KR101560463B1

KR101560463B1 - 오프 공명 라디오주파수 펄스를 사용하는 자기 공명 영상 시스템에서 인공물 및 원하지 않는 신호를 제거하는 자기 공명 영상 획득 방법

Info

Publication number: KR101560463B1
Application number: KR1020130167785A
Authority: KR
Inventors: 정준영; 박현욱
Original assignee: 가천대학교 산학협력단
Priority date: 2013-12-30
Filing date: 2013-12-30
Publication date: 2015-10-16
Also published as: EP3089663A1; JP2016504958A; JP6181208B2; US20160154081A1; KR20150080184A; EP3089663B1; WO2015102169A1; EP3089663A4; US9606211B2

Abstract

본 발명은 제1 오프 공명 RF 펄스와, 이와 180도의 위상차를 갖는 제2 오프 공명 RF 펄스를 인가하고, 제1 및 제2 오프 공명 RF 펄스를 인가함으로써 발생하는 주 자장의 불균일도를 상쇄하기 위한 하나 이상의 보조 경사자장을 인가하고 보조 경사자장의 크기와 부호를 적절히 조절한다. 이에 따라 오프 공명 RF 펄스를 사용하는 영상 기법에서 주 자장의 불균일도에 의하여 발생하는 인공물을 제거할 수 있으며, 공간적 전-포화 RF 펄스를 이용하는 영상 기법에 이를 적용할 경우, 전-포화 RF 펄스에 의해 여기된 스핀들이 오프 공명 RF 펄스에 의해 다시 한 번 여기됨으로써 신호들이 복귀되어 최종적으로 획득되는 신호에 원하지 않은 신호가 겹쳐 나타나는 현상을 제거할 수 있다.

Description

오프 공명 라디오주파수 펄스를 사용하는 자기 공명 영상 시스템에서 인공물 및 원하지 않는 신호를 제거하는 자기 공명 영상 획득 방법{Magnetic resonance imaging method cancelling artifacts and undesired signals}

본 발명은 MRI(Magnetic Resonance Imaging) 시스템에서 구현되는 영상 기법에 관한 것으로, 더 구체적으로는 MRI 시스템에서 오프 공명 라디오주파수 펄스(Off Resonance RF Pulse)를 이용하는 지방 포화(억제)(Fat Saturation(Suppression)), 자화 전이(Magnetization Transfer), 화학교환 포화전이(Chemical Exchange Saturation Transfer) 기법 들에서 주 자장의 불균일도에 민감하게 반응하여 발생되는 인공물들을 제거하고, 오프 공명 RF 펄스와 공간적 전-포화 RF 펄스(Spatial Pre-Saturatio RF Pulse)를 동시에 사용할 경우 오프 공명 RF 펄스에 의해 발생하는 원하지 않는 신호를 제거할 수 있는 영상 기법에 관한 것이다.

영상진단 방법으로 X선, CT, 초음파, RI 영상, MRI 등 다양한 방식의 장치가 있다. 그 중에서 MRI는 다른 영상진단기기에 비해서 인체에 해롭지 않고, 인체 내부 구성 물질의 특성을 영상화하기 때문에 임상 진료에 있어서 매우 중요한 측정 장치이다.

MRI 장치는 생체의 고유한 정보인 스핀 밀도, T1, T2, 화학적 이동, 자화 전이, 화학 교환 포화 전이, 혈류, 스펙트로스코피 등의 조직 파라미터를 얻을 수 있고, 이러한 파라미터를 통해 다양한 생체 정보 영상을 얻을 수 있다. 그러나, MRI는 생체 조직에서 지방과 물 성분이 함께 존재하기 때문에 정확히 분리된 영상을 얻기에는 다소 어려움이 있다. 지방과 물은 MRI의 T1, T2 이완 시간 차이를 유발하고, 자기공명영상 신호의 민감도에 따라 기존의 일반적인 MRI 영상기법에서는 부적절한 대조도나, 화학적 이동(Chemical Shift)으로 인한 인공물이 발생한다. 특히, 지방과 물 성분에 의해서 화학적 이동 현상이 있기 때문에 지방으로 둘러싸인 구조물 중 변연부의 자세한 해부학적 형태가 소실된다.

이것을 해결하기 위해 사용하는 방법으로 가장 일반적인 것이 주파수 선택적인 RF 펄스를 이용하여 지방과 물을 선택적으로 여기시키는 방법이다.

도 1과 도 2는 오프 공명 RF 펄스를 이용하는 지방 소거(억제)(Fat Saturation(Suppression)) 방법의 원리를 설명하기 위한 도면이다.

화학적 이동의 단위는 ppm(parts per million)으로 상대적 수치로 측정하는데, 물 분자는 4.7ppm이며 지방은 1.2ppm을 갖기 때문에, 물 분자와 지방은 3.5ppm의 화학적 이동을 가진다(도 1 참조). 이는 외부 자장이 1.5Tesla인 경우(공명주파수 64MHz), f=(64MHa)*(3.5ppm)으로서 220Hz의 주파수 차이가 난다. 즉, 물 분자의 ¹H는 더 큰 화학적 이동을 가지고 있고 지방의 ¹H보다 더 큰 극소 유효 자기장을 경험함에 따라 높은 주파수를 찾는다.

