KR101897608B1

KR101897608B1 - bSSFP 이미지 조합을 통한 와전류 및 일시적인 진동으로 인한 아티팩트 완화 기법

Info

Publication number: KR101897608B1
Application number: KR1020150119256A
Authority: KR
Inventors: 박성홍; 이현수
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2015-08-25
Filing date: 2015-08-25
Publication date: 2018-09-12
Also published as: KR20170024242A

Abstract

두 개의 k-스페이스 데이터를 각각 얻은 후 서로 평균하는 기법으로 MRI 이미지를 얻는다. 이때, 각 k-스페이스 데이터 내의 특정 PE 라인의 RF 위상은 서로 반대이다.

Description

bSSFP 이미지 조합을 통한 와전류 및 일시적인 진동으로 인한 아티팩트 완화 기법 {Combination of balanced steady-state free precession images for eddy current and transient oscillation compensation}

본 발명은 MRI 이미지 생성방법에 관한 것으로서, 특히 와전류 및 일시적 진동으로 인한 아티팩트를 제거하는 기술에 관한 것이다.

Balanced Steady-State Free Precession(이하, bSSFP)은 모든 경사자장(gradient) 방향에 대해 균형 잡힌(balanced) 경사자장을 이용하여, 각 반복시간(repetition time; TR) 이후에 경사자장으로 인한 디페이징(dephasing)이 없는 자기공명영상(MRI) 기술이다. bSSFP 방식을 사용하면 스캔 시간이 매우 짧고 신호대잡음비(signal-to-ratio; SNR)는 모든 알려진 시퀀스들 중 가장 크기 때문에 병원에서 기능적(functional), 형태학적(morphological), 및 생리적(physiological) 이미징에 자주 사용된다.

bSSFP는 국소 오프-공명 주파수(local off-resonance frequency)에 민감하여(susceptible) 횡축자화(transverse magnetization)의 본래 위상을 변화시키는 중요한 요인이 될 수 있으며, 천이진동을 더 심하게 만들 수 있다. 또한, bSSFP에서 PE 경사의 빠른 스위칭은 스캐너의 전도부(conducting part) 상에 와전류를 유발하여, 원하지 않는 위상 오프셋을 갖는 변형된 경사 모양(deformed gradient shape)을 유발함으로써 이미지 결함이 야기된다.

원칙적으로, 와전류-유발 디페이징은 PE 경사자장 크기에 대해 선형의 관계를 갖는다. 따라서 만일 PE 오더가 선형이라면, 경사자장의 크기의 변화가 작고 일정하며 초기 천이 진동(early transient oscillation)이 k-스페이스의 주변부(peripheral part)에서 인코딩되기 때문에, 와전류는 심각한 이미지 결함을 야기하지 않는다.

그러나 bSSFP에서 센트릭 PE 오더 방식을 사용하는 경우 PE 경사자장(gradient)의 크기 및 극성이 급작스럽게 변화하는데, 이것은 불규칙한(irregular) 와전류 및 신호의 진동을 야기하며, 그 결과 중요한 이미지 결함이 발생한다. 즉, 만일 센트릭 PE 오더 방식이 bSSFP와 함께 사용된다면, 와전류-유발 디페이징은 시변하며, 초기의 불안정한 신호(early oscillatory signal)가 k-스페이스의 중심부에서 인코딩되어, 결과 이미지에 중대한 결함을 야기한다. 그런데 생리(physiological) MR 이미징에 있어서 신호대비(contrast)를 최대화하기 위하여 선형 PE (Phase Encoding; 위상인코딩) 오더 방식이 아닌 센트릭 PE 오더 방식이 특별히 선호된다.

최근 10년 이상, 센트릭 PE 오더 방식의 문제점을 보완하기 위해, +-α RF 위상들을 교차시키는(alternating) 위상 사이클을 이용하는 bSSFP의 성질을 이용하는 몇몇의 기법, 예컨대 페어링(paring) PE 오더 방식 및 dAVE(double averaging) PE 오더 방식(이하, 간단히 이중 평균법)과 같은 몇몇의 보상 방식이 고안되었다.

상기 페어링 PE 오더 기법은 각 사이클에서 두 개의 연속적인 PE 라인들을 쌍으로 만들어 각 경사자장으로 인한 와전류-유발 디페이징을 상쇄하는 방법이다. 그러나 페어링된 PE 경사자장의 크기가 정확하게 동일하지는 않기 때문에 각 경사자장에 의해 유발되는 디페이징에는 작은 차이가 존재하며, 따라서 결함이 완전하게 제거되지 않는다.

상기 페어링 PE 오더 기법을 개선하여 제안된 이중 평균법은, 모든 PE 라인들이 두 번씩 획득되고, 그 다음 이 두 개의 PE 라인들을 복소수(complex) 상태에서 평균(average)하는 방법이다. 이렇게 하면, 서로 반대의 RF 위상들을 가지며 동일한 크기를 갖는 PE 경사자장들에 의해, 와전류-관련 디페이징이 완전히 상쇄된다. 또한, 국소 오프-공명 주파수에 의한 천이진동들 또한 dAVE PE 오더 기법의 컴플렉스 평균법(complex average)에 의해 감소된다. 그러나 dAVE PE 오더 기법의 경우 한 번의 획득마다의 스캔시간이 다른 방식들에 비해 증가되기 때문에, 병렬 이미징을 추가적으로 적용하지 않으면 이미지의 시간 해상도가 절반으로 감소된다. 이는 생리 신호의 손실을 발생시키기 때문에 생리 이미징에서는 바람직하지 않다.

즉, bSSFP에 센트릭 PE 오더 방식, 페어링 PE 오더 방식, 또는 dAVE PE 오더 방식을 적용하는 경우 모두 문제점을 가지고 있다.

