KR101819908B1 - 자기공명 영상 생성방법 및 그를 위한 장치 - Google Patents

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Abstract

자기공명 영상 생성방법 및 그를 위한 장치를 개시한다.
대상체의 복수의 슬라이스에게 공간 부호화 경사자장 및 방사형 샘플링을 적용하기 위한 보정 경사자장을 인가하고, 방사형 샘플링된 자기공명 신호를 수신하여 멀티 밴드 상에서 방사형 샘플링이 적용된 자기공명 영상 생성방법 및 그를 위한 장치에 관한 것이다.

Description

자기공명 영상 생성방법 및 그를 위한 장치{Method and Apparatus for Processing MRI Images}
본 실시예는 자기공명 영상 생성방법 및 그를 위한 장치에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
자기공명 영상 장치(MRI: Magnetic Resonance Imaging)는 자기장을 이용해 피사체를 촬영하는 장치로, 뼈는 물론 디스크, 관절, 신경 인대 등을 원하는 각도에서 입체적으로 보여주기 때문에 정확한 질병 진단을 위해서 널리 이용되고 있다.
최근에는 빠른 시간 내에 자기공명 신호를 영상화하기 위하여 멀티 슬라이스 이미징(multi-slice imaging) 기법이 발달하고 있다. 멀티 슬라이스 이미징은 하나의 반복 시간(TR: repetition time) 구간 내에 대상체의 복수의 슬라이스의 자기공명(MR: Magnetic Resonance) 신호를 획득하고, 획득된 신호를 각각의 위치에 대응되는 영상으로 분리하여 재구성하는 기법일 수 있다. 이러한 멀티 슬라이스 이미징 기법은 한국공개특허 KR 10-2014-0061905에 개시되어 있다.
다만, 멀티 슬라이스 이미징 기법은 자기공명 신호가 획득될 때, 자기공명 영상 장치는 대상체의 복수의 위치로부터 발생된 자기공명 신호가 중첩된 형태로 수신할 수 있으며, 이러한 중첩된 자기공명 신호로 인하여 최종 자기공명 영상을 재구성할 경우 결함과 노이즈가 발생할 수 있다.
따라서, 멀티 슬라이스 이미징 기법에서 중첩된 자기공명 신호로 인하여 발생된 결합과 노이즈를 억제하여 개선된 화질을 갖는 자기공명 영상을 생성하기 위한 방법 및 장치를 제공할 필요가 있다.
한편, 멀티 슬라이스 이미징 기법은 움직임이 있는 부분(대상체)의 자기공명 영상을 생성하기 위한 방사형 샘플링에 적용하는 경우, 영상의 방사형으로 퍼지게 되는 문제점이 존재한다. 이러한 문제점은 방사형 샘플링을 적용할 때 반복시간(TR)마다 리드아웃(read-out) 경사자계의 크기가 변화하기 때문에 복수의 슬라이스에 대한 자기공명 영상이 방사형으로 퍼져서 생성된다. 따라서, 방사형 샘플링을 적용한 멀티 슬라이스 이미징 기법을 이용하여 자기공명 영상이 생성하기 위한 경사자장의 제어가 필요로 한다.
본 실시예는 대상체의 복수의 슬라이스에게 공간 부호화 경사자장 및 방사형 샘플링을 적용하기 위한 보정 경사자장을 인가하고, 방사형 샘플링된 자기공명 신호를 수신하여 멀티 밴드 상에서 방사형 샘플링이 적용된 자기공명 영상 생성방법 및 그를 위한 장치를 제공한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 복수의 슬라이스 중 적어도 2 개의 슬라이스로 공간 부호화 경사자장(spatial encoding gradient)을 인가하고, 상기 적어도 2 개의 슬라이스로 방사형 샘플링을 적용하기 위한 보정 경사자장을 인가하는 경사자장 제어부; 상기 보정 경사자장이 인가됨에 따라 방사형 샘플링된 상기 적어도 2 개의 슬라이스의 자기공명 신호를 수신하는 RF 수신부; 및 상기 수신된 자기공명 신호에 기초하여, 상기 적어도 2 개의 슬라이스 각각의 자기공명 영상을 생성하는 영상 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기공명 영상장치를 제공한다.
또한, 본 실시예의 다른 측면에 의하면, 복수의 슬라이스 중 적어도 2 개의 슬라이스로 공간 부호화 경사자장(spatial encoding gradient)을 인가하고, 상기 적어도 2 개의 슬라이스로 방사형 샘플링을 적용하기 위한 보정 경사자장을 인가하는 경사자장 제어과정; 상기 보정 경사자장이 인가됨에 따라 방사형 샘플링된 상기 적어도 2 개의 슬라이스 각각의 자기공명 신호를 수신하는 RF 수신과정; 및 상기 수신된 자기공명 신호에 기초하여, 상기 적어도 2 개의 슬라이스의 자기공명 영상을 생성하는 영상 처리과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기공명 영상 생성방법을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 자기공명 영상장치는 스캔 시간을 단축시키면서 신호 대 잡음비(SNR : signal to noise ratio)가 향상된 자기공명 영상을 사용자에게 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 자기공명 영상장치는 매 TR 마다 방사형 샘플링을 위한 보정 경사자장을 인가함에 따라 멀티 슬라이스 영상 복원 기법에서 방사형 샘플링을 적용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 자기공명 영상장치는 보정 경사자장을 인가하여 방사형 샘플링을 적용함에 따라, 일반적인 방사형 샘플링보다 넓은 FOV(Field of View) 영역(예컨대, 직사각형 영역)을 갖는 자기공명 영상을 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 실시예에 따른 자기공명 영상장치(100)의 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 본 실시예에 따른 자기공명 영상을 생성하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 3은 본 실시예에 따른 추가 경사자장을 포함하는 스핀 에코 시퀀스 모식도(spin echo sequence diagram)의 일례이다.
도 4는 본 실시예에 따른 자기공명 영상장치(100)가 대상체의 뇌조직으로부터 복수의 슬라이 스를 선택하는 일례이다.
도 5는 본 실시예에 따른 복수의 슬라이스(410-1 내지 410-4)로부터 수신되는 자기공명 신호 의 일례이며, 도 5b는 복수의 슬라이스(410-1 내지 410-4)에 포함된 각 슬라이스로 부터 수신되는 자기공명 신호를 표현하는 도면이다.
도 5c는 본 실시예에 따른 복수의 슬라이스(410-1 내지 410-4)로부터 수신된 자기공명 신호를 영상화한 일례이다.
도 6a는 본 실시예에 따른 복수의 슬라이스(410-1 내지 410-4)로부터 수신되는 자기공명 신호의 일례이며, 도 6b는 복수의 슬라이스(410-1 내지 410-4)에 포함된 각 슬라이스로 부터 수신되는 자기공명 신호를 표현하는 도면이다.
도 6c는 본 실시예에 따른 복수의 슬라이스(410-1 내지 410-4)로부터 수신된 자기공명 신호를 영상화한 일례이다.
도 6d는 본 실시예에 따른 복수의 슬라이스에 포함된 각 슬라이스로부터 수신되는 자기공명 신호를 표시한 도면이다.
도 7a는 본 실시예에 따른 자기공명 영상장치(100)가 자기공명 영상을 생성하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 7b는 자기공명 영상장치(100)가 방사형 샘플링을 적용하여 자기공명 영상을 생성하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 8은 본 실시예에 따른 자기공명 영상장치(100)가 수신하는 자기공명 신호의 일례이다.
도 9는 본 실시예에 따른 자기공명 영상장치(100)가 복수의 슬라이스에 포함된 각 슬라이스 의 자기공명 영상을 생성하는 일례이다.
도 10은 본 실시예에 따른 해상도 팬텀(resolution phantom)을 이용하여 자기공명 영상장치(100)가 자기공명 영상을 생성하는 일례이다.
도 11은 본 실시예에 따른 자기공명 영상장치(100)가 직교좌표 또는 방사형 샘플링을 적용하여 자기공명 영상을 생성하는 동작을 설명하기 위한 예시도이다.
도 12a 및 도 12b는 본 실시예에 따른 방사형 샘플링을 적용하여 자기공명 영상을 생성하기 위한 시퀀스 및 보정 경사자장의 인가에 따른 경사자계의 크기의 변화를 나타낸 예시도이다.
도 13은 본 실시예에 따른 서로 다른 보정 경사자장의 크기로 방사형 샘플링을 적용한 자기공명 영상을 나타낸 예시도이다.
도 14는 본 실시예에 따른 방사형 샘플링을 적용한 자기공명 영상의 FOV(Field of View)를 나타낸 예시도이다.
도 15는 본 실시예에 따른 일부 실시예에 따른 자기공명 영상장치(100)의 상세한 구성을 도 시하는 도면이다.
도 16은 본 실시예에 따른 통신부(70)의 구성을 도시하는 도면이다.
이하, 본 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
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. 또 한, 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, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
본 명세서에서 “이미지” 또는 "영상"은 이산적인 영상 요소들(예를 들어, 2차원 영상에 있어서의 픽셀들 및 3차원 영상에 있어서의 복셀들)로 구성된 다차원(multi-dimensional) 데이터를 의미할 수 있다. 예를 들어, 영상은 X- ray, CT, MRI, 초음파 및 다른 의료 영상 시스템에 의해 획득된 대상체의 의료 영상 등을 포함할 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 "자기공명 영상 (MRI: Magnetic Resonance Imaging)"이란 핵자기공명 원리를 이용하여 획득된 대상체에 대한 영상을 의미한다.
또한, 본 명세서에서 "펄스 시퀀스"란, MRI 장치에서 반복적으로 인가되는 신호의 연속을 의미한다. 펄스 시퀀스는 RF 펄스의 시간 파라미터, 예를 들어, 반복 시간(Repetition Time, TR) 및 에코 시간(Time to Echo, TE) 등을 포함할 수 있다.
또한, 본 명세서에서 "펄스 시퀀스 모식도"란, MRI 장치 내에서 일어나는 사건(event) 들의 순서를 설명한다. 예컨대, 펄스 시퀀스 모식도란 RF 펄스, 경사 자장, 자기공명 신호 등을 시간에 따라 보여주는 모식도일 수 있다.
또한, 본 명세서에서 "TR"이란 RF 펄스의 반복시간(repetition time)을 의미할 수 있다. 예를 들어, 첫번째 RF 펄스가 송신되는 시점으로부터 두 번째 RF 펄스가 송신되는 시점 사이의 시간을 의미할 수 있다.
또한, 본 명세서에서 “공간 부호화”이란, RF 신호에 의한 양성자 스핀들의 탈위상에 더하여, 양성자 스핀들의 추가적인 탈위상을 일으키는 선형 경사자장을 인가함으로써 경사자장의 축(방향)을 따라서 위치 정보를 획득하는 것을 의미할 수 있다.