화학적 이동 선택적 이미징 시퀀스(Chemical shift selective imaging sequence, CHESS) 기법은 RF 펄스를 이용하여 어느 특정 주파수의 신호를 일방적으로 억제할 수 있는 기법으로서, 이때 사용하는 RF 펄스는 측정 조직의 특정한 주파수만을 소유하고 있기 때문에 주파수 RF 펄스를 주어 물이나 지방만을 선택적으로 여기(exitation)시켜 한가지 성분만의 신호를 얻을 수 있게 한다.

지방의 공명 주파수에 맞는 포화 RF 펄스를 선택적으로 인가하는 CHESS 방법을 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 물이나 지방의 자화가 선택적으로 여기되어 X-Y 평면에 놓이게 되면, 스포일러 경사를 인가하여 지방자화의 X-Y 성분을 분산시킴으로써 효과적으로 지방의 자화신호를 없애고, 다음의 이미징 RF 펄스는 물의 자화신호만 영향으로 미치므로 획득된 영상에서는 물의 자화신호만 생성하게 된다.

도 3은 일반적으로 지방 억제 방법에서 사용되는 준비 과정의 펄스 시퀀스를 나타낸다. 도 3에 나타난 바와 같이, RF 펄스(310)는 지방을 선택적으로 여기시키기 위하여 아주 작은 주파수 대역을 선택하여 인가되며, 리와인더(320)와 스포일러(330) 경사자장이 위상회복과 지방 자화의 분산을 위해 사용된다.

그러나, 이러한 지방 억제 방법의 경우, 국소 부위에서 주 자장(magnetic field: B0)의 불균일(inhomogeneous)에 따라서 지방 억제 정도가 다르게 나타나 주 자장의 중심으로부터 벗어난 구역에서는 검사 시 불균일한 지방 소거가 초래될 수 있다.

또 다른 해결방법으로 사용되는 Dixon 기법은 물 분자와 지방 간의 세차 주파수 차이에 의한 위상을 이용하여 두 개의 서로 다른 영상을 얻어 합산과 감산을 하여 지방을 억제할 수 있는 기법으로, 두 영상을 재구성하는 후처리 과정 시간이 길어 전체적인 시간이 소요되고, 이 기법 역시 주 자장의 불균일에 따라 지방 억제 정도가 다르게 나타나 기존의 지방 소거 기법은 균일한 영상 획득에 큰 제한점을 가지고 있다.

IDEAL(Iterative Decomposition of water and fat with Echo Asymmetry and Least squares estimation) 기법은 주로 지방과 물 신호의 위상차에 의한 신호의 분리를 기본 원리로 한다. 이는 기존에 사용되었던 2 point Dixon 법을 3 point 기법으로 변형한 것으로, 지방과 물의 공명 주파수의 차이에 따른 위상차를 이용하여 3개의 다른 위상(water-fat phase shifts -π/6, π/2, 7π/6)에서의 각각의 에코를 얻은 다음 그것을 기반으로 재구성 알고리즘을 통하여 지방 신호와 물 신호를 분리하여 독립적인 물과 지방 신호 억제 영상을 생성한다. 즉, TE(time echo) 당 3개의 다른 위상에서 각각의 에코를 얻은 다음, 이를 기반으로 재구성 알고리즘을 통하여 water-only, fat-only, inphase, out of phase의 4가지 영상을 재구성하게 된다. IDEAL은 3번의 여기를 통하여 얻은 신호를 바탕으로 영상을 재구성하기 때문에 신호대 잡음 비가 증가하였지만, 기존의 지방 소거 기법에 비해 영상의 검사 시간과 재구성 시간이 상대적으로 길어진다. 또한, IDEAL 기법 역시 기본적으로 Dixon 기법을 기반으로 하고 있기 때문에 주 자기장의 불균일에 따라서 인체의 각 부위별로 지방 억제의 정도가 다르게 나타나는 문제점이 있다.

자화전이(Magnetization Transfer, MT) 영상법은 거대분자에 구속되어 있는 제한된 수소 스핀을 포함하는 오프 공명 RF 펄스를 사용한다. 이러한 작은 주파수 대역을 가지는 오프 공명 RF 펄스를 사용하여 포화된 구속 스핀들을 여기시킴으로써 자유 물 스핀들과 상호작용에 의해 에너지를 교환하게 한다. 자화전이의 효과는 관절 연골, 인접한 조인트 액체, 그리고 염증이 있는 활액 등을 구별하는 데 사용될 수 있다. 이와 같이 자화전이에 대한 물리적 모델은 자화전이 대조(Magnetization Transfer Contrast, MTC) 영상의 장점을 이용한 영상 발전이라고 평가할 수 있다. 이러한 자화전이 대조를 사용한 영상은 연속적 파동의 오프 공명 RF 펄스를 방사하여 부분적으로 제한된 풀에서 포화시킴으로써 대조도를 높이는 방법이다(도 4 참조).

