KR101488206B1

KR101488206B1 - 개방형 자기공명영상기기에서 자장중심자기공명영상화 방법

Info

Publication number: KR101488206B1
Application number: KR20130016157A
Authority: KR
Inventors: 한봉수; 홍철표; 이동훈
Original assignee: 연세대학교 원주산학협력단
Priority date: 2012-09-20
Filing date: 2013-02-15
Publication date: 2015-01-30
Also published as: KR20140038286A

Abstract

본 발명은, 자기의 등중심(isocenter)에서 얻은 비왜곡 영상들을 합성하는 영상 스티칭(image stitching) 알고리듬을 이용하여, 기하학적 왜곡 보정을 행하여 보다 넓어진 영상영역을 보여주는, 개방형 자기공명영상기기에서 자장중심자기공명영상화 방법에 관한 것이다.
본 발명은, 촬영 공간을 기준으로 상하에 서로 대향하는 한 쌍의 MR자극선부와 한 쌍의 경사 코일부 및 한 쌍의 RF 코일부, 한 쌍의 수신 코일부를 구비한 자기장부; 수신 코일부가 수신한 MR 수신 신호를 디지털 데이터의 형태로 획득하는 데이터 획득부; 데이터 획득부로부터 수신한 MR 수신 신호로 부터, 신호처리하여, 관심영역을 확대함과 동시에 위치정보 및 크기정보 왜곡이 없는 단면영상을 구하는 데이터 처리부;를 포함하는 개방형 자기공명영상기기의 자장중심자기공명영상화 방법에 있어서, 기설정된 허용오차 왜곡도에 따라, 자기공명영상의 기하학적 왜곡 측정 및 분할영역이 정의되는, 분할영역 정의 단계; 기 입력된 영상촬영 영역에 대응하는 분할영역 개수가 설정되는, 분할영역 개수 설정단계; 환자테이블이 등중심(isocenter)에서 좌측으로 이동한 후, 영상을 촬영하고, 환자테이블 등중심에서 우측으로 이동한 후, 영상을 촬영하는, 영상촬영단계; 환자테이블 좌측 이동 후의 영상과, 환자테이블 우측 이동 후의 영상을 접합하여 최종영상을 구하는 최종영상 검출단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

개방형 자기공명영상기기에서 자장중심자기공명영상화 방법{Isocentric MR imaging method in open MRI}

본 발명은 관심영역 내 기하학적 왜곡이 적은 영역을 왜곡자유영역으로 설정한 뒤, 영상화 대상을 횡 방향으로 움직여, 자기공명영상기기 중심에서 영상을 왜곡자유영역단위로 분할획득하고, 이를 접합하여 관심영역을 확대함과 동시에 위치정보 및 크기정보 왜곡이 없는 단면영상을 구성하는, 개방형 자기공명영상기기에서 자장중심자기공명영상화 방법에 관한 것이다.

자기공명영상(Magnetic resonance imaging, MRI)는 핵자기모멘트의 공명주파수가 그에 가해진 외부 자기장 세기에 선형적으로 비례하여 결정되는 사실에 이론적 바탕을 두고 있다. 공간적으로 선형분포를 하는 자기장은 핵자기모멘트의 위치에 따라 공명주파수가 선형적으로 비례하여 변화되게 함으로써 자기공명신호의 주파수 정보는 핵자기모멘트의 위치정보를 가지고 있어 공간적 분포 영상화에 이용된다. 현재 대부분의 MRI 측정방법에 사용되고 있는 것으로서 푸리에 변환(Fourier transformation, FT)방법이 있다. FT방법을 1차원적으로 설명하면, 1차원적으로 서로 다른 두 위치에 존재하는 물질을 공간적으로 구별하기위해 경사자계(gradient)를 자기공명영상기기에 이미 형성된 주자기장에 가하면 일시적으로 각 위치에 있는 물질 분자의 공명 주파수는 그 위치에 따라 선형적으로 비례한 값이 결정된다. 그러므로 자기공명신호에는 위치정보를 가긴 두가지 주파수가 실리게 되고 주파수 성분을 알 수 있는 FT신호처리를 하여 각 위치에 있는 물질을 구별할 수 있다. 일반적으로 사용되는 MRI는 2차원영상이다. 그러므로 2차원에 존재하는 물질을 구별하려면 주파수의 한가지 변수에 의한 물질의 공간적 분리로는 가능하지 않기 때문에 주파수이외에 위상정보(phase encoding)를 사용하는 방법이 도입된다. 주파수와 위상정보를 제공하기 위해서 임의의 두방향에서 가해진 경사자계는 하나는 주파수이고 또하나는 위상정보를 실린 신호를 만들게 된다. 이때 자기 모멘트를 가진 스핀 밀도의 공간적 분포와 측정된 자기공명신호 간의 관계를 수학적 공식으로 표현하면 자기공명신호와 자기공명영상에는 FT 관계가 있음을 알 수 있다. 그러므로 자기공명신호의 FT에 의한 처리는 곧바로 스핀밀도의 공간적 분포에 대한 영상을 얻게 된다.

자기공명영상(MRI) 기기는 CT와 다르게 방사선이 아닌 자력으로 인체에 고주파를 보낸 후 조직속에 있는 수소원자핵으로부터 발생되는 영상신호를 컴퓨터로 재구성하여 인체의 단면영상을 입체적으로 얻을 수 있는 진단장비로, MRI의 주요 이점은 연조직 대조도(soft tissue contrast)가 우수하다는 것으로, MRI와 CT를 함께 이용하면, 치료계획의 수립 과정에서 종양 용적 형태의 정확도가 향상될 수 있다.

최근에는 개방형(open-type) MRI 장비가 개발되어, 환자의 폐쇄공포증등의 불안감의 유발을 줄이고 진료진이 직접 환자의 옆에서 도움을 줄 수 있도록 이루어져, 환자가 보다 심리적으로 안정하고 편안하게 검사를 받을 수 있다. 특히, 개방형 MRI는 편안한 환자 이용 구조로 인해 영상 유도 방사선 치료에서 주목받고 있다.

