KR101949486B1 - 자기 공명 영상 생성 방법 및 그 자기 공명 영상 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 자기 공명 영상 장치가 자기 공명 영상을 생성하는 방법은 동시적 멀티 슬라이스(simultaneously multi-slice) 기법에 따라 각 TR 구간에서 복수의 슬라이스에 대응하는 선택적 여기 펄스를 인가한 후, 적어도 두 개 이상의 슬라이스를 포함하는 공간적 대역폭을 갖는 복수의 리포커싱 펄스를 연속하여 인가하는 단계와 복수의 슬라이스 영역으로부터 중첩되어 획득된 자기 공명 신호를 기초로 각 슬라이스의 자기 공명 영상을 생성하는 단계를 포함한다.

Description

자기 공명 영상 생성 방법 및 그 자기 공명 영상 장치{DEVICE AND METHOD FOR GENERATING MAGNETIC RESONANCE IMAGING}
본 발명은 자기 공명 영상 생성 방법 및 그 자기 공명 영상 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로, 동시적 멀티 슬라이스(Simultaneously Multi-Slice) 기법에 기반하여 자기 공명 영상을 생성하는 방법에 관한 것이다.
스핀 에코(spin echo) 기법은 자기 공명 영상(magnetic resonance imaging, MIR) 에서 가장 널리 사용되고 있는 기법으로서, 90도 여기 펄스 이후에 180도 리포커싱 펄스를 대상체로 인가함으로써 에코 신호를 획득하여 영상화한다. 이러한 스핀 에코 기법은 SNR(signal to noise ratio)과 대조도가 우수한 영상을 생성할 수 있다는 점에서 각광받고 있다.
한편, 스핀 에코 기법은 스캔 시간(scan time)을 단축시키기 위해 TR(repetition time) 동안 복수의 에코 신호를 획득하는 멀티 에코(multi-echo) 방식이 발전하였으며, 이에 기반하여 각 TR 구간에서 각 슬라이스에 대한 에코 신호를 교차적으로 획득하는 멀티 슬라이스(multi-slice) 방식과, 각 TR 구간에서 복수의 슬라이스를 동시에 여기시켜 복수의 슬라이스로부터의 에코 신호를 함께 획득하는 동시적 멀티 슬라이스(Simultaneously Multi-Slice, SMS) 방식이 개발되었다.
특히, SMS 방식은 스캔 시간을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 점에서 각광받고 있다. 그러나, 종래의 SMS 방식은 다중 주파수 대역의 RF 펄스를 인가함에 따른 대상체에 대한 전자파 흡수율(Specific Absorption Rate, SAR) 문제가 발생하여 실용화에 어려움이 있었다. 또한, 종래의 SMS 방식은 다중 주파수 대역의 180도 리포커싱 펄스를 인가하므로 일정 크기의 에코 간격(echo spacing, ESP)을 유지해야 한다. 이는, 각 TR 구간에서 인가할 수 있는 리포커싱 펄스의 개수(즉, 에코 트레인 길이(echo train length, ETL))를 제한함으로써 스캔 시간 감축을 방해하는 요인으로 작용하였다. 이에 따라, SMS 방식의 장점을 최대화하면서 실용화하기 위해서는 안정성 문제를 해결함과 동시에 ESP 를 감소시킬 수 있는 방안에 대한 연구가 필요하다.
