KR101777720B1 - 자기공명 촬영시스템의 영상처리 장치 및 방법 - Google Patents

자기공명 촬영시스템의 영상처리 장치 및 방법 Download PDF

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    • G06T2207/10088—Magnetic resonance imaging [MRI]

Abstract

본 발명은 자기공명 촬영 시스템의 영상처리 장치 및 그 제어 방법이 개시되어 있다. 이러한 본 발명에 따르면, 영상의 해상도를 올릴수록 신호-대-잡음비가 낮아져 촬영 시간이 길어지는 문제점을 해결하기 위해, MR 촬영 장치의 신호 측정 및 영상재구성 단계에 압축 센싱과 key-hole을 결합한 기법을 이용함으로서 해상도 저하 없는 복수의 MR영상을 획득 및 재구성하는데 요구되는 샘플 포인트 수를 최소화하여 각 MR 영상의 촬영 시간을 단축할 수 있고, 또한 최소화된 샘플 포인트를 활용하여, 기존의 고해상도 MR영상 하나를 얻는데 필요한 촬영 시간 안에 해상도의 희생 없이 여러 MR 영상을 획득하고 획득된 MR 영상의 평균 영상을 구함에 따라, 효과적으로 고해상도의 MR 영상의 신호-대-잡음비를 향상할 수 있게 된다.

Description

자기공명 촬영시스템의 영상처리 장치 및 방법{IMAGE PROCESSING APPARATUS FOR MRI SYSTEM AND METHOD THEREOF}
본 발명은 자기공명 촬영시스템의 영상처리 장치 및 방법 에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기존 방법의 일반해상도의 영상 획득 시간과 동일한 촬영 시간 내에 고해상도의 MR영상을 획득할 수 있거나 동시에 신호-대-잡음비를 향상시킬 수 있는 기술에 관한 것이다.
근래 의료분야에서는 각종 질병의 조기 진단 또는 수술을 목적으로 인체의 생체 조직에 대한 정보를 영상화하여 획득하기 위한 각종 영상 장치가 널리 이용되고 있다.
이러한 의료 영상 장치의 대표적인 예로는 자기공명 촬영 시스템(Magnetic Resonance Imaging), 양전자 방출 단층촬영장치(Positron Emission Tomography), X선 단층촬영장치(X-ray Computer Tomography) 등을 들 수 있다.
여기서, 자기 공명 영상(Magnetic Resonance Imaging, MRI)은 원자핵을 자장에 노출시킨 후 공명을 통해 얻어지는 정보로 영상을 나타낸 것이다. 즉, 원자핵은 평소에는 회전운동을 하고 있으나 일단 강한 자기장에 놓이면 세차운동이 일어난다. 이 세차운동의 속도는 자기장의 세기와 밀접한 관계가 있어 자기장이 셀수록 빨라진다. 이렇게 자화되어 있는 원자핵에 고주파를 가하면 고에너지 상태가 되었다가, 다시 고주파를 중단하면 원래의 상태로 돌아간다. 이때 원자핵은 가했던 고주파와 똑같은 형태의 고주파를 방출한다. 이렇게 원자핵에서 고유하게 방출되는 고주파를 예민한 안테나로 모아서 컴퓨터로 영상화한 것이 MRI이다. 즉, 인체를 구성하는 물질의 자기적 성질을 측정하여 컴퓨터를 통하여 다시 재구성하여 영상화하는 기술이다.
이러한 자기 공명 영상을 획득함에 있어서, MR영상의 해상도를 향상시킬 경우, 해당 영상의 신호-대-잡음비(Signal to noise ratio, SNR)가 떨어지기 때문에, 고해상도의 영상을 얻기 위해서는 여러 번 촬영함으로서 신호-대-잡음비를 증가시키게 된다. 그러나, 촬영 시간(scan time)이 증가한다는 문제점이 존재하는 바, 빠른 촬영 시간 내에 MR영상을 획득하여 영상화하는 기술들에 대한 수요가 있다.
관련 선행기술로서, 한국특허 제1630762호(자기공명 영상생성장치 및 방법)는 RF 코일의 민감도 및 상기 대상체에서 상기 MR 신호가 생성되는 신호 영역의 정보인 신호 영역 정보를 기반으로 하여 k 공간의 샘플링 패턴을 결정하는 샘플링 패턴 결정부 및 결정된 상기 샘플링 패턴을 기반으로 상기 MR 신호를 샘플링하여 k 공간의 디지털 데이터를 획득하는 기술에 관한 것인바, 신호대 노이즈 비를 향상시키기 위한 영상을 획득하는 기술이라는 면에서는 유사점이 있으나, 구체적인 구성 및 작용관계에서 본원 발명과 차이가 있다.
본 발명은 MR영상의 해상도를 일정 수준 이상으로 올릴수록 신호-대-잡음비가 낮아지는 특성으로 인해, 고해상도의 MR영상을 얻을 경우 촬영 시간이 길어지는 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 본 발명의 목적은 고해상도의 MR영상 재구성에 필요한 샘플 포인트 수를 최소화하여 촬영 시간을 단축할 수 있는 자기공명 촬영시스템의 영상처리 장치 및 방법을 제공하고자 함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 이러한 최소화된 샘플 포인트를 활용하여, 기존의 고해상도 MR영상 하나를 얻는데 필요한 영상 촬영 시간 안에, 해상도의 희생 없이 여러 MR 영상을 획득하고 획득된 MR 영상들의 평균 영상을 구함에 따라, 효과적으로 고해상도의 MR 영상의 신호-대-잡음비를 향상할 수 있는 자기공명 촬영시스템의 영상처리 장치 및 방법을 제공하고자 함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
해당 대상체의 영역에 매칭되어 설정된 복수의 주파수 신호 중 하나의 주파수 신호에 의해 여기되어 자기공명신호를 방출하고 방출된 자기공명신호를 수신하는 촬영 장치; 상기 촬영 장치로부터 제공된 자기공명신호를 처리하여 대상체에 대한 복원된 MR 영상을 획득하는 영상처리 장치; 및 상기 영상처리 장치의 복원된 최종MR 영상을 사용자에게 전달하는 표시 장치를 포함하되, 상기 촬영 장치는 상기 대상체를 여기시키고 압축 센싱 기법과 key-hole기법 중 적어도 하나를 기반으로 자기공명신호를 획득하며, 상기 영상처리 장치는 언더-샘플링된 자기공명신호에 대해 영상의 질 저하 없이 복수의 MR 영상을 획득하기 위해, 복수의k-공간 상 데이터를 압축 센싱 기법 및 key-hole기법 중 적어도 하나의 기법을 이용하여 각각 재구성하고, 이들을 통해 복수의 MR영상을 획득하고, 상기 획득된 복수개의 MR 영상을 평균화하여 최종 MR 영상을 재구성하며 재구성된 MR 영상을 상기 표시 장치로 전달하도록 구비되는 것을 일 특징으로 한다.