본 발명에서 에디-전류 및 천이-진동-관련 결함을 억제할 수 있는 새로운 MRI 이미지 이중 평균 방식을 제공하고자 한다.

본 발명에서는 모든 PE 라인들에 대하여 서로 반대의 RF 위상을 갖는 두 개의 완전한 데이터세트들을 획득한 후, 이 두 개의 데이터세트들을 컴플렉스 평균(complex averaging)하는 방식을 이용하여 스캔 시간을 증가시키지 않으면서도 획득된 각각의 상기 두 개의 데이터세트들에 존재하는 이미지 결함을 제거한다. 본 발명에서는 이를 이중 평균 방식이라고 지칭할 수 있다.

이중 평균 방식은 두 개의 데이터세트들을 개별적으로 획득하고, 그 다음 한 개의 완전한 k-스페이스 데이터를 만들기 위해 두 개의 컴플렉스 데이터세트들을 평균냄으로써 수행될 수 있다. 와전류-유발 위상 변화는, 이중 평균 방식에서 서로 상쇄될 수 있도록, 상기 두 개의 데이터세트들에서 서로 반대가 되도록 조정될 수 있다.

이중 평균 방식에서 획득한 두 개의 완전한 데이터세트들은, 각각의 PE 오더 또는 더미 스캔(dummy scan)들의 개수를 조절함으로써, 동일한 위상부호화 라인들에 대하여 서로 반대의 RF 위상 사이클을 갖는다. 그 다음, 상기 두 개의 컴플렉스 데이터세트들은 사후-처리과정에서 픽셀단위로 컴플렉스 평균되어, 와전류 및 천이진동에 의한 결함을 보상한다.

또한 본 발명에서는 상술한 기법을 본 발명에서 제안하는 새로운 위상인코딩 방식과 결합할 수 있다. 본 명세서에서 이 새로운 위상인코딩 방식을 그룹화된 위상부호화(phase-encoding grouping)라고 지칭할 수 있다. 위상부호화 그룹화에 의한 의사-센트릭 PE 오더 방식은 단일 스캔 시 k-스페이스에서의 큰 점프로 인한 신호 변동(fluctuation)을 최소화하면서도 대비를 바람직하게 최적화하기 위하여, 종래의 센트릭 PE 오더 방식 및 선형 PE 오더 방식을 조합한 것이다.

본 발명의 일 관점에 따라, 제1k-스페이스 데이터와 제2k-스페이스 데이터를 획득하는 단계; 및 상기 제1k-스페이스 데이터에 관한 제1정보와 상기 제2k-스페이스 데이터에 관한 제2정보를 평균하는 단계;를 포함하며, 상기 제1k-스페이스 데이터의 i번째 위상부호화라인(phase encoding line)은 제1디그리의 RF 위상을 가하여 얻은 것이고, 상기 제2k-스페이스 데이터의 i번째 위상부호화라인은 상기 제1디그리에 대하여 180°의 위상 차이를 갖는 제2디그리의 RF 위상을 가하여 얻은 것인, 이미지 획득방법이 제공될 수 있다.

이때, 상기 제1k-스페이스 데이터와 상기 제2k-스페이스 데이터는 bSSFP 기법을 이용하여 획득되는 것일 수 있다.

이때, 상기 제1k-스페이스 데이터를 획득하는 과정에서 이루어진 더미 스캔의 개수는 상기 제2k-스페이스 데이터를 획득하는 과정에서 이루어진 더미 스캔의 개수와 홀수 개의 차이를 가질 수 있다.

이때, 상기 제1k-스페이스 데이터와 상기 제2k-스페이스 데이터는 모두 센트릭 PE 오더 기법을 이용하여 얻은 것일 수 있다.

이때, 상기 제1정보는 상기 제1k-스페이스 데이터이고, 상기 제2정보는 상기 제2k-스페이스 데이터일 수 있다.

또는 상기 제1정보는 상기 제1k-스페이스 데이터로부터 생성한 제1이미지 정보이고, 상기 제2정보는 상기 제2k-스페이스 데이터로부터 생성한 제2이미지 정보일 수 있다.

이때, 상기 제1k-스페이스 데이터와 상기 제2k-스페이스 데이터를 얻을 때에 사용되는 PE 오더 기법은, 서로 다른 위상부호화(encoding) 크기를 갖는 복수 개의 제1위상부호화라인들을 시간축 상에서 연속적으로 획득하는 제1획득단계; 및 상기 제1획득단계 이후에, 서로 다른 위상부호화 크기를 갖는 복수 개의 제2위상부호화라인들을 시간축 상에서 연속적으로 획득하는 제2획득단계;를 포함하며, 상기 복수 개의 제1위상부호화라인들의 위상부호화 크기들의 절대값들은 시간에 대하여 선형성을 갖고, 상기 복수 개의 제2위상부호화라인들의 위상부호화 크기들의 절대값은 시간에 대하여 선형성을 가질 수 있다.

이때, 상기 제1k-스페이스 데이터를 획득하는 과정에서의 상기 제1그룹과 상기 제2그룹의 획득순서는, 상기 제2k-스페이스 데이터를 획득하는 과정에서의 상기 제1그룹과 상기 제2그룹의 획득순서와 다를 수 있다.

이때, 상기 제1k-스페이스 데이터를 획득하는 과정에서 이루어진 더미 스캔의 개수는 상기 제2k-스페이스 데이터를 획득하는 과정에서 이루어진

더미 스캔의 개수와 홀수 개의 차이를 가질 수 있다.

이때, 상기 제1k-스페이스 데이터를 획득하는 과정에서의 상기 제1그룹에 속한 위상부호화라인들을 얻는 순서는, 상기 제2k-스페이스 데이터를 획득하는 과정에서의 상기 제1그룹에 속한 위상부호화라인들을 얻는 순서와 반대일 수 있다.