한국공개특허 제 10-2016-0114447호(발명의 명칭: 자기공명 영상 장치 자기공명 영상 장치의 영상 생성 방법)
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 일부 실시예는 SMS 기법에 기반하여 ETL을 증가시킴과 동시에 대상체에 대한 SAR 문제를 해결할 수 있는 펄스열을 제공하는데에 그 목적이 있다. 또한, 본 발명의 일부 실시예는 높은 SNR 및 대조도를 갖는 영상을 생성하는데에 그 목적이 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 제1 측면은, 동시적 멀티 슬라이스(simultaneously multi-slice, SMS) 기법에 따라 각 TR 구간에서 복수의 슬라이스에 대응하는 선택적 여기 펄스를 인가한 후, 두 개 이상의 슬라이스를 포함하는 공간적 대역폭을 갖는 복수의 리포커싱 펄스를 연속하여 인가하는 단계; 및 복수의 슬라이스 영역으로부터 중첩되어 획득된 자기 공명 신호를 기초로 각 슬라이스의 자기 공명 영상을 생성하는 단계를 포함하는 자기 공명 영상 생성 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 제2 측면은, MRI스캐너로 펄스열 정보를 지령하며, MRI 스캐너로부터 수신한 자기 공명 신호로부터 자기 공명 영상을 생성하는 프로그램이 저장된 메모리 및 상기 프로그램을 실행하는 프로세서를 포함하고, 프로세서는 SMS 기법에 따라 각 TR 구간에서 복수의 슬라이스에 대응하는 선택적 여기 펄스를 인가한 후, 두 개 이상의 슬라이스를 포함하는 공간적 대역폭을 갖는 복수의 리포커싱 펄스를 연속하여 인가하고, 복수의 슬라이스 영역으로부터 중첩되어 획득된 자기 공명 신호를 기초로 각 슬라이스의 자기 공명 영상을 생성하는 자기 공명 영상 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 제3 측면은, 상기 제1 측면의 방법을 구현하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체를 제공한다.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단에 의하면, 다중대역 여기펄스와 180도 이하의 플립각의 와이드밴드(wideband) 리포커싱 펄스 또는 비선택적 리포커싱 펄스를 대상체로 인가함으로써, 대상체에 대한 SAR 문제를 해결함과 동시에 ETL을 증가시켜 스캔 시간을 감소시킬 수 있다. 또한, 하나의 TR 구간의 펄스열에 대응하여 위상 반전된 리포커싱 펄스를 추가 인가함으로써, 높은 SNR 및 대조도를 갖는 영상을 생성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 공명 영상 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 공명 영상 생성 방법을 도시한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 여기 펄스와 리포커싱 펄스의 공간적 대역폭(spatial bandwidth)을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스열을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 FID 신호 제거 방법을 도시한 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 FID 신호를 추출한 결과를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 자기 공명 영상을 생성한 결과를 도시한 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 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.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에서 "자기 공명 영상 (MRI: Magnetic Resonance Imaging)"이란 핵자기 공명 원리를 이용하여 획득된 대상체에 대한 영상을 의미한다.
또한, "영상(image)” 또는 “이미지"는 이산적인 요소들로 이루어진 다차원(multi-dimensional) 데이터를 의미하는 것으로, 2차원 이미지에서의 복수의 픽셀들 및 3차원 이미지에서의 복수의 복셀들로 구성된 것을 의미한다.
또한, "대상체(object)"는 자기 공명 영상장치의 영상 촬영의 대상이 되는 것으로, 사람이나 동물 또는 그 일부를 포함하는 것일 수 있다. 또한, 대상체는 심장, 뇌 또는 혈관과 같은 각종 장기나 다양한 종류의 팬텀(phantom)을 포함할 수 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, "사용자"는 의료 전문가로서 의사, 간호사, 의료 영상 전문가 등이나 장치 수리 기술자가 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
또한, "펄스 시퀀스(또는 펄스열)"란, 자기 공명 영상장치에서 반복적으로 인가되는 신호를 의미한다. 펄스 시퀀스는 RF 펄스의 시간 파라미터로서 반복 시간(Repetition Time, TR)이나 에코 시간(Time to Echo, TE) 등을 포함할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 자기 공명 영상장치의 실시예들에 대해서 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 공명 영상 장치를 도시한 도면이다.
자기 공명 영상 장치(1)는 MRI 스캐너(10), 신호 처리부(20), 제어부(40), 모니터링부(50) 및 인터페이스부(60)를 포함할 수 있다.
MRI 스캐너(10)는 자기장을 형성하고 원자핵에 대한 공명 현상을 발생시키는 것으로서, 대상체가 MRI 스캐너(10) 내부에 위치한 상태에서 자기 공명 영상이 촬영된다. MRI 스캐너(10)는 주 자석(12), 경사 코일(14), RF 코일(16) 등을 포함하고, 이를 통해 정자기장 및 경사자장이 형성되며, 대상체를 향하여 RF 신호가 조사된다.
주 자석(12), 경사 코일(14) 및 RF 코일(16)은 미리 설정된 방향에 따라 MRI 스캐너(10)내에 배치된다. 원통의 수평축을 따라 원통 내부로 삽입 가능한 테이블상에 대상체가 위치하며, 테이블의 이동에 따라 대상체가 MRI 스캐너(10)의 보어 내부에 위치할 수 있다.
주 자석(12)은 대상체에 포함된 원자핵들의 자기 쌍극자 모멘트(magnetic dipole moment)의 방향을 일정한 방향으로 정렬하는 정자기장(static magnetic field)을 생성한다.