도 5는 자화전이에 일반적으로 사용하는 RF 펄스와 경사자장의 예를 도시한 것이다. 작은 주파수 대역을 갖는 오프 공명 RF 펄스(510)와 스포일러 경사자장(530)이 사용되며, 스포일러 경사자장(530)들의 부호, 크기, 축에 따른 사용 유무는 실험치에 의해 결정된다. 그러나, 일반적으로 자화전이에 사용되는 영상기법에서 스포일러 경사자장의 영향은 크지 않다.

자화전이 기법 또한, 오프 공명 RF 펄스를 사용하기 때문에 주 자장의 불균일도 때문에 발생하는 인공물에 대한 후처리 과정이 필요하다.

화학교환포화전이(Chemical Exchange Saturatio Transfer, CEST)로 알려진 새로운 기술은 MR 분자 영상을 위한 강력한 새로운 도구를 제공할 수 있다. CEST 기법은 다른 분자의 양자에서 발생하는 서로 다른 신호를 해결하기 위해 자기 공명 현상(MRI)을 이용하는 방법으로 선택적인 포화에 의해 주변의 물 분자와의 교환을 통하여 특정 양자 신호(특정 분자 또는 CEST 제제와 관련된)와 주변에 존재하는 벌크 물 분자의 MRI 신호도 감소시킨다. 포화 RF 펄스를 가하고 가하지 않은 2개의 영상을 획득하여 계산함으로써 CEST 제제의 위치를 알 수 있다. 화학교환은 효율적으로 Bulk 물 신호를 포화시킬 만큼 빠르게 교환이 일어나는 지점과, 교환될 수 있는 양성자와 물 양성자의 공명 사이에 화학 변화 차이가 충분히 느리게 교환이 일어나는 지점 중간 정도에 있어야 한다. CEST 효과의 크기는 교환율과 교환 가능한 양성자의 수에 따라 달라진다.

CEST 기법은 전통적인 분자 영상기술에 대비하여 장점들이 있다. 영상의 대조도는 외부에서 가하는 고주파에 따라 작동을 조절할 수 있고 제어할 수 있다. 관심 있는 내생 분자에 관심 있는 분자와 반응하는 조영제를 사용하지 않고 내생 분자를 직접 검출할 수 있다.

도 6을 참조하면, CEST 영상기법은 자화전이 영상기법을 두 번 사용하는 것으로 볼 수 있다. 거대분자에 구속되어 있는 제한된 수소 스핀을 포함하는 오프 공명 RF 펄스를 사용한다. 부호가 반대인 주파수에 작은 주파수 대역을 가지는 오프 공명 RF 펄스를 두 번 사용하여 신호를 획득한다. 각각의 주파수에서 포화된 구속 스핀들을 여기시킴으로써 자유 물 스핀들과 상호작용에 의해 에너지를 교환하게 하여, 이들의 신호의 비율을 이용하여 화학천이 정도를 계산할 수 있다.

CEST 기법에서는, 도 7에 나타난 바와 같은 RF 펄스(710)와 스포일러 경사자장(730)이 사용되고, 이의 부호, 크기, 축에 따른 사용 유무는 실험치에 의해 결정된다. 그러나, 일반적으로 CEST에서 사용되는 스포일러 경사자장의 영향은 자화전이에 사용되는 영상기법에서 스포일러 경사자장의 영향과 마찬가지로 크지 않다.

또한, CEST 기법 역시 자화전이 기법을 이용하기 때문에 오프 공명 RF 펄스를 사용하여야만 한다. 이러한 오프 공명 RF 펄스를 사용하면 주 자장의 불균일도 때문에 발생하는 인공물을 제거하는 후처리 과정이 필요하게 된다.

도 8은 오프 공명 RF 펄스와 전-포화 RF 펄스를 이용하는 영상기법에서 사용되는 펄스 시퀀스를 나타낸다.

이러한 영상기법에서는, 도 8에 나타난 바와 같이, 오프 공명 RF 펄스(810)가 인가되기 전에 전-포화 RF 펄스(805)가 사용된다. 이때, 전-포화 RF 펄스(805)에 의해 여기된 스핀들이 오프 공명 RF 펄스(810)에 의해 다시 한 번 여기됨으로써 신호들이 복귀되어 최종적으로 획득되는 신호에 원하지 않은 신호가 겹쳐 나타나는 현상이 발생한다. 이러한 현상은 전-포화 RF 펄스의 주파수 대역폭 안에 존재하는 주파수를 오프 공명 RF 펄스를 이용하여 여기할 경우에 발생한다.

지방 포화, 자화전이, CEST 영상기법들에서 주파수 대역폭이 작고 여기시키는 주파수는 자유 물 양성자의 주파수와 주 자장의 크기에 따라 달라지지만, 대부분의 경우 전-포화 RF 펄스의 주파수 대역폭 안에 존재하는 주파수를 오프 공명 RF 펄스로 여기하기 때문에 전-포화 RF 펄스에 의한 간섭 신호에 의해 문제가 발생한다.