MRI 장치는 특정 세기의 자기장에서 발생하는 RF(Radio Frequency) 신호에 대한 MR(Magnetic Resonance) 신호의 세기를 명암 대비로 표현하여 대상체 의 단층 부위에 대한 이미지를 획득하는 장치이다. 예를 들어, 대상체를 강력한 자 기장 속에 눕힌 후 특정의 원자핵(예컨대, 수소 원자핵 등)만을 공명시키는 RF 신호를 대상체에 순간적으로 조사했다가 중단하면 특정의 원자핵에서 자기공명 신호가 방출되는데, MRI 장치는 이 자기공명 신호를 수신하여 MR 이미지를 획득할 수 있다. 자기공명 신호는 대상체로부터 방사되는 RF 신호를 의미한다. 자기공명 신호의 크기는 대상체에 포함된 소정의 원자(예컨대, 수소 등)의 농도, 이완시간 T1, 이완시간 T2 및 혈류 등의 흐름에 의해 결정될 수 있다.
MRI 장치는 다른 이미징 장치들과는 다른 특징들을 포함한다. 이미지의 획득이 감지 하드웨어(detecting hardware)의 방향에 의존하는 CT와 같은 이미징 장치들과 달리, MRI 장치는 임의의 지점으로 지향된 2차원 이미지 또는 3차원 볼륨 이미지를 획득할 수 있다. 또한, MRI 장치는, CT, X-ray, PET 및 SPECT와 달리, 대상체 및 검사자에게 방사선을 노출시키지 않으며, 높은 연부 조직(soft tissue) 대조도를 갖는 이미지의 획득이 가능하여, 비정상적인 조직의 명확한 묘사가 중요한 신경(neurological) 이미지, 혈관 내부(intravascular) 이미지, 근골격(musculoskeletal) 이미지 및 종양(oncologic) 이미지 등을 획득할 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. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
도 1은 일 실시예에 따른 자기공명 영상장치(100)의 구성을 도시하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 자기공명 영상장치(100)는 경사자장 제어부(110), RF 수신부(120) 및 영상 처리부(130) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 여기서, 자기공명 영상장치(100)는 직교좌표 샘플링(Cartesian Sampling) 또는 방사형 샘플링(Radial Sampling)을 이용하여 자기공명 영상을 생성할 수 있다.
일 실시예에 따른 경사자장 제어부(110)는 공간 부호화 경사자장 (spatial encoding gradient)을 발생시키기 위해 경사 코일을 제어할 수 있다. 경사 코일은 서로 직교하는 X 축, Y 축 및 Z 축 방향의 경사자장을 발생시키는 X, Y, Z 코일을 포함할 수 있다. 또한, 공간 부호화 경사자장은 X 축, Y 축 및 Z 축 방향의 경사자장을 포함할 수 있다.
공간 부호화 경사자장은 대상체에 인가됨으로써, 대상체의 부위별 공명 주파수를 서로 다르게 유도함으로써 각 부위의 위치 정보를 제공할 수 있다. 따라서, 공간 부호화 경사자장이 대상체에 인가됨에 따라 RF 수신부(120)를 통해 수신되는 대상체의 자기공명 신호는 3차원 좌표계로 표현될 수 있는 위치 정보를 포함할 수 있다. 한편, X 축, Y 축 및 Z 축 방향의 경사자장은 각각 주파수 방향의 경사자장(frequency gradient), 위상 방향의 경사자장(phase gradient) 및 슬라이스 방향의 경사자장(slice gradient)에 대응될 수 있다.
또한, 경사자장 제어부(110)는 제1 방향의 경사자장을 추가로 발생시키기 위해 경사 코일을 제어할 수 있다. 여기서, 제 1 방향은 공간 부호화 경사 자장 중에서 하나의 경사자장이 인가된 방향일 수 있다. 예를 들어, 제 1 방향은 슬라이스 방향(예컨대, Z 축 방향)일 수 있다. 이 경우, 경사자장 제어부(110)는 공간 부호화 경사자장 중에서 주파수 방향의 경사자장이 대상체에게 인가되는 동안 슬라이스 방향의 경사자장을 추가로 인가할 수 있다. 예를 들어, 대상체에게 추가로 인가되는 슬라이스 방향의 경사자장은 공간 부호화 경사자장 중의 주파수 방향의 경사자장과 동일한 신호 크기 및 인가 타이밍을 가질 수 있다.
경사자장 제어부(110)는 슬라이스 방향의 경사자장을 대상체에게 추가로 인가함으로써, 대상체의 자기공명 신호가 포함하는 위치 정보를 변경할 수 있다. 예를 들어, 대상체의 자기공명 신호는 주파수 방향(예컨대, X 축 방향)으로 이동(shift)된 위치 정보를 포함할 수 있다. 또한, 위치 정보가 이동되는 정도는 자기공명 신호가 수신되는 대상체 상의 위치에 따라 다를 수 있다. 이하에서는, 대상체에 추가로 인가되는 제 1 방향의 경사자장을 ‘추가 경사자장’이라 한다.
일 실시예에 따른 경사자장 제어부(110)는 복수의 슬라이스(slice)에 공간 부호화 경사자장 및 추가 경사자장을 인가하기 위해 펄스 시퀀스(pulse sequence) 정보를 생성할 수 있다. 여기서, 슬라이스는 하나의 자기공명 영상을 생성하기 위해 자기공명 신호를 획득하는 대상체 상의 단위 영역일 수 있다. 또 한, 복수의 슬라이스에 경사자장이 인가된다는 것은, 하나의 TR(repetition time) 동안, 대상체 상의 불연속적 위치 또는 연속적 위치의 복수의 슬라이스에 경사자장을 인가하는 것을 의미할 수 있다. 또한, 경사자장 제어부(110)에서 생성되는 펄스 시퀀스 정보는, 경사 코일에 인가되는 펄스(pulse) 신호의 강도, 인가 시간, 인가 타이밍(timing) 등에 관한 정보 등을 포함할 수 있다. 또는, 경사자장 제어부(110)는 외부 모듈로부터 펄스 시퀀스 정보를 수신할 수도 있다.
한편, 자기공명 영상장치(100)가 방사형 샘플링(Radial Sampling)을 이용하여 자기공명 영상을 생성하는 경우, 매 TR(repetition time)마다 리드아웃(read-out) 구간의 경사자계의 크기가 변화한다.
따라서, 방사형 샘플링(Radial Sampling)을 적용하는 경우, 경사자장 제어부(110)는 대상체에 추가로 인가되는 추가 경사자장(제 1 방향의 경사자장)을 리드아웃(read-out) 경사자계의 크기 변화에 근거하여 보정할 수 있다. 이하, 보정된 추가 경사자장은 보정 경사자장으로 기재하도록 한다.
즉, 경사자장 제어부(110)는 방사형 샘플링을 적용하기 위해 대상체로 리드아웃(read-out) 경사자계의 크기 변화에 근거한 보정 경사자장을 대상체에 추가로 인가할 수 있다. 경사자장 제어부(110)에서 보정 경사자장의 크기는 [수학식 1]을 기반으로 산출될 수 있다.
Figure 112016051083143-pat00001
(Gz: Z 축으로 가해지는 보정 경사자장의 크기, A는 직교좌표(Cartesian coordinate)에서의 추가 경사자장의 크기, θ: 방사형 샘플링에서 각 슬라이스의 각도 및 Φ: 방사형 샘플링의 보정값(Offset 값))
예컨대, 경사자장 제어부(110)에서 Φ를 0˚로 설정하는 경우 복수의 슬라이스 각각은 X 축으로 서로 밀리게 되며, Φ가 90˚로 설정된 경우 복수의 슬라이스 각각은 Y 축으로 밀리게 된다. 이러한, 경사자장 제어부(110)에서의 보정 경사자장에 따른 슬라이스의 변화(경사자계의 변화)는 도 11에 도시되어 있다.
RF 수신부(120)는 적어도 하나의 코일을 포함할 수 있으며, 각 코일에서 자기공명(MR) 신호를 수신할 수 있다. 예를 들어, 복수의 코일은 16 채널, 32 채널, 72 채널 및 144 채널 등 다양한 채널의 RF 코일을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 RF 수신부(120)는 복수의 슬라이스가 하나의 TR 동안 방출하는 자기공명 신호를 수신할 수 있다. RF 수신부(120)는 복수의 슬라이스에 포함된 각 슬라이스의 자기공명 신호를 중첩하여 수신할 수 있다. 예를 들어, RF 수신부(120)는 RF 제어부(미도시)에 의해 복수의 주파수 성분을 포함하는 RF 펄스신호를 대상체에 인가함으로써, 복수의 슬라이스가 방출하는 자기공명 신호를 동시에 수신할 수 있다. 한편, RF 수신부(120)가 자기공명 신호를 동시에 수신한다는 것은, RF 수신부(120)가 하나의 리드아웃(read-out) 구간에서 복수의 슬라이스의 자기공명 신호를 획득하는 것을 의미할 수 있다.
또한, 각 슬라이스는 주파수 방향(예컨대, X 축 방향)으로 서로 다른 크기만큼 이동된 위치 정보를 포함할 수 있다.
또한, RF 수신부(120)는 제 1 방향과 상이한 제 2 방향으로 언더샘플링(undersampling)된 자기공명 신호를 수신할 수 있다. 예를 들어, 제 1 방향 이 슬라이스 방향(예컨대, Z 축 방향)인 경우, 제 2 방향은 위상 방향(예컨대, Y 축 방향) 일 수 있다. RF 수신부(120)는 경사자장 제어부(110)에 의해 제어된 위상 방향의 경사자장에 기초하여, 위상 방향으로 언더샘플링된 자기공명 신호를 수신할 수 있다.
또는, RF 수신부(120)는 RF 제어부(미도시)에 의해 k-공간(k- space)에서 나선형 궤적을 갖는 나선형 펄스 시퀀스가 인가된 대상체로부터 자기공명 신호를 수신할 수도 있다. 이 경우, RF 수신부(120)는 나선형 펄스 시퀀스가 대상체에 인가됨에 따라 나선 방향으로 언더샘플링된 자기공명 신호를 수신할 수 있다.
일 실시예에 따른 RF 수신부(120)는 수신된 자기공명 신호를 영상 처리부(130)로 제공할 수 있다. 따라서, 영상 처리부(130)에게 제공되는 자기공명 신호는, 복수의 슬라이스에 포함된 각 슬라이스의 자기공명 신호가 중첩되고, 제 2 방향으로 언더샘플링된 신호일 수 있다.
또한, RF 수신부(120)는 경사자장 제어부(110)에 의해 제어된 보정 경사자장에 근거하여 방사형 샘플링된 자기공명 신호를 수신할 수 있다. 여기서, RF 수신부(120)는 방사형 샘플링된 자기공명 신호만을 수신하는 것으로 기재하고 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 언더샘플링 및 방사형 샘플링이 순차적으로 수행된 자기공명 신호를 수신할 수도 있다.
영상 처리부(130)는 RF 수신부(120)로부터 수신되는 자기공명 신호를 처리하여, 자기공명 영상을 생성할 수 있다. 영상 처리부(130)는 RF 수신부(120)로부터 수신된 자기공명 신호에 증폭, 주파수 변환, 위상 검파, 저주파 증폭, 필터링(filtering) 등과 같은 각종의 신호 처리를 가할 수 있다.
