KR101769791B1

KR101769791B1 - 자기공명분광영상 또는 자기공명분광기의 주주파수 이동에 따른 신호 왜곡 보상 장치 및 보상 방법

Info

Publication number: KR101769791B1
Application number: KR1020160143335A
Authority: KR
Inventors: 정준영; 송정현; 최상한
Original assignee: 가천대학교 산학협력단; (의료)길의료재단
Priority date: 2016-10-31
Filing date: 2016-10-31
Publication date: 2017-08-21
Also published as: WO2018080292A1

Abstract

본 발명은 자기공명분광영상 또는 자기공명분광기의 신호 왜곡 보상 장치 및 보상 방법을 제시하고 있다. 본 발명에 따른 자기공명분광신호 왜곡 보상 방법은 자기공명분광신호 왜곡 보상 방법에 있어서, 물신호억제RF신호 획득 직후 추가 기준신호를 얻는 제1기준신호 측정단계와, 첫 번째 여기RF신호 획득 직후 추가 기준신호를 얻는 제2기준신호 측정단계와, 상기 물신호억제RF신호 직후 기준신호 및 상기 첫 번째 여기RF신호 직후 기준신호를 이용하여 최종 데이터 신호의 왜곡을 보상하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따르면 MRS 또는 MRSI 데이터 획득시 기준 물신호에 대한 추가적인 획득시간 없이 최종 신호 왜곡 현상을 보상할 수 있다.

Description

자기공명분광영상 또는 자기공명분광기의 주주파수 이동에 따른 신호 왜곡 보상 장치 및 보상 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CALIBRATING MAGNETIC RESONANCE SPECTROSCOPIC IMAGING SIGNAL DISTORTION OR MAGNETIC RESONANCE SPECTROSCOPY SIGNAL DISTORTION BY FREQUENCY DRIFT}

본 발명은 자기공명분광영상 또는 자기공명분광기의 측정 중 발생되는 주주파수 이동에 따른 신호 왜곡 보상 장치 및 보상 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자기공명분광영상 또는 자기공명분광기의 최종 신호 및 데이터 획득시 발생하는 주주파수 이동에 따른 왜곡현상을 보상하기 위한 기술에 관한 것이다.

핵자기 공명(Nuclear Magnetic Resonance: NMR) 현상을 이용하는 자기공명 시스템으로서 자기공명영상(Magnetic Resonance Imaging: MRI) 장치, 자기공명분광기(Magnetic Resonance Spectroscopy: MRS) 등이 알려져 있다. 자기공명영상장치는 핵자기 공명 현상을 이용하여 인체의 단면을 촬영한다. 인체 내에 존재하는 수소, 인, 나트륨, 탄소동위원소 등의 원자핵은 핵자기 공명현상에 의해 각기 고유한 회전자계상수를 가지므로, 주자기장(main magnetic field)의 방향으로 정렬된 원자핵의 자화벡터(magnetization vector)에 라디오주파수(RF,radio frequency) 코일을 이용하여 고주파를 인가하고, 주파수 공명으로 인해 수직평면으로 자화벡터가 재정렬되면서 발생되는 자기공명 신호를 라디오 주파수 코일이 수신함으로써 인체의 단면 영상을 획득할 수 있다.

자기공명분광영상(MRSI, Magnetic Resonance Spectroscopic Imaging, MRSI) 혹은 자기공명분광기(MRS, Magnetic Resonance Spectroscopy, MRS)의 신호를 왜곡시키는 여러 가지 요인 중 하나는 신호 획득 중에 발생될 수 있는 주자장의 세기 변화이 이는 획득 중(between acquisition 또는 within acquisition)인 신호의 주파수 및 위상 특성을 변화시킨다. 주파수 및 위상특성의 변화는 획득된 최종 주파수신호의 신호 폭을 증가시켜서 신호의 주파수 해상도를 떨어뜨리고, 최종 주파수신호의 형태 또한 왜곡시켜서 대사물질 정량분석의 정확도를 저하시킨다.

주주파수 이동에 따른 신호왜곡을 보상하기 위해서는 물신호 억제가 되지 않은 기준 MRS(I)데이터가 필요하며, 기준 물신호 MRS(I)신호를 얻기 위한 기존의 방법은 물신호가 억제된 MRS(I)신호를 얻은 직후 매번 흐트림 경사자장 후에 물신호가 억제되지 않은 MRS(I)를 추가로 얻는 방식을 취하였다. 그러나 상기의 방법으로는 적절한 신호보정은 가능하다 할지라도 추가적인 SAR 및 신호 획득 시간이 증가되는 문제점이 발생하였다.