바람직하게 상기 영상처리 장치는 압축 센싱 기법을 기반으로 언더-샘플링된 자기공명신호를 통해 언더-샘플링된 복수의 k-공간 서브셋을 구성하고, 상기 복수의 k-공간 서브셋 각각을 압축 센싱(CS: Compressed Sensing) 기법을 이용하여 복수의 MR영상으로 영상 재구성한 후 각각의 재구성된 복수의 MR 영상을 평균화하여 대상체에 대해 신호-대-잡음비가 향상된 최종 MR 영상을 획득하도록 구비될 수 있고,
상기 영상처리 장치는 풀-샘플링을 통해 획득된 자기공명신호로부터 기존의 MR 영상 재구성에서 사용하는 언더-샘플링되지 아니한 완전한 단일k-공간 데이터셋을 구성하고, 상기 구성된 단일k-공간 데이터셋을 기 정해진 언더-샘플링 비를 만족하며 상호 동일한 DC성분을 공유하는 복수의 언더-샘플링된 k-공간 서브셋으로 나눈 후, 상기 각각의 k-공간 서브셋에 대해 압축 센싱 기법을 적용하여 언더-샘플링으로 인한 해상도 저하가 없는 복수의 MR 영상을 재구성하고, 이 복수의 MR 영상을 평균화하여 대상체에 대한 신호-대-잡음비가 향상된 최종MR 영상을 획득하도록 구비될 수 있으며,
상기 영상처리 장치는 상기 자기공명신호를 압축 센싱 기법과 key-hole기법을 결합하여 복수의 MR영상을 재구성하는데 필요한 복수의 언더-샘플링된 k-공간 서브셋의 고주파 영역의 합집합과 고주파 영역이 아닌 DC 영역에 해당하는 데이터를 획득한 후 key-hole 기법을 이용하여 복수의DC 영역의 k-공간 데이터셋을 획득하고, 단일 고주파 영역의 합집합으로부터 얻고자 하는 수에 해당하는 복수의 언더-샘플링된 고주파 k-공간 데이터셋으로 나누어 구성하며, 각각의 언더-샘플링된 고주파 k-공간 데이터셋과 상기 획득된 복수의 DC영역의 k-공간 데이터셋을 일대일로 대응하여 결합하여 복수의 MR영상을 얻기 위해 필요한 복수의 언더-샘플링된 k-공간 데이터셋을 구성하고, 상기 복수의 언더-샘플링된k-공간 데이터셋 각각에 대해 압축 센싱 기법을 적용하여 언더-샘플링으로 인한 해상도 저하가 없는 복수의 MR영상으로 재구성한 후 이 복수의 MR 영상을 평균화하여 대상체에 대해 신호-대-잡음비의 향상된 최종 MR 영상을 획득하도록 구비될 수 있다.
바람직하게 상기 영상처리 장치는,
상기 자기공명신호를 압축 센싱 기법과 key-hole기법을 결합하여 복수의 MR영상을 재구성하는데 필요한 복수의 언더-샘플링된 k-공간 서브셋의 고주파 영역의 합집합과 고주파 영역이 아닌 DC 영역에 해당하는 데이터를 획득한 후 key-hole 기법을 이용하여 복수의DC 영역의 k-공간 데이터셋을 획득하는 DC 영역 획득부; 단일 고주파 영역의 합집합으로부터 얻고자 하는 수에 해당하는 복수의 언더-샘플링된 고주파 k-공간 데이터셋으로 나누어 구성하는 고주파 영역 구성부; 각각의 언더-샘플링된 고주파 k-공간 데이터셋과 상기 획득된 복수의 DC영역의 k-공간 데이터셋을 일대일로 대응하여 결합하여 복수의 MR영상을 얻기 위해 필요한 복수의 언더-샘플링된 k-공간 데이터셋을 구성하는 k-공간 데이터셋 구성부; 상기 복수의 언더-샘플링된k-공간 데이터셋 각각에 대해 압축 센싱 기법을 적용하여 언더-샘플링으로 인한 해상도 저하가 없는 복수의 MR영상을 재구성하는 MR 영상 재구성부; 및 이 복수의 MR 영상을 평균화하여 대상체에 대해 신호-대-잡음비의 향상된 최종 MR 영상을 획득하는 최종 MR 영상 획득부를 포함할 수 있다.
바람직하게 상기 압축 센싱 기법은, 영상 신호를 스파스(sparse)한 데이터로 바꾸기 위해 이산 웨이블렛(wavelet) 변환 및 산재화 변환 (sparsifying transform) 중 적어도 하나를 사용하며 이를 영상 재구성 반복적 최적화 기법에 적용하여 언더-샘플링된 k-공간 데이터셋에서 해상도의 저하 없이 MR영상을 재구성하도록 실행할 수 있다. 상기 산재화 변환에서 이산 웨이블렛(wavelet) 변환과 유한차분 변환의 가중치는 대상체의 MR 영상의 종류에 따라 변동되므로 룩업 테이블 기법을 이용할 수 있다.
다른 기술적 과제는 자기공명신호를 압축 센싱 기법과 key-hole기법을 결합하여 복수의 MR영상을 재구성하는데 필요한 복수의 언더-샘플링된 k-공간 서브셋의 고주파 영역의 합집합과 고주파 영역이 아닌 DC 영역에 해당하는 데이터를 획득한 후 key-hole 기법을 이용하여 복수의DC 영역의 k-공간 데이터셋을 획득하는 DC 영역 획득부; 단일 고주파 영역의 합집합으로부터 얻고자 하는 수에 해당하는 복수의 언더-샘플링된 고주파 k-공간 데이터셋으로 나누어 구성하는 고주파 영역 구성부; 각각의 언더-샘플링된 고주파 k-공간 데이터셋과 상기 획득된 복수의 DC영역의 k-공간 데이터셋을 일대일로 대응하여 결합하여 복수의 MR영상을 얻기 위해 필요한 복수의 언더-샘플링된 k-공간 데이터셋을 구성하는 k-공간 데이터셋 구성부; 상기 복수의 언더-샘플링된k-공간 데이터셋 각각에 대해 압축 센싱 기법을 적용하여 언더-샘플링으로 인한 해상도 저하가 없는 복수의 MR영상을 재구성하는 MR 영상 재구성부; 및 복수의 MR 영상을 평균화하여 대상체에 대해 신호-대-잡음비의 향상된 최종 MR 영상을 획득하는 최종 MR 영상 획득부를 포함하는 것을 일 특징으로 할 수 있다.
전술한 장치를 이용한 본 발명의 다른 실시 예에 따른 기술적 자기공명 촬영 시스템의 영상처리 방법은, 압축 센싱 기법을 기반으로 언더-샘플링된 자기공명신호를 통해 언더-샘플링된 복수의 k-공간 서브셋을 구성하고, 상기 복수의 k-공간 서브셋 각각을 압축 센싱(CS: Compressed Sensing) 기법을 이용하여 복수의 MR영상으로 영상 재구성한 후 각각의 재구성된 복수의 MR 영상을 평균화하여 대상체에 대해 신호-대-잡음비가 향상된 최종 MR 영상을 획득하도록 구비되는 것을 일 특징으로 한다.
전술한 장치를 이용한 본 발명의 다른 실시 예에 따른 기술적 자기공명 촬영 시스템의 영상처리 방법은, 풀-샘플링을 통해 획득된 자기공명신호로부터 기존의 MR 영상 재구성에서 사용하는 k-공간 데이터셋과 동일한 단일 k-공간 데이터셋을 구성하고, 상기 구성된 단일k-공간 데이터셋을 기 정해진 언더-샘플링 비를 만족하며 상호 동일한 DC성분을 공유하는 복수의 k-공간 서브셋으로 나눈 후, 상기 각각의 k-공간 서브셋에 대해 압축 센싱 기법을 적용하여 복수의 MR 영상을 재구성하고, 복수의 MR 영상을 평균화하여 대상체에 대한 신호-대-잡음비가 향상된 최종MR 영상을 획득하도록 구비될 수 있다.