CEST 기법은 전통적인 분자 영상기술에 대비하여 장점들을 가지고 있다. 영상의 대조도는 외부에서 가하는 고주파에 따라 작동을 조절할 수 있고 제어할 수 있다. 관심 있는 내생 분자에 관심 있는 분자와 반응하는 조영제를 사용하지 않고 내생 분자를 직접 검출할 수 있다. 그러나, CEST 기법 역시 자화전이 기법을 이용하기 때문에 오프 공명 RF 펄스를 사용하여야만 하며, 이와 같이 오프 공명 RF 펄스를 사용하면 주 자장의 불균일도 때문에 발생하는 인공물을 제거하는 후 처리 과정이 필요하게 된다.

최근에 스핀락(Spin-Lock) 방법을 이용한 CEST 기법을 구현한 방법들이 제시되고 있고, 근골격계 질환에 사용하는 T1rho 값을 강조하는 영상에서도 사용되고 있다. 그러나, 스핀락 방법은 3개의 오프 공명 RF 펄스를 사용하기 때문에 생체에 대한 에너지 흡수량의 평가 지표인 SAR(Specific Absorption Rate) 값이 높아지는 문제가 있다.

본 발명은 상술한 기술적 배경에 따라 착안된 것으로서, MRI 시스템을 사용한 인체의 전신촬영을 위하여 오프 공명 RF 펄스를 사용하는 영상 기법들에서 발생하는 문제점들을 해결할 수 있는 영상기법을 제공하는 것을 그 과제로 한다.

본 발명의 다른 과제는 주 자장의 균일도에 민감하지 않은 지방 소거(억제), 자화전이, 화학교환 포화전이 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 과제는 오프 공명 RF 펄스와 공간적 전-포화 RF 펄스를 동시에 사용하는 영상 기법들에서 오프 공명 RF 펄스에 의해 원하지 않은 신호가 다시 나타나는 현상을 제거하는 방법을 제공하는 것이다.

상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명에서는, 제1 오프 공명 RF 펄스와, 이와 180도의 위상차를 갖는 제2 오프 공명 RF 펄스를 인가하고, 제1 및 제2 오프 공명 RF 펄스를 인가함으로써 발생하는 주 자장의 불균일도를 상쇄하기 위한 하나 이상의 보조 경사자장을 인가한다.

즉, 본 발명의 일 면에 따른 자기 공명 영상(Magnetic Resonance Imaging) 시스템을 통해 영상을 획득하는 방법은, 제1 오프 공명 RF 펄스를 인가하는 단계; 상기 제1 오프 공명 RF 펄스에 의해 발생하는 주 자장의 불균일도를 상쇄시키는 제2 오프 공명 RF 펄스를 인가하는 단계; 및 상기 제1 및 제2 오프 공명 RF 펄스를 인가함으로써 발생하는 주 자장의 불균일도를 상쇄하기 위한 하나 이상의 보조 경사자장을 인가하는 단계를 포함하며, 상기 보조 경사자장을 인가하는 단계는, 상기 하나 이상의 보조 경사자장의 조합을 조절하는 단계; 및 상기 하나 이상의 보조 경사자장의 부호를 변경하는 단계를 포함한다.

여기에서, 상기 하나 이상의 보조 경사자장의 조합을 조절하는 단계는, 상기 하나 이상의 보조 경사자장의 합이 0이 되도록 상기 하나 이상의 보조 경사자장의 조합을 조절하는 단계이며, 상기 하나 이상의 보조 경사자장의 부호를 변경하는 단계는, 상기 하나 이상의 보조 경사자장의 합이 0이 되도록 상기 하나 이상의 보조 경사자장의 부호를 변경하는 단계인 것이 바람직하다.

한편, 상기 하나 이상의 보조 경사자장의 부호를 변경하는 단계에서는, 상기 하나 이상의 보조 경사자장 중 첫번째 보조 경사자장의 부호가 플러스(+)가 되거나 마이너스(-)가 되도록 할 수 있다.

또한, 보조 경사자장을 인가하는 단계와 함께 스포일러 경사자장을 인가하는 단계를 더 포함할 수 있다.

한편, 상기 보조 경사자장은, 상기 제1 오프 공명 RF 펄스의 인가 전, 상기 제1 오프 공명 RF 펄스 인가 후이며 상기 제2 오프 공명 RF 펄스의 인가 전, 상기 제2 오프 공명 RF 펄스의 인가 후 중 적어도 하나의 시점에 인가될 수 있다.

상기 제2 오프 공명 RF 펄스는 상기 제1 오프 공명 RF 펄스와 180도의 위상차를 갖는 것이 바람직하다.