영상 처리부(130)는 예를 들어, 메모리의 k-공간(예컨대, 푸리에 (Fourier) 공간 또는 주파수 공간이라고도 지칭됨)에 디지털 데이터를 배치하고, 이러한 데이터를 2차원 또는 3차원 푸리에 변환을 하여 영상을 생성할 수 있다. 한편, k-공간은 자기공명 신호에 대한 로우 데이터(raw data)의 집합일 수 있으며, k-공간은 자기공명 신호의 위치 정보 및 콘트라스트(contrast) 정보 등을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 영상 처리부(130)는 복수의 슬라이스의 자기공명 신호에 기초하여, 복수의 슬라이스에 포함된 각 슬라이스의 자기공명 신호를 생성할 수 있다.
또한, 영상 처리부(130)는 복수의 슬라이스의 자기공명 신호가 제 2 방향으로 언더샘플링된 결과를 수신할 수 있다. 제 2 방향으로 언더샘플링된 결과에 따라, k-공간의 일부 열(예컨대, k-공간의 Ky 열)에는 데이터가 배치되지 않고 비어있을 수 있다. 영상 처리부(130)는 병렬 영상 처리(parallel imaging) 기법을 활용하여 미측정된 신호를 보간(interpolating)할 수 있다. 병렬 영상 처리 기법은 예를 들어, 센스(sense: sensitivity encoding), 그라파(grapha: generalized autocalibrating partially parallel acquisitions) 방식 등을 포함할 수 있다.
영상 처리부(130)는 예를 들어, 그라파 기법을 이용하여, 셀프 캘리 브레이션을 통해 캘리브레이션 신호와 인접하는 측정된 소스 신호 사이의 공간 상 호작용 값인 공간 상관(spatial correlations 또는 convolution kernels) 계수를 계산하고, 계산된 공간 상관 계수를 이용하여 미측정된 신호를 추정할 수 있다. 구 체적으로, 그라파 기법은 수신된 자기공명 신호와 추가적인 오토캘리브레이팅 라 인(ACS line: autocalibrating line)을 사용하여 얻어지지 않은 k-공간의 라인들을 채널 별로 복원할 수 있다.
또한, 영상 처리부(130)는 복수의 슬라이스에 포함된 각 슬라이스의 자기공명 신호가 중첩된 상태의 k-공간을 획득할 수 있다. 각 슬라이스의 자기공명 신호는 서로 다른 크기만큼 주파수 방향(예컨대, X 축 방향)으로 이동된 위치 정보를 포함할 수 있다.
영상 처리부(130)는 복수의 슬라이스의 자기공명 신호로부터 각 슬 라이스의 자기공명 신호를 분리할 수 있다. 영상 처리부(340)는 멀티 슬라이스 영상 처리 기법(multi-slice imaging)을 이용하여, 각 슬라이스의 자기공명 신호를 분리하고 각 슬라이스의 자기공명 영상을 생성할 수 있다. 멀티 슬라이스 영상 복원 기법은 예를 들어, 슬라이스 그라파(slice-GRAPPA), 멀티 슬라이스 카이프리나(MS-CAIPIRINHA: multi slice controlled aliasing in parallel imaging results in higher acceleration) 방식 등을 포함할 수 있다.
영상 처리부(130)는 예를 들어, 멀티 슬라이스 영상 복원 기법에 따라 복수의 슬라이스 간 존재하는 코일 민감도(coil sensitivity) 정보의 차이를 이용하여, 중첩되어 수신된 복수의 슬라이스의 자기공명 신호로부터 각 슬라이스의 자기공명 신호를 분리할 수 있다.
일반적으로, 멀티 슬라이스 영상 복원 기법에 따라 복수의 슬라이스의 자기공명 신호를 분리하는 경우, 결함과 노이즈가 발생될 수 있다. 이는, 중첩된 각 슬라이스의 자기공명 신호가 유사한 위치 정보를 포함함에 따라(예컨대, 슬라이스 방향(Z 축 방향)을 제외한 주파수 방향(X 축 방향) 및 위상 방향(Y 축 방향)이 유사), 슬라이스 간 존재하는 코일 민감도 정보의 차이가 근소하기 때문일 수 있다.
일 실시예에 따른 자기공명 영상장치(100)는 추가 경사자장에 의해, 복수의 슬라이스에 포함된 각 슬라이스에 대응되는 위치 정보를 서로 다른 크기만큼 주파수 방향(예컨대, X 축 방향)으로 이동시키므로, 슬라이스 간 존재하는 코일 민감도 정보의 차이를 증가시킬 수 있다. 따라서, 영상 처리부(130)는 결함 및 노이즈가 적은 자기공명 영상을 생성할 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이 자기공명 영상장치(100)는 제 1 방향과 상이한 제 2 방향으로 언더샘플링된 결과에 기초하여 병렬 영상 처리를 수행하므로, 스캔 시간을 단축시킬 수 있다. 또한, 언더샘플링된 자기공명 신호는 주파수 방향과 상이한 위상 방향으로 앨리어싱(aliasing)되어 나타나므로, 복수의 슬라이스 간 존재하는 코일 민감도 정보의 차이는 감소되지 않는다.
이와 같이, 자기공명 영상장치(100)는 스캔 시간을 단축시키면서 신호 대 잡음비(SNR : signal to noise ratio)가 향상된 자기공명 영상을 사용자에게 제공할 수 있다.
한편, 자기공명 영상장치(100)는 보정 경사자장에 의해, 멀티 슬라이스 영상 복원 기법에서 방사형 샘플링을 적용할 수 없었던 문제점을 해결할 수 있다. 또한, 자기공명 영상장치(100)는 보정 경사자장에 의해, 복수의 슬라이스에 포함된 각 슬라이스를 방사형 샘플링을 적용함으로써, 일반적인 방사형 샘플링보다 넓은 FOV(Field of View) 영역(예컨대, 직사각형 영역)을 갖는 자기공명 영상을 제공할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 자기공명 영상 생성 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 자기공명 영상장치(100)는 복수의 슬라이스(slice)에게 공간 부호화 경사자장(spatial encoding gradient)을 인가할 수 있다 (S110). 여기서 슬라이스는 하나의 자기공명 영상을 생성하기 위해 자기공명 신호를 획득하는 대상체 상의 단위 영역일 수 있다. 또한, 복수의 슬라이스에 경사자장이 인가된다는 것은, 하나의 TR(repetition time) 동안, 대상체 상의 불연속적 위치 또는 연속적 위치의 복수의 슬라이스에 경사자장을 인가하는 것을 의미할 수 있다.
공간 부호화 경사자장은 대상체에 인가됨으로써, 대상체의 부위별 공명 주파수를 서로 다르게 유도함으로써 각 부위의 위치 정보를 제공할 수 있다. 따라서, 대상체의 자기공명 신호는 3차원 좌표계로 표현될 수 있는 위치 정보를 포함할 수 있다. 복수의 슬라이스는 대상체 상의 동일 또는 유사한 조직으로부터 선택될 수 있다. 이 경우, 복수의 슬라이스에 공간 부호화 경사자장이 인가되면, 각 슬라이스는 동일 또는 유사한 위치 정보(슬라이스 방향(Z 축 방향)을 제외한 주파수 방향(X 축 방향) 및 위상 방향(Y 축 방향)이 유사)를 포함하는 자기공명 신호를 방출할 수 있다.
또한, 공간 부호화 경사자장은 슬라이스 방향의 경사자장(slice gradient), 주파수 방향의 경사자장(frequency gradient) 및 위상 방향의 경사자장(phase gradient)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 자기공명 영상장치(100)는 복수의 슬라이스에게 제 1 방향의 경사자장을 추가로 인가할 수 있다 (S120). 여기서, 제 1 방향은 공 간 부호화 경사자장 중에서 하나의 경사자장이 인가된 방향일 수 있다. 예를 들어, 제 1 방향은 슬라이스 방향(예컨대, Z 축 방향)일 수 있다. 이 경우, 자기공명 영상장치(100)는 공간 부호화 경사자장 중에서 주파수 방향의 경사자장이 복수의 슬라이스에 인가되는 동안, 슬라이스 방향의 경사자장을 추가로 인가할 수 있다. 예를 들어, 대상체에게 추가로 인가되는 슬라이스 방향의 경사자장은 공간 부호화 경사자장 중의 주파수 방향의 경사자장과 동일한 인가 타이밍을 가질 수 있다. 이하에서는, 제 1 방향의 경사자장을 ‘추가 경사자장’이라 한다.
일 실시예에 따라 자기공명 영상장치(100)는 추가 경사자장을 복수의 슬라이스에게 인가함으로써, 복수의 슬라이스에 포함된 각 슬라이스가 방출하는 자기공명 신호가 포함하는 위치 정보를 변경할 수 있다. 예를 들어, 각 슬라이스의 자기공명 신호는 주파수 방향(예컨대, X 축 방향)으로 이동(shift)된 위치 정보를 포함할 수 있다. 또한, 위치 정보가 이동되는 정도는 각 슬라이스의 대상체 상의 위치에 따라 다를 수 있다. 따라서, 복수의 슬라이스에 공간 부호화 경사자장 및 추가 경사자장이 인가되면, 각 슬라이스는 서로 다른 크기만큼 주파수 방향(예컨대, X 축 방향)으로 이동된 위치 정보를 포함하는 자기공명 신호를 방출할 수 있다. 동일한 조직에서 복수의 슬라이스가 선택된 경우라도, 추가 경사자장이 인가됨에 따라, 각 슬라이스의 자기공명 신호가 포함하는 위치 정보는 상이할 수 있다.
또한, 자기공명 영상장치(100)는 제 1 방향과 상이한 제 2 방향으로 언더샘플링(undersampling)된 복수의 슬라이스의 자기공명 신호를 수신할 수 있다 (S130). 예를 들어, 제 1 방향이 슬라이스 방향인 경우, 제 2 방향은 위상 방향일 수 있다. 이 경우, 자기공명 영상장치(100)는 위상 방향으로 언더샘플링된 자기공명 신호를 수신할 수 있다.
또는, 자기공명 영상장치(100)는 k-공간(k-space)에서 나선형 궤적을 갖는 나선형 펄스 시퀀스가 인가된 대상체로부터 자기공명 신호를 수신할 수도 있다. 이 경우, 자기공명 영상장치(100)는 나선형 펄스 시퀀스가 대상체에 인가됨에 따라 나선 방향으로 언더샘플링된 자기공명 신호를 수신할 수 있다.
또한, 자기공명 영상장치(100)는 복수의 슬라이스가 방출하는 자기공명 신호를 중첩된 상태로 수신할 수 있다. 예를 들어, 자기공명 영상장치(100)는 복수의 슬라이스에게 동시에 RF 신호를 인가함으로써, 복수의 슬라이스가 방출하는 자기공명 신호를 동시에 수신할 수 있다. 한편, 자기공명 영상장치(100)가 자기공명 신호를 동시에 수신한다는 것은, 자기공명 영상장치(100)가 하나의 리드아웃(read-out) 구간에서 복수의 슬라이스의 자기공명 신호를 획득하는 것을 의미할 수 있다.
또한, 자기공명 영상장치(100)는 복수의 슬라이스의 자기공명 신호에 기초하여, 복수의 슬라이스에 포함된 각 슬라이스의 자기공명 영상을 생성할 수 있다(S140).
