의 함수로 가정함으로써 시스템 특성 함수 H(s)를 추정할 수 있다.
그리고, 보상함수 산출부(131)는 추정된 시스템 특성 함수 H(s)로부터 보상함수 H(s)- 1를 산출한다.
이하, 실제 인가되는 테스트 경사파형이 상기 도 10에 도시된 바와 같이 선형 램프 함수 형태인 경우에 보상 함수를 산출하는 동작의 다른 예시를 설명하도록 한다.
실제 인가되는 테스트 경사파형은 주로 선형 램프 함수의 형태를 갖게 된다. 램프 함수에서 램프 타임이 0에 가까워지면 계단 함수와 유사한 형태가 된다. 따라서, 보상함수 산출부(131)는 인가된 테스트 경사파형이 계단 함수 형태인 것으로 가정하여 시스템 특성 함수 H(s)'를 추정하고, 시스템 특성 H(s)'의 계수를 실제 인가된 테스트 경사파형의 형태에 맞게 보정하여 보정된 시스템 특성 함수H(s)를 추정하는 것도 가능하다.
구체적으로, 인가된 테스트 경사파형이 계단 함수 형태를 갖는 것으로 가정하여 획득한 시스템 특성 함수 H(s)'와 측정된 경사 자장으로부터 시스템 특성 함수 H(s)'의 계수인 ck', ωk를 산출할 수 있다(k는 1보다 큰 정수). ck'는 비례 상수를 나타내고, ωk는 시간 상수를 나타내며, 다수의 TE에서 경사 자장을 측정하였으므로 각각의 상수는 다수의 세트로 산출된다.
인가된 테스트 경사파형이 계단 함수인 것으로 가정하여 산출된 상수는 실제 인가된 테스트 경사파형의 램프 시간과 보정식을 이용하여 보정된다. 이 때, 보정식은 아래 [수학식 3]에 의해 표현될 수 있다.
[수학식 3]
ck = ωkτR/{exp(ωkτR-1}ck'
상기 예시에서는 시간 상수가 보정 전후로 동일하게 유지되는 것으로 하였으나, 경우에 따라 시간 상수도 보정되는 것으로 할 수 있다.
상수를 보정하여 실제 인가된 경사파형이 반영된 시스템 특성 함수 H(s)를 추정할 수 있고, 최종적으로 산출되는 보상 함수는 H(s)-1이 된다.
다만, 상기 [수학식 2] 및 [수학식 3]을 이용한 설명은 보상함수 산출부(131-1) 동작의 일 예시에 불과하고, 보상함수의 산출이 반드시 상기 [수학식 2] 및 [수학식 3]에 따라 이루어지는 것은 아니다. 보상함수의 산출 동작은 실제 인가된 테스트 경사파형에 따라 달라질 수 있고, 실제 인가된 테스트 경사파형이 램프 함수 형태이더라도 전술한 바와 같이 계단 함수 형태의 테스트 경사파형에 대해 획득된 시스템 특성 함수를 이용하지 않고 램프 함수를 바로 적용하는 것도 가능하다.
보상함수 산출부(131-1)에서 산출된 보상함수는 보상 회로(131-2)에 설정되고, 보상 회로(131-2)는 인가될 경사파형을 미리 강조하여 경사 자장에 발생될 왜곡을 보상한다. 상기 보상함수는 실제 인가된 테스트 경사파형의 형태가 반영된 것이므로 반복 측정을 통한 계수의 보정 없이도 정확도가 향상된 보상을 수행할 수 있다.
한편, 시스템 특성이 정확하게 반영된 보상 함수를 산출하기 위해 테스트 경사 파형의 형태(shape)를 변화시켜가면서 경사 자장을 측정하고 이를 이용하여 보상 함수를 산출할 수 있다. 이 때, 변화되는 경사 파형의 형태는 극성, 진폭 및 램프 시간을 포함하는 그룹에서 선택되는 적어도 하나일 수 있다.
보상 함수의 산출은 자기공명영상장치(100)를 사용하기 전에 수행될 수 있고, 주기적으로 수행될 수도 있으며, 수시로 수행될 수도 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 있어서 보상 함수 산출의 시기나 횟수에는 제한이 없다.