MRI는 영상의 경사자계 비선형성(gradient nonlinearity)으로 인한 기하학적 영상 왜곡(geometrical image distortion)이 생기는데, 이로인해, MRI를 방사선 치료에 임상 적용하는 데 걸림돌이 되고 있다.

종래에 폐쇄형 자기공명영상기기에서 관심영역 내 종 방향으로 환자 테이블 움직임을 통해 제한된 관심영역을 극복하여 인체의 전체(whole body)영상화가 가능하도록 하는 기술이 다수 제안되었다. 이는 환자테이블을 종 방향으로 연속적으로 움직이며 촬영하는 영상기법으로, 이는 테이블 움직임과 영상파라미터와 동기화시켜 움직임에 의한 왜곡을 최소화하고, 영상화하는데 걸리는 시간절약을 한다. 또한 이 중 자기장 불균일에 의한 영상왜곡 문제를 억제하기 위해 영상의 대조도를 좌우하는 k-공간 중심과 자장균일도가 높은 기기 중심을 동기화 시켜 왜곡을 억제시키는 영상기법도 제안되었다.

이러한 종래기술들은 종 방향 움직임을 통한 영상화 과정 이후에 왜곡보정기법을 추가적으로 시행하거나 자장중심에서 영상을 획득하여도, 넓은 관심영역에서 획득된 단면영상왜곡은 보정되지 않는 단점이 있다.

그래서, 본 발명에서는 자기의 등중심(isocenter)에서 얻은 비왜곡 영상들을 합성하는 영상 스티칭(image stitching) 알고리듬을 제안하고 제안된 기하학적 왜곡 보정기법을 이용해 넓어진 영상영역을 출력할 수 있는, 개방형 자기공명영상기기에서 자장중심자기공명영상화 방법을 제공한다.

다시말해, 본 발명은 관심영역 내 기하학적 왜곡이 적은 영역을 왜곡자유영역으로 설정한 뒤, 영상화 대상을 횡 방향으로 움직여, 자기공명영상기기 중심에서 영상을 왜곡자유영역단위로 분할획득하고, 이를 접합하여 관심영역을 확대함과 동시에 위치정보 및 크기정보 왜곡이 없는 단면영상을 구성하도록 하였다. 즉, 본 발명은 개방형 자기공명영상기기에서 횡 방향 움직임을 통해 관심영역 확대를 이룩함과 동시에 영상왜곡이 없는 단면영상을 구성할 수 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 관심영역 내 기하학적 왜곡이 적은 영역을 왜곡자유영역으로 설정한 뒤, 영상화 대상을 횡 방향으로 움직여, 자기공명영상기기 중심에서 영상을 왜곡자유영역단위로 분할획득하고, 이를 접합하여 관심영역을 확대함과 동시에 위치정보 및 크기정보 왜곡이 없는 단면영상을 구성하는, 개방형 자기공명영상기기에서 자장중심자기공명영상화 방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 자기의 등중심(isocenter)에서 얻은 비왜곡 영상들을 합성하는 영상 스티칭(image stitching) 알고리듬을 이용하여, 기하학적 왜곡 보정행하여 보다 넓어진 영상영역을 보여주는, 개방형 자기공명영상기기에서 자장중심자기공명영상화 방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 개방형 자기공명영상기기에서 횡 방향 움직임을 통해 관심영역 확대를 이룩함과 동시에 영상왜곡이 없는 단면영상을 구성하는, 개방형 자기공명영상기기에서 자장중심자기공명영상화 방법을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 자장중심자기공명영상화 방법을 이용하는 개방형 자기공명영상기기는, 촬영 공간을 기준으로 상하에 서로 대향하는 한 쌍의 MR자극선부와 한 쌍의 경사 코일부 및 한 쌍의 RF 코일부, 한 쌍의 수신 코일부를 구비한 자기장부; 수신 코일부가 수신한 MR 수신 신호를 디지털 데이터의 형태로 획득하는 데이터 획득부; 데이터 획득부로부터 수신한 MR 수신 신호로 부터, 관심영역 내 기하학적 왜곡이 적은 영역을 왜곡자유영역으로 설정한 뒤, 영상화 대상을 횡 방향으로 움직여, 자기공명영상기기 중심에서 영상을 왜곡자유영역단위로 분할획득하고, 이를 접합하여 관심영역을 확대함과 동시에 위치정보 및 크기정보 왜곡이 없는 단면영상을 구하는 데이터 처리부;를 구비하는 것을 특징으로 한다.

데이터 처리부는, 기설정된 허용오차 왜곡도에 따라, 자기공명영상의 기하학적 왜곡 측정 및 분할영역이 정의하고, 기 입력된 영상촬영 영역에 대응하는 분할영역 개수를 설정하며, 환자테이블이 등중심(isocenter)에서 좌측으로 이동시킨 후, 촬영된 영상을 수신하고, 환자테이블 등중심에서 우측으로 이동시킨 후, 촬영된 영상을 수신하여, 환자테이블 좌측 이동 후의 영상과, 환자테이블 우측 이동 후의 영상을 접합하여 최종영상을 구하여진다.

허용오차 왜곡도가 1.5 mm 이다.

데이터 처리부는, 등중심(isocenter)에서 촬영된 영상을 수신하여, 환자테이블 좌측 이동 후의 영상과, 환자테이블 우측 이동 후의 영상뿐만 아니라, 등중심에서의 영상을 포함하여 접합하여 최종영상을 구한다.

영상접합시, 영상들을 정렬하여 영상들을 혼합하되, 영상 스티칭(image stitching) 알고리듬을 이용한다.