자기공명 영상장치(100)는 복수의 슬라이스의 자기공명 신호가 제 2 방향으로 언더샘플링된 결과를 수신할 수 있다. 제 2 방향으로 언더샘플링된 결과에 따라, k-공간의 일부 열(예컨대, k-공간의 Ky 열)에는 데이터가 배치되지 않고 비어있을 수 있다. 자기공명 영상장치(100)는 병렬 영상 처리(parallel imaging) 기법을 활용하여 미측정된 신호를 보간(interpolating)할 수 있다. 병렬 영상 처리 기법은 예를 들어, 센스(sense: sensitivity encoding), 그라파(grapha: generalized autocalibrating partially parallel acquisitions) 방식 등을 포함할 수 있다.
또한, 자기공명 영상장치(100)는 복수의 슬라이스에 포함된 각 슬라이스의 자기공명 신호가 중첩된 상태의 k-공간을 획득할 수 있다. 각 슬라이스의 자기공명 신호는 서로 다른 크기만큼 주파수 방향(예컨대, X 축 방향)으로 이동된 위치 정보를 포함할 수 있다.
자기공명 영상장치(100)는 복수의 슬라이스의 자기공명 신호로부터 각 슬라이스의 자기공명 신호를 분리할 수 있다. 자기공명 영상장치(100)는 멀티 슬라이스 영상 복원 기법(multi slice imaging)을 이용하여, 각 슬라이스의 자기공명 신호를 분리하고 각 슬라이스의 자기공명 영상을 생성할 수 있다. 멀티 슬라이스 영상 복원 기법은 예를 들어, 슬라이스 그라파(slice-GRAPPA), 멀티 슬라이스 카이프리나(MS-CAIPIRINHA: multi slice controlled aliasing in parallel imaging results in higher acceleration) 방식 등을 포함할 수 있다.
자기공명 영상장치(100)는 예를 들어, 멀티 슬라이스 영상 복원 기법에 따라 복수의 슬라이스 간 존재하는 코일 민감도(coil sensitivity) 정보의 차이를 이용하여, 중첩되어 수신된 복수의 슬라이스의 자기공명 신호로부터 각 슬 라이스의 자기공명 신호를 분리할 수 있다.
이와 같이, 일 실시예에 따른 자기공명 영상장치(100)는 동일한 조직에서 선택된 복수의 슬라이스로부터 방출된 자기공명 신호라도 상이한 위치 정보를 포함할 수 있으므로, 신호대 잡음비(SNR)가 향상된 각 슬라이스의 자기공명 영상을 생성할 수 있다.
도 3은 추가 경사자장을 포함하는 스핀 에코 시퀀스 모식도(spin echo sequence diagram)의 일례이다.
도 3을 참조하면, 자기공명 영상장치(100)가 스핀 에코(spin echo) 기법에 기초하여, 공간 부호화 경사자장 및 추가 경사자장을 인가하는 일례이다. 여기서, 스핀 에코 기법은 90도 RF 펄스를 대상체에 인가한 후 리포커싱 펄스인 180도 RF 펄스를 인가하여 생성되는 신호를 영상화하는 기법일 수 있다. 또한, 공간 부호화 경사자장은 슬라이스 방향의 경사자장(slice gradient)(Gslice, 310), 위상 방향의 경사자장(phase gradient)(Gphase, 320) 및 주파수 방향의 경사 자장(frequency gradient)(Gfrequency, 330)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 자기공명 영상장치(100)는 RF 신호를 대상체에 인가하고, 주파수 방향의 경사자장(330)이 대상체에 인가되는 동안 추가 경사자장 (340-1, 340-2)을 인가할 수 있다.
한편, 자기공명 영상장치(100)는 복수의 주파수 성분을 포함하는 RF 펄스신호를 대상체에 인가함으로써, TR 마다 복수의 슬라이스로부터 자기공명 신호를 수신할 수 있다.
도 4는 자기공명 영상장치(100)가 대상체의 뇌조직으로부터 복수의 슬라이스를 선택하는 일례이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 자기공명 영상장치(100)는 대상체의 뇌조직으로부터 제 1 슬라이스 내지 제 4 슬라이스(410-1 내지 410-4)를 선택할 수 있다.
도 5a는 복수의 슬라이스(410-1 내지 410-4)로부터 수신되는 자기공명 신호의 일례이며, 도 5b는 복수의 슬라이스(410-1 내지 410-4)에 포함된 각 슬라이스로부터 수신되는 자기공명 신호를 표현하는 도면이다.
도 5a를 참조하면, 자기공명 영상장치(100)는 공간 부호화 경사자장이 인가되는 기울기에 기초하여, 복수의 슬라이스(410-1 내지 410-4)에 대해 FOV(Field of View, 510-1 내지 510-4)를 결정할 수 있다. 여기서, FOV는 대상체에 대한 자기공명 영상장치(100)의 촬영 영역으로, 공간 부호화 경사자장에 의해 결정될 수 있다. 또한, 대상체로부터 방출되는 자기공명 신호가 포함하는 위치 정보는 FOV(510-1 내지 510-4)에 의해 결정되는 2차원 좌표계(예컨대, 위치 정보의 슬라이스 방향(Gslice)을 제외한 주파수 방향(Gfrequency) 및 위상 방향(Gphase))에 대응될 수 있다.
복수의 슬라이스(410-1 내지 410-4)의 특정 위치로부터 수신되는 자기공명 영상 신호(530)는, 도 5b에 도시된 바와 같이, 동일 또는 유사한 위치 정보(530-1 내지 530-4)를 포함할 수 있다. 이와 같이, 자기공명 영상장치(100)는 동일 또는 유사한 위치 정보를 포함하는 각 슬라이스(410-1 내지 410-4)의 자기공명 신호를 중첩된 상태로 수신할 수 있다.
도 5c는 복수의 슬라이스(410-1 내지 410-4)로부터 수신된 자기공명 신호를 영상화한 일례이다.
도 5c를 참조하면, 자기공명 영상장치(100)는 복수의 슬라이스 (410-1 내지 410-4) 각각의 자기공명 영상이 중첩된 형태의 제 1 자기공명 영상(540)을 생성할 수 있다. 예를 들어, 동일 또는 유사한 위치 정보를 포함하는 자기공명 신호(530)는 제 1 자기공명 영상(540) 상의 동일 또는 유사한 좌표(550)에서 영상화될 수 있다.
자기공명 영상장치(100)는 예를 들어, 슬라이스 간 존재하는 코일 민감도(coil sensitivity) 정보의 차이를 획득할 수 있다. 또한, 자기공명 영상장치(100)는 제 1 자기공명 영상(540)의 각 좌표에 대응되는 복수의 슬라이스(410-1 내지 410-4) 간 존재하는 코일 민감도 정보의 차이를 이용해서 복수의 슬라이스(410-1 내지 410-4)를 분리할 수 있다.
제 1 자기공명 영상(540)의 각 좌표에서 중첩된 각 슬라이스(410-1 내지 410-4)의 자기공명 신호는 서로 동일 또는 인접한 코일로부터 수신된 신호일 수 있다. 따라서, 제 1 자기공명 영상(540)의 각 좌표에 대응되는 복수의 슬라이스 간 존재하는 코일 간 민감도 정보의 차이는 미미할 수 있다. 또한, 슬라이스 간 존재하는 코일 민감도 정보의 차이가 미미한 경우, 각 슬라이스별로 분리된 자기공명 영상은 신호 대 잡음비(SNR: Signal to Noise Ratio)가 낮을 수 있다.
도 6a는 복수의 슬라이스(410-1 내지 410-4)로부터 수신되는 자기공명 신호의 일례이며, 도 6b는 복수의 슬라이스(410-1 내지 410-4)에 포함된 각 슬라이스로부터 수신되는 자기공명 신호를 표현하는 도면이다.
도 6a를 참조하면, 자기공명 영상장치(100)는 복수의 슬라이스(410-1 내지 410-4)에게 추가 경사자장을 인가함로써, 공간 부호화 경사자장에 의해 결정된 복수의 슬라이스(410-1 내지 410-4)에 대한 FOV(610-1 내지 610-4)를 변경시킬 수 있다. 따라서, 자기공명 영상장치(100)는 FOV(610-1 내지 610-4)에 의해 결정되는 2차원 좌표계(예컨대, 주파수 방향(Gfrequency) 및 위상 방향(Gphase))의 기준 점(615)을 이동(shift)시킬 수 있다. 각 기준 점(615)이 이동되는 정도는 슬라이스마다 다를 수 있다. 따라서, 각 슬라이스의 자기공명 신호는 변경된 FOV(610-1 내지 610-4)에 기초하여, 주파수 방향(예컨대, Gfrequency)으로 이동(shift)된 위치 정보를 포함할 수 있다.
예를 들어, 복수의 슬라이스(410-1 내지 410-4)의 특정 위치로부터 수신되는 자기공명 영상 신호(630)는, 도 6b에 도시된 바와 같이, 서로 상이한 위치 정보(630-1 내지 630-4)를 포함할 수 있다.
도 6c는 복수의 슬라이스(410-1 내지 410-4)로부터 수신된 자기공명 신호를 영상화한 일례이다.
도 6c를 참조하면, 자기공명 영상장치(100)는 복수의 슬라이스 (410-1 내지 410-4) 각각의 자기공명 영상이 주파수 방향으로 이동된 위치에서 중첩된 형태의 제 2 자기공명 영상(650)을 생성할 수 있다. 예를 들어, 서로 상이한 위치 정보를 포함하는 자기공명 신호(630-1 내지 630-4)는 제 2 자기공명 영상(650) 상의 서로 다른 좌표(660-1 내지 660-4)에서 영상화될 수 있다.
따라서, 제 2 자기공명 영상(650)의 각 좌표에서 중첩된 각 슬라이스(410-1 내지 410-4)의 자기공명 신호는 서로 상이한 코일로부터 수신된 신호일 수 있다. 따라서, 제 2 자기공명 영상(650)의 각 좌표에 대응되는 복수의 슬라이스 간 존재하는 코일 민감도 차이는 서로 상이할 수 있다.
이에 따라, 일 실시예에 따른 자기공명 영상장치(100)는 신호 대 잡음비(SNR: Signal to Noise Ratio)가 높은 각 슬라이스의 자기공명 영상을 생성할 수 있다.
도 6d는 복수의 슬라이스에 포함된 각 슬라이스로부터 수신되는 자기공명 신호를 표시한 도면이다.
자기공명 영상장치(100)는 복수의 코일로 획득된 여러 영상 정보를 더욱 효율적으로 활용하기 위한 다단면 동시 영상 획득을 위한 기법을 이용하여 자기공명 영상을 생성한다.
다시 말해, 일 실시예에 따른 자기공명 영상장치(100)는 종래의 자기공명 영상의 지방(Fat) 부분에서 발생하는 오류를 보정하기 위한 기술인 VAT(View angle tilting)를 응용하여 리드아웃(read-out) 방향으로의 코일 정보를 활용할 수 있도록 하는 자기공명 영상의 획득기법과 이를 복원하기 위한 영상 복원기법을 이용하여 자기공명 영상을 생성한다.
