KR101759083B1 - 자기 공명 영상 장치 및 자기 공명 영상 획득 방법 - Google Patents

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Abstract

프로토콜에 따라 대상체에 대한 영상 데이터를 획득하는 단계와 대상체의 호흡을 검출하는 단계와 대상체의 호흡 주기가 변경되면, 변경된 호흡 주기에 따라 프로토콜을 재설정하는 단계를 포함하는 자기 공명 영상 생성 방법을 제공한다.

Description

자기 공명 영상 장치 및 자기 공명 영상 획득 방법{MAGNETIC RESONANCE IMAGING APPARATUS AND METHOD TO ACQUIRE MAGNETIC RESONANCE IMAGE}
자기 공명 영상을 이용하여 각종 질병을 진단하기 위해 사용되는 자기 공명 영상 장치 및 자기 공명 영상 획득 방법에 관한 것이다.
일반적으로 의료용 영상 장치는 환자의 정보를 획득하여 영상을 제공하는 장치이다. 의료용 영상 장치는 초음파 진단 장치, X선 단층 촬영 장치, 자기 공명 영상 장치 및 의학 진단 장치 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.
자기공명영상장치는 원자핵에 일정한 전자장을 가한 상태에서 일정한 주파수와 에너지를 공급하면 공명 현상을 일으켜 에너지를 방출하는데, 이 에너지를 신호로 변환하여 인체 내부를 진단하는 영상 진단 장치이다.
구체적으로, 자기공명영상장치는 특정 세기의 자기장에서 발생하는 RF(Radio Frequency) 신호에 대한 MR(Magnetic Resonance) 신호의 세기를 명암 대비로 표현하여 대상체의 단층 부위에 대한 이미지를 획득할 수 있다.
최근 대상체의 상태에 영향을 받지 않고 선명한 자기공명영상을 획득하기 위한 여러 방법이 연구되고 있다.
(특허문헌 1) JP2011-110433 A
대상체의 호흡과 무관하게 선명한 자기 공명 영상을 획득하기 위한 자기 공명 영상 장치 및 자기 공명 영상 획득 방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다.
일 양상에 따른 자기 공명 영상 장치는 프로토콜에 따라 대상체에 대한 영상 데이터를 획득하는 데이터 획득부; 상기 대상체의 호흡을 검출하는 호흡 정보 획득부; 및 상기 대상체의 호흡 주기가 변경되면, 변경된 호흡 주기에 따라 상기 프로토콜을 재설정하는 프로토콜 제어부;를 포함하고, 상기 프로토콜은, 상기 대상체의 호흡을 학습하여 초기 프로토콜을 결정하는 학습 프로토콜을 포함할 수 있다.
또한, 상기 프로토콜 제어부는, 상기 변경된 호흡 주기에 기초하여 상기 영상 데이터 획득 시간을 재설정할 수 있다.
또한, 상기 프로토콜 제어부는, 상기 변경된 호흡 주기에 기초하여 한 주기의 호흡 동안 획득되는 슬라이스(Slice) 개수를 변경할 수 있다.
또한, 상기 슬라이스 개수는 상기 호흡 주기가 길어지면 증가하고, 상기 호흡 주기가 짧아지면 감소할 수 있다.
또한, 상기 프로토콜 제어부는, 상기 슬라이스 개수가 감소하여 획득하지 못한 슬라이스가 재획득되도록 상기 프로토콜을 변경할 수 있다.
또한, 상기 프로토콜 제어부는, 상기 변경된 호흡 주기에 기초하여 슬라이스 수집창의 크기를 변경할 수 있다.
또한, 상기 슬라이스 수집창의 크기는 상기 호흡 주기가 길어지면 증가하고, 상기 호흡 주기가 짧아지면 감소할 수 있다.
또한, 상기 프로토콜 제어부는, 상기 대상체의 호흡을 검출하는 것과 상기 영상 데이터를 획득하는 것이 교차로 수행되도록 프로토콜을 설정할 수 있다.
또한, 상기 프로토콜 제어부는, 상기 변경된 호흡 주기의 날숨일 때 상기 영상 데이터가 획득되도록 상기 프로토콜을 변경할 수 있다.
일 양상에 따른 자기 공명 영상 장치는, 프로토콜에 따라 대상체에 대한 영상 데이터를 획득하는 데이터 획득부; 상기 대상체의 호흡을 검출하는 호흡 정보 획득부; 및 상기 대상체의 호흡 기울기가 변경되면, 변경된 호흡 기울기에 따라 상기 프로토콜을 재설정하는 프로토콜 제어부;를 포함하고, 상기 프로토콜은, 상기 대상체의 호흡을 학습하여 초기 프로토콜을 결정하는 학습 프로토콜을 포함할 수 있다.
또한, 상기 프로토콜 제어부는, 상기 변경된 호흡 기울기에 기초하여 상기 영상 데이터 획득 시간을 재설정할 수 있다.
일 양상에 따른 자기 공명 영상 획득 방법은, 프로토콜에 따라 대상체에 대한 영상 데이터를 획득하는 단계; 상기 대상체의 호흡을 검출하는 단계; 및 상기 대상체의 호흡 주기가 변경되면, 변경된 호흡 주기에 따라 상기 프로토콜을 재설정하는 단계;를 포함하고, 상기 프로토콜을 재설정하는 단계는, 상기 대상체의 호흡을 학습하여 획득한 호흡 주기에 따라 초기 프로토콜을 결정하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 프로토콜을 재설정하는 단계는, 상기 변경된 호흡 주기에 기초하여 상기 영상 데이터 획득 시간을 재설정하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 프로토콜을 재설정하는 단계는, 상기 변경된 호흡 주기에 기초하여 한 주기의 호흡 동안 획득되는 슬라이스 개수를 변경하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 슬라이스 개수는 상기 호흡 주기가 길어지면 증가하고, 상기 호흡 주기가 짧아지면 감소할 수 있다.
또한, 상기 슬라이스 개수가 감소하여 획득하지 못한 슬라이스를 획득하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 프로토콜을 재설정하는 단계는, 상기 변경된 호흡 주기에 기초하여 슬라이스 수집창의 크기를 재설정하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 슬라이스 수집창의 크기는 상기 호흡 주기가 길어지면 증가하고, 상기 호흡 주기가 짧아지면 감소할 수 있다.
또한, 상기 대상체의 호흡을 검출하는 단계와 상기 대상체 데이터를 획득하는 단계는 프로토콜에 따라 교차로 수행될 수 있다.
또한, 상기 대상체의 호흡을 검출하는 단계는, 상기 대상체의 횡경막의 위치 변화에 따라 상기 대상체의 호흡을 검출하는 단계;를 포함할 수 있다.
일 양상에 따른 자기 공명 영상 획득 방법은, 프로토콜에 따라 대상체에 대한 영상 데이터를 획득하는 단계; 상기 대상체의 호흡을 검출하는 단계; 및 상기 대상체의 호흡 기울기가 변경되면, 변경된 호흡 기울기에 따라 상기 프로토콜을 재설정하는 단계;를 포함하고, 상기 프로토콜을 재설정하는 단계는, 상기 대상체의 호흡을 학습하여 획득한 호흡 주기에 따라 초기 프로토콜을 결정하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 프로토콜을 재설정하는 단계는, 상기 변경된 호흡 기울기에 기초하여 상기 영상 데이터 획득 시간을 재설정할 수 있다.
상술한 것과 같이 대상체의 호흡을 반영하여 프로토콜을 변경함으로써, 자기 공명 영상의 품질 저하를 방지할 수 있고, 자기 공명 영상의 촬영 시간을 최소화할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 자기 공명 영상 장치를 설명하기 위한 불록도이다.
도 2는 횡격막을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 대상체의 호흡에 따른 횡격막의 변화를 도시한 도면이다.
도 4는 MR 데이터의 획득 및 자기 공명 영상 생성을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 자기 공명 영상을 획득하기 위한 프로토콜의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 영상 획득 프로토콜을 상세히 상세히 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 대상체의 호흡 주기 변화에 따른 MR 데이터 획득 오류를 도시한 도면이다.
도 8은 대상체의 호흡 주기 변화에 따른 프로토콜 변경을 도시한 도면이다.
도 9는 대상체의 호흡 주기가 증가한 때의 프로토콜(200) 변경의 일례를 도시한 도면이다.
도 10은 대상체의 호흡 주기가 증가한 때의 프로토콜(200) 변경의 다른례를 도시한 도면이다.