이때, 상기 제1k-스페이스 데이터를 획득하는 과정에서의 상기 제1그룹과 상기 제2그룹의 획득순서는, 상기 제2k-스페이스 데이터를 획득하는 과정에서의 상기 제1그룹과 상기 제2그룹의 획득순서와 다르며, 상기 제1k-스페이스 데이터를 획득하는 과정에서의 상기 제1그룹에 속한 위상부호화라인들을 얻는 순서는, 상기 제2k-스페이스 데이터를 획득하는 과정에서의 상기 제1그룹에 속한 위상부호화라인들을 얻는 순서와 반대일 수 있다.

본 발명의 다른 관점에 따라, 제1k-스페이스 데이터와 제2k-스페이스 데이터를 획득하는 단계; 및 상기 제1k-스페이스 데이터에 관한 제1정보와 상기 제2k-스페이스 데이터에 관한 제2정보를 평균하는 단계;를 수행하는 처리부를 포함하며, 상기 제1k-스페이스 데이터의 i번째 위상부호화라인(phase encoding line)은 제1디그리의 RF 위상을 가하여 얻은 것이고, 상기 제2k-스페이스 데이터의 i번째 위상부호화라인은 상기 제1디그리에 대하여 180°의 위상차이를 갖는 제2디그리의 RF 위상을 가하여 얻은 것인, MRI 장치를 제공할 수 있다.

본 발명의 또 다른 관점에 따라, MRI 장치로 하여금, 제1k-스페이스 데이터와 제2k-스페이스 데이터를 획득하는 단계; 및 상기 제1k-스페이스 데이터에 관한 제1정보와 상기 제2k-스페이스 데이터에 관한 제2정보를 평균하는 단계;를 수행하도록 하는 프로그램이 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체로서, 상기 제1k-스페이스 데이터의 i번째 위상부호화라인(phase encoding line)은 제1디그리의 RF 위상을 가하여 얻은 것이고, 상기 제2k-스페이스 데이터의 i번째 위상부호화라인은 상기 제1디그리에 대하여 180°의 위상차이를 갖는 제2디그리의 RF 위상을 가하여 얻은 것인, 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체를 제공할 수 있다.

상기 제1k-스페이스 데이터와 상기 제2k-스페이스 데이터를 얻을 때에 사용되는 PE 오더 기법에 있어서, 상기 복수 개의 제1위상부호화라인들 중 시간적으로 마지막에 획득한 위상부호화라인의 경사자계 크기는, 상기 복수 개의 제2위상부호화라인들 중 시간적으로 첫번째에 획득한 위상부호화라인의 경사자계 크기에 대해 불연속적일 수 있다. 이때, 상기 복수 개의 제1위상부호화라인들의 경사자계 크기들은 k-스페이스의 위상축에서 연속적인 값을 가지며, 상기 복수 개의 제2위상부호화라인들의 경사자계 크기들은 k-스페이스의 위상축에서 서로 연속적인 값을 가질 수 있다. 이때, 상기 복수 개의 제1위상부호화라인들의 위상부호화 경사자계 크기들의 부호(sign)는 모두, 상기 복수 개의 제2위상부호화라인들의 위상부호화 경사자계 크기들의 부호들과 다를 수 있다. 이때, 상기 복수 개의 제1위상부호화라인들의

경사자계 크기들은 모두 상기 복수 개의 제2위상부호화라인들의 경사자계 크기들과 다른 값을 가질 수 있다. 이때, 상기 복수 개의 제1위상부호화라인들의 위상부호화 경사자계 크기들의 절대값은 시간에 대하여 증가하는 선형성을 갖고, 상기 복수 개의 제2위상부호화라인들의 위상부호화 경사자계 크기들의 절대값은 시간에 대하여 증가하는 선형성을 가질 수 있다. 이때, 상기 복수 개의 제1위상부호화라인들의 위상부호화 경사자계 크기들의 절대값은 시간에 대하여 감소하는 선형성을 갖고, 상기 복수 개의 제2위상부호화라인들의 위상부호화 경사자계 크기들의 절대값은 시간에 대하여 감소하는 선형성을 가질 수 있다.

이때, 상기 MRI 이미지를 얻기 위하여, 상기 제1위상부호화라인들 및 상기 제2위상부호화라인들의 각 라인을 획득할 때마다, 상기 각 라인을 획득하기 이전에 RF 여기를 수행하도록 되어 있을 수 있다. 이때, 상기 MRI 이미지를 위한 k-스페이스 정보는 bSSFP 기법을 이용하여 획득될 수 있다. 이때, 상기 복수 개의 제2위상부호화라인들은 k-스페이스 상에서 상기 복수 개의 제1위상부호화라인들보다 더 주변부에 가깝게 배치되어 있을 수 있다. 이때, 상기 MRI 데이터 생성방법에서 획득하는 모든 위상부호화라인들 중 위상부호화 경사자계의 크기가 0인 위상부호화라인이 가장 먼저 획득되는 것일 수 있다.

상술한 각 단계들은 MRI 장치의 동작을 제어하는 컴퓨팅 기능을 갖는 처리부에서 수행될 수 있다. 상기 처리부는 상기 MRI 장치에 포함되어 있을 수도 있고, 상기 MRI 장치와는 별도의 장치로 제공될 수도 있다.

본 발명에 따르면 와전류 및 천이진동 모두에 의한 결함을 줄일 수 있다. 중요하게는, 이러한 방법들은 생리 이미징에 효율적으로 적용될 수 있다. 팬텀 연구(phantom studies), 인간 연구(human studies), 및 수치 시뮬레이션은, 기존의 센트릭 PE 방식과 동일한 시간 해상도(temporal resolution)를 유지하면서도, 와전류에 의해 유발된 결함 및 천이진동에 의해 유발된 결함 모두를 상당히 감소시킬 수 있다.