도 6d의 (b) 및 (c)에 도시된 바와 같이, 자기공명 영상장치(100)는 추가 경사자장을 제어하여 동시에 획득한 영상이 리드아웃(read-out) 방향으로 밀려 겹쳐지도록 하여 자기공명 영상을 생성할 수 있다. 여기서, 자기공명 영상장치(100)는 병렬영상 기법에 의한 영상의 겹침과 다단면 동시 영상기법으로 생기는 영상의 겹침에 대한 각각의 축(두 개의 축)이 서로 수직(Orthogonal)하게 되어 효율적으로 자기공명 영상을 생성하는 시간을 감소시킬 수 있다.
도 7a는 일 실시예에 따른 자기공명 영상장치(100)가 자기공명 영상을 생성하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 7a를 참조하면, 자기공명 영상장치(100)는 제 1 슬라이스 및 제 2 슬라이스에게 공간 부호화 경사자장을 인가할 수 있다 (S210). 또한, 자기공명 영상장치(100)는 제 1 슬라이스 및 제 2 슬라이스에게 슬라이스 방향(예컨대, Z 축 방향)의 경사자장을 추가로 인가할 수 있다 (S220). 슬라이스 방향의 경사자장이 추가로 인가됨에 따라, 각 슬라이스에 대한 위치 정보는 주파수(frequency) 방향으로 이동될 수 있다.
자기공명 영상장치(100)는 주파수 방향으로 이동(shift)된 위치 정보를 가지며, 위상 방향으로 언더샘플링된 제 1 및 제 2 슬라이스의 자기공명 신호를 수신할 수 있다 (S230). 자기공명 영상장치(100)는 FOV가 주파수 방향으로 이동됨에 따라, 각 슬라이스는 주파수 방향으로 서로 다른 크기만큼 이동된 위치 정보를 포함할 수 있다. 따라서, 자기공명 영상장치(100)는 제 1 및 제 2 슬라이스의 자기공명 신호를 주파수 방향으로 이동된 위치에서 중첩된 상태로 수신할 수 있다. 예를 들어, 자기공명 영상장치(100)는 하나의 TR(repetition) 구간에서 제 1 및 제 2 슬라이스의 자기공명 신호를 동시에 중첩된 상태로 수신할 수 있다.
또한, 자기공명 영상장치(100)는 언더샘플링에 의해 위상 방향으로 앨리어싱(aliasing)된 자기공명 신호를 수신할 수 있다.
또한, 자기공명 영상장치(100)는 수신된 자기공명 신호에 기초하여, 병렬 영상 처리 기법에 따라, 미측정된 자기공명 신호를 보간(interpolating)할 수 있다 (S240). 자기공명 영상장치(100)는 예를 들어, 셀프 캘리브레이션을 통해 캘리브레이션 신호와 인접하는 측정된 소스 신호 사이의 공간 상호작용 값인 공간 상관 계수를 계산하고, 계산된 공간 상관 계수를 이용하여 미측정된 신호를 추정할 수 있다.
또한, 자기공명 영상장치(100)는 보간된 자기공명 신호에 기초하여, 멀티 슬라이스 영상 처리 기법에 따라, 각 슬라이스의 자기공명 영상을 생성할 수 있다 (S250). 자기공명 영상장치(100)는 예를 들어, 복수의 슬라이스 간 존재하는 코일 민감도(coil sensitivity) 정보의 차이를 이용하여, 중첩되어 수신되는 복수의 슬라이스의 자기공명 신호로부터 각 슬라이스의 자기공명 신호를 분리할 수 있다.
또한, 자기공명 영상장치(100)는 분리된 자기공명 신호에 기초하여, 각 슬라이스의 자기공명 영상을 생성할 수 있다.
도 7b는 일 실시예에 따른 자기공명 영상장치(100)가 방사형 샘플링을 적용하여 자기공명 영상을 생성하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 7b를 참조하면, 자기공명 영상장치(100)는 제 1 슬라이스 및 제 2 슬라이스로 공간 부호화 경사자장을 인가할 수 있다 (S310).
자기공명 영상장치(100)는 제 1 슬라이스 및 제 2 슬라이스로 방사형 샘플링을 적용하기 위한 보정 경사자장을 추가로 인가할 수 있다 (S320).
자기공명 영상장치(100)는 매 TR(repetition time)마다 리드아웃(read-out) 구간의 경사자계의 크기가 변화에 근거하여 추가 경사자장을 보정한 보정 경사자장을 대상체로 인가한다. 여기서, 자기공명 영상장치(100)는 방사형 샘플링에서 각 슬라이스의 각도에 따라 코사인(cosine) 함수를 이용하여 추가 경사장을 보정할 수 있으며, 방사형 샘플링의 보정값(Offset 값)을 추가하여 보정할 수도 있다.
자기공명 영상장치(100)는 방사형 샘플링된 제 1 및 제 2 슬라이스 자기공명 신호를 수신한다 (S330). 자기공명 영상장치(100)는 방사형 좌표계를 이용하여 샘플링된 제 1 및 제 2 슬라이스에 대한 자기공명 신호를 수신한다. 여기서, 제 1 및 제 2 슬라이스에 대한 자기공명 신호는 매 TR 마다 샘플링된 신호를 의미하며, 각 슬라이스는 주파수 방향으로 서로 다른 크기만큼 이동된 위치 정보를 포함할 수 있다. 따라서, 자기공명 영상장치(100)는 제 1 및 제 2 슬라이스의 자기공명 신호를 주파수 방향으로 이동된 위치에서 중첩된 상태로 수신할 수 있다. 예를 들어, 자기공명 영상장치(100)는 하나의 TR(repetition) 구간에서 제 1 및 제 2 슬라이스의 자기공명 신호를 동시에 중첩된 상태로 수신할 수 있다.
자기공명 영상장치(100)는 수신된 자기공명 신호를 기초로, 병렬 영상 처리 기법에 따라 자기공명 신호를 보간한다 (S340). 자기공명 영상장치(100)는 예를 들어, 셀프 캘리브레이션을 통해 캘리브레이션 신호와 인접하는 측정된 소스 신호 사이의 공간 상호작용 값인 공간 상관 계수를 계산하고, 계산된 공간 상관 계수를 이용하여 미측정된 신호를 추정할 수 있다.
자기공명 영상장치(100)는 멀티 슬라이스 영상 처리 기법에 따라, 방사형 샘플링을 적용한 제1 및 제2 슬라이스의 자기공명 영상을 생성한다 (S350). 자기공명 영상장치(100)는 예를 들어, 복수의 슬라이스 간 존재하는 코일 민감도(coil sensitivity) 정보의 차이를 이용하여, 중첩되어 수신되는 복수의 슬라이스의 자기공명 신호로부터 각 슬라이스의 자기공명 신호를 분리할 수 있다. 또한, 자기공명 영상장치(100)는 분리된 자기공명 신호에 기초하여, 각 슬라이스의 자기공명 영상을 생성할 수 있다.
도 7a 및 도 7b에서는 복수의 슬라이스에 포함된 2 개의 슬라이스인 제 1 슬라이스 및 제 2 슬라이스를 이용하여 자기공명 영상을 생성하는 동작을 기재하고 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 복수의 슬라이스 중 적어도 2 개의 슬라이스를 이용하여 자기공명 영상을 생성할 수도 있다.
도 8은 자기공명 영상장치(100)가 수신하는 자기공명 신호의 일례이다.
도 8을 참조하면, 제 1 슬라이스(810) 및 제 2 슬라이스(820)에게 공간 부호화 경사자장이 인가됨에 따라, 각 슬라이스(810, 820)의 자기공명 신호(810-1, 820-1)는 위치 정보를 포함할 수 있다.
또한, 각 슬라이스(810, 820)에게 슬라이스 방향의 경사자장이 추가로 인가됨에 따라, 각 슬라이스(810, 820)의 자기공명 신호(810-2, 820-2)는 이동된 FOV(Field Of View)를 통해 수신될 수 있다. 따라서, 각 슬라이스(810, 820)의 자기공명 신호(810-1, 820-2)는 주파수 방향으로 이동(shift)된 위치 정보를 포함할 수 있다.
자기공명 영상장치(100)는 주파수 방향으로 이동된 위치 정보를 포함하는 각 슬라이스의 자기공명 신호(810-2, 820-2)를 중첩된 상태(830)로 수신할 수 있다.
또한, 자기공명 영상장치(100)는 위상 방향으로 언더샘플링(undersampling)됨에 따라, 위상 방향으로 앨리어싱(aliasing)된 자기공명 신호(840)를 수신할 수 있다.
자기공명 영상장치(100)는 서로 다른 FOV 를 통해 각 슬라이스의 자기공명 신호를 수신하므로, 중첩된 슬라이스 간 존재하는 코일 민감도(coil sensitivity) 정보는 서로 상이할 수 있다. 따라서, 자기공명 영상장치(100)는 스캔 시간을 단축시키면서 신호 대 잡음비(SNR)가 향상된 자기공명 영상을 생성할 수 있다.
도 9는 자기공명 영상장치(100)가 복수의 슬라이스에 포함된 각 슬라이스의 자기공명 영상을 생성하는 일례이다.
도 9의 900-1을 참조하면, 자기공명 영상장치(100)는 복수의 주파수를 갖는 RF 펄스 및 공간 부호화 경사 펄스를 갖는 펄스 시퀀스(pulse sequenc e)를 생성함으로써, 복수의 슬라이스로부터 자기공명 신호를 수신할 수 있다. 자기 공명 영상장치(100)는 복수의 슬라이스 간 존재하는 코일 민감도(coil sensitivity) 정보의 차이를 이용하여, 각 슬라이스의 자기공명 신호를 분리할 수 있다. 만약, 복수의 슬라이스가 대상체 상의 동일 또는 유사한 조직에서 선택된 경우, 복수의 슬라이스 간 존재하는 코일 민감도 정보의 차이는 미미할 수 있다.
따라서, 생성되는 각 슬라이스의 자기공명 영상은 결함과 노이즈가 발생될 수 있 다.
900-2를 참조하면, 일 실시예에 따른 자기공명 영상장치(100)는 복수의 주파수를 갖는 RF 펄스 및 공간 부호화 경사 펄스 외에 슬라이스 방향의 경사 펄스를 추가로 갖는 펄스 시퀀스를 생성할 수 있다. 이 경우, 각 슬라이스의 위치 정보는 주파수 방향으로 이동될 수 있다. 따라서, 자기공명 영상장치(100)는 복수의 슬라이스가 동일한 조직에서 선택된 경우라도, 복수의 슬라이스 간 존재하는 코일 민감도 정보의 차이를 이용하여 신호 대 잡음비(SNR)가 높은 자기공명 영상을 생성할 수 있다.
도 10은 해상도 팬텀(resolution phantom)을 이용하여 자기공명 영상장치(100)가 자기공명 영상을 생성하는 일례이다.