경사 코일(Gradient coil)(14)은 서로 직교하는 X축, Y축 및 Z축 방향의 경사자기장을 발생시키는 X코일, Y 코일 및 Z 코일을 포함한다. 경사 코일(14)은 대상체의 각 부위 별로 공명 주파수를 서로 다르게 유도하여 대상체의 각 부위의 위치 정보를 획득할 수 있도록 한다.
RF 코일(16)은 대상체에게 RF 신호를 조사하고, 대상체로부터 방출되는 자기 공명 영상 신호를 수신할 수 있다. RF 코일(16)은 세차 운동을 하는 원자핵을 향하여 세차운동의 주파수와 동일한 주파수의 RF 신호를 출력한 후, 대상체로부터 방출되는 자기 공명 영상 신호를 수신할 수 있다.
예를 들어, RF 코일(16)은 원자핵을 낮은 에너지 상태로부터 높은 에너지 상태로 천이시키기 위하여, 해당 원자핵에 대응하는 주파수를 갖는 RF 신호를 생성하여 대상체에 인가한다. 이후에, RF 코일(16)이 RF 신호의 전송을 중단하면, 전자파가 가해졌던 원자핵은 높은 에너지 상태로부터 낮은 에너지 상태로 천이하면서 라모어 주파수를 갖는 전자파를 방사하게 되며, RF 코일(16)은 해당 전자파 신호를 수신한다.
RF 코일(16)은 원자핵의 종류에 대응하는 무선 주파수를 갖는 RF 신호를 송신하는 송신 RF 코일과 원자핵으로부터 방사된 전자파를 수신하는 수신 RF 코일을 각각 포함한다.
또한, RF 코일(16)은 MRI 스캐너(10)에 고정된 형태이거나, 착탈이 가능한 형태일 수 있다. 착탈이 가능한 RF 코일(16)은 대상체의 일부에 결합될 수 있는 머리 RF 코일, 흉부 RF 코일, 다리 RF 코일, 목 RF 코일, 어깨 RF 코일, 손목 RF 코일 및 발목 RF 코일 등과 같은 형태로 구현될 수 있다.
MRI 스캐너(10)는 디스플레이를 통해 사용자나 대상체에게 각종 정보를 제공할 수 있으며, 외측에 배치된 디스플레이(18)와 내측에 배치된 디스플레이(미도시)를 포함할 수 있다.
신호 처리부(20)는 소정의 MR 펄스 시퀀스(즉, 펄스열)에 따라 MRI 스캐너(10)의 내부에 형성되는 경사자장을 제어하고, RF 신호와 자기 공명 영상 신호의 송수신을 제어할 수 있다.
신호 처리부(20)는 경사자장 증폭기(22), 스위칭부(24), RF 송신부(26) 및 RF 수신부(28)를 포함할 수 있다.
경사자장 증폭기(Gradient Amplifier)(22)는 MRI 스캐너(10)에 포함된 경사 코일(14)을 구동하며, 경사자장 제어부(44)의 제어 하에 경사자장을 발생시키는 펄스 신호를 경사 코일(14)에 공급한다. 경사자장 증폭기(22)로부터 경사 코일(14)에 공급되는 펄스 신호를 제어함으로써, X축, Y축, Z축 방향의 경사 자장이 합성될 수 있다.
RF 송신부(26)는 RF 펄스를 RF 코일(16)에 공급하여 RF 코일(16)을 구동한다. RF 수신부(28)는 RF 코일(16)이 수신한 후 전달한 자기 공명 영상 신호를 수신한다.
스위칭부(24)는 RF 신호와 자기 공명 영상 신호의 송수신 방향을 조절할 수 있다. 예를 들어, 송신 동작 동안에는 RF 코일(16)을 통하여 대상체로 RF 신호가 조사되게 하고, 수신 동작 동안에는 RF 코일(16)을 통하여 대상체로부터의 자기 공명 영상 신호가 수신되게 한다. 스위칭부(24)는 RF 제어부(46)로부터의 제어 신호에 의하여 스위칭 동작이 제어된다.
인터페이스부(30)는 사용자의 조작에 따라 제어부(40)에 펄스 시퀀스 정보를 지령하는 것과 동시에, MRI 시스템 전체의 동작을 제어하는 명령을 전달할 수 있다. 인터페이스부(30)는 RF 수신부(38)로부터 수신되는 자기 공명 영상 신호를 처리하는 영상 처리부(36), 출력부(34) 및 입력부(32)를 포함할 수 있다.