또한, 본 발명의 개방형 자기공명영상기기의 자장중심자기공명영상화 방법은, 자기장부, 데이터 획득부, 데이터 처리부를 포함하는 개방형 자기공명영상기기의 자장중심자기공명영상화 방법에 있어서, 기설정된 허용오차 왜곡도에 따라, 자기공명영상의 기하학적 왜곡 측정 및 분할영역이 정의되는, 분할영역 정의 단계; 기 입력된 영상촬영 영역에 대응하는 분할영역 개수가 설정되는, 분할영역 개수 설정단계; 환자테이블이 등중심(isocenter)에서 좌측으로 이동한 후, 영상을 촬영하고, 환자테이블 등중심에서 우측으로 이동한 후, 영상을 촬영하는, 영상촬영단계; 환자테이블 좌측 이동 후의 영상과, 환자테이블 우측 이동 후의 영상을 접합하여 최종영상을 구하는 최종영상 검출단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

영상촬영단계에서, 등중심(isocenter)에서의 영상을 더 촬영하며, 최종영상 검출단계에서, 환자테이블 좌측 이동 후의 영상과, 환자테이블 우측 이동 후의 영상뿐만 아니라, 등중심에서의 영상을 포함하여 접합하여 최종영상을 구한다.

최종영상 검출단계에서, 영상접합시, 영상들을 정렬하여 영상들을 혼합하되, 영상 스티칭(image stitching) 알고리듬을 이용한다.

본 발명의 개방형 자기공명영상기기에서 자장중심자기공명영상화 방법에 의하면, 개방형 자기공명영상기기에서 관심영역 내 기하학적 왜곡이 적은 영역을 왜곡자유영역으로 설정한 뒤, 영상화 대상을 횡 방향으로 움직여, 자기공명영상기기 중심에서 영상을 왜곡자유영역단위로 분할획득하고, 이를 접합하여 관심영역을 확대함과 동시에 위치정보 및 크기정보 왜곡이 없는 단면영상을 구성한다.

또한, 본 발명은, 자기의 등중심(isocenter)에서 얻은 비왜곡 영상들을 합성하는 영상 스티칭(image stitching) 알고리듬을 이용하여, 기하학적 왜곡 보정행하여 보다 넓어진 영상영역을 보여준다.

즉, 본 발명은, 개방형 자기공명영상기기에서 횡 방향 움직임을 통해 관심영역 확대를 이룩함과 동시에 영상왜곡이 없는 단면영상을 구성할 수 있다.

추가적인 의료장비 부착적합성 및 환자 편리성이 높은 개방형 자기공명영상기기의 사용은 방사선 치료, 비만환자 영상화에 유리하다. 즉, 우수한 개방성을 갖는 기기적인 특성은 다른 의료영상 및 치료 장비융합에도 매우 유리하며, 또한 고가의 폐쇄형(원통형) 자기공명영상기기에 비해, 개방형, 특수목적형(근골격, 유방, 방사선치료계획용) 자기공명영상기기로서 유용하다. 따라서, 본 발명의 개방형 자기공명영상기기에서 자장중심자기공명영상화 방법을 기반으로 한 소형의 보급형 자기공명영상기기의 제작을 통해, 의료적으로 원하는 예방, 진단, 치료 목적에 접합한 왜곡 없고, 관심영역에 제한받지 않는 단면영상을 획득할 수 있다.

도 1a는 일반적인 개방형 자기공명(MR) 영상기기의 일예의 정면도이다.
도 1b는 도 1a의 측면도이다.
도 2는 본 발명의 개방형 자기공명(MR) 영상기기의 구성을 개략적으로 설명하는 블럭도이다.
도 3a는 본 발명의 개방형 자기공명영상기기에서 자장중심자기공명영상화 방법을 개략적으로 설명하기위한 흐름도이다.
도 3b는 도 3a의 자장중심자기공명영상화 방법을 설명하기위한 개념도이다.
도 4은 자기공명영상의 기하학적 왜곡 측정결과의 일예이다.
도 5는 분할영역을 정의한 경우의 일예이다.
도 6은 위치별로 획득한 영상으로부터 최종영상을 구하는 일예이다.
도 7은 본 발명의 자장중심자기공명영상화 방법에서 영상 스티칭 기법을 적용한 일례이다.
도 8은 신체 외형을 촬영한 CT 영상(A)과 본 발명에 의한 영상 스티칭 방법에 의한 MR영상(B)과 전통적인 기법에 의한 MR영상(C)을 나타낸다.

이하, 본 발명의 개방형 자기공명영상기기에서 자장중심자기공명영상화 방법을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1a는 일반적인 개방형 자기공명(MR) 영상기기의 일예의 정면도이고, 도 1b는 도 1a의 측면도이다.

도 1a의 자기공명(MR) 영상기기(10)는 제1 MR자극선부(20)와 제2 MR자극선 부(30) 사이의 개방된 공간(40) 내의 촬상 공간(45)내에 환자가 위치된다. 환자는 침대지지대(41)위에 장착된 침대상판(크래들)(19)위에 누운상태에서, 침대상판(19)이 이동하여, 촬상 공간(45)내에 환자가 위치되게 된다.

자기공명(MR) 영상기기(10)는 촬상공간(45)을 가로질러 균일한 정전 자기장(이하 B0 자기장이라 함)을 제공하기 위하여, 제1 MR자극선부(20) 및 제2 MR자극선부(30)은 제1 자석디스크(11) 및 제2 자석디스크(31)를 구비하되, 제1 자석디스크(11)와 제2 자석디스크(31)의 사이에 경사 코일부(12, 32)와 RF 코일부(16, 36)를 구비한다(도 2참조). 경사 코일부(12, 32)는 X-축, Y-축, 및 Z-축을 나타내는 3개의 경사코일(13, 14, 15)(31, 34, 35)이 포함된다. 경사 코일부(12, 32)에 파워를 공급하여, 전류가 통하게 되면 지정된 방향으로 경사진 자기장을 발생시킨다.

도 2는 본 발명의 개방형 자기공명(MR) 영상기기의 구성을 개략적으로 설명하는 블럭도로, 자기장부(100), 경사 코일구동부(210), RF 코일구동부(230), 데이터 획득부(250), 시퀀스 제어부(270), 데이터 처리부(310), 디스플레이부(330), 및 명령입력부(350)를 포함하여 구성된다.

자기장부(100)는 제1 MR자극선부(20), 제2 MR자극선부(30)를 포함한다.