도 1은 센트릭 PE 오더 방식을 나타낸 것이다.
도 2는 횡단면(transverse plane) 상의 횡축자화벡터(transverse mangetization vector)(Mxy)의 진행(evolution)에 따른, 본 발명의 일 실시예에 의한 더미 평균 기법(dummy avereage scheme)의 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 3의 (a) 내지 (d)는 종래 기술에 따른 PE 오더 방식들을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 위상부호화 그룹화에 의한 의사-센트릭 PE 오더 방식에 따른 MRI 데이터 획득 방법을 나타낸 것이다.
도 5는 bSSFP 방식에 있어서, N=3일 때의 상술한 위상부호화 그룹화에 의한 의사-센트릭 PE 오더 방식에 따라 얻은 K-스페이스 데이터를 나타낸 것이다.
도 6, 도 7, 도 8, 및 도 9는 각각 4개의 서로 다른 모드의 이중 평균 방식들을 순차적으로 제시한 것이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 MRI 이미지의 이중 평균 방식은 (1) 종래의 센트릭 PE 오더를 이용하는 이미지를 위한 평균 방식과 (2) 후술할 본 발명의 일 실시예에 따른 위상부호화 그룹화에 의한 의사-센트릭 PE 오더를 이용하는 이미지를 위한 평균 방식, 이렇게 두 개의 카테고리로 나눠질 수 있다.

이하, 종래의 센트릭 PE 오더 기법을 설명하고, 그 다음 본 발명의 일 실시예에 따른 더미 스캔 모드를 상기 종래의 센트릭 PE 오더 기법에 적용하여 아티팩트가 감소된 MRI 이미지를 얻는 방법을 설명한다. 그 후, 본 발명의 일 실시예에 따른 위상부호화 그룹화에 의한 의사-센트릭 PE 오더 기법을 설명하고, 그 다음 상기 위상부호화 그룹화에 의한 의사-센트릭 PE 오더 기법에 본 발명의 일 실시예에 따른 4가지 종류의 이중 획득 평균 방식을 설명한다.

<센트릭 PE 오더 기법>

도 1은 센트릭 PE 오더 방식을 나타낸 것으로서, 데이터 획득을 시작할 때에 위상부호화가 0이 되도록 허고, 시간에 따라 데이터 획득을 진행하면서 경사자장의 크기의 절대값이 점차적으로 커지도록 제어하며, 각각의 PE 라인을 얻을 때마다 위상부호화의 부호가 변하도록 제어하는 기술이다.

MRI 영상의 에너지는 위상부호화가 0이 되는 지점에 많이 몰려있다. 따라서 자화준비(magnetization preparation)을 해서 차이를 강조한 다음에, 선형 PE 오더 방식을 적용하는 것 보다는, 센트릭 PE 오더 방식을 적용하는 것이 MRI 이미지의 콘트라스트 강조에 더 유리하다.

<본 발명의 일 실시예에 따른 더미 스캔 모드>

도 2는 횡단면(transverse plane) 상의 횡축자화벡터(transverse mangetization vector)(Mxy)의 진행(evolution)에 따른, 본 발명의 일 실시예에 의한 더미 평균 기법(dummy avereage scheme)의 원리를 설명하기 위한 도면이다.

도 2의 (a)는 더미 스캔을 0회 수행하여 상기 첫 번째의 완전한 데이터세트를 얻을 때의 횡축자화벡터들의 방향을 나타낸 것이고, 도 2의 (b)는 더미 스캔을 1회 수행하여 상기 두 번째의 완전한 데이터세트를 얻을 때의 횡축자화벡터들의 방향을 나타낸 것이다. 상술한 더미 스캔은, 특정 PE 라인을 실제로 얻기 위해 수행되는 스캔을 지칭하는 것이 아니라, 단순히 RF 사이클의 위상을 반전시키기 위해 수행되는 스캔을 의미할 수 있다.

도 2의 (a)에는, 센트릭 PE 오더 기법을 이용하는 경우, 상수가 아닌 값을 갖는 에디-전류-유발 위상 시프트(Δφ_eddy1 및 Δφ_eddy2)의 예가 표시되어 있으며, 모든 TR에 대하여 상수값을 갖는 오프-공진-유발(off-resonace-induced) 위상 시프트(Δφ_TR)의 예가 표시되어 있다. 와전류-유발 위상 시프트는 위상 인코딩 경사의 크기에 비례하므로 제1와전류-유발 위상 시프트(Δφ_eddy1)및 제2와전류-유발 위상 시프트(Δφ_eddy2)는 서로 다르며, 그 결과 자화 벡터의 리포커싱(refocusing)을 방해한다. 한 번의 반복시간(TR)에서, ΔΦ_TR=2πθ.TR(θ는 오프셋 주파수)인 국소 오프-공명 주파수로 인한 위상 시프트는 모든 TR에 대해 일정할 수 있지만, 와전류-유발 위상 오프셋들은 경사자장(ΔΦ_eddy1 과 ΔΦ_eddy2 로서)의 크기에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 센트릭 PE 오더 기법을 사용하는 경우 횡축자화는 하나의 위상 사이클 이후에는 리포커싱되지 않을 수 있다.