전술한 장치를 이용한 본 발명의 다른 실시 예에 따른 기술적 자기공명 촬영 시스템의 영상처리 방법은, 상기 자기공명신호를 압축 센싱 기법과 key-hole기법을 결합하여 복수의 MR영상을 재구성하는데 필요한 복수의 언더-샘플링된 k-공간 서브셋의 고주파 영역의 합집합과 고주파 영역이 아닌 DC 영역에 해당하는 데이터를 획득한 후 key-hole 기법을 이용하여 복수의DC 영역의 k-공간 데이터셋을 획득하는 DC 영역 획득단계; 단일 고주파 영역의 합집합으로부터 얻고자 하는 수에 해당하는 복수의 언더-샘플링된 고주파 k-공간 데이터셋으로 나누어 구성하는 고주파 영역 구성단계; 각각의 언더-샘플링된 고주파 k-공간 데이터셋과 상기 획득된 복수의 DC영역의 k-공간 데이터셋을 일대일로 대응하여 결합하여 복수의 MR영상을 얻기 위해 필요한 복수의 언더-샘플링된 k-공간 데이터셋을 구성하는 k-공간 데이터셋 구성단계; 상기 복수의 언더-샘플링된k-공간 데이터셋 각각에 대해 압축 센싱 기법을 적용하여 복수의 MR영상을 재구성하는 MR 영상 재구성단계; 및 복수의 MR 영상을 평균화하여 대상체에 대해 신호-대-잡음비의 향상된 최종 MR 영상을 획득하는 최종 MR 영상 획득단계를 포함하는 것을 일 특징으로 할 수 있다.
바람직하게 상기 압축 센싱 기법은, 영상 신호를 스파스(sparse)한 데이터로 바꾸기 위해 이산 웨이블렛(wavelet) 변환 및 산재화 변환 (sparsifying transform) 중 적어도 하나를 사용하며 이를 영상 재구성 반복적 최적화 기법에 적용하여 언더-샘플링된 k-공간 데이터셋에서 해상도의 저하 없이 MR영상을 재구성하도록 실행할 수 있다. 상기 산재화 변환에서 이산 웨이블렛(wavelet) 변환과 유한차분 변환의 가중치는 대상체의 MR 영상의 종류에 따라 변동되므로 룩업 테이블 기법을 이용할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, MR 촬영 장치의 신호 측정 및 영상재구성 단계에 압축 센싱과 key-hole을 결합한 기법을 이용함으로서 해상도 저하 없는 복수의 MR영상을 획득 및 재구성하는데 요구되는 샘플 포인트 수를 최소화하여 촬영 시간을 단축할 수 있는 효과를 얻는다.
또한 최소화된 샘플 포인트를 활용하여, 기존의 고해상도 MR영상 하나를 얻는데 필요한 촬영 시간 안에 해상도의 희생 없이 여러 MR 영상을 획득하고 획득된 MR 영상의 평균 영상을 구함에 따라, 효과적으로 고해상도의 MR 영상의 신호-대-잡음비를 향상할 수 있는 이점을 가진다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 자기공명 촬영 시스템의 구성을 보인 도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 자기공명 촬영 시스템에서 k-공간 데이터셋 들이 어떻게 최종 MR영상으로 재구성되는지를 보인 도들이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 자기공명 촬영 시스템의 영상처리 장치의 세부적인 구성을 보인 도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 자기공명 촬영 시스템의 영상처리 장치에 의거하여 수행된 시뮬레이션을 통해 얻어진 결과 MR영상들을 보인 도들이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 자기공명 촬영 시스템의 영상처리 장치에 의거하여 실제 장비에서 획득된 두개골 팬텀의 결과 MR 영상들을 보인 도들이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 자기공명 촬영 시스템의 결과 MR영상과 단순한 가우시안 스무딩 필터를 이용한 MR 영상들을 비교한 도들이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 자기공명 촬영 시스템의 영상처리 과정을 보인 흐름도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에서 사용되는 "부"라는 용어는 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, "부"는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 "부"는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. "부"는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다.
따라서, 일 예로서 "부"는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 "부"들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 "부"들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 "부"들로 더 분리될 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략한다.
본 명세서에서 "이미지" 또는 "영상"은 이산적인 영상 요소들(예를 들어, 2차원 영상에 있어서의 픽셀들 및 3차 원 영상에 있어서의 복셀들)로 구성된 다차원(multi-dimensional) 데이터를 의미할 수 있다.
또한, 본 명세서에서 "대상체(object)"는 사람 또는 동물, 또는 사람 또는 동물의 일부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 대상체는 간, 심장, 자궁, 뇌, 유방, 복부 등의 장기, 또는 혈관을 포함할 수 있다. 또한, "대상체"는 팬텀(phantom)을 포함할 수도 있다. 팬텀은 생물의 밀도와 실효 원자 번호에 아주 근사한 부피를 갖는 물질을 의미하는 것으로, 신체와 유사한 성질을 갖는 구형(sphere)의 팬텀을 포함할 수 있다.
또한, 본 명세서에서 "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.
또한, 본 명세서에서 "자기 공명 영상 (MRI: Magnetic Resonance Imaging)"이란 핵자기 공명 원리를 이용하여 획득된 대상체에 대한 영상을 의미한다.
자기공명장치(MRI) 장치는 특정 세기의 자기장에서 발생하는 RF(Radio Frequency) 신호에 대한 MR(Magnetic Resonance) 신호의 세기를 기초로 대상체의 단층 부위에 대한 이미지를 획득하는 장치이다. 예를 들어, 대상체를 강력한 자기장 속에 눕힌 후 특정의 원자핵(예컨대, 수소 원자핵 등)만을 공명시키는 RF 신호를 대상체에 순간적으로 조사했다가 중단하면 특정의 원자핵에서 자기공명신호가 방출되는데, MRI 장치는 이 자기공명신호를 수신하여 MR 이미지를 획득할 수 있다. 자기공명신호는 대상체로부터 방사되는 RF 신호를 의미한다.
여기서, CSAM(CS based averaging with multiple acquisitions)방식은, 직접 언더-샘플링된 복수의 k-공간 서브셋을 획득하고 이들 각각을 압축센싱을 기반으로 재구성한 후 평균화함으로서 최종 영상을 얻어낸 방식을 말한다.
또한, CSAS(CS based averaging with single acquisition)방식은 풀-샘플링 또는 나누어질 k-공간 서브셋들의 합집합인 단일 k-공간 데이터셋을 획득하고, 상기 획득된 단일k-공간 데이터셋을 기 정해진 언더-샘플링 비를 만족하며 상호 동일한 DC성분을 공유하는 복수의 k-공간 서브셋으로 나누어 구성한 후 이들 각각을 압축센싱을 기반으로 재구성한 후 평균화함으로서 최종 영상을 얻어내는 방식이다.
한편, CSAK(CS based averaging with key-hole acquisitions) 방식은 자기공명신호로부터 압축센싱 기법과 key-hole기법을 결합하여 복수의 MR영상을 재구성하는데 필요한 복수의 언더-샘플링된 k-공간 서브셋의 고주파 영역의 합집합과 고주파 영역이 아닌 DC영역(도2의 d에서 1st Acq.)을 획득하고, 이후 key-hole 기법을 이용하여 고주파 영역이 아닌 DC 영역에 해당하는 데이터만을 복수 개 획득(2nd Acq. 와 3rd Acq.참조)하고, 단일 고주파 영역의 합집합으로부터 얻고자 하는 MR영상 수에 해당하는 복수의 언더-샘플링된 고주파 k-공간 데이터셋으로 나누어 구성하고, 이들 언더-샘플링된 고주파 k-공간 데이터셋과 상기 key-hole 기법으로 획득된 복수의 DC영역의 k-공간 데이터셋을 일대일로 대응시켜 결합하여 복수의 언더-샘플링된 k-공간 데이터셋을 구성한 후 이들을 압축센싱을 기반으로 영상을 재구성하고 이들을 평균화함으로서 최종 영상을 얻어내는 방식을 말한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 자기공명 촬영 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 자기 공명촬영장치는, 촬영 장치(100), 영상처리 장치(200), 및 표시 장치(300)를 구비할 수 있다.