제1 MR자극선부(20)는 제1 자석디스크(11), 경사 코일부(12), RF 코일부(16) 및 수신 코일부(17)를 포함하며, 제2 MR자극선부(30)는 제2 자석디스크(31), 경사 코일부(32), RF 코일부(36) 및 수신 코일부(37)를 포함한다.

제1 MR자극선부(20)와 제2 MR자극선부(30)는 촬영 공간을 기준으로 상하에 서로 대향하도록 이루어져, 즉, 자석디스크(11, 31), 경사 코일부(12, 32), RF 코일부(16, 36)는 각각 촬영 공간을 기준으로 상하에 서로 대향하는 한 쌍의 자석디스크와 한 쌍의 경사 코일 및 한 쌍의 RF 코일로 각각 이루어져 있다.

제1 자석디스크(11), 제2 자석디스크(31)와 경사 코일부(12, 32) 및 RF 코일부(16, 36)는 실질적으로 디스크 형상을 하며, 동일 한 중심축을 공유한다. 침대상판(크래들)(19) 상에 놓인 촬영 대상(환자 또는 피검체)이 이송 수단에 의해 자기장부(100)의 촬상공간(45)으로 이동된다.

제1 자석디스크(11), 제2 자석디스크(31)는 자기장부(100)의 촬상공간(45)에 정자장을 생성한다. 정자장의 방향은 피검체의 몸축 방향과 실질적으로 직교하는 수직 자장을 생성한다. 제1 자석디스크(11), 제2 자석디스크(31)는 영구 자석이나 초전도 자석(마그네트) 또는 저항성 자석으로 형성될 수도 있다.

경사 코일부(12, 32)는, 서로 수직인 3개의 축, 즉 X-축, Y-축, 및 Z-축(다시말해, 슬라이스축과 주파수축 및 위상축)을 따라 정자장 세기가 그래디언트를 가지는데 이용되는 3개의 경사 자장을 생성한다. 경사 자장의 생성을 위해, 경사 코일부(12, 32)는 3개의 경사 코일(13, 14, 15)(31, 34, 35)을 포함한다.

RF 코일부(16, 36)는 피검체로 소정 주파수의 RF 펄스를 인가한다.

수신 코일부(17, 37)는 RF 펄스의 인가로 여기되는 정자장 공간에 놓이는 피검체에서의 스핀에 의해 발생된 전자파, 즉 자기공명 신호를 수신한다. 수신 코일부(17, 37)에 의해 수신된 신호는 데이터 획득부(250)로 전달된다.

경사 코일구동부(210)는 경사 코일부(12, 32)에 접속되고, 경사 코일부(12, 32)에 구동 신호를 인가하여 경사 자장을 발생시킨다. 경사 코일구동부(210)는 경사 코일부(12, 32)에 포함된 3개의 경사코일(13, 14, 15)(31, 34, 35)과 관련된 3개의 구동 회로인 X축경사 코일구동부(211), Y축경사 코일구동부(213) 및 Z축경사 코일구동부(215)를 포함한다. 여기서, X축경사 자장은 슬라이스축의 방향에 대응하는 경사 자장으로서 슬라이스 경사 자장(slice selection gradient; GS)이라고 칭할 수 있고, Y축경사 자장은 주파수축의 방향에 대응하는 경사 자장으로서 주파수 경사 자장(frequency encoding gradient; GF 또는 리딩 인코딩 경사 자장)이라고 칭할 수 있으며, Z축경사 자장은 위상축의 방향에 대응하는 경사 자장을 위상 인코딩 경사 자장(phase encoding gradient; GP)이라고 칭할 수 있다.

RF 코일구동부(230)는 RF 코일부(16, 36)에 접속되어 있다. RF 코일구동부(230)는 RF 코일부(16, 36)에 구동 신호를 송신하여 RF 펄스를 인가한다. RF 코일부(16, 36)는 정자장 공간에서, 촬영 피검체 내에 스핀을 여기하는데 이용되는 고주파 자장을 형성한다. 고주파 자장을 형성하는 것을 RF 여기 신호의 송신이라고 말하고, RF 여기 신호를 RF 펄스라고 한다.

여기된 스핀에 의해 발생된 전자파, 즉 자기 공명(MR) 신호는 수신 코일부(17, 37)에 의해 수신된다. 수신 코일부(17, 37)에는 데이터 획득부(250)가 접속되어 있다.

데이터 획득부(250)는 수신 코일부(17, 37)가 수신한 에코(MR 수신 신호)를 디지털 데이터의 형태로 획득하여 데이터 처리부(310)로 전달한다. 데이터 획득부(250)는 수신 코일부(17, 37)를 통해 획득한 MR 신호는, 주파수 도메인, 예를 들면 푸리에 공간에서 정의된 신호이다. 그 방향이 위상축 방향 및 주파수축 방향에 대응하는 경사자장이 인가되어, 2개의 축을 따라 MR 신호의 소스의 분포를 인코딩한다.

시퀀스 제어부(270)는 경사 코일구동부(210)와 RF 코일구동부(230)에 각각 접속되어 있다. 시퀀스 제어부(270)는 펄스 시퀀스를 계산 및 제어하고 메모리를 포함하는 하나의 컴퓨터로 구현될 수 있다. 시퀀스 제어부(270)에 제공될 명령을 기술하는 프로그램 및 다양한 종류의 데이터가 메모리에 저장된다.

데이터 처리부(310)는 시퀀스 제어부(270)에 포함된 펄스 시퀀스 계산 및 제어와는 다른 신호 계산 및 제어를 수행하며, 메모리를 포함하는 또하나의 컴퓨터(300)로 구성될 수 있다. 상기 메모리는 데이터 처리부(310)에 제공된 명령을 기술하는 프로그램 및 다양한 종류의 데이터를 저장한다.