도 11에는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기공명영상장치에 의하여 와전류에 의한 경사자장의 왜곡이 보상되는 동작을 개략적으로 나타낸 도면이 도시되어 있다.
도 11을 참조하면, 파형 발생기(131)에서 발생된 오리지널 경사 파형(21a)은 경사 증폭기(132)에 입력되기 전에 먼저 와전류 보상부(131)로 입력된다. 오리지널 경사 파형(21a)은 대상체의 자기공명 신호를 얻기 위해 펄스 시퀀스 제어부(122)에서 설계된 것이다.
와전류 보상부(131)에는 보상함수 산출부(131-1)에서 산출한 보상함수가 설정되어 있는바, 오리지널 경사 파형(21a)이 보상 회로(131-2)에 입력되면 보상함수가 적용되어 왜곡될 부분이 미리 강조된 강조 경사 파형(21b)으로 출력된다. 따라서, 보상 회로(131-2)는 보상 필터의 역할을 하는 것으로 볼 수 있다.
강조된 경사 파형(21b)은 경사 증폭기(132)에 입력되어 경사 자장을 발생시킬 수 있는 정도의 크기로 증폭되어 출력되고, 증폭된 경사 파형(22)은 경사 코일부(152)에 입력되어 자석 어셈블리(150) 내부 공간에 왜곡이 미리 보상된 경사 자장(23)을 형성한다.
전술한 경사자장의 왜곡 보상은 X축 경사 코일(152x), Y축 경사 코일(152y) 및 Z축 경사 코일(152z) 각각에 대해 수행되는바, X축 와전류 보상부(132x), Y축 와전류 보상부(132y) 및 Z축 와전류 보상부(132z)에서 각각 X축 경사 파형, Y축 경사 파형 및 Z축 경사 파형을 미리 강조하여 경사자장의 왜곡을 보상한다.
이하 본 발명의 일 측면에 따른 자기공명영상장치의 제어방법에 관한 실시예를 설명하도록 한다.
도 12에는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기공명영상장치의 제어방법에 있어서 보상함수를 산출하는 과정에 관한 순서도가 도시되어 있다.
보상 함수를 산출하기 위해서는 경사 자장 측정값이 필요하다. 따라서, 자석 어셈블리(150) 내부에는 테스트를 위해 미리 설계된 팬텀이 위치한다.
도 12를 참조하면, 먼저 테스트 경사파형을 인가한다(311). 테스트 경사파형은 보상 함수의 산출을 위해 펄스 시퀀스 제어부(122)에서 설계될 수 있다.
그리고, 자석 어셈블리(150) 내부 공간에 형성된 경사 자장을 측정한다(312). 이 때, 다수의 TE에서 경사 자장을 측정할 수 있다. 테스트 경사파형 인가 외에 다른 요인에 의한 영향을 배제하기 위해 테스트 경사파형 인가 전과 인가 후에 경사 자장을 각각 측정할 수도 있고, 테스트 경사파형의 형태, 예를 들어 위상을 다르게 하여 경사 자장을 각각 측정할 수도 있다.
측정 결과에 기초하여, 인가된 테스트 경사파형의 실제 형태가 반영된 보상함수(H-1(s))를 산출한다(313). 구체적으로, 상기 [수학식 1]에 따르면, 측정된 경사 자장과 실제 인가된 테스트 경사파형을 이용하여 경사 코일부(152) 또는 이를 포함하는 자석 어셈블리(150)의 시스템 특성함수 H(s)를 추정할 수 있다. 예를 들어, 실제 인가된 테스트 경사파형이 유한한 램프 시간을 갖는 램프 함수인 경우에는 실제 인가된 테스트 경사파형에 대응되는 램프 함수와 측정된 경사 자장을 이용하여 시스템 특성함수 H(s)를 추정할 수 있다. 그러나, 램프 함수는 실제 경사파형의 일 예시에 불과하고, 실제 경사파형은 램프 함수 외에 사인(sine) 함수 등의 다른 형태를 가질 수도 있다.