촬영 장치(100)는, 상기 대상체를 여기시키고, 압축 센싱 기법과 key-hole기법 중 적어도 하나를 기반으로 자기공명신호를 획득하도록 구비될 수 있다.
영상처리 장치(200)는 촬영 장치(100)로부터 제공된 압축 센싱 기법을 기반으로 언더-샘플링된 자기공명신호로부터 복수의 MR 영상을 획득하기 위해, 상기 언더-샘플링링된 복수의k-공간 데이터셋을 압축 센싱 기법 및 key-hole기법 중 적어도 하나의 기법을 이용하여 복수의 MR영상으로 재구성하고, 상기 획득된 복수개의 MR 영상을 평균화하여 최종 MR 영상을 재구성하며 이 최종 MR 영상을 상기 표시 장치(300)로 전달하도록 구비될 수 있다.
그리고 표시 장치(300)는, 영상처리 장치(200)에서 생성된 화상 또는 재구성된 최종 MR영상을 사용자에게 출력할 수 있다. 또한 표시 장치(300)는 사용자 인터페이스, 사용자 정보 또는 대상체 정보 등의 사용자가 자기 공명 촬영 장치를 조작하기 위한 필요 정보를 출력할 수 있다. 그리고 표시 장치(300)는 스피커, 프린터, CRT 디스플레이, PDP 디스플레이, OLED 디스플레이, FED 디스플레이, LED 디스플레이, VFD 디스플레이, DLP 디스플레이, PFD 디스플레이, 3차원 디스플레이 투명 디스플레이 등을 포함할 수 있고, 기타 당업자에게 자명한 범위 내에서 다양한 표시 장치들을 포함할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 영상처리 장치(200)의 k-공간 데이터셋들을 보인 예시도들로서, 도 2의 (a)를 참조하면, 영상처리 장치(200)는 CSAM 방식으로서, 촬영 장치(100)에서 복수의 언더-샘플링된 k-공간 서브셋을 획득하고, 상기 복수의 k-공간 서브셋 각각을 압축 센싱(CS: Compressed Sensing) 기법을 이용하여 복수의 MR영상으로 영상 재구성한 후, 각각의 재구성된 복수의 MR 영상을 평균화하여, 대상체에 대해 신호-대-잡음비가 향상된 최종 MR 영상을 획득하도록 구비될 수 있다. 여기서 k-공간 서브셋은, 풀-샘플링된 k-공간 데이터셋에 대한 서브셋으로 언더-샘플링된 k-공간 데이터셋을 말한다.
동일 해상도를 가지는 복수의 MR영상의 평균화를 통해 최종 영상의 신호-대-잡음비를 향상이 가능하며, 압축센싱 기반의 MR신호 획득은 복수의 MR 영상을 획득하는 전체 촬영시간 감소로 이어진다.
도 2의 (b)를 참조하면, 영상처리 장치(200)는 CSAS 방식으로서, 풀-샘플링을 통해 1회 획득된 상기 자기공명신호로 단일의 온전한 k-공간 데이터셋을 구성하고, 상기 풀-샘플링된 단일k-공간 데이터셋을 기 정해진 언더-샘플링 비를 만족하며 상호 동일한 DC성분을 공유하는 복수의 k-공간 서브셋으로 나눈 후, 상기 각각의 k-공간 서브셋에 대해 압축 센싱 기법을 적용하여 복수의 MR 영상을 재구성한 후, 복수의 MR 영상을 평균화하여 대상체에 대한 신호-대-잡음비가 향상된 최종MR 영상을 획득할 수 있다.
여기서 단일 k-공간 데이터셋은 크기가 가변적으로, 최대 크기일 경우 기존의 MR 영상 재구성에서 사용하는 k-공간 데이터셋과 동일한 데이터셋이며 최소 크기인 경우는 나누어질 복수의 k-공간 데이터셋의 합집합이 되어야 한다. 때문에 전체 촬영시간 감소는 미미하나, 기존의 하나의 MR영상을 얻던 데이터(=풀-샘플링된 k-공간 데이터셋 or 나누어질 복수의 k-공간 데이터셋의 합집합)로부터 복수 개의 MR영상을 얻어냄으로 MR영상당 필요한 촬영시간은 감소하며, 동일한 촬영시간으로 복수의 MR영상을 재구성하여 이들을 평균화를 적용시킬 수 있으며 이는 신호-대-잡음비를 향상시키는 장점으로 이어진다. 더욱이 이 기법은 기존 MR촬영기법으로 얻어진 데이터들에 적용할 경우, 재 촬영 없이 신호-대-잡음비 향상을 이룰 수 있다는 장점이 있다. 하지만, DC 영역을 복수의 MR 영상을 구성하는데 사용되는 k-공간 데이터셋들이 공유하기 때문에, DC 영역에 포함된 잡음은 제거가 되지 못한다는 단점도 가진다.
이때 각 k-공간 서브셋의 샘플 포인트를 기준으로 나타낸 집합 관계는 도 2의 (c)에 도시되어 있고, 별표나 삼각표 등으로 표시된 샘플 포인트는 k-공간에서 동일한 위치의 샘플을 의미한다. 단, 같은 기호이나 색깔이 다른 경우는 획득된 시점이 다름을 의미한다.
도 2의 (d)를 참조하면, 영상처리 장치(200)는, CSAK방식으로서, 상기 자기공명신호를 압축센싱 기법과 key-hole기법을 결합하여 복수의 MR영상을 재구성하는데 필요한 복수의 언더-샘플링된 k-공간 서브셋의 고주파 영역의 합집합과 고주파 영역이 아닌 DC 영역에 해당하는 데이터를 획득한 후 key-hole 기법을 이용하여 DC 영역의 k-공간 데이터셋을 복수 개 획득하고, 단일 고주파 영역의 합집합으로부터 얻고자 하는 수에 해당하는 복수의 언더-샘플링된 고주파 k-공간 데이터셋을 나누어 구성하고, 각각의 언더-샘플링된 고주파 k-공간 데이터셋과 상기 획득된 복수의 DC영역의 k-공간 데이터셋을 일대일로 대응하여 결합하여 복수의 MR영상을 얻기 위해 필요한 복수의 언더-샘플링된 k-공간 데이터셋을 구성하도록 구비될 수 있다.
그리고, 영상처리 장치(200)는 상기 구성된 복수의 언더-샘플링된k-공간 데이터셋 각각에 대해 압축 센싱 기법을 적용하여 복수의 MR영상으로 재구성한 후, 이 복수의 MR 영상들을 평균화하여 대상체에 대해 신호-대-잡음비의 향상된 최종 MR 영상을 획득하도록 구비될 수 있다.
이에 따라 key hole 기법과 압축 센싱 기법을 결합하여 대상체의 최종 MR 영상을 획득함에 있어 고해상도의 MR영상 재구성에 필요한 샘플 포인트 수를 최소화하여, 평균화에 필요한 복수의 MR영상 각각을 얻는데 필요한 촬영 시간을 단축할 수 있고, 최소화된 샘플 포인트를 활용하여. 기존의 고해상도 MR영상 하나를 얻는데 필요한 촬영 시간 안에. 해상도의 희생 없이 여러 MR 영상을 획득하고. 획득된 MR 영상의 평균 영상을 구함에 따라, 효과적으로 고해상도의 MR 영상의 신호-대-잡음비를 향상할 수 있게 된다.