영상 처리부(36)는 RF 수신부(38)로부터 수신되는 자기 공명 영상 신호를 처리하여, 대상체에 대한 MR 화상 데이터를 생성할 수 있다.
영상 처리부(36)는 RF 수신부(38)가 수신한 자기 공명 영상 신호에 증폭, 주파수 변환, 위상 검파, 저주파 증폭, 필터링(filtering) 등과 같은 각종의 신호 처리를 가한다.
영상 처리부(36)는, 예를 들어, k 공간에 디지털 데이터를 배치하고, 이러한 데이터를 2차원 또는 3차원 푸리에 변환을 하여 화상 데이터로 재구성할 수 있다.
또한, 영상 처리부(36)가 자기 공명 영상 신호에 대해 적용하는 각종 신호 처리는 병렬적으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 다채널 RF 코일에 의해 수신되는 복수의 자기 공명 영상 신호에 신호 처리를 병렬적으로 가하여 복수의 자기 공명 영상 신호를 화상 데이터로 재구성할 수도 있다.
출력부(34)는 영상 처리부(36)에 의해 생성된 화상 데이터 또는 재구성 화상 데이터를 사용자에게 출력할 수 있다. 또한, 출력부(34)는 UI(user interface), 사용자 정보 또는 대상체 정보 등 사용자가 MRI 시스템을 조작하기 위해 필요한 정보를 출력할 수 있다. 출력부(34)는 스피커, 프린터 또는 각종 영상 디스플레이 수단을 포함할 수 있다.
사용자는 입력부(32)를 통해 대상체 정보, 파라미터 정보, 스캔 조건, 펄스 시퀀스, 화상 합성이나 차분의 연산에 관한 정보 등을 입력할 수 있다. 입력부(32)는 키보드, 마우스, 트랙볼, 음성 인식부, 제스처 인식부, 터치 스크린 등을 포함할 수 있고, 기타 당업자에게 자명한 범위 내에서 다양한 입력 장치들을 포함할 수 있다.
제어부(40)는 MRI 스캐너(10) 내부에서 형성되는 신호들의 시퀀스를 제어하는 시퀀스 제어부(42), 및 MRI 스캐너(10)와 MRI 스캐너(10)에 장착된 기기들을 제어하는 스캐너 제어부(48)를 포함할 수 있다.
시퀀스 제어부(42)는 경사자장 증폭기(22)를 제어하는 경사자장 제어부(44), 및 RF 송신부(26), RF 수신부(28) 및 스위칭부(24)를 제어하는 RF 제어부(46)를 포함한다. 시퀀스 제어부(42)는 인터페이스부(30)로부터 수신된 펄스 시퀀스에 따라 경사자장 증폭기(22), RF 송신부(26), RF 수신부(28) 및 스위칭부(24)를 제어할 수 있다. 펄스 시퀀스는 경사자장 증폭기(22), RF 송신부(26), RF 수신부(28) 및 스위칭부(24)를 제어하기 위해 필요한 모든 정보를 포함하며, 예를 들면 경사 코일(14)에 인가하는 펄스(pulse) 신호의 강도, 인가 시간, 인가 타이밍(timing) 등에 관한 정보 등을 포함할 수 있다.
모니터링부(50)는 MRI 스캐너(10) 또는 MRI 스캐너(10)에 장착된 기기들을 모니터링 또는 제어한다. 모니터링부(50)는 시스템 모니터링부(52), 대상체 모니터링부(54), 테이블 제어부(56) 및 디스플레이 제어부(58)를 포함할 수 있다.
시스템 모니터링부(52)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(54)는 대상체의 상태를 모니터링하는 것으로, 대상체의 움직임 또는 위치를 촬영하는 카메라, 대상체의 호흡을 측정하는 호흡 측정기, 대상체의 심전도를 측정하기 위한 ECG 측정기, 또는 대상체의 체온을 측정하는 체온 측정기를 포함할 수 있다.
테이블 제어부(56)는 대상체가 위치하는 테이블의 이동을 제어한다. 테이블 제어부(56)는 시퀀스 제어부(42)가 출력하는 시퀀스 제어 신호에 동기하여 테이블의 이동을 제어할 수 있다. 예를 들어, 대상체의 이동 영상 촬영(moving imaging)에 있어서, 테이블 제어부(56)는 시퀀스 제어에 따라 테이블을 이동시킬 수 있으며, 이에 의해, MRI 스캐너의 FOV(field of view)보다 큰 FOV로 대상체를 촬영할 수 있다.