도 10을 참조하면, 1000-1은 각 슬라이스의 원본 영상이다. 자기공명 영상장치(100)는 각 슬라이스에 공간 부호화 경사자장(spatial encoding gradient) 및 슬라이스 방향의 경사자장(slice gradient)을 인가하고, 위상(phase) 방향으로 언더샘플링(undersampling)된 자기공명 신호를 수신할 수 있다. 1000-2는 자기공명 영상장치(100)가 위상 방향으로 언더샘플링된 자기공명 신호를 보간(interpolating)한 후의 영상이다. 1000-2에 도시된 바와 같이, 각 슬라이스의 영상은 주파수(frequency) 방향으로 이동된 상태로 중첩될 수 있다. 또한, 1000-3 은 자기공명 영상장치(100)가 코일 민감도(coil sensitivity) 정보의 차이를 이용하여 1000-2의 자기공명 영상으로부터 각 슬라이스의 자기공명 신호를 분리한 결과이다.
이와 같이, 일 실시예에 따른 자기공명 영상장치(100)는 스캔 시간을 단축시키면서 신호 대 잡음비(SNR)가 향상된 자기공명 영상을 생성할 수 있다.
도 11은 본 실시예에 따른 자기공명 영상장치(100)가 직교좌표 또는 방사형 샘플링을 적용하여 자기공명 영상을 생성하는 동작을 설명하기 위한 예시도이다.
도 11의 (a)는 직교좌표 샘플링에서 기준이 되는 슬라이스의 경사자장에 대한 경사자계를 나타내고, 도 11의 (b)는 'A'의 크기로 경사자장을 추가로 인가하여 슬라이스가 이동(Shift)된 경사자계를 나타낸다. 여기서, 도 11 (a) 및 (b)의 동작은 도 6a 내지 도 6d에 기재된 내용과 동일한 방식인 것이 바람직하다.
도 11의 (c)는 방사형 샘플링을 적용하기 위해 코사인 함수를 이용하여 보정된 경사자장에 대한 경사자계를 나타내고, 도 11의 (d)는 방사형 샘플링을 적용할 때 방사형 샘플링의 보정값(Offset 값)을 추가로 보정한 경사자장에 대한 경사자계를 나타낸다.
도 12a 및 도 12b는 본 실시예에 따른 방사형 샘플링을 적용하여 자기공명 영상을 생성하기 위한 시퀀스 및 보정 경사자장의 인가에 따른 경사자계의 크기의 변화를 나타낸 예시도이다.
자기공명 영상장치(100)에서 멀티 슬라이스 이미징 기법에 방사형 샘플링에 적용하기 위한 시퀀스(MRI pulse sequence)는 도 12a와 같다.
자기공명 영상장치(100)는 일반적인 직교좌표(Cartesian coordinate) 샘플링과 다르게 방사형 샘플링을 적용하는 경우, 리드아웃(read-out) 방향의 경사자계가 크기가 매 TR 마다 변화하게 되고, 이를 통해 방사형으로 k 공간의 데이터를 획득하게 된다.
자기공명 영상장치(100)는 추가 경사자장을 인가하는 경우 슬라이스가 리드아웃(read-out) 방향으로 밀리게 되지만(도 12b의 (a)), 방사형 샘플링을 적용하는 경우, 한 영상 안에서 리드아웃(read-out) 방향의 경사자계가 크기가 매 TR 마다 변화하게 되면서 영상이 한 쪽 방향으로 일정하게 밀리지 않고 방사형으로 퍼지게 된다.
따라서, 리드아웃(read-out) 방향의 경사자계의 크기의 변화에 맞춰서 추가 경사자장의 크기를 변화시켜 보정 경사자장을 인가해야 한다. 이러한 보정 경사자장의 크기는 도 12b의 (b)와 같다. 여기서, 보정 경사자장의 크기는 [수학식 1]을 이용하여 산출된다.
도 13은 본 실시예에 따른 서로 다른 보정 경사자장의 크기로 방사형 샘플링을 적용한 자기공명 영상을 나타낸 예시도이다.
도 13은 실제 자기공명영상 장비에서 방사형 샘플링을 적용한 자기공명 영상 생성방법을 구현한 실험 결과(Phantom result)를 도시한다. 여기서, [수학식 1]을 기반으로 Φ의 값을 0˚, 45˚, 90˚ 각각으로 조절하여 각 단면이 밀리는 방향이 변화하는 것을 확인하였다. 자기공명 영상의 획득에 사용된 파라미터(Parameter)는 다음과 같다.
TR/TE = 100 ms/15 ms
Flip angle = 40 degree
Slice thickness: 3 mm
도 13에 도시된 바와 같이, 실제 자기공명영상 장비에서 방사형 샘플링을 적용하는 경우 멀티 슬라이스 이미징 기법에서 슬라이스가 이동(Shift)되어 서로 다른 슬라이스들이 밀리는 방향을 조절할 수 있다. 즉, 도 13과 같이, [수학식 1]에서 Φ값을 조절함으로써 서로 다른 방향으로 단면이 밀리는 것을 확인할 수 있다.
도 14는 본 실시예에 따른 방사형 샘플링을 적용한 자기공명 영상의 FOV(Field of View)를 나타낸 예시도이다.
도 14는 실제 자기공명영상 장비에서 방사형 샘플링을 적용한 자기공명 영상 생성방법을 구현한 실험 결과(In-vivo result)를 도시한다.
본 실시예에 따른 방사형 샘플링을 적용한 자기공명 영상을 생성하는 방법을 검증하기 위해 직사각형 형태의 FOV를 갖는 다리 영역에 대해 영상을 이용하는 것으로 기재하고 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
방사형 샘플링을 적용한 자기공명 영상을 생성하는 방법은 멀티 슬라이스 이미징 기법을 활용할 때 FOV 상에서 슬라이스 간의 겹침을 최소화할 수 있기 때문에 [수학식 1]에서 Φ 값이 0˚ 일 때와 두 슬라이스 간의 겹침이 가장 적은 90˚ 일 때 영상을 획득하여 비교한다. 자기공명 영상의 획득에 사용된 파라미터(Parameter)는 도 13의 파라미터와 동일하다.
도 14의 (a)는 Φ가 0˚일 때의 단면 영상을 도시하고, 도 14의 (b)는 Φ가 90˚일 때의 단면 영상을 도시한다. 상기 기술한 바와 같이, 방사형 샘플링에서는 FOV가 정사각형으로 나오기 때문에 다리를 촬영한 단면의 위, 아래의 FOV가 낭비되는 것을 확인할 수 있다. 따라서 도 14의 (c)와 같이, Φ 값을 조절하여 멀티 슬라이스 이미징 기법으로 영상을 획득하면 방사형 샘플링에서 낭비되는 FOV 영역을 활용할 수 있다.
도 15는 일부 실시예에 따른 자기공명 영상장치(100)의 상세한 구성을 도시하는 도면이다.
도 15를 참조하면, 자기공명 영상장치(100)는 갠트리(gantry)(20), 신호 송수신부(30), 모니터링부(40), 장치 제어부(50) 및 오퍼레이팅부(60)를 포함할 수 있다.
갠트리(20)는 주 자석(22), 경사 코일(24), RF 코일(26) 등에 의하여 생성된 전자파가 외부로 방사되는 것을 차단한다. 갠트리(20) 내 보어(bore)에 는 정자기장 및 경사자장이 형성되며, 대상체(10)를 향하여 RF 신호가 조사된다.
주 자석(22), 경사 코일(24) 및 RF 코일(26)은 갠트리(20)의 소정의 방향을 따라 배치될 수 있다. 소정의 방향은 동축 원통 방향 등을 포함할 수 있다. 원통의 수평축을 따라 원통 내부로 삽입 가능한 테이블(table, 28) 상에 대상체(10)가 위치될 수 있다.
주 자석(22)은 대상체(10)에 포함된 원자핵들의 자기 쌍극자 모멘트(magnetic dipole moment)의 방향을 일정한 방향으로 정렬하기 위한 정자기장 또는 정자장(static magnetic field)을 생성한다. 주 자석(22)에 의하여 생성된 자장이 강하고 균일할수록 대상체(10)에 대한 비교적 정밀하고 정확한 MR 영상을 획득할 수 있다.
경사 코일(Gradient coil)(24)은 서로 직교하는 X 축, Y 축 및 Z 축 방향의 경사자장을 발생시키는 X, Y, Z 코일을 포함한다. 경사 코일(24)은 대상체(10)의 부위 별로 공명 주파수를 서로 다르게 유도하여 대상체(10)의 각 부위의 위치 정보를 제공할 수 있다.
RF 코일(26)은 환자에게 RF 신호를 조사하고, 환자로부터 방출되는 MR 신호를 수신할 수 있다. 구체적으로, RF 코일(26)은, 세차 운동을 하는 환자 내에 존재하는 원자핵을 향하여, 세차운동의 주파수와 동일한 주파수의 RF 신호를 전송한 후 RF 신호의 전송을 중단하고, 환자 내에 존재하는 원자핵으로부터 방출되는 MR 신호를 수신할 수 있다.
예를 들어, RF 코일(26)은 어떤 원자핵을 낮은 에너지 상태로부터 높은 에너지 상태로 천이시키기 위하여 이 원자핵의 종류에 대응하는 무선 주파수(Radio Frequency)를 갖는 전자파 신호, 예컨대 RF 신호를 생성하여 대상체(10)에 인가할 수 있다. RF 코일(26)에 의해 생성된 전자파 신호가 어떤 원자핵에 가해지면, 이 원자핵은 낮은 에너지 상태로부터 높은 에너지 상태로 천이될 수 있다. 이후에, RF 코일(26)에 의해 생성된 전자파가 사라지면, 전자파가 가해졌던 원자핵은 높은 에너지 상태로부터 낮은 에너지 상태로 천이하면서 라모어 주파수를 갖는 전자파를 방사할 수 있다. 다시 말해서, 원자핵에 대하여 전자파 신호의 인가가 중단되면, 전자파가 가해졌던 원자핵에서는 높은 에너지에서 낮은 에너지로의 에너지 준위의 변화가 발생하면서 라모어 주파수를 갖는 전자파가 방사될 수 있다. RF 코일(26)은 대상체(10) 내부의 원자핵들로부터 방사된 전자파 신호를 수신할 수 있다.
RF 코일(26)은 원자핵의 종류에 대응하는 무선 주파수를 갖는 전자파를 생성하는 기능과 원자핵으로부터 방사된 전자파를 수신하는 기능을 함께 갖는 하나의 RF 송수신 코일로서 구현될 수도 있다. 또한, 원자핵의 종류에 대응하는 무선 주파수를 갖는 전자파를 생성하는 기능을 갖는 송신 RF 코일과 원자핵으로부터 방사된 전자파를 수신하는 기능을 갖는 수신 RF 코일로서 각각 구현될 수도 있 다.
또한, 이러한 RF 코일(26)은 갠트리(20)에 고정된 형태일 수 있고, 착탈이 가능한 형태일 수 있다. 착탈이 가능한 RF 코일(26)은 머리 RF 코일, 흉부 RF 코일, 다리 RF 코일, 목 RF 코일, 어깨 RF 코일, 손목 RF 코일 및 발목 RF 코일 등을 포함한 대상체의 일부분에 대한 RF 코일을 포함할 수 있다.
