KR101967243B1

KR101967243B1 - 고속 자기 공명 영상 방법 및 장치

Info

Publication number: KR101967243B1
Application number: KR1020120157334A
Authority: KR
Inventors: 손종범; 이성덕; 이재목
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2012-12-28
Filing date: 2012-12-28
Publication date: 2019-04-09
Also published as: KR20140086625A; US9810757B2; US20140184221A1

Abstract

해상도가 서로 다른 자기 공명 영상들을 동시에 획득할 수 있는 고속 자기 공명 영상 방법 및 장치를 개시하며, 자기 공명 영상을 생성하기 위한 스캔시간을 단축하여, 보다 빠른 시간 내에 해상도가 다른 자기 공명 영상들을 생성할 수 있다.

Description

고속 자기 공명 영상 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR HIGH-SPEED MAGNETIC RESONANCE IMAGING}

고속 자기 공명 영상 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 해상도가 서로 다른 자기 공명 영상들을 동시에 획득하는 고속 자기 공명 영상 방법 및 장치에 관한 것이다.

자기 공명 영상(Magnetic Resonance Imaging, MRI)은 원자핵을 자장에 노출시킨 후 공명을 통해 얻어지는 정보로 영상을 나타낸 것이다. 원자핵의 공명이란 외부 자장에 의해 자화된 상태의 원자핵에 특정한 고주파 에너지를 입사시키면 낮은 에너지 상태의 원자핵이 고주파 에너지를 흡수하여 높은 에너지 상태로 여기되는 현상을 말한다. 원자핵은 종류에 따라 각기 다른 공명 주파수를 가지며 공명은 외부 자장의 강도에 영향을 받는다. 인체 내부에는 무수히 많은 원자핵이 있으며, 자기공명현상을 보이는 원자들로는

,

등이 있는데 일반적으로 수소 원자핵을 자기 공명 영상 생성에 이용한다.

기존의 자기 공명 영상 방법은 해상도가 서로 다른 자기 공명 영상들을 각각 별개의 과정으로 영상화하는 방식이었다. 예를 들어, 한국 공개특허공보 제10-2010-0081005호를 참조하면, 병렬 자기 공명 영상법과 고차 일반 급수 영상법에서 사용하는 영상 단축 방법을 조합하여 자기 공명 영상을 획득하는 방법을 개시하고 있다.

해상도가 서로 다른 자기 공명 영상들을 동시에 획득할 수 있는 고속 자기 공명 영상 방법 및 장치를 제공하는 데 있다. 또한, 이와 같은 고속 자기 공명 영상 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체를 제공하는 데 있다. 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 이하의 실시예들로부터 또 다른 기술적 과제들이 유추될 수 있다.

일 측면에 따라, 고속 자기 영상 방법은 대상체에 RF(Radio Frequency) 펄스 시퀀스와 서로 다른 방향으로 각각의 경사자장(gradient field)을 형성하는 복수 개의 그레디언트(gradient)를 인가하는 단계, 상기 대상체로부터 방출되는 자기 공명 신호를 샘플링 간격(sampling interval)을 변경하여 획득하는 단계, 상기 획득한 상기 자기 공명 신호를 상기 샘플링 간격에 기초하여 분배하는 단계 및 상기 분배된 자기 공명 신호들을 이용하여, 해상도가 서로 다른 자기 공명 영상들을 동시에 생성하는 단계를 포함한다.

다른 측면에 따라, 상기 고속 자기 공명 영상 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체가 제공된다.

또 다른 측면에 따라, 고속 자기 공명 영상 장치는 대상체에 RF 펄스 시퀀스를 인가하는 RF 코일부, 서로 다른 방향으로 각각의 경사자장을 형성하는 그레디언트 코일부, 상기 대상체로부터 방출되는 자기 공명 신호를 샘플링 간격(sampling interval)을 변경하여 획득하는 신호 획득부, 상기 획득한 상기 자기 공명 신호를 상기 샘플링 간격에 기초하여 분배하는 분배부 및 상기 분배된 자기 공명 신호들을 해상도가 서로 다른 자기 공명 영상을 동시에 생성하는데 이용하도록, 분리하여 저장하는 메모리를 포함한다.

자기 공명 영상을 생성하기 위한 스캔시간을 단축하여, 보다 빠른 시간 내에 해상도가 다른 자기 공명 영상들을 생성할 수 있다.