디스플레이 제어부(58)는 MRI 스캐너(10)의 외측 및 내측에 위치하는 디스플레이를 온/오프 또는 디스플레이에 출력될 화면 등을 제어한다. 또한, MRI 스캐너(10) 내측 또는 외측에 스피커가 위치하는 경우, 디스플레이 제어부(58)는 스피커의 온/오프 또는 스피커를 통해 출력될 사운드 등을 제어할 수도 있다.
MRI 스캐너(10), RF 코일(16), 신호 처리부(20), 모니터링부(50), 제어부(40) 및 인터페이스부(30)는 서로 무선 또는 유선으로 연결될 수 있고, 무선으로 연결된 경우에는 서로 간의 클럭(clock)을 동기화하기 위한 장치(미도시)를 더 포함할 수 있다. MRI 스캐너(10), RF 코일(16), 신호 처리부(20), 모니터링부(50), 제어부(40) 및 인터페이스부(30) 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, 광통신 등이 이용될 수 있으며, 당업자에게 자명한 범위 내에서 다양한 통신 방법이 이용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자기 공명 영상 장치(1)는 인터페이스부(30)의 구성에 특징을 가진 것이다. 이때, 인터페이스부(30)는 별도의 컴퓨팅 장치 형태로 구현될 수 있으며, 컴퓨팅 장치에 탑재된 메모리와 프로세서에 기반하여 자기 공명 영상을 생성하는 동작을 수행한다.
이때, 메모리에는 자기 공명 영상을 생성하는 프로그램이 저장된다. 메모리는 전원이 공급되지 않아도 저장된 정보를 계속 유지하는 비휘발성 저장장치 및 저장된 정보를 유지하기 위하여 전력이 필요한 휘발성 저장장치를 통칭하는 것이다.
프로세서는 메모리에 저장된 프로그램의 실행에 따라, 펄스열 정보를 지령하며, 이후 대상체로부터 방사되는 자기 공명 신호를 이용하여 자기 공명 영상을 생성한다. 이때, 자기 공명 신호는 시공간 인코딩 영역(k, t-space)에서의 시간의 흐름에 따라 공간을 표현하는 복수의 프레임(frame)을 포함하는 영상 데이터일 수 있다.
앞에서 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, MRI 스캐너(10)는 복수의 슬라이스(slice)가 함께 여기되도록 다중 대역의 주파수 성분을 포함하는 RF 신호를 조사한다. 그리고 MRI 스캐너(10)는 복수의 경사 코일(14)에 기초하여, 자기장을 형성하여 시공간 영역에 대해 복수의 슬라이스로부터 방사된 자기 공명 신호를 중첩된 상태로 획득할 수 있다. 이와 같이, 자기 공명 영상 장치(1)의 프로세서는 MRI 스캐너(10)로부터 획득된 신호를 수신할 수 있다. 그리고 자기 공명 영상 장치(1)는 MRI 스캐너(10)로부터 획득된 자기 공명 신호를 분리 및 영상화하여 각 슬라이스의 자기 공명 영상을 생성할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 공명 영상 생성 방법을 도시한 순서도이다.
도 2를 참조하면, 자기 공명 영상 장치(1)는 동시적 멀티 슬라이스(simultaneously multi-slice) 기법에 따라 각 TR 구간에서 복수의 슬라이스에 대응하는 선택적 여기 펄스를 인가한 후, 적어도 두 개 이상의 슬라이스를 포함하는 공간적 대역폭을 갖는 복수의 리포커싱 펄스를 연속하여 인가한다(S110). 여기서, SMS 기법은, 스캔 시간을 줄이기 위하여 복수의 슬라이스를 동시에 여기하여 복수의 슬라이스로부터의 자기 공명 신호를 복수의 코일을 통하여 동시에 획득하고, 슬라이스 간 존재하는 코일 민감도(coil sensitivity) 정보의 차이를 이용하여 각각의 슬라이스에 대한 자기 공명 신호를 분리하는 기법으로서, 병렬 영상처리에 대응된다. 이때, 코일 민감도 정보는 복수의 코일 중 각 코일의 위치에 따라 상이한 자기 공명 신호를 수신하는 감도를 의미할 수 있다.