도 11은 대상체의 호흡 주기가 감소한 때의 프로토콜 변경의 일례를 도시한 도면이다.
도 12는 대상체의 호흡 주기가 감소한 때의 프로토콜 변경의 다른례를 도시한 도면이다.
도 13은 대상체의 호흡 주기가 감소한 때의 프로토콜 변경의 또 다른례를 도시한 도면이다.
도 14는 호흡 주기 변경에 따른 영상 데이터 재획득을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 일 실시예에 따른 자기 공명 영상 시스템의 외관을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 16는 일 실시예에 다른 자기 공명 영상 시스템을 설명하기 위한 제어 블럭도이다.
도 17은 자석 어셈블리를 설명하기 위한 몸체의 절단도이다.
도 18은 자석 어셈블리의 구조와 경사 코일부의 구조를 나타낸 도면이다.
도 19는 일 실시예에 따른 자기 공명 영상 시스템의 자기 공명 영상 획득 방법을 도시한 순서도이다.
도 20은 도 19의 자기 공명 영상 획득 단계를 구체적으로 설명하기 위한 순서도이다.
도 1은 일 실시예에 따른 자기 공명 영상 장치를 설명하기 위한 불록도이다.
도 1을 참조하면, 자기 공명 영상 장치(1)는 데이터 수집부(10)와 제어부(20)를 포함한다. 자기 공명 영상 장치(1)는 대상체(ob)를 자기장에 노출시킨 후 발생하는 공명 현상을 통해 대상체(ob)에 대한 영상을 획득하는 장치로, 자기 공명 현상에 의해 획득되는 영상을 자기 공명 영상이라 한다.
대상체(ob)는 대표적으로 인체를 예로 들 수 있으나, 이에 한정되지 않고 동물들도 대상체(ob)가 될 수 있다.
데이터 수집부(10)는 MR 데이터를 수집할 수 있다. 자기 공명 데이터(이하, MR 데이터)는 대상체(ob)를 구성하는 원자핵이 소정의 전자기파와 공명하는 핵자기공명(Nuclear Magnetic Resonance: NMR)에 따라 발생하는 자기 공명 신호로 구성될 수 있다.
또한, 데이터 수집부(10)는 대상체(ob)로부터 수신된 MR 데이터를 전처리할 수 있다. 구체적으로, MR 데이터를 증폭하거나, 아날로그 신호를 전기적 신호로 변환하여 출력할 수 있다.
MR 데이터는 네비게이터 데이터와 영상 데이터를 포함한다. 여기서, 네비게이터 데이터는 대상체(ob)의 호흡을 추적하는 것에 이용되는 MR 데이터를 의미하는 것이고, 영상 데이터는 대상체(ob)의 자기 공명 영상 생성에 이용되는 MR 데이터를 의미한다.
데이터 수집부(10)는 프로토콜에 따라 네비게이터 데이터와 영상 데이터를 교차로 수집할 수 있다. 네비게이터 데이터와 영상 데이터의 수집에 이용되는 프로토콜에 대해서는 아래에서 상세히 설명한다.
제어부(20)는 자기 공명 영상 장치(1)를 전반적으로 제어한다. 제어부(20)는 하나 또는 복수 개의 프로세서에 해당할 수 있다. 프로세서는 다수의 논리 게이트들의 어레이로 구현될 수도 있고, 범용적인 마이크로 프로세서와 이 마이크로 프로세서에서 실행될 수 있는 프로그램이 저장된 메모리의 조합으로 구현될 수도 있다. 예를 들어, 프로세서는 CPU 또는 GPU와 같은 범용적인 장치로 구현될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 제어부(20)는 자기 공명 영상 장치(1)를 구성하고 있는 각 구성에 제어 신호를 출력하여 대상체(ob)에 대한 MR 데이터인 영상 데이터를 획득하고, 획득된 영상 데이터에 기초하여 자기 공명 영상을 생성할 수 있다.
영상 데이터는 소정의 프로토콜에 따라 획득될 수 있다. 제어부(20)는 영상 데이터가 설정된 프로토콜에 따라 획득되도록 대상체(ob)에 가해지는 자기장 또는 고주파를 제어한다.
또한, 제어부(20)는 대상체(ob)의 호흡에 따라 프로토콜을 설정할 수 있다. 대상체(ob)의 호흡으로 인한 잡음(Artifact)을 방지하기 위하여, 프로토콜은 대상체(ob)의 호흡에 따라 설정될 수 있다.
즉, 제어부(20)는 대상체(ob)가 내부의 있는 공기를 외부로 배출하는 날숨일 때, 영상 데이터가 획득되도록 프로토콜을 설정하여 대상체(ob)의 호흡으로 인한 잡음을 최소화할 수 있다.
또한, 제어부(20)는 대상체(ob)의 호흡 변화를 추적하고, 호흡 변화에 따라 프로토콜을 동적으로 재설정할 수 있다. 이와 같이 대상체(ob)의 호흡 변화에 따라 프로토콜을 동적으로 변경함으로써, 호흡으로 인한 잡음을 최소화하고 자기 공명 영상의 획득 시간을 최소화할 수 있다.
이를 위해 제어부(20)는 호흡 정보 획득부(21), 데이터 획득부(22), 영상 처리부(25) 및 프로토콜 제어부(23)를 포함할 수 있다.
호흡 정보 획득부(21)는 대상체(ob)의 호흡을 추적한다. 또한, 호흡 정보 획득부(21)는 대상체(ob)의 호흡을 추적하여 호흡 정보를 획득할 수 있다.
여기서, 호흡 정보는 대상체(ob)의 호흡으로부터 도출할 수 있는 다양한 정보를 포함한다. 예를 들어, 호흡 정보 획득부(21)는 대상체(ob)의 호흡을 추적하여 호흡 주기를 획득할 수 있다. 또 다른 예로, 호흡 정보 획득부(21)는 대상체(ob)의 호흡을 추적하여 대상체(ob)의 호흡 기울기를 획득할 수 있다.
여기서, 호흡 기울기는 대상체(ob)의 호흡 주기와 반비례할 수 있다. 예를 들어, 대상체(ob)의 호흡 주기가 짧다는 것은 대상체(ob)의 호흡이 빠르다는 것을 의미힌다. 다시 말해서, 대상체(ob)의 호흡이 가파르다는 것을 의미한다. 따라서, 호흡 주기가 짧을수록 호흡 기울기는 커진다. 반대로, 대상체(ob)의 호흡 주기가 길다는 것은 대상체(ob)의 호흡이 느리다는 것을 의미한다. 따라서, 호흡 주기가 길수록 호흡 기울기는 작아진다.
이외에도, 호흡 정보 획득부(21)는 대상체(ob)의 호흡을 검출하여, 대상체(ob)의 호흡 상태를 나타낼 수 있는 다양한 파라미터를 이용하여 호흡 정보를 획득할 수 있고, 전술한 예로 한정되는 것은 아니다.
한편, 호흡 정보 획득부(21)는 대상체(ob)의 호흡을 검출할 수 있는 다양한 장치를 통해 호흡 정보를 획득 할 수 있다.
예를 들어, 호흡 정보 획득부(21)는 대상체(ob)의 호흡을 검출하는 호흡 검출 네비게이터(respiratory navigator)를 포함할 수 있다. 또 다른 예로, 호흡 정보 획득부(21)는 에어 튜브(air tube)또는 벨트 등을 포함할 수 있다. 일 실시 예로, 호흡 정보 획득부(21)는 복부용 코일(torso coil)과 대상체(ob)의 복부 사이에 에어 튜브를 삽입하고, 에어 튜브 내의 공기 압력 변화를 기초로 호흡 정보를 획득할 수 있다. 이외에도, 호흡 정보 획득부(21)는 기 공지된 다양한 방법을 통해 호흡 정보를 획득할 수 있으며, 전술한 예로 한정되는 것은 아니다.
한편 이하에서는 호흡 검출 방법 중의 일 예로써, 호흡 검출 네비게이터를 포함한 호흡 정보 획득부(21)의 호흡 검출 방법에 대해 설명하나, 후술할 실시예들이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 2는 횡격막을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 3은 대상체(ob)의 호흡에 따른 횡격막의 변화를 도시한 도면이다. 도 3의 가로축은 시간을 나타내고, 세로축은 횡격막의 위치를 나타낸다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 호흡 정보 획득부(21)는 데이터 수집부(10)에서 수집된 MR 데이터에 기초하여 대상체(ob)의 호흡을 추적할 수 있다.