데이터 처리부(310)는 데이터 획득부로부터 수신한 자기공명 신호를 푸리에 변환(FT)하여 자기공명의 영상을 획득한다. 데이터 처리부(310)는 관심영역 내 기하학적 왜곡이 적은 영역을 왜곡자유영역으로 설정한 뒤, 영상화 대상을 횡 방향으로 이동시켜, 자기공명영상기기 중심에서 영상을 왜곡자유영역단위, 즉 분할 단위영역로 분할획득하고, 이를 접합하여 관심영역을 확대함과 동시에 위치정보 및 크기정보 왜곡이 없는 단면영상을 구한다. 데이터 처리부(310)는, 데이터 획득부(250)가 획득하는 데이터를 메모리에 저장하며, 데이터 처리부(310)에서 출력된 영상은 디스플레이부(330)로 출력된다. 본 발명에서는 영상검출시의 기본 검출영역 크기를 분할 단위영역이라 기재하며, 분할 단위영역에따라 검출된 각 영상을 분할 영상이라고 기재한다.

디스플레이부(330)는 데이터 처리부(310)로부터 전송된 재구성 화상 및 각종의 정보를 디스플레이한다.

명령입력부(350)는 GUI 화면을 포함하는 키보드 등으로 실현된다. 명령입력부(350)는, GUI 화면을 통해 사용자에 의해서 조작되어 펄스 시퀀스 데이터베이스(PSD)에 기록된 다양한 종류의 명령 또는 정보가 데이터 처리부(310)에 전달된다.

도 3a는 본 발명의 개방형 자기공명영상기기에서 자장중심자기공명영상화 방법을 개략적으로 설명하기위한 흐름도이고, 도 3b는 도 3a의 자장중심자기공명영상화 방법을 설명하기 위한 개념도이다.

도 3a에서와 같이, 데이터 처리부(310)는 자기공명영상의 기하학적 왜곡 측정 및 분할영역을 정의하고(S10), 영상촬영영역입력 및 대응하는 분할영역 개수를 설정한다(S20). 즉, 도 3b의 ①에서와 같이 분할영역을 정의할 수 있다. 즉, 사용자가 관심영역 내 기하학적 왜곡이 적은 영역을 왜곡자유영역으로서 분할영역으로서 설정할 수도 있고, 자동으로 설정할 수도 있다.

다음, 환자테이블 좌우이동 및 영상촬영을 행한다(S30). 예를들어, 도 3b의 ②에서와 같이, 환자테이블 좌측으로 이동한 후, 영상을 촬영하고, 도 3b의 ③에서와 같이, 환자테이블 우측으로 이동한 후, 영상을 촬영한다. 즉, 영상화 대상인 환자를 횡 방향으로 움직여가며, 자기공명영상기기 중심에서 영상을 왜곡자유영역단위로 분할획득한다.

다음, 환자테이블 좌측 이동 후의 영상과, 환자테이블 우측 이동 후의 영상을 접합하고 최종영상을 구한다(S40). 즉 도 3b의 ④에서와 같이 두 영상을 접합하여 최종영상을 구한다.

자기공명영상의 기하학적 왜곡 측정에 대해서 설명하면, 본 발명에서 자기공명영상의 기하학적 왜곡 측정은, 제어점이 설정되고 물리적 길이가 알려진 격자 팬텀을 자기공명영상기기에서 촬영하고, 획득한 자기공명영상에서 제어점의 위치를 측정하고 실제 팬텀에서 측정한 제어점의 위치와의 차이를 통해 기하학적 왜곡을 측정한다.

자장중심에서 방사방향(r)으로의 왜곡도는 수학식 1과 같이 정의 된다.

여기서, dx는 가로방향으로 실제 팬텀에서 제어점 위치와 영상에서의 제어점 위치 차이이며, dy는 세로방향으로 실제 팬텀에서 제어점 위치와 영상에서의 제어점 위치 차이이다.

도 4은 자기공명영상의 기하학적 왜곡 측정결과의 일예이다.

도 4의 (b)는 도 4의 (a)의 영상에서 기하학적 왜곡을 측정한 결과로, 수직축은 기하학적왜곡도이며, 수평축은 자장중심에서의 거리이다.

도 4의 (b)에서와 같이, 모든 자기공명영상기기와 같이 기하학적왜곡도는 자장중심에서 멀어질수록 급수적으로 증가한다.

분할영역 정의에 대해 설명하면, 방사선치료에 사용되는 자기공명상의 기하학적 왜곡 허용도는 2 mm이내 이며, 허용오차 왜곡도를 1.5mm로 설정하면 이에 상응하는 분할 단위영역은 130 mm로 정의된다. 따라서 본 발명에서는 허용오차 왜곡도를 1.5mm로, 분할 단위영역은 130 mm로 설정할 수 있다.

즉, 기하학적 왜곡도는 자장중심에서 멀어질수록 급수적으로 증가하므로, 요구되는 임상적 목적에 따라 허용되는 왜곡도를 설정(예 1.5 mm)하고 이에 상응하는 분할 단위영역(예 130 mm)을 정의한다. 이는 최대 폭이 130 mm로, 상대적으로 높이길이는 130mm보다 작을 수 있다.

도 5는 분할영역을 정의한 경우의 일예이다.

도 5의 (b)에서 자기장이 균일한 부분을 분할 단위영역으로 정의하면, 빨강색 점선으로 표시된 부분이다. 이에 따라 도 5의 (a)에서와 같이 분할 단위영역이 설정된다. 즉, 자기공명영상의 기하학적 왜곡을 측정하고, 기설정된 허용오차 왜곡도의 이하 인영역 까지의 폭을 분할 단위영역의 폭으로 설정한다. 도5의 (b)에서 빨강색 점선으로 표시된 부분은 도5의 (a)의 사각형의 폭, 즉, 최대 폭 길이를 나타낸다.

영상접합 과정에 대해서 설명하면, 위치별로 획득한 영상은 영상접합 과정을 통해 최종영상이 구성한다.

도 6은 위치별로 획득한 영상으로부터 최종영상을 구하는 일예이다.

도 6의 (a)는 피검체를 횡방향으로 움직여 가며 분할영역에 따라 분할하여 획득한 분할영상들을 영상정렬을 한 경우이고, 도 6의 (b)는 분할영상들에서 영상혼합을 한 경우이고, 도 6의 (c)는 영상혼합을 하여 얻어진 최종영상을 나타낸다.