자기 공명 영상 장치(1)는 TR 구간에서 두 개 이상의 슬라이스 영역을 포함할 수 있는 넓은 공간적 대역폭을 갖는 리포커싱 펄스를 인가한다. 바람직하게, 리포커싱 펄스의 공간적 대역폭은 슬라이스 방향의 FOV 에 대응하는 와이드밴드(wide-band) 리포커싱 펄스이거나, 상기한 FOV를 포함할 수 있는 비선택적 리포커싱 펄스일 수 있다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 여기 펄스와 각 리포커싱 펄스의 공간적 대역폭을 도시한 도면이다. 도 3을 참조하면, 자기 공명 영상 장치(1)는 세 개의 슬라이스(301, 302, 303)에 대응하는 선택적 여기 펄스(90도 RF 펄스)를 대상체로 인가한 후, MRI 스캐너(10)의 FOV(304)에 대응하는 리포커싱 펄스를 연속하여 인가할 수 있다.
한편, 자기 공명 영상 장치(1)는 넓은 공간적 대역폭을 갖는 리포커싱 펄스들을 이용함으로써, SAR(Specific Absorption Rate)를 최소화하면서 짧은 에코 간격(echo spacing, ESP)으로 리포커싱 펄스들을 연속하여 대상체로 인가할 수 있다. 이를 통해, 개시된 실시예는 ETL(echo train length)을 증가시킬 수 있다.
한편, TR 구간에서 리포커싱 펄스들의 플립각(flip angle)은 도 4(a) 및(b)에 도시된 바와 같이, 고정 플립각 또는 가변 플립각으로 구성될 수 있다. 한편, 구현예에 따라 리포커싱 펄스들이 가변 플립각으로 구성되는 경우 여기 펄스에 이어서 인가되는 첫 리포커싱 펄스의 플립각(
Figure 112017051231622-pat00001
)은 180도일 수 있다. 이와 같이, 자기 공명 영상 장치(1)는 넓은 공간적 대역폭과 180도 이하의 플립각을 갖는 리포커싱 펄스들을 대상체로 인가함으로써, 스캔 시간을 감소시킴과 동시에 SAR 를 최소화할 수 있다.
다음으로, 자기 공명 영상 장치(1)는 복수의 슬라이스 영역으로부터 중첩되어 획득된 자기 공명 신호를 기초로 각 슬라이스의 자기 공명 영상을 생성한다(S120). 보다 구체적으로, 자기 공명 영상 장치(1)는 상기 자기 공명 신호를 기준으로 다중 대역 영상을 생성하며, 각 슬라이스에 대응하는 주파수 대역의 레퍼런스 데이터(reference data)를 기준으로 상기 다중 대역 영상을 단일 대역 영상으로 분리할 수 있다. 여기서, 다중 대역 영상이란, 복수의 슬라이스 영상이 중첩적으로 나타난 것일 수 있으며, 단일 대역 영상은 하나의 슬라이스 영상일 수 있다. 또한, 레퍼런스 데이터는 상기한 코일 민감도 정보일 수 있다. 예컨대, 자기 공명 영상 장치(1)는 S110 단계를 수행하기에 앞서 레퍼런스 데이터를 획득하기 위해 각 슬라이스에 대응하는 단일 대역의 여기 펄스를 대상체로 인가할 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니며, 자기 공명 영상 장치(1)는 다양한 타이밍에 레퍼런스 데이터를 획득하기 위한 펄스열을 대상체로 인가할 수 있다.
한편, 다중 대역 영상을 분리하는 방법에 대해서는 다중 코일의 민감도(sensitivity)를 영상 도메인과 k-도메인에서 이용하여 분리하는 기법 등이 적용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 개시된 실시예는 180도 이하의 리포커싱 펄스들을 대상체로 인가하므로 선택적으로 여기된 슬라이스 영역 이외의 영역으로부터 방사되는 자유유도붕괴(Free Induction Decay, FID) 신호를 에코 신호와 함께 획득할 수 있다. 이때, FID 신호는 영상 내에서 아티팩트(artifact)로 작용하여 영상의 SNR 및 대조도를 감소시킬 수 있다. 따라서, 일 실시예에 따라 자기 공명 영상 장치(1)는 획득된 자기 공명 신호로부터 FID 신호를 제거하기 위한 캘리브레이션 펄스열을 대상체로 더 인가할 수 있다. 이하, 도 5를 참조하여 설명한다.