도 1은 자기 공명 영상 시스템의 전체 구조를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 2는 자기 공명 영상 시스템 내의 자기 공명 영상 장치의 내부 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 저해상도의 전신 영상과 고해상도의 병변 확대 영상을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 샘플링 간격을 변경하여 획득한 자기 공명 신호를 샘플링 간격에 기초하여 분배하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 자기 공명 영상 방법의 흐름도이다.
도 6은 샘플링 간격을 변경하는 실시예로써, 프리퀀시 인코딩 방식을 변경하여 샘플링 간격을 변경하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 샘플링 간격을 변경하는 또 다른 실시예로써, 자기 공명 신호가 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환될 때, 샘플링 간격을 변경하는 것을 설명하기 위한 도면이다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명을 한정하지 아니하고 오로지 예시를 위한 실시예에 의해 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 하기 실시예는 본 발명을 구체화하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리 범위를 제한하거나 한정하는 것이 아님은 물론이다. 본 발명의 상세한 설명 및 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가가 용이하게 유추할 수 있는 것은 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 해석된다.

본 실시예들은 자기 공명 영상 방법 및 장치에 관한 것으로서 이하의 실시예들이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 널리 알려져 있는 사항들에 관해서는 자세한 설명을 생략한다.

도 1은 자기 공명 영상 시스템의 전체 구조를 개략적으로 도시한 구성도이다. 자기 공명 영상 시스템(1000)은 자기 공명 영상 장치(1100), 컴퓨터 시스템(1300) 그리고 오퍼레이팅 콘솔(1500)을 구비한다. 자기 공명 영상 시스템(1000)을 구성하는 각 장치들은 도 1에 도시된 바와 달리 물리적으로 분리되어 있지 않고 일부가 서로 통합된 형태일 수 있다.

자기 공명 영상 장치(1100)는 오퍼레이팅 콘솔(1500)로부터 자기 공명 영상을 생성하기 위한 제어신호를 입력받고 이에 따라 작동하며, 마그네트 시스템(1110) 내의 카우치(couch)(1200)에 위치한 대상체(2000)로부터 자기 공명 영상을 생성하기 위해 사용되는 자기 공명 신호를 획득한다. 자기 공명 영상 장치(1100)는 자기 공명 신호로부터 생성되는 영상 신호를 컴퓨터 시스템(1300)으로 출력한다.

컴퓨터 시스템(1300)은 자기 공명 영상 장치(1100)로부터 영상 신호를 입력받아 이를 재구성(reconstruction)하여 대상체(2000)의 소정의 영역에 대한 자기 공명 영상을 생성하고, 생성된 자기 공명 영상을 오퍼레이팅 콘솔(1500)로 전달한다. 컴퓨터 시스템(1300)은 자기 공명 신호로부터 생성된 영상 신호를 재구성하여 자기 공명 영상을 생성하는 영상 처리 프로세서(미도시), 영상 신호 및 생성된 자기 공명 영상을 저장할 수 있는 스토리지(미도시), 자기 공명 영상 장치(1100) 및 오퍼레이팅 콘솔(1500)과의 연결을 위한 인터페이스부(미도시) 등을 구비한다.

오퍼레이팅 콘솔(1500)은 컴퓨터 시스템(1300)으로부터 생성된 자기 공명 영상을 입력받고 이를 디스플레이하는 모니터(미도시), 사용자로부터 제어정보 등을 입력받기 위한 키보드, 마우스 등과 같은 다양한 입력 장치(미도시), 스캔 조건과 스캔 상황을 보여주는 판넬(미도시) 등을 구비한다.

도 2는 자기 공명 영상 시스템 내의 자기 공명 영상 장치의 내부 구성을 설명하기 위한 도면이다. 자기 공명 영상 장치(1100)는 대상체(2000)에 자장과 고주파를 가하고 이에 대한 응답으로 대상체(2000)로부터 방출되는 자기 공명 신호를 획득한다. 자기 공명 영상 장치(1100)는 마그네트 시스템(1110), 그레디언트 구동부(1120), RF 구동부(1130), 신호 획득부(1140), 분배기(splitter)(1150), 제어부(1160), 메모리(170) 등을 구비한다. 마그네트 시스템(1110)은 다시 메인 마그네트(1112), 그레디언트 코일부(1114), RF 코일부(1116)를 포함한다.

메인 마그네트(1112)는 마그네트 시스템(1110) 내부 공간에 정자장(static magnetic field)을 형성하며, 이때, 정자장의 방향은 대상체(2000)의 체축, 다른 말로 길이 방향과 평행하거나 또는 수직일 수 있다. 메인 마그네트(1112)를 구현하기 위해 영구 자석(permanent magnet), 상전도 자석(resistive magnet), 초전도 자석(super conductive magnet) 등이 사용될 수 있다. 설명의 편의상 이하에서는, 메인 마그네트(1112)로 초전도 자석을 사용하여, 대상체(2000)의 체축 방향에 평행한 수평 정자장이 형성되는 경우를 일실시예로써 설명한다. 초전도 자석을 메인 마그네트(1112)로 사용하는 경우, 도 2에 도시된 바와 같이 그레디언트 코일부(1114) 및 RF 코일부(1116)는 동축을 중심축으로 하여 배치될 수 있으며, 바깥쪽에서부터 메인 마그네트(1112), 그레디언트 코일부(1114), RF 코일부(1116) 순서로 배치된다. RF 코일부(1116) 안쪽은 대상체(2000)가 위치할 수 있도록 비어 있는 구조이다. 대상체(2000)를 카우치(1200) 위에 위치하도록 하고, 카우치(1200)를 마그네트 시스템(1110) 내부로 이동시킴으로써 대상체(2000)에 자장과 RF 펄스를 인가할 수 있다.