이러한 문제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에서는 우선 첫 번째의 완전한 데이터세트를 얻는다(ex: 도 2의 (a)). 그 다음 두 번째의 완전한 데이터세트를 별도로 얻을 때에 추가적인 더미 스캔을 이용하면, RF 사이클은 반대 방향으로 된다(ex: 도 2의 (b)). 이제, 상기 첫 번째의 완전한 데이터세트와 상기 두 번째의 완전한 데이터세트를 콤플렉스 평균 내면 상술한 위상 시프트는 서로 상쇄될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 더미 평균 기법은 두 개의 개별적인-획득 데이터세트들을 이용할 수 있다. 이때, 상기 데이터세트들은 예컨대 동일한 센트릭 PE 오더 기법으로 얻을 수 있지만, 예컨대 첫 번째 데이터세트의 획득시 0 개의 더미 스캔이 이용되고, 두 번째 데이터세트의 획득시 1 개의 더미 스캔을 이용할 수 있다. 두 번째 데이터세트의 획득 시 이용된 추가적인 더미 스캔으로 인해, 두 데이터에서의 RF 위상 사이클이 역으로 처리되고, 동일한 PE 라인에 대한 총 두 번의 스캔시 발생하는 상기 횡축자화는 동일한 크기지만 반대의 극성을 갖는 와전류-유발 디페이징을 얻을 수 있다. 상술한 컴플렉스 평균법의 적용에 따르면, 특정 PE 라인의 1차 획득 시 발생하는 와전류로 인한 디페이징이, 상기 특정 라인의 2차 획득 시 발생하는 상보적 와전류로 인한 디페이징과 서로 상쇄될 수 있다.

<위상부호화 그룹화에 의한 의사-센트릭 PE 오더 기법>

이하, 다른 종래 기술에 따른 PE 오더 방식을 서술한 후, 이들 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위해 창작된 본 발명의 일 실시예에 따른 PE 오더 기법인 '위상부호화 그룹화에 의한 의사-센트릭 PE 오더 기법'을 설명한다.

도 3의 (a) 내지 (d)는 종래 기술에 따른 PE 오더 방식들을 나타낸 것이다.

도 3의 각 그래프에서 가로축은 시간을 나타내며, 세로축은 위상부호화의 크기를 나타낸다.

도 3의 (a)는 선형 PE 오더 방식을 나타낸 것으로서, 위상부호화의 크기가 시간에 따라 선형으로 감소하도록 제어하는 방식이다.

도 3의 (c)는 도 1에 설명한 센트릭 PE 오더 기법을 설명한 것이다.

도 3의 (c)는 페어링 PE 오더 방식을 나타낸 것으로서, 위상부호화의 부호가 바뀔 때마다 서로 인접한 위상을 갖는 두 개의 PE 라인을 쌍으로 얻는 방법이다. bSSFP 방식에 있어서 페어링 PE 오더 방식을 사용하게 되면, 서로 인접한 위상을 갖는 두 개의 PE 라인에서 발생하는 아티팩트가 서로 상쇄되는 효과가 있다. 그러나 이 두 개의 PE 라인의 위상이 동일하지는 않기 때문에 상기 아티팩트가 완전히 상쇄되지는 않는다.

도 3의 (d)는 dAVE PE 오더 방식을 나타낸 것으로서, 센트릭 PE 오더 방법을 수행할 때에 각 위상부호화 값에 대하여 연속으로 2번씩 데이터를 중복하여 얻는 방식이다. 이때, bSSFP 방식에 있어서 dAVE PE 오더 방식을 사용하면, 위상부호화가 바뀔 때마다 특정 PE 라인이 서로 반대 극성의 RF 위상에 의해 두 번 획득되므로 상기 특정 PE 라인에서 발생하는 아티팩트가 완전히 상쇄될 수 있다. 그러나 데이터를 중복하여 얻기 때문에 데이터 획득 시간이 2배 증가하는 문제가 있다. 또한 MRI 영상의 대조도를 향상시키기 위하여 자화준비(magnetization preparation)를 먼저 한 이후 dAVE PE 오더 방식을 적용하는 경우, 길어진 데이터 획득 시간 때문에 자화가 약화되는 문제가 발생할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 위상부호화 그룹화에 의한 의사-센트릭 PE 오더 방식에 따른 MRI 데이터 획득 방법을 나타낸 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 MRI 이미지 획득 방법은 “위상부호화 그룹화”, 또는 "얼터네이팅 선형 PE 오더", 또는 "하이브리드 선형 PE 오더", 또는 "의사-센트릭 PE 오더"로 지칭될 수 있으며, 종래의 센트릭 PE 오더 방식 및 선형 오더 방식 둘 다의 단점을 보완할 수 있다. 그리고 종래의 센트릭 PE 오더와 선형 PE 오더의 장점을 모두 가질 수 있다.

위상부호화 그룹화에 의한 의사-센트릭 PE 오더 방식에서, 최종적으로 얻어야 하는 개수의 PE 라인들은 시간에 따라 복수 개의 그룹으로 구분될 수 있다. 예컨대 도 4에서 4개의 그룹이 표현되어 있다.

이때, 한 개의 그룹에 의해 N개의 일정한 개수의 PE 라인들이 제공될 수 있으며, 한 개의 그룹에 속한 N개의 PE 라인들은 시간축에서 서로 인접하여 얻어진 것들이다.

시간적으로 더 빨리 얻은 제1그룹과 시간적으로 더 늦게 얻은 제2그룹을 서로 비교하면, 제1그룹이 제2그룹에 비해 k-스페이스의 중심부 쪽에 더 가까울 수 있다. 이로써 종래의 센트릭 PE 오더 방식의 특징을 가질 수 있다.

그리고 특정 그룹 내의 N개의 PE 라인들의 경사자계 크기는 시간에 대하여 선형적인 특징을 갖는다. 특히 3이상의 값을 갖는 N에 대하여 이러한 선형적 특성이 잘 정의될 수 있다. 이로써 종래의 선형 PE 오더 방식의 특징을 가질 수 있다.

도 4에 나타낸 본 발명의 일 실시예에서, 특정 그룹에 속한 N개의 PE 라인들의 경사자계 크기의 절대값은 시간에 따라 증가할 수 있다. 즉, 특정 그룹 내에 속한 N개의 PE 라인들의 위상은, k-스페이스의 중심부로부터 시작하여 k-스페이스의 주변부 쪽으로 향할 수 있다.