우선, 위상상관관계를 이용한 영상정렬을 먼저 설명하면, 위상상관관계는 공간영역에서 영상간 병진차이는 영상의 퓨리에 변환에서 선형 위상차와 같음에서 수학식 2와 같이 유도된다. 수학식 2는 영상도메인에서 영상 s(x)의 선형위치이동(a)는 주파수도메인에서 영상 s(x)의 푸리에 변환인 S(u)에서는 선형위상차이로 나타내진다.

공간영역에서 두영상 f와 g의 퓨리에변환 F와 G공간에서 교차파워스펙트럼(R)은 수학식 3과 같다.

표준화된 교차상관관계 r은 수학식 4와 같다.

공간영역에서 최고점의 위치변화는 수학식 5와 같다.

여기서 최고점 위치변화만큼 영상을 병진이동시키면 두 영상은 최적으로 정렬된다.

다음은, 정렬된 영상의 영상혼합에 대해서 설명하면, 영상혼합은 수학식 6과 같은 선형블렌딩 함수(f(x))를 통해 두 영상간 겹쳐진 영역(Q)을 처리한다.

여기서, I1 과 I2는 두 영상의 겹쳐진 영역이다.

f(x)는 블렌딩 함수로서 겹쳐진 영역의 투명도를 정의하며, 수학식 7과 같이 나타낼 수 있다.

여기서, 파라미터 p는 블렌딩 형태의 곡률이다. 그리고 a는 1부터 100의 범위의 양의 실수를 사용할 수 있다.

영상세기 혼합은 p=1일 때 선형이며 강조지도의 정의에 따라 I1영상과 I2영상의 중심에서 멀어질수록 영상강도를 감소시켜 겹쳐진 영역에서 두 영상이 부드럽게 혼합되게 한다.

도 7은 본 발명의 자장중심자기공명영상화 방법에서 영상 스티칭 기법을 적용한 일례이다.

도 7의 (a)는 우측 등중심(Right isocenter), 도 7의 (b)는 등중심(isocenter), 도 7의 (c)는 좌측 등중심(Left isocenter)의 영상을 나타낸다. 또한, 도 7의 (d)는 영상정렬을 한 경우이고, 도 7의 (e)는 영상혼합을 한 경우이다.

도 7의 (a) 내지 (c)의 영상을 보면 관심영역(region of interest, ROI)(도 7에서 직사각형의 점선부분)에서 벗어나면 심한 기하학적 영상 왜곡이 관찰된다.

도 7의 (d)에서 겹쳐지는 영역이 표시되어 있다. 도 7의 (a) 내지 (c)에서 겹쳐진 부분을 수학식 6을 이용하여 처리하는 것으로, 도 7의 (a)와 도 7의 (b)의 영상혼합을 행하고, 도 7의 (b)와 도 7의 (c)의 영상혼합을 행하게 되어, 도 7의 (e)와 같은 최종영상을 얻는다. 즉, 본 발명의 스티칭 기법은, 도 7의 (d) 및 (e)에서와 같이, 동일한 검사대상에 대해 서로 다른 영상을 순차적으로 촬영해 합성 영상을 만든다.

도 8은 신체 외형을 촬영한 CT 영상(A)과 본 발명에 의한 영상 스티칭 방법에 의한 MR영상(B)과 전통적인 기법에 의한 MR영상(C)을 나타낸다.

CT 영상의 신체 외형을 이용해 MR 영상들의 기하학적 왜곡을 검토할 수 있다. CT와 2개 MR 영상의 신체 외형은 길이가 각각 1009, 1003 및 1049mm였다. 전통적인 MR 영상의 신체 외형은 CT 영상의 외형에 비해 4% 정도 과대평가되어 있는 반면, 스티칭을 한 영상은 기준 외형과 잘 일치함을 보여줘 기하학적 왜곡이 현저히 교정되었음을 나타낸다. 전통적인 영상은 불일치가 상당함을 보여줘 중심에서 벗어난 부위에서 기하학적 왜곡이 심함을 나타낸다.

본 발명에서 기기의 왜곡도는 미리 측정되어 기기에 저장되어 있으며 사용자가 직접 허용오차를 입력하면 기계가 저장된 데이터를 바탕으로 분할영역이 설정될 수 있다.

본 발명에서, 데이터처리부는 수신 코일부로부터 수신된 자기공명 신호를 푸리에 변환(FT)하여 자기공명의 영상을 획득한다는 것은, 수신코일로부터 수신된 자기공명유도기전력 신호의 크기를 k-공간에 채운뒤 이를 푸리에 변환하여 자기공명영상을 구성하는 것을 말한다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

10 : 자기공명(MR) 영상기기 11 : 제1 자석디스크
12 : 경사 코일부 13 : X-축 경사코일
14 : Y-축 경사코일 15 : Z-축 경사코일
16 : RF 코일부 17 : 수신 코일부
20 : 제1 MR자극선부 30 : 제2 MR자극선부
31 : 제2 자석디스크 32 : 경사 코일부
33 : X-축 경사코일 34 : Y-축 경사코일
35 : Z-축 경사코일 36 : RF 코일부
37 : 수신 코일부 40 : 개방된 공간
45 : 촬상 공간 100 : 자기장부
210 : 경사 코일구동부 211 : X축경사 코일부동부
213 : Y축경사 코일구동부 215 : Z축경사 코일구동부
230 : RF 코일구동부 250 : 데이터 획득부
270 : 시퀀스 제어부 310 : 데이터 처리부
330 : 디스플레이부 350 : 명령입력부