한편, 수소 원자핵은 스핀운동으로 인하여 자기 모멘트(magnetic moment) 다른 말로, 자기 쌍극자 모멘트(magnetic dipole moment)를 가지게 되며 외부 자계가 없을 때 이 자기 모멘트의 방향은 일정한 규칙이 없이 무작위성을 가진다. 하지만 수소 원자가 정자장(Static Magnetic Field)안에 놓이게 되면 수소 원자핵들은 낮은 에너지 상태로 가기 위해 정자장 방향으로 정렬하게 된다. 수소 원자핵의 경우 1.0 Tesla의 자장에서 42.58 MHz의 라모 주파수(Larmor Frequency)를 가진다. 원자핵에 이러한 라모 주파수에 해당하는 전자파를 가하면 낮은 에너지 상태의 원자핵이 높은 에너지 상태로 천이하게 된다.

그레디언트 코일부(1114)는 서로 다른 방향으로 각각의 경사자장(gradient filed)을 형성하며, 일반적으로 서로 수직인 3개의 축의 방향으로 대상체(2000)에 경사자장(gradient filed)을 형성한다. 정자장이 형성되어 있는 대상체(2000)에 라모 주파수를 가지는 RF 펄스를 인가하면 비슷한 성질을 가지는 조직들의 자기 공명 신호가 한꺼번에 방출되어 어느 위치에서 어떤 신호가 나왔는지를 알 수 없게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 경사자장을 이용한다. 자계의 분포와 이에 따른 라모 주파수가 공간에 따라 선형적으로 변하는 경사자장을 이용함으로써 관심 영역에 해당하는 대상체(2000)의 소정의 영역에 있는 수소 원자핵을 선택적으로 공명시킬 수 있게 된다. 서로 수직인 3개의 축은 각각 슬라이스 축, 주파수 축, 위상 축을 의미한다. 정자장이 형성된 내부 공간에 있어서 서로 수직인 3개의 좌표축을 각각 x, y, z 라고 했을 때 그 중 어느 축이라도 슬라이스 축이 될 수 있다. 이때 그 나머지 두 축 중 하나는 주파수 축이고, 또 다른 하나는 위상 축이 된다. 슬라이스 축은 대상체(2000)의 체축 즉, 길이 방향에 대해 특정 각도로 기울어진 방향으로 설정될 수도 있다.

그레디언트 코일부(1114)는 대상체(2000)의 x, y, z 축 방향으로 세 가지 종류의 경사자장을 만들 수 있다. 대상체(2000)의 체축에 수직인 특정 단면을 선택적으로 여기시키기 위한 전제 조건으로서 대상체(2000)의 체축을 따라 경사 자장을 만드는데, 이때 슬라이스 셀렉션 그레디언트(Slice Selection Gradient)가 가해진다. 그리고 선택된 평면 내에서 2차원적인 공간정보를 얻기 위해 프리퀀시 인코딩 그레디언트(Frequency Encoding Gradient)와 페이즈 인코딩 그레디언트(Phase Encoding Gradient)가 가해진다.

부연하면, z 축 방향을 따라 경사 자장을 형성시키기 위해 슬라이스 셀렉션 그레디언트(Slice Selection Gradient)가 가하면, z 축에 수직인 xy 평면을 선택할 수 있다. 선택된 2차원 평면에 대해서 2차원적인 위치 정보를 얻기 위해 프리퀀시 인코딩 그레디언트(Frequency Encoding Gradient)와 페이즈 인코딩 그레디언트(Phase Encoding Gradient)를 가한다. 레피티션 타임(repetition time)에 상응하는, RF 펄스 시퀀스의 하나의 구간에서, 페이즈 인코딩 그레디언트를 이용해 선택된 슬라이스 평면 내의 원자핵들의 자기 쌍극자 모멘트에 y축 방향으로 특정 위상차를 생성한 후, 특정 위상차가 생성된 y축 상의 어느 위치에 대하여 프리퀀시 인코딩 그레디언트를 이용하여 x축 방향으로 특정 주파수 차이를 생성시켜 가며 에코(echo) 신호를 획득함으로써, 대상체(2000)의 소정의 영역 일부분에 대한 에코 신호, 즉, k-스페이스 상의 한 줄에 대응하는 k-스페이스 스캔 라인 신호를 획득할 수 있다. RF 펄스 시퀀스의 나머지 구간들 각각에서, 페이즈 인코딩 그레디언트와 프리퀀시 인코딩 그레디언트를 이용해 y축 상의 다른 위치에 대하여 x축 방향으로 특정 주파수 차이를 생성시켜 가며 에코 신호를 획득하면, 결과적으로, 대상체(2000)의 소정의 영역 전체에 대한 에코 신호들을 획득할 수 있다. 소정의 영역 전체에 대한 에코 신호를 이용하면, k-스페이스 전체에 대한 스캔 라인 신호들을 균일하게 획득할 수 있다.