대상체(ob)의 호흡에 따라 횡격막(Diaphragm)의 위치가 변경된다. 횡격막은 가슴과 배를 구획하는 막으로, 도 2에 도시된 것과 같이 횡격막에 의하여 폐와 간이 구획된다.
횡격막은 대상체(ob)에서 공기가 배출되는 날숨일 때에는 폐를 향해 상승하고, 대상체(ob)로 공기기 유입되는 들숨일 때에는 간을 향해 하강한다. 즉, 횡격막은 대상체(ob)의 호흡에 따라 상하로 운동한다.
이에 호흡 정보 획득부(21)는 대상체(ob)에 따른 횡격막의 움직임을 이용하여 대상체(ob)의 호흡을 추적할 수 있다. 호흡 정보 획득부(21)는 데이터 수집부(10)에서 전송되는 네비게이터 데이터로부터 횡격막의 움직임을 추적할 수 있다. 이때, 네비게이터 데이터는 횡격막의 대응되는 위치에서 획득된 MR 데이터로, 호흡 정보 획득부(21)는 네비게이터 데이터를 영상 처리하여 획득한 네비게이터 영상으로부터 횡격막의 운동을 추적할 수 있다.
호흡 정보 획득부(21)는 네비게이터 영상에서 횡격막의 움직임을 직접 추적할 수 있으나, 해부학적 정보를 이용하여 횡격막의 움직임을 추적할 수도 있다.
예를 들어, 횡격막의 움직임에 따라 횡격막과 인접한 폐와 간의 위치가 변화되므로, 폐와 간이 형성하는 경계선의 움직임에 따라 횡격막의 움직임을 추적할 수 있다.
구체적으로, 도 2의 A영역에 대한 네비게이터 영상을 시간 순서에 따라 표시하면 도 3과 같은 히스토그램을 획득할 수 있다. 히스토그램에 포함된 경계선(301)은 폐와 간 사이에 위치하는 것으로 횡격막의 움직임에 대응된다.
즉, 들숨일 때에는 폐가 팽창하고 간이 축소되므로, 폐와 간 사이의 경계선(301)은 아래로 이동한다. 그러므로, 경계선(301)이 아래에 위치한 것은 들숨을 나타낸다.
반대로, 날숨일 때에는 폐가 축소되고 간이 팽창하므로, 폐와 간 사이의 경계선(301)이 위로 이동한다. 그러므로, 경계선이 위에 위치한 것은 날숨을 나타낸다.
이와 같이 호흡 정보 획득부(21)에서 획득된 대상체(ob)의 호흡 정보는 프로토콜 제어부(23)에 전달되어, MR 데이터를 획득하기 위한 프로토콜의 설정에 이용될 수 있다.
한편, 호흡 정보 획득부(21)가 네비게이터 영상에 기초하여 대상체(ob)의 호흡을 추적하는 것으로, 설명하였으나, 대상체(ob)의 호흡 추적 방법이 이에 한정되는 것이 아니다. 예를 들어, 대상체(ob)의 호흡은 대상체(ob)에 부착된 소정의 센서에 의하여 추적될 수도 있다.
도 4는 MR 데이터의 획득 및 자기 공명 영상 생성을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 데이터 획득부(22)는 프로토콜 제어부(23)에 의해 설정된 프로토콜에 따라 케이 공간(k-space)에 대한 영상 데이터를 획득할 수 있다.
케이 공간은 하나의 자기 공명 영상을 생성하기 위한 로우 데이터(Raw Data)의 집합을 의미하는 것으로, 데이터 획득부(22)는 프로토콜에 따라 획득된 영상 데이터를 이용하여 케이 공간의 로우 데이터를 채워간다.
상술한 것과 같이 선명한 자기공명영상을 획득하기 위해서는 날숨일 때 영상 데이터가 획득하여야 함으로, 데이터 획득부(22)는 프로토콜에 따라 날숨일 때 영상 데이터를 순차적으로 획득하여 하나의 케이 공간의 로우 데이터를 채워갈 수 있다.
데이터 획득부(22)는 슬라이스(Slice) 별로 영상 데이터를 획득하고, 이를 통해 케이 공간을 채울 수 있다. 즉, 도 4에 도시된 것과 같이 데이터 획득부(22)는 슬라이스(S1, S2 내지 Sn)단위로 영상 데이터를 획득할 수 있다. 케이 공간을 채우는 각 슬라이스(S1, S2 내지 Sn)는 위상과 주파수 부호화에 의해 위치가 구분되므로, 각 슬라이스 마다 위상부호화 경사자계와 주파수 부호화 경사자계가 다르게 인가될 수 있다.
개별 슬라이스(S1, S2 내지 Sn)에 대한 영상 데이터 획득 타이밍은 이하에서 설명할 프로토콜 제어부(23)에 의해 결정된 프로토콜에 따라 결정될 수 있다. 케이 공간이 슬라이스(S1, S2 내지 Sn)로 모두 채워지면 데이터 획득부(22)는 케이 공간에 대한 영상 데이터를 영상 처리부(25)로 전달된다.
영상 처리부(25)는 데이터 획득부(22)에서 전송된 케이 공간에 대한 영상 데이터에 기초하여 자기 공명 영상을 생성한다. 구체적으로, 영상 처리부(25)는 도 4에 도시된 것과 케이 공간에 대해 영상 데이터를 푸리에 변환(fourier transform)하여 자기 공명 영상 생성할 수 있다. 케이 공간에 대한 영상 데이터를 이용한 자기 공명 영상의 생성 방법은 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 자명하므로 그 구체적인 설명은 생략한다.
도 5는 자기 공명 영상을 획득하기 위한 프로토콜(200)의 일례를 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 영상 획득 프로토콜(220)을 상세히 상세히 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 도 5를 참조하면, 프로토콜 제어부(23)는 자기 공명 영상을 획득하기 위한 프로토콜(200)을 설정하고, 설정된 프로토콜(200)에 따라 호흡 정보 획득부(21), 데이터 획득부(22)에 제어 신호를 전송할 수 있다.
프로토콜(200)은 도 5에 도시된 것과 같이 대상체(ob)의 호흡을 학습하는 학습 프로토콜(210)과 대상체(ob)의 영상 데이터를 획득하는 영상 획득 프로토콜(220)을 포함할 수 있다.
학습 프로토콜(210)에서는 대상체(ob)의 호흡 정보가 학습된다. 상술한 것과 같이 선명한 자기 공명 영상을 획득하기 위해서는 날숨일 때 영상 데이터가 획득되어야 한다. 그러므로, 영상 획득 프로토콜(220)을 설정하기 위해, 학습 프로토콜(210)에서는 대상체(ob)의 대한 영상 데이터 획득 없이 대상체(ob)의 호흡만이 학습하고, 이를 통해 영상 획득 프로토콜(220)이 설정된다.
즉, 학습 프로토콜(210)에서는 호흡 정보 획득부(21)가 연속적으로 대상체(ob)의 호흡을 추적한다. 이때, 대상체(ob)의 호흡 추적은 미리 설정된 시간 동안 이루어 질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 학습 프로토콜(210)은 대상체(ob)의 호흡 주기 또는 호흡 기울기가 안정될 때까지 호흡을 학습하거나, 미리 설정된 임계치 이상의 정확도가 될 때까지 대상체(ob)의 호흡을 학습할 수 있다.
대상체(ob) 호흡에 대한 학습이 종료되면, 프로토콜 제어부(23)는 학습 프로세서에서 학습된 대상체(ob)의 호흡에 기초하여 영상 획득 프로토콜(220)을 설정할 수 있다.
영상 획득 프로토콜(220)은 대상체(ob)에 대한 영상 데이터를 획득하는 스캔기(221), 대상체(ob)의 호흡을 검출하기 위한 네비게이터 데이터를 획득하는 네비게이터기(222)를 포함할 수 있다.
프로토콜 제어부(23)는 스캔기(221)와 네비게이터기(222)를 교차로 배치하여 영상 획득 프로토콜(220)을 생성할 수 있다. 이때, 스캔기(221)와 네비게이터기(222) 사이에는 휴지기(223)가 마련되어 비관심 부위에 대한 신호를 제거할 수 있다,
휴지기(223)를 통해 비관심 부위의 신호가 평형자화(equilibrium(rest) magnetization)되어 앨리어싱(aliasing)을 회피할 수 있다.
프로토콜 제어부(23)는 학습 프로토콜(210)에서 획득된 대상체(ob)의 호흡 정보에 기초하여 영상 획득 프로토콜(220)의 스캔기(221)를 설정할 수 있다.