한국공개특허공보 제10-2014-0100600호(자기공명영상장치 및 그 제어방법)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, MRS 또는 MRSI 데이터 획득시 기준 물신호에 대한 추가적인 획득시간 없이 신호 왜곡을 보상할 수 있는 자기공명분광영상 또는 자기공명분광기의 신호 왜곡 보상 장치 및 보상 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 자기공명분광영상 또는 자기공명분광기의 신호 왜곡 보상 장치는 자기공명분광신호 왜곡 보상 장치에 있어서, 기 지정된 대상에 물신호 억제 RF 신호 인가 직후 추가 기준신호를 얻는 제1기준신호 측정부와, 첫 번째 여기 RF신호 인가 직후 추가 기준신호를 얻는 제2기준신호 측정부와, 상기 물신호 억제 RF 신호 인가 직후 기준신호 및 상기 첫 번째 여기 RF 신호 인가 직후 기준신호를 이용하여 최종 MRS 또는 MRSI의 데이터 신호의 왜곡을 보상하는 신호 왜곡 보상부를 포함한다.

바람직하게는, 상기 제1기준신호 측정부 및 제2기준신호 측정부가 추가 기준신호를 획득하는 과정은 상기 최종 데이터 신호를 획득하는 과정에서 함께 수행될 수 있다.

또 다른 본 발명의 일 측면에 따른 자기공명분광영상 또는 자기공명분광기의 신호 왜곡 보상 방법은 자기공명분광신호 왜곡 보상 방법에 있어서, 제1기준신호 측정부가 기 지정된 대상에 물신호 억제 RF신호 인가 직후 추가 기준신호를 얻는 제1기준신호 측정단계와, 제2기준신호 측정부가 첫 번째 여기 RF 신호 인가 직후 추가 기준신호를 얻는 제2기준신호 측정단계와, 신호 왜곡 보상부가 상기 물신호 억제 RF 신호 인가 직후 기준신호 및 상기 첫 번째 여기 RF 신호 인가 직후 기준신호를 이용하여 최종 MRS 또는 MRSI의 데이터 신호의 왜곡을 보상하는 단계를 포함한다.

바람직하게는, 상기 제1기준신호 측정단계 및 제2기준신호 측정단계는 상기 최종 데이터 신호를 얻는 과정에서 함께 수행될 수 있다.

본 발명에 따르면, MRS 또는 MRSI 데이터 획득시 기준 물신호에 대한 추가적인 획득시간 없이 최종 신호 왜곡 현상을 보상할 수 있다.

또한 본 발명에 따르면, 기존의 방식과는 달리 기준 물신호 2회를 얻음으로써 신호 왜곡 보상 정확도를 향상시킬 수 있다.

또한 본 발명에 따르면, 신호를 획득하는 사이 (ie. Within acquisition) 에서의 주자장 이동으로 인한 신호 왜곡도 보상할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기공명분광영상 또는 자기공명분광기의 신호 왜곡 보상 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기공명분광영상 또는 자기공명분광기의 신호 왜곡 보상을 위한 흐름도이다.
도 3은 도2에서 사용된 용어인 between acquisition 및 within acquisition을 부연 설명하는 도면이다.
도 4a 및 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기공명분광영상 또는 자기공명분광기의 신호 왜곡 보상 흐름을 나타낸 펄스 시퀀스 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기공명분광영상 또는 자기공명분광기의 신호 왜곡 보상 방법의 흐름도이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 도면에 기재된 내용을 참조하여야 한다. 또한 본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 마찬가지로 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다(이하에서 서술하는 물 신호 억제 RF 또는 여기 RF 등에 대한 설명 역시 생략함). 이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기공명분광영상 또는 자기공명분광기의 신호 왜곡 보상 장치의 구성도로서 이를 참조하여 설명한다.

본 발명의 일 측면에 따른 자기공명분광영상 또는 자기공명분광기의 신호 왜곡 보상 장치(1)는 제1기준신호 측정부(10), 제2기준신호 측정부(20), 신호 왜곡 보상부(30)를 포함한다.