본 발명의 MRI 영상 획득 방법에서는, 상기 보조 경사자장을 인가하는 단계 이후에, 지방 소거법, 자화전이법, 화학교환포화전이법 중 적어도 하나의 방법을 사용하기 위한 펄스 시퀀스를 인가하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 MRI 영상 획득 방법에서는, 제1 오프 공명 RF 펄스를 인가하는 단계 이전에, 공간적 전-포화 RF 펄스(Spatial Pre-Saturation RF Pulse)를 인가하는 단계를 더 포함할 수도 있다.

본 발명의 실시예에 따른 제1 및 제2 오프 공명 RF 펄스와 경사자장을 이용한 영상기법을 이용하여 MRI 영상을 획득할 경우, 오프 공명 RF 펄스를 사용하는 영상 기법에서 주 자장의 불균일도에 의하여 발생하는 인공물을 제거할 수 있으며, 공간적 전-포화 RF 펄스를 이용하는 영상 기법에 본 발명의 방법을 적용할 경우, 전-포화 RF 펄스에 의해 여기된 스핀들이 오프 공명 RF 펄스에 의해 다시 한 번 여기됨으로써 신호들이 복귀되어 최종적으로 획득되는 신호에 원하지 않은 신호가 겹쳐 나타나는 현상을 제거할 수 있다.

이와 같이, 주 자장의 불균일도에 의하여 발생하는 인공물을 제거할 수 있으므로, 종래기술에서와 같은 후처리 과정이 필요하지 않게 되며, 주 자장의 불균일도를 해결하기 위해서 추가로 RF 펄스를 사용하지 않고 경사자장의 조합을 이용하므로 SAR 값을 줄일 수 있게 된다.

도 1과 도 2는 오프 공명 RF 펄스를 이용하는 지방 소거(억제) 방법의 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일반적으로 지방 억제 방법에서 사용되는 준비 과정의 펄스 시퀀스를 나타낸다.
도 4는 오프 공명 RF 펄스를 이용하여 자화전이에 사용하는 영상 기법의 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 자화전이에 일반적으로 사용하는 RF 펄스와 경사자장의 예를 도시한 것이다.
도 6과 도 7은 오프 공명 RF 펄스를 이용하여 화학교환포화전이에 사용하는 영상 기법의 원리와 일반적으로 사용하는 RF 펄스와 경사자장의 예를 각각 도시한 것이다.
도 8은 오프 공명 RF 펄스와 전-포화 RF 펄스를 이용하는 영상기법에서 사용되는 펄스 시퀀스를 나타낸다.
도 9는 일반적인 오프 공명 RF 펄스를 이용한 영상 기법들에서 발생하는 인공물들을 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 더블 오프 공명 RF 펄스를 사용하는 영상기법의 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 10a 내지 도 10c는 본 발명의 실시예에 따른 더블 오프 공명 RF 펄스를 사용하는 영상 기법에서 사용되는 준비 펄스 시퀀스(preparation pulse sequence)를 나타내는 것으로서, 도 9를 참고로 하여 설명한 본 발명의 더블 오프 공명 RF 펄스의 기본 원리를 적용함에 있어서 경사자장을 조합하여 사용하는 것이다.
도 11은 오프 공명 RF 펄스와 전-포화 RF 펄스를 이용하는 일반적인 영상 기법에서 발생하는 인공물들을 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 더블 오프 공명 RF 펄스를 사용하는 영상기법을 나타내는 도면이다.
도 12a와 도 12b는 오프 공명 RF 펄스와 전-포화 RF 펄스를 이용하는 영상 기법에서 경사자장을 인가하여 원하지 않은 신호를 제거하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 준비 펄스 시퀀스를 나타낸다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 더블 오프 공명 RF 펄스와 경사자장의 조합을 포함하는 펄스 시퀀스를 어깨 부위의 영상에 지방 소거 영상기법에 적용한 예를 나타낸다.

이제 본 발명에 따른 자기 공명 영상(Magnetic Resonance Imaging) 시스템을 통해 영상을 획득하기 위한 방법의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 발명에 적용되는 MRI 시스템의 구성은 널리 알려져 있으므로 생략한다.

일반적으로 오프 공명 RF 펄스(Off Resonance RF Pulse)를 사용하는 영상기법으로는 지방 소거(억제)(Fat Saturation(Suppression)), 자화 전이(Magnetization Transfer), 화학교환 포화전이(Chemical Exchange Saturation Transfer) 방법이 있다. 또한 이러한 오프 공명 RF 펄스와 함께, 지역적으로 스핀을 먼저 여기함으로써 영상의 특정한 위치들의 신호를 감쇄시키는 전-포화(Pre-Saturation)을 위한 RF 펄스를 이용하는 방법이 함께 사용되기도 한다.

이와 같은 방법에서 주 자장의 불균일도에 의해 인공물(artifacts)이 발생하게 되는데, 이는 오프 공명 RF 펄스의 사용으로 인한 주 자장의 불균일도에 의해 선택적으로 여기된 스핀들의 위상이 일정하지 않게 되고, 이러한 위상의 차이 때문에 선택된 주파수의 스핀들로부터 획득된 신호가 동일한 위상을 갖지 않게 되어 재구성된 영상에서 불균일한 형태의 인공물을 나타나게 하는 것이다.