[실시예 1]
이하에서 본 발명의 실시 예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠으나, 본 발명이 실시 예에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 우선 영상처리 장치(200)는 압축 센싱 기법을 기반으로 언더-샘플링된 촬영 장치(100)의 상기 자기공명신호에 대해 언더-샘플링된 복수의 k-공간 서브셋이 구성된다. 그리고, 상기 복수의 k-공간 서브셋 각각은 압축 센싱(CS: Compressed Sensing) 기법을 이용하여 복수의 MR영상으로 영상 재구성된다. 이어 각각의 재구성된 복수의 MR 영상은 평균화하여 대상체에 대해 신호-대-잡음비가 향상된 최종 MR 영상이 획득된다. 이에 의하면, 기존의 방법에 비해 동일 촬영시간에 보다 높은 신호-대-잡음비를 가지는 동일한 고해상도의 영상 재구성이 가능하다.
[실시예 2]
우선 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 촬영 장치(100)는 촬영 장치 (10)로부터 풀-샘플링으로 상기 자기공명신호를 획득하고 이에 영상처리 장치(200)는 상기 자기공명신호로부터 기존의 MR영상 재구성에서 사용하는 것과 동일한 단일 k-공간 데이터셋를 구성한다. 이어 영상처리 장치(200)는 상기 단일k-공간 데이터셋은 다수의 k-공간 서브셋으로 나눈 후 다수의 k-공간 서브셋으로 나눈 후 각각의 언더-샘플링된 k-공간 서브셋들에 대해 압축 센싱 기법을 적용하여 복수의 MR 영상으로 재구성된다. 상기 재구성된 복수의 MR 영상을 평균화하여 대상체에 대한 향상된 신호-대-잡음비의 최종 MR 영상이 획득된다.
이때 단일 k-공간 데이터셋은 도 2의 (c)에 도시된 바와 같이, 기 정해진 언더-샘플링 비를 만족하며 서로 동일한 DC성분을 공유하는 다수의 k-공간 서브셋으로 나눈다. 여기서, 언더-샘플링된 k-공간 서브셋 각각은 예를 들어, 풀-샘플링으로 획득된 단일 k-공간 데이터셋을100%라 할 때, 33%정도의 언더-샘플링 비를 만족하며 서로 동일한 DC 성분을 공유한다. 이 방법에서 촬영 장치(100)이 1회 획득하는 단일 k-공간 데이터셋은 풀-샘플링된 k-공간도 가능하지만, 나누어질 복수의 언더-샘플링된 k-공간 서브셋의 합집합만 획득해도 된다. 촬영 장치(100)을 이용하여 획득이 가능한 경우엔 합집합만 획득하여 전체 촬영시간을 줄이는 게 유리하고, 촬영없이 기존의 방법으로 얻어진 풀-샘플링된 k-공간 데이터셋의 신호-대-잡음비를 올리는 데 사용할 경우엔 기존에 얻어진 풀-샘플링된 k-공간 데이터셋을 복수의 언더-샘플링된 k-공간 서브셋으로 나눈다.
[실시예 3]
도 2의 (d)에 도시된 바와 같이, 촬영 장치(100)의 자기공명신호로부터 압축센싱 기법과 key-hole기법을 결합하여 복수의 MR영상을 재구성하는데 필요한 복수의 언더-샘플링된 k-공간 서브셋의 고주파 영역의 합집합과 고주파 영역이 아닌 DC 영역에 해당하는 데이터를 획득한다.
그리고, 영상처리 장치(200)는 key-hole 기법을 이용하여 DC 영역의 k-공간 데이터셋을 복수 개 획득하고, 1회 획득으로 얻어진 단일 고주파 영역의 합집합으로부터, 얻고자 하는 수에 해당하는 복수의 언더-샘플링된 고주파 k-공간 데이터셋으로 나누어 구성하고, 각각의 언더-샘플링된 고주파 k-공간 데이터셋과 상기 획득된 복수의 DC영역의 k-공간 데이터셋을 일대일로 대응하여 결합하여 복수의 MR영상을 얻기 위해 필요한 복수의 언더-샘플링된 k-공간 데이터셋을 구성한다.
또한 영상처리 장치(200)는 상기 구성된 복수의 언더-샘플링된k-공간 데이터셋 각각에 대해 압축 센싱 기법을 적용하여 복수의 MR영상으로 재구성한 후, 이 복수의 MR 영상들을 평균화하여 대상체에 대해 신호-대-잡음비가 향상된 최종 MR 영상을 획득한다.
이에 의하면, 촬영 장치의 자기공명신호를 압축센싱 기법과 key-hole기법을 결합한 기법을 이용하여 복수의 MR영상을 재구성함에 따라, 고해상도의 MR영상 재구성에 필요한 샘플 포인트 수를 최소화하여, 평균화에 필요한 복수의 MR 영상 각각에 요구되는 촬영 시간을 단축할 수 있고, 최소화된 샘플 포인트를 활용하여 기존의 고해상도 MR영상 하나를 얻는데 필요한 촬영 시간 안에 해상도의 희생 없이 여러 MR 영상을 획득하고 획득된 MR 영상의 평균 영상을 구함에 따라, 효과적으로 고해상도의 MR 영상의 신호-대-잡음비를 향상할 수 있게 된다.
여기서, 도 2의 (d)에 도시된 영상처리 장치(200)의 key hole 기법과 압축 센싱 기법을 결합하여 대상체에 대한 영상을 재구성하는 일련의 과정은 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3은 도 2의 (d)에 도시된 영상처리 장치(200)의 세부적인 구성을 보인 도이며, 도 3를 참조하면, 영상처리 장치(200)는 DC 영역 획득부(210), 고주파 영역 획득부(220), k-공간 데이터셋 구성부(230), MR 영상 재구성부(240), 및 최종MR 영상 획득부(250)를 포함한다.
여기서, 상기 DC 영역 획득부(210)는 상기 자기공명신호로부터 복수의 MR영상을 재구성하는데 필요한 복수의 언더-샘플링된 k-공간 서브셋의 단일 고주파 영역의 합집합과 고주파 영역이 아닌 DC 영역에 해당하는 데이터를 획득한 후 연속적으로 key-hole 기법을 이용하여 DC 영역의 k-공간 데이터셋을 복수 개 획득한다.
또한, 고주파 영역 획득부(220)는 상기 단일 고주파 영역의 합집합으로부터 얻고자 하는 수에 해당하는 복수의 언더-샘플링된 고주파 k-공간 데이터셋으로 나누어 구성한다.
k-공간 데이터셋 구성부(230)는 각각의 언더-샘플링된 고주파 k-공간 데이터셋과 상기 획득된 복수의 DC 영역의 k-공간 데이터셋을 일대일 대응하여 결합하여 복수의 MR영상을 얻기 위해 필요한 복수의 언더-샘플링된 k-공간 데이터셋을 획득할 수 있다.
그리고, MR 영상 재구성부(240)는 상기 구성된 복수의 언더-샘플링된 k-공간 데이터셋 각각에 대해 압축 센싱 기법을 적용하여 복수의 MR영상으로 재구성할 수 있고, 재구성된 복수의 MR 영상은 최종 MR 영상 획득부(250)를 통해 평균화하여 대상체에 대해 향상된 신호-대-잡음비의 최종 MR 영상이 획득된다.