제1기준신호 측정부(10)는 특정 물체 또는 대상에 물신호 억제 RF 신호 인가 직후 추가 기준신호를 획득하는 역할을 수행한다. 제2기준신호 측정부(20)는 첫 번째 여기 RF 신호 인가 직후 추가 기준신호를 얻는 역할을 수행한다. 신호왜곡 보상부(30)는 상기 물신호 억제 RF 신호 인가 직후 기준신호 및 상기 첫 번째 여기 RF 신호 인가 직후 기준신호를 이용하여 최종 MRS 또는 MRSI의 데이터 신호의 왜곡을 보상하는 역할을 수행한다(상기 보상하는 역할에 대응하는 보상방법은 이하에서 서술한다). 이 때 제1기준신호 측정부(10) 및 제2기준신호 측정부(20)가 추가 기준신호를 획득하는 과정은 상기 최종 데이터 신호를 획득하는 과정에서 함께 수행될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기공명분광영상 또는 자기공명분광기의 신호 왜곡 보상을 위한 전체 흐름도로서 이를 참조하여 설명한다.

첫 번째 ADC가 제1기준신호 측정부(10)가 획득하는 물신호 억제 RF 신호 직후 추가 기준신호에 해당하고 두 번째 ADC가 제2기준신호 측정부(20)가 획득하는 첫 번째 여기(excitation) RF 신호 직후 추가 기준신호에 해당하며 세 번째 ADC는 최종 데이터 신호로서 즉 자기공명분광영상(MRS) 또는 자기공명분광기(MRSI)의 최종 데이터 신호이다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 따르면 첫 번째, 두 번째 및 세 번째 ADC 신호를 통해 신호획득중의 주주파수 및 위상변화 정도에 대한 정보를 획득하고, 최종 데이터 신호인 MRS 또는 MRSI신호에 획득중의 주주파수 변화로 인한 획득신호의 왜곡에 대한 보상을 수행한 후, 주주파수 이동에 의한 신호왜곡이 보상된 최종 MRS 또는 MRSI 신호를 획득하게 할 수 있다.

도 3은 도 2에서 사용된 용어인 between acquisition 및 within acquisition 의 의미를 부연 설명하는 도면이며, 도 4a 및 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기공명분광영상 또는 자기공명분광기의 신호 왜곡 보상 흐름을 나타낸 펄스 시퀀스 구성도로서 이를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 자기공명분광영상 또는 자기공명 분광기의 신호 왜곡 보상 장치(1)를 상세히 설명한다.

일반적으로 자기공명분광영상을 얻기 위해서는 신호를 얻고자 하는 공간을 지정해 주어야 한다. 신호를 얻고자 하는 공간은 RF (90도 및, 90도 또는 180도)및 그와 동시에 적용되는 경사자장 (Slice Selection, Phase Encoding, Read Out)으로 결정되며 따라서 RF 및 경사자장은 3차례 가해지는 것이 일반적이다. 신호를 얻고자 하는 공간 안의 세부공간별로 신호를 얻기 위해서 추가적인 encoding 경사자장을 번갈아 가면서 T3를 주기로 연속적으로 가해진다. 최종적인 신호는 정해진 시간에 경사자장 없는 상황에서 작동하는 ADC (analog digital converter) 를 통해서 얻어지는데, 전술한 내용과 함께 첫 번째 RF신호를 가하기 전에 추가적으로 기 지정된 대상에 물신호를 억제하기 위한 RF를 가한다.

이에 대하여 본 발명에서 제안하는 왜곡 보상 방법은 within acquisition 보상방법과 between acquisition 보상방법을 모두 진행하는데 이는 신호 왜곡 보상부(30)에서 수행될 수 있다. 도 4a 및 4b를 참조하여 이를 설명하면 먼저 a-1)Within acquisition 보상방법은 ADC1 신호 및 ADC2신호의 phase기울기로부터 주주파수 측정및 주주파수 변화량을 계산하고, a-2) a-1)결과를 T1으로 나눠서 단위시간당 phase기울기 또는 주주파수 변화량 계산한다. 이후 a-3) a-2)를 최종 데이터 신호에 반영하여 최종 데이터 신호의 phase기울기의 변화를 제거하는 방법이다. Between acquisition 보상방법은 b-1) a-2)의 단위시간당 주주파수 변화량과 T2로 부터, 최종 데이터 신호의 주주파수 추정하고, b-2) b-1)로부터 얻은 정보를 a-3)을 통해 얻은 데이터에 반영하여 주주파수로 인한 phase 기울기 변화를 제거하여 0Hz로 만드는 방법이다. b-3) 모든 데이터의 기준 주주파수가 0Hz로 통일되면서 주주파수 이동으로 인한 왜곡에 대한 Between acquisition보상이 된다.