구체적으로, 프로토콜 제어부(23)는 대상체(ob)의 호흡 정보에 따라 도 6에 도시된 것과 같이 날숨일 때 스캔기(221)가 수행되도록 영상 획득 프로토콜(220)을 설정할 수 있다. 스캔기(221)는 호흡 주기(T)와 대응되는 주기마다 설정되어 날숨일 때 영상 데이터를 획득할 수 있다.
여기서, 스캔기(221)의 길이는 대상체(ob)의 호흡 정보에 따라 결정될 수 있다.
예를 들어, 스캔기(221)의 길이는 호흡 주기(T)에 따라 결정될 수 있다. 대상체(ob)의 호흡 주기(T)가 길수록 날숨의 지속 시간(Dt)도 길고, 대상체(ob)의 호흡 주기(T)가 짧을수록 날숨의 지속 시간(Dt)도 짧다.
즉, 대상체(ob)의 호흡 주기(T)와 날숨 길이(Dt)가 비례하므로, 프로토콜 제어부(23)는 호흡 주기(T)에 기초하여 스캔기(221)의 길이를 결정할 수 있다.
또한, 스캔기(221)의 길이는 대상체(ob)의 호흡 기울기에 따라 결정될 수 있다. 대상체(ob)의 호흡 기울기가 작을수록 날숨의 지속 시간(Dt)도 길고, 대상체(ob)의 호흡 기울기가 클수록 날숨의 지속 시간(Dt)도 짧다.
즉, 날숨 길이(Dt)는 대상체(ob)의 호흡 주기(T)와 비례하거나 또는 호흡 기울기와 반비례하므로, 프로토콜 제어부(23)는 호흡 주기(T) 또는 호흡 기울기에 기초하여 스캔기(221)의 길이를 결정할 수 있다.
프로토콜 제어부(23)는 대상체(ob)의 호흡 정보에 따라 도 6에 도시된 것과 같이 들숨에 대응되는 영역을 네비게이터기(222)를 설정할 수 있다. 프로토콜 제어부(23)는 스캔기(221)와 중첩되지 않도록 네비게이터기(222)를 설정하여, 대상체(ob)에 대한 데이터 획득 시간과 대상체(ob)의 호흡을 추적하기 위한 네비게이터 데이터의 획득 시간을 다르게 할 수 있다.
이와 같이 스캔기(221) 사이에 네비게이터기(222)를 설정함으로써, 대상체(ob)의 영상 데이터 획득 기간에서도 대상체(ob)의 호흡을 추적할 수 있다.
프로토콜 제어부(23)는 네비게이터기(222)와 스캔기(221) 사이에 휴지기(223)를 설정하여 MR 데이터의 앨리어싱을 회피할 수 있다.
결론적으로, 영상 획득 프로토콜(220)은 네비게이터기(222), 휴지기(223), 스캔기(221), 휴지기(223)가 반복적으로 수행되도록 설정되며, 네비게이터기(222), 휴지기(223), 스캔기(221)의 길이 및 주기는 호흡 주기 및 호흡 기울기 중 적어도 하나에 따라 결정될 수 있다.
이와 같이. 대상체(ob)의 호흡을 먼저 학습하고, 학습된 대상체(ob)의 호흡 주기에 따라 영상 획득 프로토콜(220)을 설정함으로써, 최적의 영상 데이터 획득 타이밍을 산출할 수 있다.
또한, 미리 대상체(ob)의 호흡에 따라 영상 데이터 획득 시간(스캔기(221)의 길이)를 조절함으로써, 영상 데이터 획득 시간을 최소화할 수 있다.
또한, 학습된 호흡 주기에 따라 영상 데이터 획득 타이밍 및 획득 시간을 조절함으로써, 더 선명한 자기 공명 영상을 획득할 수 있다.
도 7은 대상체(ob)의 호흡 주기 변화에 따른 MR 데이터 획득 오류를 도시한 도면이고, 도 8은 대상체(ob)의 호흡 주기 변화에 따른 프로토콜 변경을 도시한 도면이다.
상술한 것과 같이 영상 획득 프로토콜(220)은 네비게이터기(222)와 스캔기(221)를 교차로 가진다. 즉, 데이터 수집부(10)는 네비게이터 데이터와 영상 데이터를 교차로 수집한다.
데이터 획득부(22)는 데이터 수집부(10)에서 획득된 영상 데이터를 이용하여 케이 공간의 로우 데이터를 채워간다.
그리고, 호흡 정보 획득부(21)는 네비게이터기(222)에 획득된 네비게이터 데이터를 이용하여 자기 공명 영상 촬영 시의 대상체(ob)의 호흡을 추적하고, 이를 프로토콜 제어부(23)에 전달한다.
다만, 자기 공명 영상 촬영 중에 대상체(ob)의 호흡이 학습으로 획득된 호흡 정보에 따라 설정된 영상 획득 프로토콜(220)로는 효율적으로 대상체(ob)의 영상 데이터를 획득할 수 없다.
구체적으로, 도 6과 도 7a를 참조하면, 대상체(ob)의 호흡 주기가 T에서 T1으로 변경되면, 날숨의 길이도 Dt에서 Dt1로 짧아지고, 날숨의 시작 시점도 변경된다. 반대로, 도 6과 도 7b를 참조하면, 대상체(ob)의 호흡 주기가 T에서 T2으로 변경되면, 날숨의 길이도 Dt에서 Dt2로 길어지고, 날숨의 시작 시점도 변경된다.
그러므로, 호흡 주기 T를 기초로 생성된 영상 획득 프로토콜(220)을 적용하여 영상 데이터를 획득하는 경우, 대상체(ob)의 호흡으로 인한 잡음으로 자기 공명 영상의 품질이 떨어질 우려가 있다.
또한, 도 6과 도 7a를 참조하면, 대상체(ob)의 호흡 기울기가 L에서 L1으로 변경되면, 날숨의 길이도 Dt에서 Dt1로 짧아지고, 날숨의 시작 시점도 변경된다. 반대로, 도 6과 도 7b를 참조하면, 대상체(ob)의 호흡 기울기가 L에서 L2으로 변경되면, 날숨의 길이도 Dt에서 Dt2로 길어지고, 날숨의 시작 시점도 변경된다.
이에 따라, 프로토콜 제어부(23)는 자기 공명 영상 촬영 중에 획득된 대상체(ob)의 호흡에 기초하여 대상체(ob)의 호흡이 변경되었는지 판단하고, 대상체(ob)의 호흡이 변경되면, 변경된 호흡에 기초하여 설정된 영상 획득 프로토콜(220)을 변경할 수 있다.
이하에서는 호흡 주기의 변화에 따라 영상 데이터 획득 시간의 길이를 조절하는 방법에 대해서 설명하나, 전술한 바와 같이 호흡 주기와 호흡 기울기는 반비례 관계에 있는바, 호흡 기울기의 변화에 따라 영상 데이터 획득 시간의 길이도 조절 가능하다.
예를 들어, 프로토콜 제어부(23)는 도 8에 도시된 것과 같이 대상체(ob)의 호흡 주기 변화에 따라 영상 획득 프로토콜(220)의 스캔기(221)의 길이(Dt1 내지 Dt6)를 변경하여, 대상체(ob)에 대한 영상 데이터 획득 시간의 길이를 조절할 수 있다.
상술한 것과 같이 대상체(ob)의 호흡 주기가 짧아지면 상대적으로 날숨의 길이도 짧아진다. 그러므로, 프로토콜 제어부(23)는 호흡 주기가 감소하면 스캔기(221)의 길이를 감소시켜 대상체(ob)의 대한 영상 데이터가 획득되는 시간을 줄여 자기 공명 영상의 품질이 떨어지는 것을 방지할 수 있다.
반대로, 대상체(ob)의 호흡 주기가 길어지면 상대적으로 날숨의 길이도 길어진다. 그러므로, 프로토콜 제어부(23)는 호흡 주기가 증가하면 영상 데이터가 획득되는 스캔기(221)의 길이를 증가시켜 대상체(ob)에 대한 영상 데이터가 획득되는 시간을 증가시켜, 자기 공명 영상의 촬영 시간을 줄일 수 있다.
즉, 프로토콜 제어부(23)는 도 8에 도시된 것과 같이 대상체(ob)의 호흡 주기의 변화에 따라 스캔기(221)의 길이(Dt1 내지 Dt6)를 동적으로 재설정하여, 동적으로 영상 데이터 획득 시간의 길이를 변경할 수 있다.