Claims

촬영 공간을 기준으로 상하에 서로 대향하는 한 쌍의 자기디스크와 한 쌍의 경사 코일부 및 한 쌍의 RF 코일부, 한 쌍의 수신 코일부를 구비하되, 한 쌍의 자기디스크는 촬영공간에 정자장을 생성하며, 한 쌍의 경사 코일부는 서로 수직인 3개의 축(x축과 y축 및 z축 이거나, 슬라이스축과 주파수축 및 위상축)을 따라 각각 경사 자장을 생성하며, 한 쌍의 RF 코일부는 피검체로 RF 펄스를 인가하게 하며, 한 쌍의 수신 코일부는 RF 펄스의 인가로 여기되는 정자장 공간에 놓이는 피검체에서의 스핀에 의해 발생된 전자파인 자기공명(MR) 신호를 수신하는 자기장부;
수신 코일부로 부터의 자기공명 신호를 디지털 데이터로 변환하는 데이터 획득부;
데이터 획득부로부터 수신한 자기공명 신호를 푸리에 변환(FT)하여 자기공명의 영상을 획득하되, 영상화 대상을 횡 방향으로 이동시켜, 자기공명영상기기 중심에서 기설정된 분할 단위영역에 따라 획득된 영상인 분할 영상을 획득하고, 분할 영상들을 접합하여 관심영역을 확대한 영상을 검출하는 데이터 처리부;
를 구비하는 자장중심자기공명영상화 방법을 이용하는 개방형 자기공명영상기기에 있어서,
데이터 처리부는 기설정된 분할 단위영역의 폭을 수신하고, 영상촬영 영역에 대응하는 기설정된 분할영역 개수를 수신하여, 분할 영상을 분할영역 개수만큼 검출하도록 이루어지며,
분할 단위영역의 폭은, 자기공명영상의 기하학적 왜곡 측정을 통해, 기설정된 허용오차 왜곡도의 이하인 왜곡도를 가지는 영역까지의 폭이며,
기하학적 왜곡 측정은, 제어점이 지정된 격자 팬텀을 자기공명영상기기에서 촬영하고, 획득한 자기공명영상에서 제어점의 위치를 측정하여, 획득한 자기공명영상에서 제어점의 위치와, 팬텀에서 제어점의 위치와의 차이를 통해 기하학적 왜곡의 왜곡도를

(단, dr은 자장중심에서 방사방향(r)으로의 왜곡도이며, dx는 가로방향으로 실제 팬텀에서 제어점 위치와 영상에서의 제어점 위치 차이이며, dy는 세로방향으로 실제 팬텀에서 제어점 위치와 영상에서의 제어점 위치 차이)
에 의해 구하는 것을 특징으로 하는, 자장중심자기공명영상화 방법을 이용하는 개방형 자기공명영상기기.
삭제
제1항에 있어서, 데이터 처리부는,
피검체가 놓여진 크래들을 등중심(isocenter)에서 좌측으로 이동시키면서, 분할 단위영역의 폭에 따라 촬영된 분할 영상을 수신하고, 상기 크래들을 등중심에서 우측으로 이동시키면서, 분할 단위영역의 폭에 따라 촬영된 분할 영상을 수신하며,
분할 영상들을 접합하여 최종영상을 구하는 것을 특징으로 하는, 자장중심자기공명영상화 방법을 이용하는 개방형 자기공명영상기기.
제1항에 있어서, 데이터 처리부는,
피검체가 놓여진 크래들이 등중심(isocenter)에 놓여졌을때 분할 단위영역의 폭에 따라 촬영된 분할 영상을 수신하고, 상기 크래들을 등중심에서 좌측으로 이동시키면서, 분할 단위영역의 폭에 따라 촬영된 분할 영상을 수신하고, 상기 크래들을 등중심에서 우측으로 이동시키면서, 분할 단위영역의 폭에 따라 촬영된 분할 영상을 수신하며,
분할 영상들을 접합하여 최종영상을 구하는 것을 특징으로 하는, 자장중심자기공명영상화 방법을 이용하는 개방형 자기공명영상기기.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
분할 단위영역은 130 mm인 것을 특징으로 하는, 자장중심자기공명영상화 방법을 이용하는 개방형 자기공명영상기기.
제3항 또는 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 데이터 처리부는
분할영상들을 영상정렬하되, 인접한 두영상에서의 표준화된 교차상관관계의 최고점 위치변화만큼, 인접한 두 영상을 병진이동시켜 정렬하는 것을 특징으로 하는, 자장중심자기공명영상화 방법을 이용하는 개방형 자기공명영상기기.
제8항에 있어서,
인접한 두영상(f, g)의 퓨리에변환(F, G)공간에서 교차파워스펙트럼(R)은

이며, 표준화된 교차상관관계(r)은

이며, 공간영역에서 최고점의 위치변화는

에 의해 구하여 지는 것을 특징으로 하는, 자장중심자기공명영상화 방법을 이용하는 개방형 자기공명영상기기.
제8항에 있어서,
영상정렬된 분할영상들을 혼합하되, 영상정렬된 분할영상들에서 인접한 두 영상간의 겹쳐진 영역(Q)은

(단, f(x)는 선형블렌딩 함수로서 겹쳐진 영역의 투명도를 정의하며, I1 과 I2는 인접한 두 영상에서 겹쳐진 각 영역임)
에 의해 구하여지며,
f(x)는