시스템 특성함수를 더 정확하게 추정하기 위해 실제 인가되는 테스트 경사파형을 측정하고, 그 결과를 실제 인가되는 테스트 경사파형으로 하는 것도 가능하다. 실제 인가되는 테스트 경사파형은 경사 증폭기(133)의 입력단에서 신호를 읽어옴으로써 측정될 수 있다.
시스템 특성함수 H(s)가 추정되면, 시스템 특성함수의 역함수 H- 1(s)를 보상함수로서 산출한다.
X축, Y축 및 Z축 별로 경사 자장의 왜곡을 보상하기 위해 경사 자장의 측정 및 보상함수의 산출이 X축, Y축 및 Z축 각각에 대해 수행될 수 있다.
한편, 시스템 특성이 정확하게 반영된 보상 함수를 산출하기 위해 테스트 경사 파형의 형태(shape)를 변화시켜가면서 경사 자장을 측정하고 이를 이용하여 보상 함수를 산출할 수 있다. 이 때, 변화되는 경사 파형의 형태는 극성, 진폭 및 램프 시간을 포함하는 그룹에서 선택되는 적어도 하나일 수 있고, 파형 발생기(131)에 의해 테스트 경사 파형의 형태를 다르게 발생시킬 수 있다.
도 13에는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기공명영상장치의 제어방법에 있어서 경사 자장의 왜곡을 보상하는 과정에 관한 순서도가 도시되어 있다.
도 13을 참조하면, 보상함수를 산출하는 과정(321-323)은 상기 도 12에서 설명한 바와 같다. 전술한 과정에 의해 산출된 보상함수는 보상 회로(131-2)에 설정된다(324).
그리고, 대상체의 자기공명영상 촬영을 위한 경사 파형을 발생시키고(325). 발생된 경사 파형에 보상함수 H- 1(s)를 적용하여 경사 코일부(152)에 인가한다(326). 경사 파형에 보상함수 H-1(s)가 적용되면, 왜곡될 부분이 미리 강조되어 왜곡이 미리 보상될 수 있다. 따라서, 보상함수 H-1(s)가 적용된 경사 파형이 경사 코일부(152)에 입력되면 원래 의도했던 파형을 갖는 경사 자장이 자석 어셈블리(150) 내부 공간에 형성될 수 있다.
도 14에는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기공명영상장치의 제어방법에 있어서 보상함수 산출의 일 예시를 구체화한 순서도가 도시되어 있다.
전술한 바와 같이, 보상 함수 산출을 위한 테스트 경사파형은 주로 계단 함수인 것으로 가정되지만, 실제로는 이상적인 계단 함수의 형태로 테스트 경사파형이 인가되기는 어렵고 램프 함수 형태로 인가되는 경우가 많다. 본 발명의 일 실시예에 따른 자기공명영상장치의 제어방법은 정확한 보상 함수 산출을 위해 실제 인가된 테스트 경사파형의 형태를 반영한다. 다만, 램프 함수의 램프 타임이 0에 가까우면 램프 함수는 계단 함수와 유사한 형태를 갖는다는 특성에 기초하여, 기존에 획득된 계단 함수에 대한 보상 함수 즉, 인가된 테스트 경사파형이 계단 함수인 것으로 가정하여 획득된 보상 함수를 이용할 수 있다.
도 14를 참조하면, 먼저 테스트 경사파형을 인가하고(331), 자석 어셈블리(150) 내부에 형성된 경사 자장을 측정한다(332).
인가된 테스트 경사파형을 이상적인 계단함수로 가정하고, 경사 자장 측정 결과에 기초하여 보상함수 H-1(s)'를 산출한다(333). 구체적으로, 인가된 테스트 경사파형이 계단 함수인 것으로 가정하여 획득된 시스템 특성 함수 H(s)'에 측정된 경사 자장을 적용하여 시스템 특성 함수 H(s)'의 계수를 산출함으로써 보상 함수 H-1(s)'를 산출할 수 있다.
그리고, 산출된 보상 함수 H-1(s)'의 계수를 인가된 테스트 경사파형의 실제 형태와 부합되게 보정한다(334). 이를 위해 상기 [수학식 3]으로 표현된 바와 같은 보정식이 적용될 수 있으며, 예를 들어, 보상 함수 H-1(s)'의 비례 상수 또는 시간 상수가 보정될 수 있다.