이와 같이 호흡 주기에 변경에 따라 스캔기(221)의 길이가 변경되면, 스캔기(221)의 시퀀스도 변경될 수 있다. 즉, 프로토콜 제어부(23)는 스캔기(221)의 길이에 따라 한번의 스캔기(221)에서 획득되는 슬라이스 개수 또는 슬라이스 수집창(Acquisition window)의 크기를 변경할 수 있다. 이하, 스캔기(221)의 시퀀스 변경에 대해 구체적으로 설명한다.
도 9는 대상체(ob)의 호흡 주기가 증가한 때의 프로토콜(200) 변경의 일례를 도시한 도면이고, 도 10은 대상체(ob)의 호흡 주기가 증가한 때의 프로토콜(200) 변경의 다른례를 도시한 도면이다. 도 9 및 도 10은 대상체(ob)의 호홉 주기가 도 7b와 같이 길어질 때의 시퀀스 변경을 도시한 도면이다.
도 7b에 도시된 것과 같이 대상체(ob)의 호흡 주기가 T에서 T2로 길어지면, 날숨의 길이도 Dt에서 Dt2길어진다. 호흡 변화에 따라 스캔기(221)의 길이가 변경되므로, 한 주기의 호흡에서 영상 데이터의 획득 시간은 Dt에서 Dt2로 증가한다. 프로토콜 제어부(23)는 증가된 영상 데이터 획득 시간에 기초하여 스캔기(221)의 시퀀스를 변경할 수 있다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 호흡 주기가 증가하기 전의 스캔기(221_1)에서는 5개의 슬라이스(S1 내지 S5)가 획득될 수 있다. 즉, 데이터 획득부(22)는 100ms 단위로 하나의 슬라이스를 획득한다.
영상 데이터가 획득되고 있는 상태에서 대상체(ob)의 호흡 주기가 길어지면, 프로토콜 제어부(23)는 호흡 주기 변경에 대응하여 이후 실행될 스캔기(221_2)의 길이를 500ms에서 600ms로 증가시킨다. 이에 따라, 한번의 호흡에서 영상 데이터가 획득되는 시간이 500ms에서 600m로 증가한다.
이와 같이 스캔기(221_2)의 길이가 증가되면, 프로토콜 제어부(23)는 스캔기(221_2)의 시퀀스를 변경할 수 있다.
일 실시예로, 프로토콜 제어부(23)는 한번의 스캔기(221_2) 동안 획득되는 슬라이스 개수를 증가시킬 수 있다. 이때, 증가되는 슬라이스 개수는 증가되는 스캔기(221)의 길이에 따라 결정될 수 있다.
예컨대, 도 9에 도시된 것과 같이 스캔기(221)의 길이가 100ms 늘어나면, 프로토콜 제어부(23)는 한번의 스캔기 동안 획득되는 슬라이스 개수를 5개에서 6개로 변경할 수 있다. 이에 따라 호흡 주기가 증가한 이후의 스캔기(221_2)에서는 한번의 호흡 동안 6개의 슬라이스(S6 내지 S11)가 획득된다.
이와 같이, 호흡 주기에 따라 한 주기의 호흡 동안 획득되는 슬라이스 개수를 증가시킴으로써, 대상체(ob)의 자기 공명 영상 획득에 소요되는 시간을 줄일 수 있다.
다른 실시예로, 프로토콜 제어부(23)는 호흡 주기의 증가에 따라 슬라이스 수집창(Acquisition window)의 크기를 변경할 수 있다. 이때, 슬라이스의 수집창의 크기는 증가된 스캔기(221)의 길이에 따라 결정될 수 있다.
예컨대, 도 10에 도시된 것과 같이 스캔기(221)의 길이가 100ms 늘어나면 각 슬라이스 획득에 이용되는 데이터 수집창의 크기를 100ms에서 120ms로 증가시켜 각 슬라이스의 정확도를 더 향상시킬 수 있다.
도 11은 대상체(ob)의 호흡 주기가 감소한 때의 프로토콜 변경의 일례를 도시한 도면이고, 도 12는 대상체(ob)의 호흡 주기가 감소한 때의 프로토콜 변경의 다른례를 도시한 도면이고, 도 13은 대상체(ob)의 호흡 주기가 감소한 때의 프로토콜 변경의 또 다른례를 도시한 도면이고, 도 14는 호흡 주기 변경에 따른 영상 데이터 재획득을 설명하기 위한 도면이다.
도 7a에 도시된 것과 같이 대상체(ob)의 호흡 주기가 T 에서 T1으로 짧아지면, 날숨의 길이도 Dt에서 Dt1로 짧아진다. 이와 같은 호흡 변화에 따라 스캔기(221)의 길이는 짧게 변경된다. 호흡 변화에 따라 스캔기(221)의 길이가 변경되므로, 한 주기의 호흡에서 영상 데이터 획득 시간은 Dt에서 Dt1으로 감소한다. 프로토콜 제어부(23)는 감소된 영상 데이터 획득 시간에 기초하여 스캔기(221)의 시퀀스를 변경할 수 있다.
도 11 내지 도 13을 참조하면, 호흡 주기가 감소하기 전의 스캔기(221)에서는 5개의 슬라이스(S1 내지 S5)가 획득될 수 있다. 즉, 데이터 획득부(22)는 100ms 단위로 하나의 슬라이스에 대한 영상 데이터를 획득한다.
영상 데이터가 획득되고 있는 상태에서 대상체(ob)의 호흡 주기가 짧아지면, 프로토콜 제어부(23)는 호흡 주기 변경에 대응하여 이후 실행될 스캔기(221)의 길이를 500ms에서 400ms로 감소시킨다. 이에 따라, 한번의 호흡에서 영상 데이터가 획득되는 시간이 500ms에서 400m로 감소한다.
이와 같이 스캔기(221)의 길이가 감소하면, 프로토콜 제어부(23)는 각 스캔기(221)의 시퀀스를 변경하여, 영상 데이터 획득의 손실을 방지할 수 있다.
일 실시예, 프로토콜 제어부(23)는 한번의 스캔기(221) 동안 획득되는 슬라이스 개수를 감소시킬 수 있다. 이때, 감소되는 슬라이스 개수는 감소되는 스캔기(221)의 길이에 따라 결정될 수 있다.
예컨대, 도 11에 도시된 것과 같이 스캔기(221)의 길이가 100ms 감소되면, 프로토콜 제어부(23)는 한번의 스캔기(221) 동안 획득되는 슬라이스 개수는 5개에서 4개로 감소시킬 수 있다. 이때 따라 호흡이 변경된 이후의 스캔기(221_2)에서는 한번의 호흡 동안 4개의 슬라이스(S5 내지 S9, S10 내지 S13)가 획득된다.
이와 같이 호흡 주기에 따라 한번의 스캔기(221)에서 획득되는 슬라이스의 개수를 감소시킴으로써, 자기 공명 영상의 품질 저하를 방지할 수 있다.
한편, 도 11에서는 슬라이스가 순차적으로 획득되는 것으로 설명하였으나, 슬라이스의 획득 순서에 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 도 12에 도시된 것과 같이, 미리 설정된 프로토콜(200)에 따라 슬라이스를 획득하되, 스캔기(221)의 단축으로 미획득된 슬라이스 S10, S15를 별도의 스캔기(221_k)를 통해 획득할 수도 있다. 즉, 프로세서 제어부(20)는 스캔기(221_k)의 단축으로 미획득된 슬라이스를 획득하기 스캔기(221)를 추가로 생성할 수 있다.
다른 실시예로, 프로토콜 제어부(23)는 호흡 주기의 감소에 따라 슬라이스의 수집창의 크기를 변경할 수 있다. 이때, 수집창의 크기는 감소된 스캔기(221)의 길이에 따라 결정될 수 있다.
예컨대, 프로토콜 제어부(23)는 도 13에 도시된 것과 같이 스캔기(221)의 길이가 100ms 감소하면, 각 슬라이스 획득에 이용되는 데이터 수집창의 크기를 100ms에서 80ms로 감소시킬 수 있다.
이와 같이 데이터 수집창의 크기를 감소시킴으로써, 대상체(ob)의 호흡과 무관하게 일정한 자기 공명 영상 촬영 속도를 보장할 수 있다.
한편, 프로토콜 제어부(23)는 대상체(ob)의 호흡 주기가 감소하면 호흡 주기가 감소하기 이전의 영상 데이터의 일부 또는 전부가 재획득되도록 스캔기(221)를 변경할 수 있다.