(단, 파라미터 p는 블렌딩 형태의 곡률이고 a는 양의 실수임)
에 의해 구하여 지는 것을 특징으로 하는, 자장중심자기공명영상화 방법을 이용하는 개방형 자기공명영상기기.
제10항에 있어서,
파라미터 p는 1인 것을 특징으로 하는, 자장중심자기공명영상화 방법을 이용하는 개방형 자기공명영상기기.
제3항 또는 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 데이터 처리부는
영상접합시, 영상들을 정렬하여 영상들을 혼합하되, 영상 스티칭(image stitching) 알고리듬을 이용하는 것을 특징으로 하는, 자장중심자기공명영상화 방법을 이용하는 개방형 자기공명영상기기.
촬영 공간을 기준으로 상하에 서로 대향하는 한 쌍의 자기디스크와 한 쌍의 경사 코일부 및 한 쌍의 RF 코일부, 한 쌍의 수신 코일부를 구비하여, RF 코일부에서 RF 펄스의 인가로 여기되는 정자장 공간에 놓이는 피검체에서의 스핀에 의해 발생된 전자파인 자기공명 신호를 수신 코일부를 통해 검출하고, 데이터처리부는 수신 코일부로부터 수신된 자기공명 신호를 푸리에 변환(FT)하여 자기공명의 영상을 획득하는 개방형 자기공명영상기기의 자장중심자기공명영상화 방법에 있어서,
데이터처리부가 기설정된 분할 단위영역의 폭을 수신하고, 영상촬영 영역에 대응하는 기설정된 분할영역 개수를 수신하는, 분할 단위영역 및 분할영역 개수 설정단계;
피검체가 놓여진 크래들을 등중심(isocenter)에서 좌측으로 이동시키면서 분할 단위영역의 폭에 따라 촬영된 분할 영상을 데이터처리부가 수신하고, 상기 크래들을 등중심에서 우측으로 이동시키면서 분할 단위영역의 폭에 따라 촬영된 분할 영상을 데이터처리부가 수신하는, 영상촬영단계;
데이터처리부가 분할영상들을 접합하는, 영상접합단계;
를 포함하여 이루어지며,
영상접합단계는, 데이터 처리부가 분할영상들을 영상정렬하되, 인접한 두영상에서의 표준화된 교차상관관계의 최고점 위치변화만큼, 인접한 두 영상을 병진이동시켜 정렬하는 영상정렬단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는, 개방형 자기공명영상기기의 자장중심자기공명영상화 방법.
촬영 공간을 기준으로 상하에 서로 대향하는 한 쌍의 자기디스크와 한 쌍의 경사 코일부 및 한 쌍의 RF 코일부, 한 쌍의 수신 코일부를 구비하여, RF 코일부에서 RF 펄스의 인가로 여기되는 정자장 공간에 놓이는 피검체에서의 스핀에 의해 발생된 전자파인 자기공명 신호를 수신 코일부를 통해 검출하고, 데이터처리부는 수신 코일부로부터 수신된 자기공명 신호를 푸리에 변환(FT)하여 자기공명의 영상을 획득하는 개방형 자기공명영상기기의 자장중심자기공명영상화 방법에 있어서,
데이터처리부가 기설정된 분할 단위영역의 폭을 수신하고, 영상촬영 영역에 대응하는 기설정된 분할영역 개수를 수신하는, 분할 단위영역 및 분할영역 개수 설정단계;
피검체가 놓여진 크래들이 등중심(isocenter)에 놓여졌을때 분할 단위영역의 폭에 따라 촬영된 분할 영상을 데이터 처리부가 수신하고, 상기 크래들을 등중심에서 좌측으로 이동시키면서 분할 단위영역의 폭에 따라 촬영된 분할 영상을 데이터 처리부가 수신하고, 상기 크래들을 등중심에서 우측으로 이동시키면서 분할 단위영역의 폭에 따라 촬영된 분할 영상을 데이터 처리부가 수신하는, 영상촬영단계;
데이터처리부가 분할영상들을 접합하는, 영상접합단계;
를 포함하여 이루어지며,
영상접합단계는, 데이터 처리부가 분할영상들을 영상정렬하되, 인접한 두영상에서의 표준화된 교차상관관계의 최고점 위치변화만큼, 인접한 두 영상을 병진이동시켜 정렬하는 영상정렬단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는, 개방형 자기공명영상기기의 자장중심자기공명영상화 방법.
제13항 또는 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
영상촬영단계는, 분할 단위영역 및 분할영역 개수 설정단계에서 수신된 분할영역 개수만큼, 분할 영상을 검출하도록 이루어진 것을 특징으로 하는, 개방형 자기공명영상기기의 자장중심자기공명영상화 방법.
제13항 또는 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
분할 단위영역의 폭은, 자기공명영상의 기하학적 왜곡 측정을 통해, 기설정된 허용오차 왜곡도의 이하인 왜곡도를 가지는 영역까지의 폭이며,
기하학적 왜곡 측정은, 제어점이 지정된 격자 팬텀을 자기공명영상기기에서 촬영하고, 획득한 자기공명영상에서 제어점의 위치를 측정하여, 획득한 자기공명영상에서 제어점의 위치와, 팬텀에서 제어점의 위치와의 차이를 통해 기하학적 왜곡의 왜곡도를

(단, dr은 자장중심에서 방사방향(r)으로의 왜곡도이며, dx는 가로방향으로 실제 팬텀에서 제어점 위치와 영상에서의 제어점 위치 차이이며, dy는 세로방향으로 실제 팬텀에서 제어점 위치와 영상에서의 제어점 위치 차이)
에 의해 구하는 것을 특징으로 하는, 개방형 자기공명영상기기의 자장중심자기공명영상화 방법.
제16항에 있어서,
허용오차 왜곡도가 1.5 mm 인 것을 특징으로 하는, 개방형 자기공명영상기기의 자장중심자기공명영상화 방법.
제13항 또는 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
분할 단위영역은 130 mm인 것을 특징으로 하는, 개방형 자기공명영상기기의 자장중심자기공명영상화 방법.
삭제
제13항 또는 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
영상정렬단계에서, 인접한 두영상(f, g)의 퓨리에변환(F, G)공간에서 교차파워스펙트럼(R)은

이며, 표준화된 교차상관관계(r)은

이며, 공간영역에서 최고점의 위치변화는

에 의해 구하여 지는 것을 특징으로 하는, 개방형 자기공명영상기기의 자장중심자기공명영상화 방법.
제13항 또는 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
영상정렬단계 후, 영상정렬된 분할영상들을 혼합하는 영상 혼합단계를 더 구비하되,
영상정렬된 분할영상들에서 인접한 두 영상간의 겹쳐진 영역(Q)은

(단, f(x)는 선형블렌딩 함수로서 겹쳐진 영역의 투명도를 정의하며, I1 과 I2는 인접한 두 영상에서 겹쳐진 각 영역임)
에 의해 구하여지며,
f(x)는

(단, 파라미터 p는 블렌딩 형태의 곡률이고 a는 양의 실수임)
에 의해 구하여 지는 것을 특징으로 하는, 개방형 자기공명영상기기의 자장중심자기공명영상화 방법.
제21항에 있어서,
파라미터 p는 1인 것을 특징으로 하는, 개방형 자기공명영상기기의 자장중심자기공명영상화 방법.