또한, RF 코일(26)은 유선 및/또는 무선으로 외부 장치와 통신할 수 있으며, 통신 주파수 대역에 따른 듀얼 튠(dual tune) 통신도 수행할 수 있다.
또한, RF 코일(26)은 코일의 구조에 따라 새장형 코일(birdcage coil), 표면 부착형 코일(surface coil) 및 횡전자기파 코일(TEM 코일)을 포함할 수 있다.
또한, RF 코일(26)은 RF 신호 송수신 방법에 따라, 송신 전용 코일, 수신 전용 코일 및 송/수신 겸용 코일을 포함할 수 있다.
또한, RF 코일(26)은 16 채널, 32 채널, 72채널 및 144 채널 등 다양한 채널의 RF 코일을 포함할 수 있다.
갠트리(20)는 갠트리(20)의 외측에 위치하는 디스플레이(29)와 갠트리(20)의 내측에 위치하는 디스플레이(미도시)를 더 포함할 수 있다. 갠트리(20)의 내측 및 외측에 위치하는 디스플레이를 통해 사용자 또는 대상체에게 소정의 정보를 제공할 수 있다.
신호 송수신부(30)는 소정의 MR 시퀀스에 따라 갠트리(20) 내부, 즉 보어에 형성되는 경사자장을 제어하고, RF 신호와 MR 신호(자기공명 신호)의 송수신을 제어할 수 있다.
신호 송수신부(30)는 경사자장 증폭기(32), 송수신 스위치(34), RF 송신부(36) 및 RF 수신부(38)를 포함할 수 있다.
경사자장 증폭기(Gradient Amplifier)(32)는 갠트리(20)에 포함된 경사 코일(24)을 구동시키며, 경사자장 제어부(54)의 제어 하에 경사자장을 발생시 키기 위한 펄스 신호를 경사 코일(24)에 공급할 수 있다. 경사자장 증폭기(32)로부터 경사 코일(24)에 공급되는 펄스 신호를 제어함으로써, X 축, Y 축, Z 축 방향의 경사 자장이 합성될 수 있다.
일 실시예에 따른 경사자장 제어부(54)는 X 축, Y 축 및 Z 축 방향의 경사자장을 포함하는 공간 부호화 경사자장 및 Z 축 방향의 경사자장을 추가로 발생시키기 위한 펄스 신호를 경사자장 증폭기(32)를 통해 경사 코일(24)에 공급할 수 있다.
RF 송신부(36) 및 RF 수신부(38)는 RF 코일(26)을 구동시킬 수 있다. RF 송신부(36)는 라모어 주파수의 RF 펄스를 RF 코일(26)에 공급하고, RF 수신부(38)는 RF 코일(26)이 수신한 MR 신호를 수신할 수 있다.
일 실시예에 따른 RF 수신부(38)는 공간 부호화 경사자장에 따라 위치 정보를 포함하는 MR 신호를 수신할 수 있다. 또한, RF 수신부(38)는 Z 축 방향의 경사자장이 추가로 대상체에 인가됨에 따라 X 축 방향으로 이동된 위치 정보를 포함하는 MR 신호를 수신할 수 있다.
또한, RF 수신부(38)는 Y 축 방향으로 언더샘플링(undersampling)된 MR 신호를 수신할 수 있다. 또는 RF 수신부(38)는 나선 방향으로 언더샘플링된 MR 신호를 수신할 수도 있다.
송수신 스위치(34)는 RF 신호와 MR 신호의 송수신 방향을 조절할 수 있다. 예를 들어, 송신 모드 동안에 RF 코일(26)을 통하여 대상체(10)로 RF 신호가 조사되게 하고, 수신 모드 동안에는 RF 코일(26)을 통하여 대상체(10)로부터의 MR 신호가 수신되게 할 수 있다. 이러한 송수신 스위치(34)는 RF 제어부(56)로부터의 제어 신호에 의하여 제어될 수 있다.
모니터링부(40)는 갠트리(20) 또는 갠트리(20)에 장착된 기기들을 모니터링 또는 제어할 수 있다. 모니터링부(40)는 시스템 모니터링부(42), 대상체 모니터링부(44), 테이블 제어부(46) 및 디스플레이 제어부(48)를 포함할 수 있다.
시스템 모니터링부(42)는 정자기장의 상태, 경사자장의 상태, RF 신호의 상태, RF 코일의 상태, 테이블의 상태, 대상체의 신체 정보를 측정하는 기기의 상태, 전원 공급 상태, 열 교환기의 상태, 컴프레셔의 상태 등을 모니터링하고 제어할 수 있다.
대상체 모니터링부(44)는 대상체(10)의 상태를 모니터링한다. 구체적으로, 대상체 모니터링부(44)는 대상체(10)의 움직임 또는 위치를 관찰하기 위한 카메라, 대상체(10)의 호흡을 측정하기 위한 호흡 측정기, 대상체(10)의 심전도를 측정하기 위한 ECG 측정기, 또는 대상체(10)의 체온을 측정하기 위한 체온 측정기를 포함할 수 있다.
테이블 제어부(46)는 대상체(10)가 위치하는 테이블(28)의 이동을 제어한다. 테이블 제어부(46)는 시퀀스 제어부(50)의 시퀀스 제어에 따라 테이블(28)의 이동을 제어할 수도 있다. 예를 들어, 대상체의 이동 영상 촬영(moving imaging)에 있어서, 테이블 제어부(46)는 시퀀스 제어부(50)에 의한 시퀀스 제어에 따라 지속적으로 또는 단속적으로 테이블(28)을 이동시킬 수 있으며, 이에 의해, 갠트리의 FOV(field of view)보다 큰 FOV로 대상체를 촬영할 수 있다.
디스플레이 제어부(48)는 갠트리(20)의 외측 및 내측에 위치하는 디스플레이를 제어한다. 구체적으로, 디스플레이 제어부(48)는 갠트리(20)의 외측 및 내측에 위치하는 디스플레이의 온/오프 또는 디스플레이에 출력될 화면 등을 제어할 수 있다. 또한, 갠트리(20) 내측 또는 외측에 스피커가 위치하는 경우, 디스플레이 제어부(48)는 스피커의 온/오프 또는 스피커를 통해 출력될 사운드 등을 제어할 수도 있다.
시스템 제어부(50)는 갠트리(20) 내부에서 형성되는 신호들의 시퀀스를 제어하는 시퀀스 제어부(52), 및 갠트리(20)와 갠트리(20)에 장착된 기기들을 제어하는 갠트리 제어부(58)를 포함할 수 있다.
시퀀스 제어부(52)는 경사자장 증폭기(32)를 제어하는 경사자장 제 어부(54), 및 RF 송신부(36), RF 수신부(38) 및 송수신 스위치(34)를 제어하는 RF 제어부(56)를 포함할 수 있다. 시퀀스 제어부(52)는 오퍼레이팅부(60)로부터 수신된 펄스 시퀀스에 따라 경사자장 증폭기(32), RF 송신부(36), RF 수신부(38) 및 송 수신 스위치(34)를 제어할 수 있다. 여기에서, 펄스 시퀀스(pulse sequence)란, 경사자장 증폭기(32), RF 송신부(36), RF 수신부(38) 및 송수신 스위치(34)를 제어하기 위해 필요한 모든 정보를 포함하며, 예를 들면 경사 코일(24)에 인가하는 펄스(pulse) 신호의 강도, 인가 시간, 인가 타이밍(timing) 등에 관한 정보 등을 포 함할 수 있다.
일 실시예에 따른 시퀀스 제어부(52)는 복수의 주파수 성분을 포함하는 RF 펄스, 공간 부호화 경사 펄스 및 Z 축 방향의 경사 펄스를 포함하는 스핀 에코(spin echo) 방식의 펄스 시퀀스를 오퍼레이팅부(60)로부터 수신할 수 있다.
또한, 시퀀스 제어부(52)는 k-공간(k-space)에서 나선형 궤적을 갖는 적어도 하나의 나선형 RF 펄스 시퀀스를 오퍼레이팅부(60)로부터 수신할 수 있 다.
오퍼레이팅부(60)는 시스템 제어부(50)에 펄스 시퀀스 정보를 지령하는 것과 동시에, MRI 시스템 전체의 동작을 제어할 수 있다.
오퍼레이팅부(60)는 RF 수신부(38)가 수신한 MR 신호를 전송받아서 처리하는 영상 처리부(62), 출력부(64) 및 입력부(66)를 포함할 수 있다.
영상 처리부(62)는 RF 수신부(38)로부터 수신되는 MR 신호를 처리하여, 대상체(10)에 대한 MR 화상 데이터(즉, 자기공명 영상)를 생성할 수 있다.
영상 처리부(62)는 RF 수신부(38)가 수신한 MR 신호를 전송받고, 전송받은 MR 신호에 증폭, 주파수 변환, 위상 검파, 저주파 증폭, 필터링(filtering) 등과 같은 각종의 신호 처리를 가한다.
영상 처리부(62)는, 예를 들어, 메모리의 k 공간 (예컨대, 푸리에 (Fourier) 공간 또는 주파수 공간이라고도 지칭됨)에 디지털 데이터를 배치하고, 이러한 데이터를 2차원 또는 3차원 푸리에 변환을 하여 화상 데이터로 재구성할 수 있다.
또한, 영상 처리부(62)는 필요에 따라, 재구성된 화상 데이터(data)에 합성 처리나 차분 연산 처리 등을 수행할 수 있다. 합성 처리는, 픽셀에 대한 가산 처리, 최대치 투영(MIP)처리 등 일 수 있다. 또한, 영상 처리부(62)는 재구성되는 화상 데이터뿐만 아니라 합성 처리나 차분 연산 처리가 행해진 화상 데이터를 메모리(미도시) 또는 외부의 서버에 저장할 수 있다.
또한, 영상 처리부(62)가 MR 신호에 대해 적용하는 각종 신호 처리는 병렬적으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 다채널 RF 코일에 의해 수신되는 복수의 MR 신호에 신호 처리를 병렬적으로 가하여 복수의 MR 신호를 화상 데이터로 재구성할 수도 있다.
일 실시예에 따른 영상 처리부(62)는 언더샘플링된 MR 신호를 수신하여, 미측정된 k-공간 상의 데이터를 보간(interpolating)할 수 있다. 예를 들어, 영상 처리부(62)는 그라파(GRAPPA), 센스(SENSE) 등의 병렬 영상 처리 기법에 기초하여, 미측정된 데이터를 추정할 수 있다.
또한, 영상 처리부(62)는 복수의 슬라이스의 자기공명 신호를 각 슬라이스의 자기공명 신호로 분리할 수 있다. 예를 들어, 영상 처리부(62)는 슬라이스 그라파(slice-GRAPPA), 멀티 슬라이스 카이피리나(ms-CAIPIRINHA) 등의 멀리 슬라이스 영상 처리 기법에 기초하여, 복수의 슬라이스의 자기공명 신호를 각 슬라이스의 자기공명 신호로 분리할 수 있다. 영상 처리부(62)는 복수의 슬라이스 간 존재하는 코일 민감도 정보의 차이에 기초하여 각 슬라이스의 자기공명 신호를 분리할 수 있다.
또한, 영상 처리부(62)는 분리된 자기공명 신호에 기초하여, 각 슬라이스의 화상 데이터를 생성할 수 있다.