상술한 것과 같이 대상체(ob)의 호흡은 스캔기(221)와 교차로 수행되는 네비게이터기(222)를 통해 추적된다. 그러므로, 스캔기(221)의 진행 중에 대상체(ob)의 호흡이 급격이 변화한 경우, 일부 영상 데이터가 날숨이 아닐 때 획득되어 영상 데이터의 손실이 발생할 수 있다.
이에 프로토콜 제어부(23)는 대상체(ob)의 호흡 주기가 감소되면, 이전 스캔기(221)에서 획득된 영상 데이터가 다시 획득되도록 스캔기(221)를 설정할 수 있다. 이때, 영상 데이터의 재획득은 슬라이스 단위로 수행될 수 있다.
도 14를 참조하여 예를 들면, 대상체(ob)의 호흡 변화가 감지되면 대상체(ob)의 호흡 변화에 따라 제2 스캔기(221_2)의 길이가 변경되고, 이에 따라 스캔기(221)에서 획득되는 슬라이스의 개수가 감소될 수 있다.
프로토콜 제어부(23)에서 호흡 변화가 감지되기 이전의 제1 스캔기(221_1)에서 이미 대상체(ob)의 호흡이 변경된 경우, 제1 스캔기(221_1)에서 획득된 일부 슬라이스는 날숨이 아닐 때 획득된 것일 수 있다. 이에 프로토콜 제어부(23)는 호흡 변화가 감지되기 이전의 일부 슬라이스(S5)가 재획득되도록 제2 스캔기(221_2)를 설정할 수 있다.
이와 같이 대상체(ob)의 호흡 주기의 감소 이전에 획득된 영상 데이터를 재획득함으로써, 대상체(ob)의 급격한 호흡 변화로 인한 자기 공명 영상의 품질 저하를 방지할 수 있다.
이하 상술한 자기 공명 영상 장치(1)가 포함된 자기 공명 영상 시스템에 대해 설명한다.
도 15는 일 실시예에 따른 자기 공명 영상 시스템의 외관을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 15을 참조하면, 자기 공명 영상 시스템(100)는 사용자가 자기 공명 영상 시스템(100)를 제어하기 위한 조작 콘솔(101) 및 자기장을 형성하고 원자핵에 대한 공명 현상을 발생시키는 몸체(105)를 포함할 수 있다. 이때, "사용자"는 의료 전문가로서 의사, 간호사, 임상 병리사, 의료 영상 전문가 등이 될 수 있으며, 의료 장치를 수리하는 기술자가 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
조작 콘솔(101)과 몸체(105)는 서로 상이한 공간에 마련될 수 있다. 구체적으로, 조작 콘솔(101)은 오퍼레이팅 룸에 마련되고, 몸체(105)는 스캔 룸에 마련될 수 있다.
조작 콘솔(101)은 사용자로부터 제어 명령을 입력 받기 위한 조작부(102) 및 사용자에게 정보를 제공하기 위한 디스플레이부(103)를 포함할 수 있다.
조작부(102)는 사용자로부터 제어 명령을 입력 받고, 입력된 제어 명령에 대응하는 전기적 신호를 출력한다. 사용자는 조작부(102)를 이용하여 대상체(ob) 정보, 파라미터 정보, 스캔 조건, 펄스 시퀀스. 화상 합성이나 차분의 연상에 관한 정보를 입력 또는 선택할 수 있다. 또한, 사용자는 조작부(102)를 이용하여 자기 공명 영상이 획득될 케이 공간을 설정하거나, 프로토콜을 설정할 수 있다.
또한, 조작부(102)는 키보드, 푸시 버튼(push button), 또는 멤브레인 버튼(membrane button)등과 같은 버튼 입력 수단, 터치 패드(touch pad) 등과 같은 터치 입력 수단으로 구현될 수 있으나, 이에 한정되는 것이 아니다. 예를 들어, 조작부(102)는 트랙볼, 음성 인식 장치, 또는 제스처 인식 장치 등으로 구현될 수 있으며, 기타 당업자에게 자명한 범위 내에서 다양한 입력 장치들로 구현될 수 있다.
디스플레이부(103)는 자기 공명 영상을 출력하거나, 사용자가 자기 공명 영상 시스템(100)를 제어하기 위해 필요한 다양한 정보를 출력할 수 있다. 또한, 디스플레이부(103)는 복수 개의 디스플레이(103a, 103b)를 포함할 수 있으며, 복수 개의 디스플레이(103a, 103b) 각각은 서로 다른 자기 공명 영상을 출력할 수 있으며, 하나의 디스플레이(103a)는 자기 공명 영상을 표시하고, 다른 하나의 디스플레이(103b)는 자기 공명 영상 시스템(100)를 제어하기 위해 필요한 다양한 정보를 출력할 수 있다.
몸체(105)는 내부 공간이 비어 있는 원통형의 켄트리(gantry)일 수 있다. 이때, 원통형의 내부 공간은 보어(106)(bore) 또는 캐비티(cavity)라고 한다. 이때, 몸체(105) 에는 자기장을 형성하고 원자핵에 대한 공명 현상을 발생시키는 자석 어셈블리(150)가 마련될 수 있다. 이하, 자기 공명 영상 시스템(100)의 구성에 대해서 구체적으로 설명한다.
도 16는 일 실시예에 다른 자기 공명 영상 시스템을 설명하기 위한 제어 블록도이고, 도 17은 자석 어셈블리를 설명하기 위한 몸체의 절단도이고, 도 18은 자석 어셈블리의 구조와 경사 코일부의 구조를 나타낸 도면이다.
도 16 및 도 18을 참조하면, 자기 공명 영상 시스템(100)는 자기장을 형성하고 원자핵에 대한 공명 현상을 발생시키는 자석 어셈블리(150), 원자핵으로부터 발생되는 에코신호 즉, 자기 공명 데이터를 수신하는 데이터 수신부(160), 장치의 상태를 모니터링하는 모니터링부(110) 및 자기 공명 영상 시스템(100)를 전반적으로 제어하는 메인 제어부(120)를 포함할 수 있다.
모니터링부(110)는 정자기장의 상태, 경사자장의 상태, RF 신호의 상태, RF 코일의 상태, 테이블의 상태, 대상체(ob)의 신체 정보를 측정하는 기기의 상태, 전원 공급 상태, 열 교환기의 상태, 컴프레셔의 상태 등을 모니터링할 수 있다.
자석 어셈블리(150)는 몸체(105)에 마련될 수 있다. 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 코일부(153, 154)를 포함할 수 있다.
정자장 코일부(151)는 보어(106)의 둘레를 코일이 감고 있는 형태로 할 수 있고 정자장 코일부(151)에 전류가 인가되면 자석 어셈블리(150) 내부 즉, 보어(106)에 정자장이 형성된다. 정자장의 방향은 일반적으로 자석 어셈블리(150)의 동축과 평행하다.
경사 코일부(152)는 보어(106)에 형성된 정자장에 경사(gradient)를 발생시켜 경사자장(gradient magnetic field)를 형성한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 대상체(ob)의 머리부터 발까지의 상하방향과 평행하는 축, 즉 정자장의 방향과 평행하는 축을 z축으로, 대상체(ob)의 좌우방향과 평행하는 축을 x축으로, 공간에서의 상하방향과 평행하는 축을 y축으로 결정할 수 있다.
3차원의 공간적인 정보를 얻기 위해서는 x, y, z 축 모두에 대한 경사자장이 요구된다. 이에 경사 코일부(152)는 세 쌍의 경사코일을 포함한다.
도 18에 도시된 것처럼 z축 경사코일(152z)은 일반적으로 한 쌍의 링 타입의 코일로 구성되고, y축 경사코일(152y)은 대상체(ob)의 위아래에 위치한다. x축 경사코일(152x)은 대상체(ob)의 좌우측에 위치한다.
RF 코일부(153, 154)는 RF 펄스를 송신하는 RF 송신 코일(153) 및 여기된 원자핵이 방출하는 전자파 즉, 자기 공명 신호를 수신하는 RF 수신 코일(154)을 포함한다.
한편, 하나의 RF 코일이 RF 송신 코일(153)과 RF 수신 코일(154)로의 기능을 모두 수행할 수 있다. 이와 같이 RF 송신 코일(153)과 RF 수신 코일(154)이 하나의 RF 코일로 마련된 경우, RF 코일은 RF수신 코일의 동작과 RF송신 코일로 동작을 번갈아 가면서 수행할 수도 있다.
RF 송신 코일(153)은 RF 펄스를 송신하여 원자핵을 여기시키고, RF 수신 코일(154)은 자석 어셈블리(150)와 별도로 여기된 원자핵으로부터 방출하는 전자파 즉, 자기 공명 신호를 수신할 수 있다.