이와 같은 인공물의 문제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 더블 오프 공명 RF 펄스(Double Off Resonance RF Pulse)를 사용한다.

도 9는 일반적인 오프 공명 RF 펄스를 이용한 영상 기법들에서 발생하는 인공물들을 해결하기 위한 더블 오프 공명 RF 펄스를 사용하는 영상기법의 원리를 설명하기 위한 도면이다.

도 9에 나타난 바와 같이, 하나의 오프 공명 RF 펄스(910)에 이어 반대 위상, 즉 180도 위상 차이를 갖는 두번째 오프 공명 RF 펄스(920)를 인가한다.

오프 공명 RF 펄스(910)를 사용하는 영상 기법에서는, 경사자장이 없이 오프 공명 RF 펄스(910)가 단독으로 사용되기 때문에, 주 자장의 불균일도에 의해 선택적으로 여기된 스핀들의 위상정보들이 일정하지 않게 된다. 이러한 불균일한 위상의 차이들 때문에, 선택된 주파수의 스핀들로부터 획득된 신호는 동일한 위상을 갖지 않게 되어, 재구성된 영상에서 불균일한 형태의 인공물을 나타낸다.

이러한 위상의 차이를 보상하기 위한 방법으로는 부가적인 경사자장들을 걸어주는 것이 있다.

그러나, 오프 공명 RF 펄스(910)는 동시에 인가하는 선택 경사자장이 존재하지 않고 주 자장의 불균일도에 의한 소량의 경사자장이 영향을 미치는 것으로 간주할 수 있어서, 틀어진 위상을 보전할 수 없다. 또한, 오프 공명 RF 펄스(910)는 선택 경사자장을 사용하지 않고 전체 체적에 대하여 주파수를 선택하여 여기시키는 원리를 이용하기 때문에, 위상 보정을 위해서는 또 하나의 동일한 오프 공명 RF 펄스(920)를 사용하여야만 한다. 이때 사용되는 또 하나의 오프 공명 RF 펄스(920)는 첫번째 인가한 오프 공명 RF 펄스(910)와 180도 위상 차이를 가지도록 하여 주 자장의 불균일도에 의해 틀어진 위상을 그대로 되돌려 놓음으로써 보정할 수 있다.

도 10a 내지 도 10c는 본 발명의 실시예에 따른 더블 오프 공명 RF 펄스를 사용하는 영상 기법에서 사용되는 준비 펄스 시퀀스(preparation pulse sequence)를 나타내는 것으로서, 도 9를 참고로 하여 설명한 본 발명의 더블 오프 공명 RF 펄스의 기본 원리를 적용함에 있어서 경사자장을 조합하여 사용하는 것이다.

두 개의 연속된 RF 펄스를 인가하게 되면, 오프 공명 RF 펄스에 의해 위상은 보정이 되지만, 영상을 위해 연속적으로 인가하는 영상 기법들을 추가하기 전에 모든 스핀들은 다시 종자화가 되어야 한다. 이러한 잔류 스핀들을 없애기 위한 방법으로 본 발명의 실시예에서는 부가적인 경사자장들을 인가한다.

이때, 종래기술에 따른 방법에서와는 달리, 리와인더 및 스포일러 경사자장들의 조합을 최적화하여 더블 오프 공명 RF 펄스에 의해 늘어나는 시간을 최소화할 수 있다.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 더블 오프 공명 RF 펄스를 사용하는 영상 획득 방법에서는, 제1 오프 공명 RF 펄스를 인가하고, 제1 오프 공명 RF 펄스에 의해 발생하는 주 자장의 불균일도를 상쇄시키는 제2 오프 공명 RF 펄스를 인가하며, 제1 및 제2 오프 공명 RF 펄스를 인가함으로써 발생하는 주 자장의 불균일도를 상쇄하기 위한 하나 이상의 보조 경사자장을 인가하되, 보조 경사자장을 인가함에 있어서는 하나 이상의 보조 경사자장의 조합을 조절하고 부호를 변경하여, 최적의 보조 경사자장 조합을 얻는다.

최적의 보조 경사자장의 조합으로는, 인가되는 하나 이상의 보조 경사자장의 합이 0이 되도록 보조 경사자장의 조합과 부호가 조절되도록 할 수 있다.

보조 경사자장의 극성은 플러스(+)부터 시작하거나 마이너스(-)부터 시작하여도 관계없으며, 예를 들면 (+, -, -, +), (-, +, +, -), (+, 0, 0, -), (-, 0, 0, +) 등의 다양한 조합이 가능하다.

도 10a 내지 도 10c에 본 발명의 실시예에 따른 영상기법의 펄스 시퀀스를 나타내었다.