이때, 각 그룹에서 위상인코딩 라인들의 개수는 1부터 위상인코딩 라인들의 전체 개수의 절반까지 조정될 수 있으며, 본 발명에서 상기 개수는 "N"으로 나타낼 수 있다. 예를 들어, 상기 센트릭 PE 오더 방식은 위상부호화 그룹화 방식에서 N=1인 특수한 예인 것으로 간주될 수 있고, 상기 페어링 PE 오더 방식은 위상부호화 그룹화 방식에서 N=2인 특수한 예인 것으로 간주될 수 있다. 그러나 위상부호화 그룹화 방식에서, 바람직하게는 각 그룹 내에 속한 PE 라인들의 경사자계 크기가 시간에 대하여 선형적인 특징을 갖도록 잘 정의되기 위해서는 N은 3 이상의 값을 가질 수 있다.

도 5는 bSSFP 방식에 있어서, N=3일 때의 상술한 위상부호화 그룹화 의사-센트릭 PE 오더 방식에 따라 얻은 K-스페이스 데이터를 나타낸 것이다.

위상부호화 그룹화 방식은 각 그룹 사이에서만 점프가 필요하기 때문에, 3보다 큰 값을 갖는 N이 적용된 위상부호화 그룹화에 의한 위상인코딩에 따른 점프의 개수는, 종래의 센트릭 PE 오더 또는 페어링에 따른 점프의 개수에 비해 더 감소될 수 있다. 또한, 각 그룹 안에서 연속적인 경사들 사이의 선형 증가로 인해 천이진동들이 감소될 수 있다. 구체적으로, 에코들이 생리 MRI에 대한 가장 큰 대비를 갖도록 되어 있는 상기 bSSFP 해독 초기에 낮은 공간-주파수 성분들이 수집될 수 있으며, 적절한 대비가 이루어지도록 할 수 있다.

이하, 상술한 본 발명의 일 실시예 따른 더미 스캔 모드를 이용한 이중 평균 방식을 비롯하여, 후술할 3가지 추가적인 모드를 이용한 이중 평균 방식을, 상술한 의사-센트릭 PE 오더 기법에 적용하는 예를 설명한다.

<위상부호화 그룹화에 적용되는 본 발명에 따른 이중 평균 방식>

본 명세서에서 위상부호화 그룹화를 이용하여 독립적으로 획득한 첫 번째 데이터세트와 두 번째 데이터세트의 두 개의 완전한 데이터세트들에 대한 이중 평균 방식은 "위상부화화 그룹화 평균(average of phase-encoding grouping) 방식"으로 지칭될 수 있다.

상기 위상부화화 그룹화 평균 방식은 4개의 서로 다른 모드의 이중 평균 방식으로 구분될 수 있다. 상기 4개의 서로 다른 모드의 이중 평균 방식은 모두, 상기 첫 번째 데이터세트에 포함된 특정 PE 라인을 획득할 때의 RF 위상이, 상기 두 번째 데이터세트에 포함된 상기 특정 PE 라인을 획득할 때의 RF 위상과 반대의 위상을 갖는다는 특징을 갖는다.

도 6, 도 7, 도 8, 및 도 9는 각각 상술한 4개의 서로 다른 모드의 이중 평균 방식들을 순차적으로 제시한 것이다.

도 6, 도 7, 도 8, 및 도 9 각각에 대하여, 왼쪽 그림은 첫 번째 획득한 데이터세트를 나타내고, 오른쪽 그림은 두 번째 획득한 데이터세트를 나타낸다.

상기 4개의 서로 다른 모드의 이중 평균 방식 각각에 대하여, 상기 두 개의 데이터세트들의 조합을 두 개의 k-스페이스 데이터세트들과 '+' 기호로 나타내었다. k-스페이스에서 좌우 방향으로 연장된 긴 막대 모양은 획득된 각 PE 라인을 나타낸다. 밝은 색의 막대 모양은 +α의 위상을 갖는 RF 위상에서 획득된 PE 라인을 의미하며, 어두운 색의 막대 모양은 -α의 위상을 갖는 RF 위상에서 획득된 PE 라인을 의미한다. 또한, 각 k-스페이스의 왼쪽에 표시된 숫자들은 획득 순서(order)를 나타낸다. 도 6, 도 7, 도 8, 및 도 9에 나타낸 k-스페이스 데이터는 상술한 위상부호화 그룹화에 의한 의사-센트릭 PE 오더 방식(N=3)을 이용하여 획득한 예를 나타낸다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 "백워드 평균(backward average) 모드"의 이중 평균 방식을 설명하기 위한 예시이다.

백워드 평균 모드에서, 두 개의 데이터세트들은 서로 동일한 그룹 오더를 갖는다. 즉, 도 6의 (a)에 나타낸 그룹 G61, G62, G63, G64가 획득되는 순서는, 도 6의 (b)에 나타낸 그룹 G61, G62, G63, G64가 획득되는 순서와 동일하다.

그리고 백워드 평균 모드에서, 두 개의 데이터세트를 획득할 때에 적용한 더미 스캔의 개수는 서로 동일하거나 짝수 개의 차이를 가질 수 있다.

그리고 백워드 평균 모드에서, 두 개의 데이터세트를 얻을 때에, 특정 그룹 내의 3개의 PE 라인들을 얻는 순서는 서로 반대이다. 예컨대, 하나의 데이터세트를 얻을 때에(도 6의 (a)), 그룹 G61 내의 3개의 PE 라인들은 k-스페이스의 중심부로부터 가장자리부의 순서로 획득되었다. 그러나 다른 하나의 데이터세트를 얻을 때에(도 6의 (b)), 그룹 G61 내의 3개의 PE 라인들은 k-스페이스의 가장자리부로부터 중심부로의 순서로 획득되었다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 "업다운 평균(up-down average) 모드"의 이중 평균 방식을 설명하기 위한 예시이다.