자석 어셈블리(150)의 내부 공간에 대상체(ob)가 위치하면, 상술한 정자장 코일부(151), 경사 코일부(152) 및 RF송신 코일(153)에 의하여 대상체(ob)에 정자장, 경사자장 및 RF 펄스가 송신되어 대상체(ob)를 구성하는 원자핵이 여기되고, 그로부터 자기 공명 신호가 발생되어 RF 수신 코일(154)에 수신된다. 이와 같은 자기 공명 신호의 획득 원리는 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 자명한 것으로 구체적인 설명을 생략한다.
데이터 수신부(160)는 RF 수신 코일(154)로부터 자기 공명 신호를 수신하고, 이를 메인 제어부(120)로 전달한다. 이때, 데이터 수신부(160)는 도 1의 데이터 수집부(10)에 해당될 수 있다.
데이터 수신부(160)는 수신한 자기 공명 데이터를 전처리할 수 있다. 구체적으로, 데이터 수신부(10)는 RF 수신 코일(154)이 수신한 자기 공명 데이터를 증폭하는 전치 증폭기(preamplier), 전치 증폭기로부터의 자기 공명 신호를 전송 받아 위상 검출하는 위상 검출기, 위상 검출에 의해 획득된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터 등을 포함할 수 있다.
한편, 데이터 수신부(160)는 RF 수신 코일(154)로부터 수신한 자기 공명 데이터 또는 소정의 처리가 가해진 자기 공명 데이터를 저장할 수도 있다.
메인 제어부(120)는 모니터링부(110)로부터 수신한 정보에 기초하여 자기 공명 영상 시스템(100)를 전반적으로 제어한다. 구체적으로, 메인 제어부(120)는 정자장 코일부(151)가 형성하는 정자장의 세기 및 방향을 제어하는 정자장 제어부(122), 펄스 시퀀스를 설계하여 그에 따라 경사 코일부(152) 및 RF 송신 코일(153)를 제어하는 펄스 시퀀스 제어부(123)를 포함할 수 있다.
이때, 메인 제어부(120)는 도 1의 메인 제어부(120)에 대응될 수 있다. 즉, 메인 제어부(120)는 대상체(ob)의 호흡에 따라 프로토콜을 생성할 수 있으며, 정자장 제어부(122)와 펄스 시퀀스 제어부(123)는 프로토콜에 따라 각 장치를 제어할 수 있다.
도 19는 일 실시예에 따른 자기 공명 영상 시스템의 자기 공명 영상 획득 방법을 도시한 순서도이다.
도 19를 참조하면, 자기 공명 영상 시스템(100)은 대상체(ob)의 호흡을 학습한다(510). 메인 제어부(120)는 대상체(ob)의 호흡을 추적하고, 추적된 대상체(ob)의 호흡에 기초하여 대상체(ob)의 호흡을 학습할 수 있다. 대상체(ob)의 호흡을 추적하기 위해, 메인 제어부(120)는 대상체(ob)의 횡격막에 대응되는 영역에 대한 네비게이터 데이터가 획득되도록 각 구성을 제어하고, 이를 통해 획득된 네비게이터 데이터를 이용하여 네비게이터 영상을 생성하고, 네비게이터 영상을 통해 획득한 횡격막의 움직임을 이용하여 대상체(ob)의 호흡을 추적할 수 있다.
메인 제어부(120)는 추적된 대상체(ob)의 호흡에 기초하여 대상체(ob)의 호흡 주기, 대상체(ob)의 날숨 및 들숨 타이밍, 대상체(ob)의 들숨 길이를 판단할 수 있다. 이와 같은 학습은 상술한 학습 프로토콜(210)에 따라 수행될 수 있다.
자기 공명 영상 시스템(100)은 학습 결과에 따라 프로토콜(200)을 결정한다(520). 메인 제어부(120)는 학습 결과에 따라 영상 획득 프로토콜(220)을 설정할 수 있다.
구체적으로, 날숨일 때 대상체(ob)에 대한 영상 데이터가 획득되도록 영상 획득 프로토콜(220)을 설정할 수 있다. 또한, 대상체(ob)의 영상 데이터가 획득되지 않을 때에는 대상체(ob)의 호흡이 추적되도록 영상 획득 프로토콜(220)을 설정할 수 있다. 즉, 메인 제어부(120)는 학습 결과에 기초하여 스캔기(221), 네비게이터기(222), 및 휴지기(223)가 반복되도록 영상 획득 프로토콜(220)을 설정할 수 있다.
자기 공명 영상 시스템(100)은 프로토콜(200)에 따라 자기 공명 영상을 획득한다(530). 구체적으로, 메인 제어부(120)의 정자장 제어부(122)와 펄스시퀀스제어부(123)는 영상 획득 프로토콜(220)에 따라 MR 데이터가 획득되도록 제어 신호를 출력하고, 메인 제어부(120)는 이를 통해 획득된 영상 데이터를 이용하여 대상체(ob)에 대한 자기 공명 영상을 생성한다.
이와 같이. 대상체(ob)의 호흡을 먼저 학습하고, 학습된 대상체(ob)의 호흡 주기에 따라 영상 획득 프로토콜(220)을 설정함으로써, 최적의 영상 데이터 획득 타이밍을 산출할 있으며, 영상 데이터 획득 시간을 최소화할 수 있다.
한편, 메인 제어부(120)는 자기 공명 영상 획득 시에 대상체(ob)의 호흡 변화를 판단하고, 대상체(ob)의 호흡이 변화되면 이에 따라 영상 획득 프로토콜(220)을 재설정할 수 있다. 이와 같이 대상체(ob)의 호흡에 따라 영상 획득 프로토콜(220)을 동적으로 변경함으로써 자기 공명 영상의 품질 저하를 방지하고, 자기 공명 영상의 획득 시간을 최소화할 수 있다. 이하 도 20을 참조하여 이에 대해 구체적으로 설명한다.
도 20은 도 19의 자기 공명 영상 획득 단계를 구체적으로 설명하기 위한 순서도이다.
도 20을 참조하면, 자기 공명 영상 시스템(100)은 프로토콜(200)에 따라 영상 데이터를 획득한다(521). 구체적으로, 메인 제어부(120)는 프로토콜(200)에 따라 들숨일 때에는 대상체(ob)의 영상 데이터를 획득한다. 영상 데이터의 획득은 슬라이스 단위로 이루어지며 케이 공간이 모두 채워질 때까지 영상 데이터가 획득된다.
자기 공명 영상 시스템(100)은 호흡 주기 변경 여부를 판단한다(522). 메인 제어부(120)는 영상 데이터와 교차로 획득되는 네비게이터 데이터에 기초하여 네비게이터 영상을 생성하고 이를 이용하여 대상체(ob)의 호흡을 추적하여 대상체(ob)의 호흡 주기의 변경 또는 호흡 기울기의 변경을 판단할 수 있다. 이하에서는 호흡 주기의 변경에 따라 프로토콜(200)을 재설정하는 방법에 대해 설명하나, 전술한 바와 같이, 호흡 기울기 등과 같이 대상체(ob)의 호흡으로부터 도출할 수 있는 다양한 정보를 통해 프로토콜(200)의 재설정이 가능하다.
예를 들어, 대상체(ob)의 호흡 주기가 변경되면(522의 예), 자기 공명 영상 시스템(100)은 변경된 호흡 주기에 따라 프로토콜(200)을 재설정한다(523). 한편, 전술한 바와 같이 호흡 기울기가 변경되어도, 자기 공명 영상 시스템(100)은 변경된 호흡 기울기에 따라 프로토콜(200)을 재설정할 수 있으며, 호흡 주기의 변경으로만 프로토콜(200)의 재설정이 가능한 것은 아니다.
호흡 주기가 변경되면 학습으로 획득된 호흡 정보에 따라 설정된 영상 획득 프로토콜(220)로는 효율적으로 대상체(ob)의 영상 데이터를 획득할 수 없다. 그러므로, 메인 제어부(120)는 변경된 호흡 주기에 기초하여 영상 획득 프로토콜(220)을 재설정한다.
구체적으로, 메인 제어부(120)는 변경된 호흡 주기에 따라 대상체(ob)에 대한 영상 데이터 획득 시간의 길이를 변경할 수 있다. 즉, 메인 제어부(120)는 변경된 호흡 주기에 따라 스캔기(221)의 길이를 변경한다. 메인 제어부(120)는 호흡 주기가 짧아지면 영상 데이터의 획득 시간을 감소시키고, 호흡 주기가 길어지면 영상 데이터의 획득 시간이 늘어나도록 영상 획득 프로토콜(220)을 변경할 수 있다.