도 5를 참조하면, 자기 공명 영상 장치(1)는 이미징을 위한 복수의 TR 구간 중 하나의 TR 구간의 펄스열에 대응되며, 복수의 리포커싱 펄스의 위상이 반전된 캘리브레이션 펄스열을 인가하여, FID 신호를 추출한다(S510). 이때, 캘리브레이션 펄스열은 하나의 TR을 소요하며, 도 2의 이미징 펄스열보다 먼저 인가되거나, 이미징 펄스열이 인가된 후에 인가될 수 있다. 또는 캘리브레이션 펄스열은 이미징 펄스열의 중간에 인가될 수도 있다.
구체적으로, 자기 공명 영상 장치(1)는 상기 하나의 TR 구간에서 획득된 제1 자기 공명 신호와, 상기 캘리브레이션 펄스열이 인가됨에 따라 획득된 제2 자기 공명 신호를 획득하며, 제1 자기 공명 신호에서 제2 자기 공명 신호를 감산하여 FID 신호를 추출할 수 있다. 즉, 제1 자기 공명 신호는 상기 하나의 TR 구간에서 여기된 복수의 슬라이스로부터 방사된 에코 신호와 슬라이스 방향의 FOV 영역에서 방사된 FID 신호를 포함하며, 제2 자기 공명 영상 신호는 상기 복수의 슬라이스가 다시 여기됨에 따른 에코 신호와 상기한 FOV 영역에서 방사된 위상 반전된 FID 신호를 포함한다. 따라서, 자기 공명 영상 장치(1)는 제1 자기 공명 신호에서 제2 자기 공명 신호를 감산함으로써, 에코 신호가 제거된 FID 신호를 추출할 수 있다. 도 6는 본 발명의 일 실시예에 따라 캘리브레이션 펄스열(600)을 인가하여 FID 신호(630)를 추출한 결과를 도시한 도면이다. 이때, 제1 자기 공명 신호(610)와 제2 자기 공명 신호(620)에 포함된 FID 신호의 위상은 서로 반전된 상태이다.
다음으로, 자기 공명 영상 장치(1)는 각 TR 에서 획득된 자기 공명 신호로부터 추출된 FID 신호를 감산 보정한다(S520). 이를 통해, 자기 공명 영상 장치(1)는 자기 공명 신호로부터 FID 신호를 제거함으로써 영상화에 적합한 에코 신호를 추출할 수 있다. 이후, 자기 공명 영상 장치(1)는 FID 신호가 제거된 자기 공명 신호를 이용하여 도 2의 S120 단계를 수행함으로써, 높은 SNR 및 대조도를 갖는 자기 공명 영상을 생성할 수 있다.
한편, 도 5에서는 자기 공명 영상 장치(1)가 제1 자기 공명 신호에서 제2 자기 공명 신호를 감산 보정하여 FID 신호를 추출하는 것으로 설명하였으나, 실시예에 따라 자기 공명 영상 장치(1)는 제1 자기 공명 신호에 제2 자기 공명 신호를 가산 보정함으로써, 바로 FID 신호에 따른 아티팩트가 억제된 영상을 복원할 수도 있다. 따라서, 이 경우 S520 과정은 생략될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 자기 공명 영상을 생성한 결과를 도시한 도면이다. 도 7의 (a)는 각 슬라이스에 대응하는 자기 공명 신호를 비중첩적으로 획득하여 영상화한 결과로서, 본 발명의 일 실시예에 따라 생성된 자기 공명 영상의 SNR 및 대조도를 측정하기 위한 비교값이다. 도 7의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따라 180도 이하의 비선택적 리포커싱 펄스와 캘리브레이션 펄스열을 대상체로 인가함으로써 획득된 중첩적 자기 공명 신호를 각 슬라이스 별로 분리 및 영상화하여 나타낸 결과이다. 또한, 도 7의 (c)는 도 7의 (a) 와 (b)의 차이를 기초로 생성된 에러맵(error map)이다. 도 7의 (c)에 나타난 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 공명 영상 장치(1)는 다중대역 여기펄스와 180도 이하의 비선택적 리포커싱 펄스(또는 와이드밴드 리포커싱 펄스)를 이용하여 스캔 시간을 획기적으로 감소시키고 대상체에 대한 SAR 문제를 해결함과 동시에, 캘리브레이션 펄스열을 추가함으로써 높은 SNR 및 대조도를 갖는 자기 공명 영상을 생성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체를 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1: 자기 공명 영상 장치
10: MRI 스캐너
20: 신호 처리부
30: 인터페이스부
40: 제어부
50: 모니터링부

Claims (11)

  1. 자기 공명 영상 장치의 자기 공명 영상 생성 방법에 있어서,
    동시적 멀티 슬라이스(simultaneously multi-slice) 기법에 따라 각 TR 구간에서 복수의 슬라이스에 대응하는 선택적 여기 펄스를 인가한 후, 적어도 두 개 이상의 슬라이스를 포함하는 공간적 대역폭을 갖는 복수의 리포커싱 펄스를 연속하여 인가하는 단계; 및