본 발명의 일 실시예에 딴 자기공명분광영상 또는 자기공명분광기의 신호 왜곡 보상 장치 또는 방법은 between acquisition보정과 함께, within acquisition보정 절차도 포함되어 있어 신호 보정 성능이 향상될 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기공명분광영상 또는 자기공명분광기의 신호 왜곡 보상 방법의 흐름도로서 이를 참조하여 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 자기공명분광영상 또는 자기공명분광기의 신호 왜곡 보상 방법은 제1기준신호 측정 단계(s1), 제2기준신호 측정 단계(s2), 제1기준신호 및 제2기준신호 이용 신호 왜곡 보상 단계(s3)을 포함한다. 제1기준신호 측정 단계(s1)는 제1기준신호 측정부(10)가 특정 물체 또는 대상에 물신호 억제 RF신호 인가 직후 추가 기준신호를 획득하는 과정이고, 제2기준신호 측정 단계(s2)는 제2기준신호 측정부(20)가 첫 번째 여기 RF 신호 인가 직후 추가 기준신호를 획득하는 과정이며, 제1기준신호 및 제2기준신호 이용 신호 왜곡 보상 단계(s3)는 신호 왜곡 보상부(30)가 상기 물신호 억제 RF 신호 인가 직후 기준신호 및 상기 첫 번째 여기 RF 신호 인가 직후 기준신호를 이용하여 최종 데이터 신호의 왜곡을 보상하는 과정을 말한다. 이 상기 제1기준신호 측정단계 및 제2기준신호 측정단계는 상기 최종 데이터 신호를 얻는 과정에서 함꼐 수행될 수 있다.

지금까지 본 발명을 바람직한 실시예를 참조하여 상세히 설명하였다. 그러나 본 발명이 상기한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 또는 수정이 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 미친다 할 것이다.

Claims

자기공명분광신호 왜곡 보상 장치에 있어서,
기 지정된 대상에 물신호 억제 RF 신호 인가 직후 추가 기준신호를 얻는 제1기준신호 측정부;
첫 번째 여기 RF 신호 인가 직후 추가 기준신호를 얻는 제2기준신호 측정부;
상기 물신호 억제 RF 신호 인가 직후 기준신호 및 상기 첫 번째 여기 RF 신호 인가 직후 기준신호를 이용하여 최종 MRS 또는 MRSI의 데이터 신호의 왜곡을 보상하는 신호 왜곡 보상부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기공명분광영상 또는 자기공명분광기의 신호 왜곡 보상 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1기준신호 측정부 및 제2기준신호 측정부가 추가 기준신호를 획득하는 과정은 상기 최종 데이터 신호를 획득하는 과정에서 함께 수행되는 것을 특징으로 하는 자기공명분광영상 또는 자기공명분광기의 신호 왜곡 보상 장치.
자기공명분광신호 왜곡 보상 방법에 있어서,
1기준신호 측정부가 제기 지정된 대상에 물신호 억제 RF 신호 인가 직후 추가 기준신호를 얻는 제1기준신호 측정단계;
제2기준신호 측정부가 첫 번째 여기 RF 신호 인가 직후 추가 기준신호를 얻는 제2기준신호 측정단계;
신호 왜곡 보상부가 상기 물신호 억제 RF 신호 인가 직후 기준신호 및 상기 첫 번째 여기 RF 신호 인가 직후 기준신호를 이용하여 최종 MRS 또는 MRSI의 데이터 신호의 왜곡을 보상하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기공명분광영상 또는 자기공명분광기의 신호 왜곡 보상 방법.
제3항에 있어서,
상기 제1기준신호 측정단계 및 제2기준신호 측정단계는 상기 최종 데이터 신호를 얻는 과정에서 함께 수행되는 것을 특징으로 하는 자기공명분광영상 또는 자기공명분광기의 신호 왜곡 보상 방법.