또한, 메인 제어부(120)는 변경된 호흡 주기에 따라 한 주기의 호흡 동안 획득되는 슬라이스 개수를 변경할 수 있다. 구체적으로, 메인 제어부(120)는 호흡 주기가 짧아지면 한 주기의 호흡 동안 획득되는 슬라이스 개수를 줄여, 영상 데이터의 획득 시간을 감소시킬 수 있다. 반대로, 메인 제어부(120)는 호흡 주기가 길어지면 한 주기의 호흡 동안 획득되는 슬라이스 개수를 증가시켜, 영상 데이터의 획득 시간을 증가시킬 수 있다.
또한, 메인 제어부(120)는 변경된 호흡 주기에 따라 각 슬라이스 수집창의 크기를 변경할 수 있다. 구체적으로, 메인 제어부(120)는 호흡 주기가 짧아지면 슬라이스 수집창의 크기를 줄여 영상 데이터의 획득 시간을 감소시킬 수 있다. 반대로, 메인 제어부(120)는 호흡 주기가 길어지면 슬라이스 수집창의 크기를 증가시켜 영상 데이터 획득 시간을 증가시킬 수 있다.
그리고, 자기 공명 영상 시스템(100)은 데이터 획득이 종료(524의 예)될 때까지 프로토콜(200)에 따라 영상 데이터를 획득한다(521).
데이터 획득이 종료(524의 예)되면, 자기 공명 영상 시스템(100)은 획득된 영상 데이터에 기초하여 자기 공명 영상을 생성한다(525).
이와 같이 대상체(ob)의 호흡 주기에 변경에 따라 동적으로 프로토콜(200)을 재설정함으로써, 자기 공명 영상의 품질을 향상시킬 수 있으며 자기 공명 영상의 획득 시간을 최소화할 수 있다.
1: 자기 공명 영상 장치
10: 데이터 수집부
20: 제어부
21: 호흡 정보 획득부
22: 데이터 획득부
23: 프로토콜 제어부
25: 영상 처리부
100: 자기 공명 영상 시스템

Claims (22)

  1. 프로토콜에 따라 대상체에 대한 영상 데이터를 획득하는 데이터 획득부;
    상기 대상체의 호흡을 검출하는 호흡 정보 획득부; 및
    상기 대상체의 호흡 주기가 변경되면, 변경된 호흡 주기에 따라 상기 프로토콜을 재설정하는 프로토콜 제어부;를 포함하고,
    상기 프로토콜은, 상기 대상체의 호흡을 학습하여 초기 프로토콜을 결정하는 학습 프로토콜을 포함하고,
    상기 프로토콜 제어부는,
    상기 변경된 호흡 주기에 기초하여 슬라이스 수집창의 크기를 변경하는 자기 공명 영상 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프로토콜 제어부는,
    상기 변경된 호흡 주기에 기초하여 상기 영상 데이터 획득 시간을 재설정하는 자기 공명 영상 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 프로토콜 제어부는,
    상기 변경된 호흡 주기에 기초하여 한 주기의 호흡 동안 획득되는 슬라이스(Slice) 개수를 변경하는 자기 공명 영상 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 슬라이스 개수는 상기 호흡 주기가 길어지면 증가하고, 상기 호흡 주기가 짧아지면 감소하는 자기 공명 영상 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 프로토콜 제어부는,
    상기 슬라이스 개수가 감소하여 획득하지 못한 슬라이스가 재획득되도록 상기 프로토콜을 변경하는 자기 공명 영상 장치.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 슬라이스 수집창의 크기는 상기 호흡 주기가 길어지면 증가하고, 상기 호흡 주기가 짧아지면 감소하는 자기 공명 영상 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 프로토콜 제어부는,
    상기 대상체의 호흡을 검출하는 것과 상기 영상 데이터를 획득하는 것이 교차로 수행되도록 프로토콜을 설정하는 자기 공명 영상 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 프로토콜 제어부는,
    상기 변경된 호흡 주기의 날숨일 때 상기 영상 데이터가 획득되도록 상기 프로토콜을 변경하는 자기 공명 영상 장치.
  10. 프로토콜에 따라 대상체에 대한 영상 데이터를 획득하는 데이터 획득부;
    상기 대상체의 호흡을 검출하는 호흡 정보 획득부; 및
    상기 대상체의 호흡 기울기가 변경되면, 변경된 호흡 기울기에 따라 상기 프로토콜을 재설정하는 프로토콜 제어부;를 포함하고,
    상기 프로토콜은, 상기 대상체의 호흡을 학습하여 초기 프로토콜을 결정하는 학습 프로토콜을 포함하고,
    상기 프로토콜 제어부는,
    상기 변경된 호흡 기울기에 기초하여 슬라이스 수집창의 크기를 변경하는 자기 공명 영상 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 프로토콜 제어부는,
    상기 변경된 호흡 기울기에 기초하여 상기 영상 데이터 획득 시간을 재설정하는 자기 공명 영상 장치.
  12. 프로토콜에 따라 대상체에 대한 영상 데이터를 획득하는 단계;
    상기 대상체의 호흡을 검출하는 단계; 및
    상기 대상체의 호흡 주기가 변경되면, 변경된 호흡 주기에 따라 상기 프로토콜을 재설정하는 단계;를 포함하고,
    상기 프로토콜을 재설정하는 단계는, 상기 대상체의 호흡을 학습하여 획득한 호흡 주기에 따라 초기 프로토콜을 결정하는 단계;를 포함하고,
    상기 프로토콜을 재설정하는 단계는,
    상기 변경된 호흡 주기에 기초하여 슬라이스 수집창의 크기를 재설정하는 단계;를 포함하는 자기 공명 영상 획득 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 프로토콜을 재설정하는 단계는,
    상기 변경된 호흡 주기에 기초하여 상기 영상 데이터 획득 시간을 재설정하는 단계;를 포함하는 자기 공명 영상 획득 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 프로토콜을 재설정하는 단계는,
    상기 변경된 호흡 주기에 기초하여 한 주기의 호흡 동안 획득되는 슬라이스 개수를 변경하는 단계;를 포함하는 자기 공명 영상 획득 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 슬라이스 개수는 상기 호흡 주기가 길어지면 증가하고, 상기 호흡 주기가 짧아지면 감소하는 자기 공명 영상 획득 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 슬라이스 개수가 감소하여 획득하지 못한 슬라이스를 획득하는 단계;를 더 포함하는 자기 공명 영상 획득 방법.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 프로토콜을 재설정하는 단계는,
    상기 변경된 호흡 주기에 기초하여 슬라이스 수집창의 크기를 재설정하는 단계;를 포함하는 자기 공명 영상 획득 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 슬라이스 수집창의 크기는 상기 호흡 주기가 길어지면 증가하고, 상기 호흡 주기가 짧아지면 감소하는 자기 공명 영상 획득 방법.
  19. 제12항에 있어서,
    상기 대상체의 호흡을 검출하는 단계와 상기 대상체 데이터를 획득하는 단계는 프로토콜에 따라 교차로 수행되는 자기 공명 영상 획득 방법.
  20. 제12항에 있어서,
    상기 대상체의 호흡을 검출하는 단계는,
    상기 대상체의 횡경막의 위치 변화에 따라 상기 대상체의 호흡을 검출하는 단계;를 포함하는 자기 공명 영상 획득 방법.
  21. 프로토콜에 따라 대상체에 대한 영상 데이터를 획득하는 단계;
    상기 대상체의 호흡을 검출하는 단계; 및
    상기 대상체의 호흡 기울기가 변경되면, 변경된 호흡 기울기에 따라 상기 프로토콜을 재설정하는 단계;를 포함하고,
    상기 프로토콜을 재설정하는 단계는, 상기 대상체의 호흡을 학습하여 획득한 호흡 주기에 따라 초기 프로토콜을 결정하는 단계;를 포함하고,
    상기 프로토콜을 재설정하는 단계는,
    상기 변경된 호흡 기울기에 기초하여 슬라이스 수집창의 크기를 재설정하는 단계;를 포함하는 자기 공명 영상 획득 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 프로토콜을 재설정하는 단계는,
    상기 변경된 호흡 기울기에 기초하여 상기 영상 데이터 획득 시간을 재설정하는 자기 공명 영상 획득 방법.
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