보상 함수 H-1(s)'의 계수가 테스트 경사파형의 실제 형태와 부합되게 보정되면, 테스트 경사파형의 실제 형태가 반영된 보상 함수 H-1(s)가 되는바, 보정된 보상 함수 H- 1(s)를 보상 회로에 설정한다(335).
그리고, 대상체의 자기공명영상 촬영을 위한 경사 파형을 발생시키고(325). 발생된 경사 파형에 보상함수 H- 1(s)를 적용하여 경사 코일부(152)에 인가한다(326). 경사 파형에 보상함수 H-1(s)가 적용되면, 왜곡될 부분이 미리 강조되어 왜곡이 미리 보상될 수 있다. 따라서, 보상함수 H-1(s)가 적용된 경사 파형이 경사 코일부(152)에 입력되면 원래 의도했던 파형을 갖는 경사 자장이 자석 어셈블리(150) 내부에 형성될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 자기공명영상장치 및 그 제어방법에 의하면, 경사 자장의 왜곡을 보상함에 있어, 실제로 인가되는 경사 파형의 형태를 반영하여 보상의 정확도를 향상시킬 수 있다.
130 : 경사 인가부 131 : 파형 발생기
132 : 와전류 보상부 132-1 : 보상함수 산출부
132-3 : 보상 회로 133 : 경사 증폭기
152 : 경사 코일부

Claims (25)

  1. 정자장 코일부 및 경사자장 코일부를 포함하여 그 내부 공간에 정자장 및 경사자장을 형성하는 자석 어셈블리; 및
    상기 자석 어셈블리에 테스트 경사 파형을 인가하고, 상기 인가된 테스트 경사 파형의 실제 형태(shape)를 반영하여 와전류에 의한 상기 경사 자장의 왜곡을 보상하는 경사 인가부를 포함하는 자기공명영상장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 경사 인가부는,
    상기 인가된 테스트 경사 파형의 실제 형태를 반영하여 상기 경사 자장의 왜곡을 보상하기 위한 보상 함수를 산출하는 보상함수 산출부를 포함하는 자기공명영상장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 보상함수 산출부는,
    상기 테스트 경사 파형의 인가에 따른 경사 자장 측정 값들과 상기 인가된 테스트 경사 파형의 실제 형태로부터 상기 자석 어셈블리의 시스템 특성 함수를 추정하는 자기공명영상장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 보상함수 산출부는,
    상기 추정된 시스템 특성 함수로부터 상기 보상 함수를 산출하는 자기공명영상장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 경사 자장 측정 값들은,
    서로 다른 복수의 에코 타임(Echo Time)에서 각각 측정된 것인 자기공명영상장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 경사 인가부는,
    상기 산출된 보상 함수가 설정되어 상기 경사 코일부에 인가되는 경사 파형을 미리 강조(pre-emphasis)하는 보상 회로를 더 포함하는 자기공명영상장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 보상함수 산출부는,
    상기 추정된 시스템 특성 함수의 역함수를 상기 보상 함수로서 산출하는 자기공명영상장치.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 보상함수 산출부는,
    상기 인가된 테스트 경사 파형의 실제 형태가 유한한 램프 타임(ramp time)을 갖는 램프 함수(ramp function)인 것으로 하여 상기 보상 함수를 산출하는 자기공명영상장치.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 경사 인가부는,
    상기 테스트 경사 파형의 형태를 다르게 하여 복수 회 인가하고,
    상기 보상함수 산출부는,
    상기 테스트 경사 파형의 형태 별 경사 자장 측정 값들을 이용하여 상기 보상 함수를 산출하는 자기공명영상장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 테스트 경사 파형의 형태는, 극성, 램프 타임 및 진폭을 포함하는 그룹에서 선택되는 적어도 하나인 것으로 하는 자기공명영상장치.
  11. 제 4 항에 있어서,
    상기 보상함수 산출부는,
    상기 테스트 경사 파형의 비인가 시의 경사 자장 측정 값들과 상기 테스트 경사 파형의 인가에 따른 경사 자장 측정 값들을 이용하여 상기 시스템 특성 함수를 추정하는 자기공명영상장치.