출력부(64)는 영상 처리부(62)에 의해 생성된 화상 데이터 또는 재구성 화상 데이터를 사용자에게 출력할 수 있다. 또한, 출력부(64)는 UI(user interface), 사용자 정보 또는 대상체 정보 등 사용자가 MRI 시스템을 조작하기 위해 필요한 정보를 출력할 수 있다. 출력부(64)는 스피커, 프린터, CRT 디스플레이, LCD 디스플레이, PDP 디스플레이, OLED 디스플레이, FED 디스플레이, LED 디스플레이, VFD 디스플레이, DLP(Digital Light Processing) 디스플레이, 평 판 디스플레이(PFD: Flat Panel Display), 3D 디스플레이, 투명 디스플레이 등일 수 있고, 기타 당업자에게 자명한 범위 내에서 다양한 출력 장치들을 포함할 수 있다.
사용자는 입력부(66)를 이용하여 대상체 정보, 파라미터 정보, 스캔 조건, 펄스 시퀀스, 화상 합성이나 차분의 연산에 관한 정보 등을 입력할 수 있다. 입력부(66)의 예들로는 키보드, 마우스, 트랙볼, 음성 인식부, 제스처 인식부, 터치 스크린 등을 포함할 수 있고, 기타 당업자에게 자명한 범위 내에서 다양한 입력 장치들을 포함할 수 있다.
도 15는 신호 송수신부(30), 모니터링부(40), 시스템 제어부(50) 및 오퍼레이팅부(60)를 서로 분리된 객체로 도시하였지만, 신호 송수신부(30), 모니터 링부(40), 시스템 제어부(50) 및 오퍼레이팅부(60) 각각에 의해 수행되는 기능들이 다른 객체에서 수행될 수도 있다는 것은 당업자라면 충분히 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 영상 처리부(62)는, RF 수신부(38)가 수신한 MR 신호를 디지털 신호로 변환한다고 전술하였지만, 이 디지털 신호로의 변환은 RF 수신부(38) 또 는 RF 코일(26)이 직접 수행할 수도 있다.
갠트리(20), RF 코일(26), 신호 송수신부(30), 모니터링부(40), 시스템 제어부(50) 및 오퍼레이팅부(60)는 서로 무선 또는 유선으로 연결될 수 있고, 무선으로 연결된 경우에는 서로 간의 클럭(clock)을 동기화하기 위한 장치(미도 시)를 더 포함할 수 있다. 갠트리(20), RF 코일(26), 신호 송수신부(30), 모니터 링부(40), 시스템 제어부(50) 및 오퍼레이팅부(60) 사이의 통신은, LVDS(Low Voltage Differential Signaling) 등의 고속 디지털 인터페이스, UART(universal asynchronous receiver transmitter) 등의 비동기 시리얼 통신, 과오 동기 시리얼 통신 또는 CAN(Controller Area Network) 등의 저지연형의 네트워크 프로토콜, 광 통신 등이 이용될 수 있으며, 당업자에게 자명한 범위 내에서 다양한 통신 방법이 이용될 수 있다.
도 16은 본발명의 실시예에 따른 통신부(70)의 구성을 도시하는 도면이다. 통신부(70)는 도 15에 도시된 갠트리(20), 신호 송수신부(30), 모니터링부(40), 시스템 제어부(50) 및 오퍼레이팅부(60) 중 적어도 하나에 연결될 수 있다.
통신부(70)는 의료 영상 정보 시스템(PACS, Picture Archiving and Communication System)을 통해 연결된 병원 서버나 병원 내의 다른 의료 장치와 데 이터를 주고 받을 수 있으며, 의료용 디지털 영상 및 통신(DICOM, Digital Imaging and Communications in Medicine) 표준에 따라 데이터 통신할 수 있다.
도 16에 도시된 바와 같이, 통신부(70)는 유선 또는 무선으로 네트워크(80)와 연결되어 서버(92), 의료 장치(94), 또는 휴대용 장치(96)와 통신을 수행할 수 있다.
구체적으로, 통신부(70)는 네트워크(80)를 통해 대상체의 진단과 관련된 데이터를 송수신할 수 있으며, CT, MRI, X-ray 등 의료 장치(94)에서 촬영한 의료 이미지 또한 송수신할 수 있다. 나아가, 통신부(70)는 서버(92)로부터 환자의 진단 이력이나 치료 일정 등을 수신하여 대상체의 진단에 활용할 수도 있다. 또한, 통신부(70)는 병원 내의 서버(92)나 의료 장치(94)뿐만 아니라, 의사나 고객의 휴대폰, PDA, 노트북 등의 휴대용 장치(96)와 데이터 통신을 수행할 수도 있다.
또한, 통신부(70)는 MRI 시스템의 이상 유무 또는 의료 영상 품질 정보를 네트워크(80)를 통해 사용자에게 송신하고 그에 대한 피드백을 사용자로부터 수신할 수도 있다.
통신부(70)는 외부 장치와 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 구성 요소를 포함할 수 있으며, 예를 들어 근거리 통신 모듈(72), 유선 통신 모듈(74) 및 무선 통신 모듈(76)을 포함할 수 있다.
근거리 통신 모듈(72)은 소정 거리 이내의 위치하는 기기와 근거리 통신을 수행하기 위한 모듈을 의미한다. 본 발명의 실시예에 따른 근거리 통신 기술에는 무선 랜(Wireless LAN), 와이파이(Wi-Fi), 블루투스, 지그비(zigbee), WFD(Wi-Fi Direct), UWB(ultra wideband), 적외선 통신(IrDA, infrared Data Association), BLE(Bluetooth Low Energy), NFC(Near Field Communication) 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
유선 통신 모듈(74)은 전기적 신호 또는 광 신호를 이용한 통신을 수행하기 위한 모듈을 의미하며, 본 발명의 실시예에 따른 유선 통신 기술에는 페어 케이블(pair cable), 동축 케이블, 광섬유 케이블 등을 이용한 유선 통신 기술이 포함될 수 있고, 그 밖에 당업자에게 자명한 유선 통신 기술이 포함될 수 있다.
무선 통신 모듈(76)은, 이동 통신망 상에서의 기지국, 외부의 장치, 서버 중 적어도 하나와 무선 신호를 송수신한다. 여기에서, 무선 신호는, 음성 호 신호, 화상 통화 호 신호 또는 문자/멀티미디어 메시지 송수신에 따른 다양한 형태의 데이터를 포함할 수 있다.
한편, 상술한 본 발명의 실시예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다.
상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등) 및 캐리어 웨이브(예를 들면, 인터넷을 통한 전송)와 같은 저장매체를 포함한다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
This work was supported in part by the Korea Health Technology R&D Project through the Korea Health Industry Development Institute (KHIDI), funded by the Ministry of Health & Welfare, Republic of Korea (grant number: HI14C1135) and the Brain Research Program through the National Research Foundation of Korea (NRF) funded by the Ministry of Science, ICT & Future Planning (2014M3C7033999).
100: 자기공명 영상장치 110: 경사자장 제어부
120: RF 수신부 130: 영상 처리부

Claims (12)

  1. 복수의 슬라이스 중 적어도 2 개의 슬라이스로 공간 부호화 경사자장(spatial encoding gradient)을 인가하고, 상기 적어도 2 개의 슬라이스로 방사형 샘플링을 적용하기 위한 보정 경사자장을 인가하는 경사자장 제어부;
    상기 보정 경사자장이 인가됨에 따라 방사형 샘플링된 상기 적어도 2 개의 슬라이스의 자기공명 신호를 수신하는 RF 수신부; 및
    상기 수신된 자기공명 신호에 기초하여, 상기 적어도 2 개의 슬라이스 각각의 자기공명 영상을 생성하는 영상 처리부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기공명 영상장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 경사자장 제어부는,
    매 TR(repetition time) 구간마다 상기 보정 경사자장을 인가하며, 상기 RF 수신부는 각각의 TR(repetition time) 구간에서 상기 적어도 2 개의 슬라이스의 자기공명 신호를 중첩된 상태로 수신하는 것을 특징으로 하는 자기공명 영상장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 각 슬라이스의 자기공명 신호는,
    상기 보정 경사자장이 인가됨에 따라 방사 방향으로 이동(Shift)된 위치정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기공명 영상장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 보정 경사자장은,
    직교좌표 샘플링(Cartesian coordinate)에서 각 슬라이스의 자기공명 신호를 주파수 방향으로 이동(Shift)시키기 위한 추가 경사자장을 코사인(cosine) 함수를 이용하여 보정한 경사자장인 것을 특징으로 하는 자기공명 영상장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 보정 경사자장은,
    상기 코사인(cosine) 함수에 방사형 샘플링의 보정값(Offset 값)을 추가하여 보정한 경사자장인 것을 특징으로 하는 자기공명 영상장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 공간 부호화 경사자장은,
    슬라이스 방향의 경사자장(slice gradient), 주파수 방향의 경사자장(frequency gradient) 및 위상 방향의 경사자장(phase gradient)을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기공명 영상장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 영상 처리부는,
    병렬 영상 처리(parallel imaging)시 미측정된 자기공명 신호를 보간(interpolating)하고, 멀티 슬라이스 영상 처리(multi-slice imaging) 기법에 의해 상기 각 슬라이스의 자기공명 영상을 생성하는 것을 특징으로 하는 자기공명 영상장치.
  8. 복수의 슬라이스 중 적어도 2 개의 슬라이스로 공간 부호화 경사자장(spatial encoding gradient)을 인가하고, 상기 적어도 2 개의 슬라이스로 방사형 샘플링을 적용하기 위한 보정 경사자장을 인가하는 경사자장 제어과정;
    상기 보정 경사자장이 인가됨에 따라 방사형 샘플링된 상기 적어도 2 개의 슬라이스 각각의 자기공명 신호를 수신하는 RF 수신과정; 및
    상기 수신된 자기공명 신호에 기초하여, 상기 적어도 2 개의 슬라이스의 자기공명 영상을 생성하는 영상 처리과정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기공명 영상 생성방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 경사자장 제어과정은,
    매 TR(repetition time) 구간마다 상기 보정 경사자장을 인가하며, 상기 RF 수신과정은 각각의 TR(repetition time) 구간에서 상기 적어도 2 개의 슬라이스의 자기공명 신호를 중첩된 상태로 수신하는 것을 특징으로 하는 자기공명 영상 생성방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 각 슬라이스의 자기공명 신호는,
    상기 보정 경사자장이 인가됨에 따라 방사 방향으로 이동(Shift)된 위치정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기공명 영상 생성방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 보정 경사자장은,
    직교좌표 샘플링(Cartesian coordinate)에서 각 슬라이스의 자기공명 신호를 주파수 방향으로 이동(Shift)시키기 위한 추가 경사자장을 코사인(cosine) 함수를 이용하여 보정한 경사자장인 것을 특징으로 하는 자기공명 영상 생성방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 보정 경사자장은,
    상기 코사인(cosine) 함수에 방사형 샘플링의 보정값(Offset 값)을 추가하여 보정한 경사자장인 것을 특징으로 하는 자기공명 영상 생성방법.
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