여기서, 압축 센싱 기법은, 영상 신호를 스파스(sparse)한 데이터로 바꾸기 위해 이산 웨이블렛(wavelet) 변환 및 산재화 변환 (sparsifying transform) 중 적어도 하나를 사용하며 이를 영상 재구성 반복적 최적화 기법에 적용하여 언더-샘플링된 k-공간 데이터셋에서 해상도의 저하 없이 MR영상을 재구성하도록 실행할 수 있다. 상기 영상 복원부의 산재화 변환에서 이산 웨이블렛(wavelet) 변환과 유한차분 변환의 가중치는 대상체의 MR 영상의 종류에 따라 룩업 테이블값으로 설정될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 key hole기법 및 압축 센싱 기법을 결합하여 기존의 방법으로 수집된 촬영 장치의 자기공명신호에 대해 CSAM(Compressed Sensing based multi acquisitions), CSAS(Compressed Sensing based Averaging with Single acquisitions), 및 CSAK(Compressed Sensing based Averaging with Key-hole acquisitions)으로 얻어진 각각의 시뮬레이션 결과 MR영상 비교를 표시장치(300)의 화면에 나타낸 예시도들이다.
상기 각 방식을 이용하여 획득된 최종 MR 영상에 대해 도 4를 참조하여 설명하면, (b)에 도시된 풀-샘플링된 k-공간 데이터셋을 사용한 기존 방법으로 재구성된 최종 MR 영상과 (c)에 도시된 CSAS방식에 의거하여 재구성된 최종MR 영상, 그리고 (d) 및 (e)에 각각 도시된 CSAK 방식 또는 CSAM방식에 의거하여 재구성된 최종 MR 영상들은 동일한 해상도를 가짐을 확인할 수 있다. 하지만, 신호-잡음비는 기존의 방법이 가장 나쁘며 CSAS(c)가 약간의 개선을, CSAM(d)과 CSAK(e)는 동일한 수준의 향상을 보여준다. (a)는 신호-대-잡음비를 계산하기 위해 사용된 ROI의 위치를 표시한다.
또한, 하기 표 1을 참조하면, CSAK 방식 및 CSAM방식에 의거 재구성된 최종 MR 영상의 높은 신호-대-잡음비가 기존의 고해상도 최종 MR 영상의 신호-대-잡음비 보다 높다는 것을 알 수 있다. 이상적으로 네 개의 MR 영상(NA=4)을 평균화하면 신호-대-잡음비는 2(=
Figure 112016049863663-pat00001
)배 향상되는데, NA=4인 CSAM 및 CSAK의 결과를 볼 때, 각각 1.95 및 1.94 로 이상적인 경우와 거의 동등함을 확인할 수 있다.
[표 1]
Figure 112016049863663-pat00002
또한 언더-샘플링 비가 0.33 일 때 CSAM 및 CSAK 의 샘플 포인트의 수는 하기 표 2에 나타낸 바와 같다.
[표 2]
Figure 112016049863663-pat00003
예를 들어, 자기공명신호에 대해 풀-샘플링된 k-공간 데이터셋에서 512 샘플 포인트인 경우, 3개의 CSAM의 샘플 포인트 수는 동일한 해상도의 재구성된 최종 MR 영상을 획득하기 위해 510개의 샘플 포인트가 요구된다. 즉, 3장의 MR영상을 재구성하는데 필요한 샘플 포인트 수가 CSAM방식의 경우 자기공명신호에 대해 풀-샘플링된 k-공간 데이터셋의 샘플 포인트 수와 거의 유사하며, CSAK방식의 경우는 이보다 작다. 단 CSAK의 경우 DC 영역에 속하는 샘플 포인트의 수가 적으면 적을수록 CSAM보다 필요한 샘플포인트 수가 줄어들 수 있다는 장점이 있다.
즉, CSAS, CSAK과 CSAM에 의거하여 재구성된 최종 MR 영상은 기존의 방법과 같은 샘플 포인트 수나 더 적은 샘플 포인트 수를 요구하고 동일한 해상도를 유지하면서도, 얻어지는 신호-대-잡음비는 더욱 향상됨을 확인할 수 있다.
도 5는 팬텀을 통해 실제 MRI 장비에 본 특허를 적용하여 기존 방법, CSAM 방식, CSAS 방식, 및 CSAK 방식에 의거하여 재구성된 최종 영상을 나타낸 표시장치(300)의 화면 예시도들이다.
우선, 수직 및 수평 FWHM(Full Width at Half Maximum) 비교를 위해 사용된 홀들은 도 5(a)의 레드 및 화이트 박스로 표시되어 있으며, 그린과 레드의 원은 신호-대-잡음비 계산을 위한 ROI를 표시한다. 기존 방법, CSAM 방식, CSAS 방식, 및 CSAK방식에 의거하여 재구성된 영상의 신호-대-잡음비는 표 3에 도시된 바와 같다.
[표 3]
Figure 112016049863663-pat00004

여기서 평균화에 사용된 영상 수 N=3(또는 NA=3)인 경우, CSAM 방식의 수행 시 요구되는 샘플 포인트 수는 앞서 표2와 같이 기존 방법으로 하나의 MR영상을 얻는데 필요한 샘플 포인트 수와 거의 같음을 표 2를 통해 확인할 수 있다.(즉, CSAM은 같은 수의 샘플 포인트로 3장 MR영상을 만들어 평균화가 가능하나, 기존 방법은 동일 샘플 포인트 수로 단일 MR영상 만을 얻음.)
한편, 표4 는 수평, 수직 FWHM을 통해 각 방법들로 재구성된 최종 영상들의 공간해상도를 비교하고 있다. 압축 센싱이 위상 인코딩(수평축)에 이뤄졌기 때문에 수직 공간해상도는 압축 센싱이나 평균화에 의한 영향이 전혀 없으나, 수평 프로파일은 약간의 영향을 받음을 확인할 수 있다. 하지만 이는 압축센싱 기법 적용에 따른 차이일 뿐 공간해상도가 나빠진 것을 의미하지 않는다. 실제로, 표 4에서 수평 프로파일 간의 FWHM는 수직 프로파일 간의 FWHM와 거의 동일함이 확인할 수 있다.
[표4]
Figure 112016049863663-pat00005

도 6은 CSAK에 의거하여 재구성된 최종 영상과 다양한 필터 계수를 가지는 가우시안 스무딩 필터를 이용하여 재구성된 최종 영상을 보인 표시장치(300)의 화면 예시도로서, 본 특허가 제시하는 방법이 단순한 필터링과 같은 영상처리보다 우수한 방법임을 나타내고 있다. 도 6을 참조하면, (a)에 도시된 기존 방법으로 재구성된 최종 영상 및 (b) 내지 (e)에 도시된 각 필터 계수 σ=0.2mm, σ=0.4mm, σ=0.6mm. σ=0.8mm 를 적용한 가우시안 스무딩 필터 처리가 된 영상들의 해상도가 (f)에 도시된 CSAK에 의거하여 재구성된 최종 영상의 해상도 보다 떨어짐을 보여준다. 단순히 영상처리인 가우시안 스무딩 필터를 이용하면 신호-대-잡음비는 상승하나 이에 비례하여 해상도가 나빠지는 특성을 가지지만, 본 발명이 제안하는 CSAK는 해상도의 저하 없이 신호-대-잡음비를 향상시킨다.
도 7은 도 3에 도시된 영상처리 장치(200)의 동작 과정을 보인 흐름도로서, 도 7을 참조하여 본 발명의 다른 실시 예에 따른 영상처리 장치(200)를 보다 구체적으로 설명한다.
우선 영상처리 장치(200)는 자기공명신호로부터 복수의 MR영상을 재구성하는데 필요한 복수의 언더-샘플링된 k-공간 서브셋의 고주파 영역의 합집합과 고주파 영역이 아닌 DC 영역에 해당하는 데이터를 획득한 후 연속적으로 key-hole 기법을 이용하여 DC 영역의 k-공간 데이터셋을 복수 개 획득한다(S1).