  12. 제 4 항에 있어서,
    상기 경사 인가부는,
    상기 테스트 경사 파형의 극성을 다르게 하여 각각 인가하는 자기공명영상장치.
  13. 제 6 항에 있어서,
    상기 보상함수 산출부 및 상기 보상 회로는,
    상기 경사 자장의 방향인 X축, Y축 및 Z축 방향 별로 상기 보상 함수를 산출하고, 상기 방향 별로 경사 파형을 미리 강조하는 자기공명영상장치.
  14. 정자장 코일부 및 경사자장 코일부를 포함하여 그 내부 공간에 정자장 및 경사자장을 형성하는 자석 어셈블리를 포함하는 자기공명영상장치의 제어 방법에 있어서,
    상기 자석 어셈블리에 테스트 경사 파형을 인가하고;
    상기 인가된 테스트 경사 파형의 실제 형태(shape)를 반영하여 와전류에 의한 상기 경사 자장의 왜곡을 보상하기 위한 보상 함수를 산출하는 것을 포함하는 자기공명영상장치의 제어 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 테스트 경사 파형의 인가에 따른 경사 자장을 측정하는 것을 더 포함하고,
    상기 보상 함수를 산출하는 것은,
    상기 경사 자장 측정 값들과 상기 인가된 테스트 경사 파형의 실제 형태를 이용하는 것을 포함하는 자기공명영상장치의 제어 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 보상 함수를 산출하는 것은,
    상기 경사 자장 측정 값들과 상기 인가된 테스트 경사 파형의 실제 형태로부터 상기 자석 어셈블리의 시스템 특성 함수를 추정하는 것을 포함하는 자기공명영상장치의 제어 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 보상 함수를 산출하는 것은,
    상기 추정된 시스템 특성 함수로부터 상기 보상 함수를 산출하는 것을 더 포함하는 자기공명영상장치의 제어 방법.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 경사 자장을 측정하는 것은,
    서로 다른 복수의 에코 타임(Echo Time)에서 각각 경사 자장을 측정하는 것을 포함하는 자기공명영상장치의 제어 방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 산출된 보상 함수를 이용하여 상기 경사 코일부에 인가되는 경사 파형을 미리 강조(pre-emphasis)함으로써 와전류에 의한 상기 경사 자장의 왜곡을 보상하는 것을 더 포함하는 자기공명영상장치의 제어 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 보상 함수를 산출하는 것은,
    상기 추정된 시스템 특성 함수의 역함수를 상기 보상 함수로서 산출하는 것을 더 포함하는 자기공명영상장치의 제어 방법.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 보상 함수를 산출하는 것은,
    상기 인가된 테스트 경사 파형의 실제 형태가 유한한 램프 타임(ramp time)을 갖는 램프 함수(ramp function)인 것으로 하여 상기 보상 함수를 산출하는 것을 포함하는 자기공명영상장치의 제어 방법.
  22. 제 15 항에 있어서,
    상기 테스트 경사 파형을 인가하는 것은,
    상기 테스트 경사 파형의 형태를 다르게 하여 복수 회 인가하는 것을 포함하고,
    상기 보상 함수를 산출하는 것은,
    상기 테스트 경사 파형의 형태 별 경사 자장 측정 값들을 이용하여 상기 보상 함수를 산출하는 것을 포함하는 자기공명영상장치의 제어 방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 테스트 경사 파형의 형태는, 극성, 램프 타임 및 진폭을 포함하는 그룹에서 선택되는 적어도 하나인 것으로 하는 자기공명영상장치의 제어 방법.
  24. 제 16 항에 있어서,
    상기 보상 함수를 산출하는 것은,
    상기 테스트 경사 파형의 비인가 시의 경사 자장 측정 값들과 상기 테스트 경사 파형의 인가에 따른 경사 자장 측정 값들을 이용하여 상기 시스템 특성 함수를 추정하는 것을 포함하는 자기공명영상장치의 제어 방법.
  25. 제 14 항에 있어서,
    상기 경사 파형을 인가하는 것은,
    상기 테스트 경사 파형의 극성을 다르게 하여 각각 인가하는 것을 포함하는 자기공명영상장치의 제어 방법.
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