도 10a에 나타난 바와 같이, 제1 오프 공명 RF 펄스(1010)와, 제1 오프 공명 RF 펄스(1010)와 180도 위상차를 갖는 제2 오프 공명 RF 펄스(1020)를 인가하는 더블 오프 공명 RF 펄스 인가 방법에 있어서, 제1 오프 공명 RF 펄스(1010)의 인가 전, 제1 및 제2 오프 공명 RF 펄스(1010, 1020)의 사이 및 제2 오프 공명 RF 펄스(1020)의 인가 후에 경사자장(1030)을 인가한다.

경사자장(1030)은 x, y, z 축에 대해 동일하게 인가될 수 있으며, 각 축에 대하여 각 경사자장의 합이 0이 되도록 그 값과 부호가 조절된다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도 10b에 나타난 바와 같이, 제1 오프 공명 RF 펄스(1010)의 인가 전과 제1 및 제2 오프 공명 RF 펄스(1010, 1020)의 사이에 경사자장(1040)을 인가하고, 제2 오프 공명 RF 펄스(1020)의 인가 후에 스포일러 경사자장(1100)을 인가할 수도 있다.

이 경우에도 경사자장(1030)은 x, y, z 축에 대해 동일하게 인가될 수 있으며, 각 축에 대하여 각 경사자장의 합이 0이 되도록 그 값과 부호가 조절된다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 도 10c에 나타난 바와 같이, 제1 오프 공명 RF 펄스(1010)의 인가 전, 제1 및 제2 오프 공명 RF 펄스(1010, 1020)의 사이 및 제2 오프 공명 RF 펄스(1020)의 인가 후에 경사자장(1050)을 인가하고, 그 후에 스포일러 경사자장(110)을 인가할 수 있다.

한편, 제1 및 제2 오프 공명 RF 펄스의 주파수 대역폭과 중심주파수 및 펄스 형태는 필요에 따라 조절될 수 있다. 예를 들어, 지방 소거 기법을 이용하는 경우에는 오프 공명 RF 펄스의 폭이 상대적으로 크지만, 자화전이 또는 CEST 기법을 사용하는 경우에는 지방 소거 기법에 비하여 폭이 좁은 오프 공명 RF 펄스가 사용된다. 즉, 오프 공명 RF 펄스의 주파수 대역폭과 중심주파수 및 펄스 형태는 사용되는 영상 기법에 따라 적절히 선택될 수 있으며, 본 발명에서는 이를 특별히 제한하지 않는다.

이와 같이 제1 및 제2 오프 공명 RF 펄스와 경사자장의 조합을 이용하여 주 자장의 불균일도가 없는 영상이 자동으로 획득되므로, 종래기술에서와 같이 주 자장의 불균일도를 보상하기 위한 후처리 과정과 이를 위한 추가 영상 획득이 필요하지 않게 된다.

또한, 제1 및 제2 오프 공명 RF 펄스를 사용하면서 경사자장의 조합을 이용하여 주 자장의 불균일도를 해결하는 본 발명의 영상 획득 방법에서는, 제3의 RF 펄스를 인가하는 스핀락 방법에 비하여, 안정적으로 주 자장의 불균일도를 해결하면서도 RF 펄스의 수를 줄일 수 있어 생체전파흡수율의 지표인 SAR 값을 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 11은 오프 공명 RF 펄스와 전-포화 RF 펄스를 이용하는 일반적인 영상 기법에서 전-포화 RF 펄스에 의해 여기된 스핀들이 오프 공명 RF 펄스에 의해 다시 한 번 여기됨으로써 신호들이 복귀되어 최종적으로 획득되는 신호에 원하지 않은 신호가 겹쳐 나타나는 현상을 제거하기 위한 본 발명의 실시예를 나타내는 도면이다.

도 11에 나타난 바와 같이, 전-포화 RF 펄스(1105)와 함께 두 개의 오프 공명 RF 펄스(1110, 1120)가 사용된다.

이때, 도 10a 내지 도 10c를 참고로 설명한 실시예에서와 유사하게, 적절히 조합된 경사자장을 인가하여 원하지 않은 신호를 최소화할 수 있다.

도 12a와 도 12b는 오프 공명 RF 펄스와 전-포화 RF 펄스를 이용하는 영상 기법에서 경사자장을 인가하여 원하지 않은 신호를 제거하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 준비 펄스 시퀀스를 나타낸다.

먼저, 도 12a에 나타난 바와 같이, 전-포화 RF 펄스(1205)가 인가된 후, 제1 오프 공명 RF 펄스(1210)의 인가 전과 제1 및 제2 오프 공명 RF 펄스(1210, 1220)의 사이에 경사자장(1230)을 인가한다. 또한, 제2 오프 공명 RF 펄스(1220)의 인가 후에 스포일러 경사자장(110)을 인가할 수 있다.

또한, 도 12b에 나타난 본 발명의 다른 실시예에서는, 전-포화 RF 펄스(1205)가 인가된 후, 제1 오프 공명 RF 펄스(1210)의 인가 전, 제1 및 제2 오프 공명 RF 펄스(1210, 1220)의 사이, 및 제2 오프 공명 RF 펄스(1220)의 인가 후에 경사자장(1240)을 인가한다.