그리고, 영상처리 장치(200)는 단일 고주파 영역의 합집합으로부터 얻고자 하는 수에 해당하는 복수의 언더-샘플링된 고주파 k-공간 데이터셋으로 나누어 구성한다(S2).
영상처리 장치(200)는 각각의 언더-샘플링된 고주파 k-공간 데이터셋과 상기 획득된 복수의 DC 영역의 k-공간 데이터셋을 일대일 대응하여 결합하여 복수의 MR영상을 얻기 위해 필요한 복수의 언던-샘플된 k-공간 데이터셋을 구성한다(S3).
상기 구성된 복수의 언던-샘플된k-공간 데이터셋 각각에 대해 영상처리 장치(200)는 압축 센싱 기법을 적용하여 복수의 MR영상으로 재구성하고, 복수의 MR 영상을 평균화하여 대상체에 대해 신호-대-잡음비가 향상된 최종 MR 영상을 획득한다(S4, S5).
여기서, 상기 압축 센싱 기법은, 영상신호를 스파스(sparse)한 데이터로 바꾸기 위한 이산 웨이블렛(wavelet) 변환 및 산재화 변환 (sparsifying transform) 중 적어도 하나를 영상 재구성 반복적 최적화 기법에 적용하여, 언더-샘플링된 k-공간 데이터셋에서 해상도의 저하 없이 MR영상을 재구성하도록 실행할 수 있으며, 상기 산재화 변환에서 이산 웨이블렛(wavelet) 변환과 유한차분 변환의 가중치는 대상체의 MR 영상의 종류에 따라 변동되므로 룩업 테이블 기법을 이용할 수 있다.
상기의 key hole 기법 및 압축 센싱 기법을 결합한 자기공명 촬영 시스템의 제어 방법의 각 단계는 전술한 영상처리 장치(200)에서 수행하는 기능으로 구체적인 설명은 생략한다.
여기에 제시된 실시 예들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
지금까지 본 발명을 바람직한 실시 예를 참조하여 상세히 설명하였지만, 본 발명이 상기한 실시 예에 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.
영상의 해상도를 올릴수록 신호-대-잡음비가 낮아져 촬영 시간이 길어지는 문제점을 해결하기 위해, MR 촬영 장치의 신호 측정 및 영상재구성 단계에 압축 센싱과 key-hole을 결합한 기법을 이용함으로서 해상도 저하 없는 복수의 MR영상을 획득 및 재구성하는데 요구되는 샘플 포인트 수를 최소화하여 촬영 시간을 단축할 수 있고, 또한 최소화된 샘플 포인트를 활용하여, 기존의 고해상도 MR영상 하나를 얻는데 필요한 촬영 시간 안에 해상도의 희생 없이 여러 MR 영상을 획득하고 획득된 MR 영상의 평균 영상을 구함에 따라, 효과적으로 고해상도의 MR 영상의 신호-대-잡음비를 향상할 수 있는 key-hole기법과 결합된 압축 센싱 기법을 이용한 자기공명 촬영 시스템 및 그 제어방법에 대한 운용의 정확성 및 신뢰도 측면, 더 나아가 성능 효율 면에 매우 큰 진보를 가져올 수 있으며, 적용되는 의료진단 장비의 시판 또는 영업의 가능성이 충분할 뿐만 아니라 현실적으로 명백하게 실시할 수 있는 정도이므로 산업상 이용가능성이 있는 발명이다.

Claims (13)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 해당 대상체의 영역에 매칭되어 설정된 복수의 주파수 신호 중 하나의 주파수 신호에 의해 여기되어 자기공명신호를 방출하고 방출된 자기공명신호를 수신하는 촬영 장치; 상기 촬영 장치로부터 제공된 자기공명신호를 처리하여 대상체에 대한 복원된 MR 영상을 획득하는 영상처리 장치; 및 상기 영상처리 장치의 복원된 최종MR 영상을 사용자에게 전달하는 표시 장치를 포함하되,
    상기 촬영 장치는 상기 대상체를 여기시키고 압축 센싱 기법과 key-hole기법 중 적어도 하나를 기반으로 자기공명신호를 획득하며,
    상기 영상처리 장치는,
    언더-샘플링된 자기공명신호에 대해 영상의 질 저하 없이 복수의 MR 영상을 획득하기 위해, 복수의k-공간 상 데이터를 압축 센싱 기법 및 key-hole기법 중 적어도 하나의 기법을 이용하여 각각 재구성하고, 이들을 통해 복수의 MR영상을 획득하고, 상기 획득된 복수개의 MR 영상을 평균화하여 최종 MR 영상을 재구성하며 재구성된 MR 영상을 상기 표시 장치로 전달하도록 구비되되,
    상기 획득된 자기공명신호로부터 기존의 MR 영상 재구성에서 사용하는 언더 샘플링되지 아니한 완전한 단일k-공간 데이터셋을 구성하고,
    상기 구성된 단일k-공간 데이터셋을 기 정해진 언더-샘플링 비를 만족하며 상호 동일한 DC성분을 공유하는 복수의 언더-샘플링된 k-공간 서브셋으로 나눈 후, 상기 각각의 k-공간 서브셋에 대해 압축 센싱 기법을 적용하여 언더-샘플링으로 인한 해상도 저하가 없는 복수의 MR 영상을 재구성하고,
    재구성된 복수의 MR 영상을 평균화하여 대상체에 대한 신호-대-잡음비가 향상된 최종MR 영상을 획득하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 자기공명 촬영 시스템의 영상처리 장치.