업다운 평균 모드에서, 두 개의 데이터세트들 중 하나의 데이터세트는 상기 k-스페이스의 상부를 먼저 인코딩 할 수 있고, 나머지 데이터세트는 상기 k-스페이스의 하부를 먼저 인코딩 할 수 있다. 즉, 도 7의 (a)에서 최초로 인코딩된 그룹인 그룹 G71은 k-스페이스의 위쪽 반평면에 존재하지만, 도 7의 (b)에서 최초로 인코딩되는 그룹인 그룹 G71은 k-스페이스의 아래쪽 반평면에 존재한다.

그리고 업다운 평균 모드에서, 두 개의 데이터세트를 획득할 때에 적용한 더미 스캔의 개수의 차이값은 홀수 값을 가질 수 있다.

그리고 업다운 평균 모드에서, 두 개의 데이터세트를 얻을 때에, 특정 그룹 내의 3개의 PE 라인들을 얻는 순서는 동일하다. 예컨대, 하나의 데이터세트를 얻을 때에(도 7의 (a)), 그룹 G71 내의 3개의 PE 라인들은 k-스페이스의 중심부로부터 가장자리부의 순서로 획득되었다. 마찬가지로 다른 하나의 데이터세트를 얻을 때에(도 7의 (b)), 그룹 G71 내의 3개의 PE 라인들은 k-스페이스의 중심부로부터 가장자리부의 순서로 획득되었다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 "업다운 백워드 평균(updown backward average) 모드"의 이중 평균 방식을 설명하기 위한 예시이다. 이 방식은 상기 백워드 평균 모드와 상기 업다운 평균 모드를 조합한 것이다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 "더미 스캔 평균 모드"의 이중 평균 방식을 설명하기 위한 예시이다.

더미 스캔 평균 모드에서, 두 개의 데이터세트들은 서로 동일한 그룹 오더를 갖는다. 즉, 도 9의 (a)에 나타낸 그룹 G91, G92, G93, G94가 획득되는 순서는, 도 9의 (b)에 나타낸 그룹 G91, G92, G93, G94가 획득되는 순서와 동일하다.

그리고 더미 스캔 평균 모드에서, 두 개의 데이터세트를 획득할 때에 적용한 더미 스캔의 개수의 차이는 홀수 값을 가질 수 있다.

그리고 더미 스캔 평균 모드에서, 두 개의 데이터세트를 얻을 때에, 특정 그룹 내의 3개의 PE 라인들을 얻는 순서는 동일하다. 예컨대, 하나의 데이터세트를 얻을 때에(도 9의 (a)), 그룹 G91 내의 3개의 PE 라인들은 k-스페이스의 중심부로부터 가장자리부의 순서로 획득되었다. 마찬가지로 다른 하나의 데이터세트를 얻을 때에(도 9의 (b)), 그룹 G91 내의 3개의 PE 라인들은 k-스페이스의 중심부로부터 가장자리부의 순서로 획득되었다.

상술한 4개 모드에 따른 모든 위상부호화 그룹화에 의한 의사-센트릭 평균 방식에서, 독립적으로 얻은 두 개의 데이터세트들은 모든 PE 라인에 대해 서로 반대의 RF 위상들을 갖도록 되어 있을 수 있다. 그리고 상기 RF 위상들은 어두운 색의 막대를 나타내는 +α, 밝은 색의 막대를 나타내는 +α와 같이 색이 표시된 블록으로 쉽게 인식할 수 있다.

백워드 평균 모드와 업다운 평균 모드에서, 더미 스캔들의 수는 서로 반대의 RF 위상들을 갖는 두 개의 데이터세트들로부터 모든 PE 라인을 만들기 위해, 상기 의사-센트릭 평균 방식의 파라미터인 N(자연수)에 따라 변경되어 조정될 수 있다. 예컨대 도 6 내지 도 9, 괄호가 없는 플랫(flat) 더미 스캔들의 수는 짝수인 N을 의미하고, 괄호가 있는 플랫 더미 스캔들의 수는 홀수인 N을 의미한다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims

미리 결정된 제1 PE 오더에 따라 획득되는 복수 개의 위상부호화라인들을 포함하는 제1k-스페이스 데이터를 획득하는 제1획득단계;
상기 제1k-스페이스 데이터를 획득한 이후, 미리 결정된 제2 PE 오더에 따라 획득되는 복수 개의 위상부호화라인들을 포함하는 제2k-스페이스 데이터를 획득하는 제2획득단계; 및
상기 제1k-스페이스 데이터에 관한 제1정보와 상기 제2k-스페이스 데이터에 관한 제2정보를 평균하는 단계;
를 포함하며,
상기 제1k-스페이스 데이터의 i번째 위상부호화라인(phase encoding line)은 제1디그리의 RF 위상을 갖는 제1RF 펄스를 가하여 얻은 것이고,
상기 제2k-스페이스 데이터의 i번째 위상부호화라인은 상기 제1디그리에 대하여 180°의 위상차이를 갖는 제2디그리의 RF 위상을 갖는 제2RF 펄스를 가하여 얻은 것이며,
① 상기 제1획득단계와 상기 제2획득단계 사이에 한 개 이상의 더미 스캔을 수행하거나, 또는 ② 상기 제1 PE 오더가 상기 제2 PE 오더와 다르도록 제어함으로써, 상기 제2디그리가 상기 제1디그리에 대하여 180°의 위상차이를 갖도록 하는 것을 특징으로 하는,
이미지 획득방법.
제1항에 있어서, 상기 제1k-스페이스 데이터와 상기 제2k-스페이스 데이터는 bSSFP 기법을 이용하여 획득되는 것을 특징으로 하는, 이미지 획득방법.
제1항에 있어서, 상기 제1k-스페이스 데이터를 획득하는 과정에서 이루어진 더미 스캔의 개수는 상기 제2k-스페이스 데이터를 획득하는 과정에서 이루어진 더미 스캔의 개수와 홀수 개의 차이를 갖는, 이미지 획득방법.
제3항에 있어서, 상기 제1k-스페이스 데이터와 상기 제2k-스페이스 데이터는 모두 센트릭 PE 오더 기법을 이용하여 얻은 것인, 이미지 획득방법.
삭제
제1항에 있어서, 상기 제1정보는 상기 제1k-스페이스 데이터로부터 생성한 제1이미지 정보이고, 상기 제2정보는 상기 제2k-스페이스 데이터로부터 생성한 제2이미지 정보인, 이미지 획득방법.
제1항에 있어서,
상기 제1k-스페이스 데이터와 상기 제2k-스페이스 데이터를 얻을 때에 사용되는 PE 오더 기법은 각각,
서로 다른 위상부호화(encoding) 크기를 갖는 복수 개의 제1위상부호화라인들로 구성되는 제1그룹을 시간축 상에서 연속적으로 획득하는 제1획득단계; 및
상기 제1획득단계 이후에, 서로 다른 위상부호화 크기를 갖는 복수 개의 제2위상부호화라인들로 구성되는 제2그룹을 시간축 상에서 연속적으로 획득하는 제2획득단계;
를 포함하며,
상기 복수 개의 제1위상부호화라인들의 경사자계 크기들의 절대값들은 시간에 대하여 선형성을 갖고, 상기 복수 개의 제2위상부호화라인들의 경사자계 크기들의 절대값은 시간에 대하여 선형성을 갖는 것을 특징으로 하는,
이미지 획득방법.
제7항에 있어서, 상기 제1k-스페이스 데이터를 획득하는 과정에서의 상기 제1그룹과 상기 제2그룹의 획득순서는, 상기 제2k-스페이스 데이터를 획득하는 과정에서의 상기 제1그룹과 상기 제2그룹의 획득순서와 다른, 이미지 획득방법.
제7항에 있어서, 상기 제1k-스페이스 데이터를 획득하는 과정에서의 상기 제1그룹에 속한 상기 복수 개의 제1위상부호화라인들을 얻는 순서는, 상기 제2k-스페이스 데이터를 획득하는 과정에서의 상기 제1그룹에 속한 상기 복수 개의 제1위상부호화라인들을 얻는 순서와 반대인, 이미지 획득방법.
미리 결정된 제1 PE 오더에 따라 획득되는 복수 개의 위상부호화라인들을 포함하는 제1k-스페이스 데이터를 획득하는 제1획득단계; 상기 제1k-스페이스 데이터를 획득한 이후, 미리 결정된 제2 PE 오더에 따라 획득되는 복수 개의 위상부호화라인들을 포함하는 제2k-스페이스 데이터를 획득하는 제2획득단계; 및 상기 제1k-스페이스 데이터에 관한 제1정보와 상기 제2k-스페이스 데이터에 관한 제2정보를 평균하는 단계;를 수행하는 처리부를 포함하며,
상기 제1k-스페이스 데이터의 i번째 위상부호화라인(phase encoding line)을 제1디그리의 RF 위상을 갖는 제1RF 펄스를 가하여 얻도록 되어 있고, 상기 제2k-스페이스 데이터의 i번째 위상부호화라인을 상기 제1디그리에 대하여 180°의 위상차이를 갖는 제2디그리의 RF 위상을 갖는 제2RF 펄스를 가하여 얻도록 되어 있으며,
① 상기 제1획득단계와 상기 제2획득단계 사이에 한 개 이상의 더미 스캔을 수행하거나, 또는 ② 상기 제1 PE 오더가 상기 제2 PE 오더와 다르도록 제어함으로써, 상기 제2디그리가 상기 제1디그리에 대하여 180°의 위상차이를 갖도록 하는 것을 특징으로 하는,
MRI 장치.
MRI 장치로 하여금, 미리 결정된 제1 PE 오더에 따라 획득되는 복수 개의 위상부호화라인들을 포함하는 제1k-스페이스 데이터를 획득하는 제1획득단계; 상기 제1k-스페이스 데이터를 획득한 이후, 미리 결정된 제2 PE 오더에 따라 획득되는 복수 개의 위상부호화라인들을 포함하는 제2k-스페이스 데이터를 획득하는 제2획득단계; 및 상기 제1k-스페이스 데이터에 관한 제1정보와 상기 제2k-스페이스 데이터에 관한 제2정보를 평균하는 단계;를 수행하도록 하는 프로그램이 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체로서,
상기 프로그램은, 상기 제1k-스페이스 데이터의 i번째 위상부호화라인(phase encoding line)을 제1디그리의 RF 위상을 갖는 제1RF 펄스를 가하여 얻도록 되어 있고, 상기 제2k-스페이스 데이터의 i번째 위상부호화라인을 상기 제1디그리에 대하여 180°의 위상차이를 갖는 제2디그리의 RF 위상을 갖는 제2RF 펄스를 가하여 얻도록 되어 있으며,
상기 프로그램은, ① 상기 제1획득단계와 상기 제2획득단계 사이에 한 개 이상의 더미 스캔을 수행하거나, 또는 ② 상기 제1 PE 오더가 상기 제2 PE 오더와 다르도록 함으로써, 상기 제2디그리가 상기 제1디그리에 대하여 180°의 위상차이를 갖도록 하는 것을 특징으로 하는,
컴퓨터로 읽을 수 있는 매체.