도 12a와 도 12b에 나타난 두 실시예에서 모두, 경사자장의 합은 0이 되도록 그 크기와 부호가 조절되는 것이 바람직하다.

도 13은 본 발명의 실시예에 따른 더블 오프 공명 RF 펄스와 경사자장의 조합을 포함하는 펄스 시퀀스를 어깨 부위의 영상에 지방 소거 영상기법에 적용한 예를 나타낸다. 도 13에서는 도 10a에 나타낸 실시예의 펄스 시퀀스를 사용하였다.

도 13에서는, 지방 소거를 하지 않은 영상(왼쪽)을 기준으로 하여 현재 임상에서 사용되는 일반적인 단일 오프 공명 RF 펄스 영상기법을 이용하여 획득된 영상(가운데)과 본 발명의 실시예에 따른 더블 오프 공명 RF 펄스와 경사자장의 조합을 이용하여 획득한 영상(오른쪽)을 나타내었다. 기준영상과 비교할 때 단일 오프 공명 RF 펄스를 이용한 영상기법이 더블 오프 공명 RF 펄스를 이용한 영상기법에 비해 지방 소거 효과는 큰 것을 알 수 있지만, 주 자장의 불균일도에 의하여 발생하는 인공물이 존재하는 것을 알 수 있다.

이에 비하여 본 발명의 실시예에 따른 더블 오프 공명 RF 펄스 영상기법의 경우에는, 기준영상과 비교할 경우 인공물이 전혀 존재하지 않으며, 지방 소거가 균일하게 이루어져 향상된 결과를 나타냄을 알 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

자기 공명 영상(Magnetic Resonance Imaging) 시스템을 통해 영상을 획득하는 방법으로서,
제1 오프 공명 RF 펄스를 인가하는 단계;
상기 제1 오프 공명 RF 펄스에 의해 발생하는 주 자장의 불균일도를 상쇄시키는 제2 오프 공명 RF 펄스를 인가하는 단계; 및
상기 제1 및 제2 오프 공명 RF 펄스를 인가함으로써 발생하는 주 자장의 불균일도를 상쇄하기 위한 하나 이상의 보조 경사자장을 인가하는 단계를 포함하며,
상기 보조 경사자장을 인가하는 단계는,
상기 하나 이상의 보조 경사자장의 조합을 조절하는 단계; 및
상기 하나 이상의 보조 경사자장의 부호를 변경하는 단계를 포함하는 MRI 영상 획득 방법.
제1항에 있어서,
상기 하나 이상의 보조 경사자장의 조합을 조절하는 단계는,
상기 하나 이상의 보조 경사자장의 합이 0이 되도록 상기 하나 이상의 보조 경사자장의 조합을 조절하는 단계인 MRI 영상 획득 방법.
제1항에 있어서,
상기 하나 이상의 보조 경사자장의 부호를 변경하는 단계는,
상기 하나 이상의 보조 경사자장의 합이 0이 되도록 상기 하나 이상의 보조 경사자장의 부호를 변경하는 단계인 MRI 영상 획득 방법.
제3항에 있어서,
상기 하나 이상의 보조 경사자장의 부호를 변경하는 단계에서는,
상기 하나 이상의 보조 경사자장 중 첫번째 보조 경사자장의 부호가 플러스(+)가 되도록 하는 것인 MRI 영상 획득 방법.
제3항에 있어서,
상기 하나 이상의 보조 경사자장의 부호를 변경하는 단계에서는,
상기 하나 이상의 보조 경사자장 중 첫번째 보조 경사자장의 부호가 마이너스(-)가 되도록 하는 것인 MRI 영상 획득 방법.
제1항에 있어서,
스포일러 경사자장을 인가하는 단계를 더 포함하는 MRI 영상 획득 방법.
제1항에 있어서,
상기 보조 경사자장은,
상기 제1 오프 공명 RF 펄스의 인가 전, 상기 제1 오프 공명 RF 펄스 인가 후이며 상기 제2 오프 공명 RF 펄스의 인가 전, 상기 제2 오프 공명 RF 펄스의 인가 후 중 적어도 하나의 시점에 인가되는 MRI 영상 획득 방법.
제1항에 있어서,
상기 제2 오프 공명 RF 펄스는 상기 제1 오프 공명 RF 펄스와 180도의 위상차를 갖는 것인 MRI 영상 획득 방법.
제1항에 있어서,
상기 보조 경사자장을 인가하는 단계 이후에,
지방 소거법, 자화전이법, 화학교환포화전이법 중 적어도 하나의 방법을 사용하기 위한 펄스 시퀀스를 인가하는 단계를 더 포함하는 MRI 영상 획득 방법.
제1항에 있어서,
제1 오프 공명 RF 펄스를 인가하는 단계 이전에,
공간적 전-포화 RF 펄스(Spatial Pre-Saturation RF Pulse)를 인가하는 단계를 더 포함하는 MRI 영상 획득 방법.