    상기 복수의 슬라이스 영역으로부터 중첩되어 획득된 자기 공명 신호를 기초로 각 슬라이스의 자기 공명 영상을 생성하는 단계를 포함하는 것인 자기 공명 영상 생성 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 자기 공명 영상 생성 방법은
    하나의 TR 구간의 펄스열에 대응되며 상기 복수의 리포커싱 펄스의 위상이 반전된 캘리브레이션 펄스열을 인가함으로써, 자유유도붕괴(Free Induction Decay, FID) 신호를 추출하는 단계; 및
    각 TR 에서 획득된 자기 공명 신호로부터 상기 FID 신호를 보정하는 단계를 더 포함하는 것인 자기 공명 영상 생성 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 FID 신호를 추출하는 단계는
    상기 하나의 TR 구간에서 획득된 제1 자기 공명 신호와 상기 캘리브레이션 펄스열이 인가됨에 따라 획득된 제2 자기 공명 신호를 획득하는 단계; 및
    상기 제1 자기 공명 신호에서 상기 제2 자기 공명 신호를 감산하여 FID 신호를 추출하는 단계를 포함하는 것인 자기 공명 영상 생성 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 리포커싱 펄스는 의 공간적 대역폭은 슬라이스 방향의 FOV(field of view) 영역에 대응하는 와이드밴드(wide-band) 리포커싱 펄스이거나 비선택적 리포커싱펄스인 것인 자기 공명 영상 생성 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 리포커싱 펄스 중 적어도 하나는 180도 이하의 플립각(flip angle)을 갖는 것인 자기 공명 영상 생성 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 슬라이스의 자기 공명 영상을 생성하는 단계는
    상기 자기 공명 신호를 기준으로 다중 대역 영상을 생성하는 단계; 및
    각 슬라이스에 대응하는 주파수 대역의 레퍼런스 데이터를 기준으로 상기 다중 대역 영상을 단일 대역 영상으로 분리하는 단계를 포함하는 자기 공명 영상 생성 방법.
  7. 자기 공명 영상 장치에 있어서,
    MRI스캐너로 펄스열 정보를 지령하며, 상기 MRI 스캐너로부터 수신한 자기 공명 신호로부터 자기 공명 영상을 생성하는 프로그램이 저장된 메모리 및
    상기 프로그램을 실행하는 프로세서를 포함하고,
    상기 프로세서는
    동시적 멀티 슬라이스(simultaneously multi-slice, SMS) 기법에 따라 각 TR 구간에서 복수의 슬라이스에 대응하는 선택적 여기 펄스를 인가한 후, 적어도 두 개 이상의 슬라이스를 포함하는 공간적 대역폭을 갖는 리포커싱 펄스를 연속하여 인가하고,
    상기 복수의 슬라이스 영역으로부터 중첩되어 획득된 자기 공명 신호를 기초로 각 슬라이스의 자기 공명 영상을 생성하는 자기 공명 영상 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 프로세서는
    하나의 TR 구간의 펄스열에 대응되며 상기 복수의 리포커싱 펄스의 위상이 반전된 캘리브레이션 펄스열을 인가함으로써, 자유유도붕괴(Free Induction Decay, FID) 신호를 추출하고, 각 TR 에서 획득된 자기 공명 신호로부터 상기 FID 신호를 보정하는 것인 자기 공명 영상 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 하나의 TR 구간에서 획득된 제1 자기 공명 신호와 상기 캘리브레이션 펄스열이 인가됨에 따라 획득된 제2 자기 공명 신호를 획득하고, 상기 제1 자기 공명 신호에서 상기 제2 자기 공명 신호를 감산하여 FID 신호를 추출하는 것인 자기 공명 영상 장치.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 자기 공명 신호를 기준으로 다중 대역 영상을 생성하고, 각 슬라이스에 대응하는 주파수 대역의 레퍼런스 데이터를 기준으로 상기 다중 대역 영상을 단일 대역 영상으로 분리하는 것인 자기 공명 영상 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 구현하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체.
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