  4. 해당 대상체의 영역에 매칭되어 설정된 복수의 주파수 신호 중 하나의 주파수 신호에 의해 여기되어 자기공명신호를 방출하고 방출된 자기공명신호를 수신하는 촬영 장치; 상기 촬영 장치로부터 제공된 자기공명신호를 처리하여 대상체에 대한 복원된 MR 영상을 획득하는 영상처리 장치; 및 상기 영상처리 장치의 복원된 최종MR 영상을 사용자에게 전달하는 표시 장치를 포함하되,
    상기 촬영 장치는 상기 대상체를 여기시키고 압축 센싱 기법과 key-hole기법 중 적어도 하나를 기반으로 자기공명신호를 획득하며,
    상기 영상처리 장치는,
    언더-샘플링된 자기공명신호에 대해 영상의 질 저하 없이 복수의 MR 영상을 획득하기 위해, 복수의k-공간 상 데이터를 압축 센싱 기법 및 key-hole기법 중 적어도 하나의 기법을 이용하여 각각 재구성하고, 이들을 통해 복수의 MR영상을 획득하고, 상기 획득된 복수개의 MR 영상을 평균화하여 최종 MR 영상을 재구성하며 재구성된 MR 영상을 상기 표시 장치로 전달하도록 구비되되,
    상기 자기공명신호를 압축 센싱 기법과 key-hole기법을 결합하여 복수의 MR영상을 재구성하는데 필요한 복수의 언더-샘플링된 k-공간 서브셋의 고주파 영역의 합집합과 고주파 영역이 아닌 DC 영역에 해당하는 데이터를 획득한 후 key-hole 기법을 이용하여 복수의DC 영역의 k-공간 데이터셋을 획득하고,
    단일 고주파 영역의 합집합으로부터 얻고자 하는 수에 해당하는 복수의 언더-샘플링된 고주파 k-공간 데이터셋으로 나누어 구성하며,
    각각의 언더-샘플링된 고주파 k-공간 데이터셋과 상기 획득된 복수의 DC영역의 k-공간 데이터셋을 일대일로 대응하여 결합하여 복수의 MR영상을 얻기 위해 필요한 복수의 언더-샘플링된 k-공간 데이터셋을 구성하고,
    상기 복수의 언더-샘플링된k-공간 데이터셋 각각에 대해 압축 센싱 기법을 적용하여 언더-샘플링으로 인한 해상도 저하가 없는 복수의 MR영상으로 재구성한 후 이 복수의 MR 영상을 평균화하여 대상체에 대해 신호-대-잡음비의 향상된 최종 MR 영상을 획득하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 자기공명 촬영 시스템의 영상처리 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 영상처리 장치는,
    상기 자기공명신호를 압축 센싱 기법과 key-hole기법을 결합하여 복수의 MR영상을 재구성하는데 필요한 복수의 언더-샘플링된 k-공간 서브셋의 고주파 영역의 합집합과 고주파 영역이 아닌 DC 영역에 해당하는 데이터를 획득한 후 key-hole 기법을 이용하여 복수의DC 영역의 k-공간 데이터셋을 획득하는 DC 영역 획득부;
    단일 고주파 영역의 합집합으로부터 얻고자 하는 수에 해당하는 복수의 언더-샘플링된 고주파 k-공간 데이터셋으로 나누어 구성하는 고주파 영역 구성부;
    각각의 언더-샘플링된 고주파 k-공간 데이터셋과 상기 획득된 복수의 DC영역의 k-공간 데이터셋을 일대일로 대응하여 결합하여 복수의 MR영상을 얻기 위해 필요한 복수의 언더-샘플링된 k-공간 데이터셋을 구성하는 k-공간 데이터셋 구성부;
    상기 복수의 언더-샘플링된k-공간 데이터셋 각각에 대해 압축 센싱 기법을 적용하여 언더-샘플링으로 인한 해상도 저하가 없는 복수의 MR영상을 재구성하는 MR 영상 재구성부; 및
    재구성된 복수의 MR 영상을 평균화하여 대상체에 대해 신호-대-잡음비의 향상된 최종 MR 영상을 획득하는 최종 MR 영상 획득부를 포함 것을 특징으로 하는 자기공명 촬영 시스템의 영상처리 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 압축 센싱 기법은,
    영상 신호를 스파스(sparse)한 데이터로 바꾸기 위해 이산 웨이블렛(wavelet) 변환 및 산재화 변환 (sparsifying transform) 중 적어도 하나를 사용하며
    이산 웨이블렛(wavelet) 변환 및 산재화 변환 (sparsifying transform) 중 적어도 하나에 대해 영상 재구성 반복적 최적화 기법에 적용하여 언더-샘플링된 k-공간 데이터셋에서 해상도의 저하 없이 MR영상을 재구성하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 자기공명 촬영 시스템의 영상처리 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 산재화 변환에서 이산 웨이블렛(wavelet) 변환과 유한차분 변환의 가중치는
    대상체의 MR 영상의 종류에 따라 변동되므로 룩업 테이블 기법을 이용하는 것을 특징으로 하는 자기공명 촬영 시스템의 영상처리 장치.
  8. 자기공명신호를 압축 센싱 기법과 key-hole기법을 결합하여 복수의 MR영상을 재구성하는데 필요한 복수의 언더-샘플링된 k-공간 서브셋의 고주파 영역의 합집합과 고주파 영역이 아닌 DC 영역에 해당하는 데이터를 획득한 후 key-hole 기법을 이용하여 복수의DC 영역의 k-공간 데이터셋을 획득하는 DC 영역획득부;
    단일 고주파 영역의 합집합으로부터 얻고자 하는 수에 해당하는 복수의 언더-샘플링된 고주파 k-공간 데이터셋으로 나누어 구성하는 고주파 영역 구성부;
    각각의 언더-샘플링된 고주파 k-공간 데이터셋과 상기 획득된 복수의 DC영역의 k-공간 데이터셋을 일대일로 대응하여 결합하여 복수의 MR영상을 얻기 위해 필요한 복수의 언더-샘플링된 k-공간 데이터셋을 구성하는 k-공간 데이터셋 구성부;
    상기 복수의 언더-샘플링된k-공간 데이터셋 각각에 대해 압축 센싱 기법을 적용하여 언더-샘플링으로 인한 해상도 저하가 없는 복수의 MR영상을 재구성하는 MR 영상 재구성부; 및
    복수의 MR 영상을 평균화하여 대상체에 대해 신호-대-잡음비의 향상된 최종 MR 영상을 획득하는 최종 MR 영상 획득부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기공명 촬영 시스템의 영상처리 장치.
  9. 삭제
  10. 자기공명 촬영 시스템의 영상처리 방법에 있어서,
    풀-샘플링을 통해 획득된 자기공명신호로부터 기존의 MR 영상 재구성에서 사용하는 k-공간 데이터셋과 동일한 단일 k-공간 데이터셋을 구성하고,
    상기 구성된 단일k-공간 데이터셋을 기 정해진 언더-샘플링 비를 만족하며 상호 동일한 DC성분을 공유하는 복수의 k-공간 서브셋으로 나눈 후, 상기 각각의 k-공간 서브셋에 대해 압축 센싱 기법을 적용하여 복수의 MR 영상을 재구성하고,
    복수의 MR 영상을 평균화하여 대상체에 대한 신호-대-잡음비가 향상된 최종MR 영상을 획득하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 자기공명 촬영 시스템의 영상처리 방법.
  11. 자기공명 촬영 시스템의 영상처리 방법에 있어서,
    자기공명신호를 압축 센싱 기법과 key-hole기법을 결합하여 복수의 MR영상을 재구성하는데 필요한 복수의 언더-샘플링된 k-공간 서브셋의 고주파 영역의 합집합과 고주파 영역이 아닌 DC 영역에 해당하는 데이터를 획득한 후 key-hole 기법을 이용하여 복수의DC 영역의 k-공간 데이터셋을 획득하는 DC 영역 획득단계;
    단일 고주파 영역의 합집합으로부터 얻고자 하는 수에 해당하는 복수의 언더-샘플링된 고주파 k-공간 데이터셋으로 나누어 구성하는 고주파 영역 구성단계;
    각각의 언더-샘플링된 고주파 k-공간 데이터셋과 상기 획득된 복수의 DC영역의 k-공간 데이터셋을 일대일로 대응하여 결합하여 복수의 MR영상을 얻기 위해 필요한 복수의 언더-샘플링된 k-공간 데이터셋을 구성하는 k-공간 데이터셋 구성단계;
    상기 복수의 언더-샘플링된k-공간 데이터셋 각각에 대해 압축 센싱 기법을 적용하여 복수의 MR영상을 재구성하는 MR 영상 재구성단계; 및
    복수의 MR 영상을 평균화하여 대상체에 대해 신호-대-잡음비의 향상된 최종 MR 영상을 획득하는 최종 MR 영상 획득단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기공명 촬영 시스템의 영상처리 방법.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 압축 센싱 기법은,
    영상신호를 스파스(sparse)한 데이터로 바꾸기 위해 이산 웨이블렛(wavelet) 변환 및 산재화 변환 (sparsifying transform) 중 적어도 하나를 영상 재구성 반복적 최적화 기법에 적용하여 언더-샘플링된 k-공간 데이터셋에서 해상도의 저하 없이 MR영상을 재구성하도록 실행하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 자기공명 촬영 시스템의 영상처리 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 산재화 변환에서 이산 웨이블렛(wavelet) 변환과 유한차분 변환의 가중치는,
    대상체의 MR 영상의 종류에 따라 변동되므로 룩업 테이블 기법을 이용하는 것을 특징으로 하는 자기공명 촬영 시스템의 영상처리 방법.
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