각각의 그레디언트 코일(1114)은 서로 다른 해상도를 가지는 영상을 생성하기 위해, 적어도 두 개의 인코딩 방식을 사용한다. 예를 들어, 프리퀀시 인코딩 그레디언트의 경우, 주파수 축 방향으로 경사 자장을 형성하는데, 프리퀀시 인코딩 방식을 변경하여 샘플링 간격 다시 말해서, 샘플링 개수를 변경시킬 수 있다. 이때, 프리퀀시 인코딩 방식의 변경은 프리퀀시 인코딩 그레디언트에 의해 형성되는 경사자장의 기울기를 변경하는 것을 의미한다. 프리퀀시 인코딩 그레디언트는 저해상도 영상을 생성하는데 이용하는 자기 공명 신호를 샘플링하는 경우 프리퀀시 인코딩 그레디언트에 의해 형성되는 경사자장의 기울기를 낮추고, 고해상도 영상을 생성하는데 이용하는 자기 공명 신호를 샘플링하는 경우 프리퀀시 인코딩 그레디언트에 의해 형성되는 경사자장의 기울기를 높인다.

RF 코일부(1116)는 대상체(2000)로부터 자기 공명 신호를 획득하기 위한 RF 펄스를 인가한다. 또한 인가된 RF 펄스에 대한 응답으로 대상체(2000)로부터 방출되는 자기 공명 신호를 수신한다. 즉, RF 코일은 RF 펄스를 송신하는 기능과 자기 공명 신호를 수신하는 기능을 가진다. RF 코일부(1116)는 여러 가지 타입의 RF 펄스를 대상체(2000)에 인가할 수 있는데, 예를 들면, 여기(excitation) RF 펄스 또는 리포커싱(refocusing) RF 펄스가 될 수 있고, 이들 각각은 90°RF 펄스와 180°RF 펄스가 될 수 있다. 또한, 복수 개의 RF 펄스로 이루어진 다양한 종류의 RF 펄스 시퀀스를 대상체(2000)에 인가할 수도 있는데, 예를 들면, Spin Echo, Fast Spin Echo, Gradient Echo, Field Echo 등이 될 수 있다.

그레디언트 구동부(1120)는 그레디언트 코일부(1114)와 연결되어 있고, 그레디언트 코일부(1114)에 경사자장 형성과 관련된 신호를 출력한다. 그레디언트 구동부(1120)는 슬라이스 축, 주파수 축, 위상 축에 대한 3 종의 그레디언트 코일 각각에 대응되는 그레디언트 구동 회로를 포함한다. 그레디언트 구동부(1120)는 웨이브폼 신서사이저(waveform synthesizer)(미도시)와 RF 앰플리파이어(RF ampilfier)(미도시)로 구성될 수 있다.

RF 구동부(1130)는 RF 코일부(1116)와 연결되어 있고, RF 코일부(1116)에서 인가되는 RF 펄스 및 펄스 시퀀스를 생성하여 RF 코일부(1116)로 출력한다. RF 구동부(1130)는 RF 펄스를 발진시키는 RF 오실레이터(oscilator)(미도시), 위상을 변화시키는 페이즈 시프터(phase shifter)(미도시), 적절한 유형의 RF 펄스 시퀀스를 만드는 웨이브폼 신서사이저(waveform synthesizer)(미도시), RF 펄스 시퀀스를 변조하는 모듈레이터(modulator)(미도시), RF 펄스들을 증폭하는 RF 앰플리파이어(RF amplifier)(미도시)로 구성될 수 있다. RF 구동부(1130)는 획득부(1140)와 트랜스시버(transceiver)와 같이 통합된 형태로 구성될 수 있다.

신호 획득부(1140)는 RF 코일부(1116)와 연결되어 있고, RF 코일부(1116)에 수신된 자기 공명 신호를 획득하여, 복조하고, 필터링하며, 디지털 데이터로 처리한다. 이때, 획득된 자기 공명 신호는 여기 RF 펄스에 대한 응답인 자유 유도 감쇄(Free Induction Decay, FID) 신호 또는 리포커싱 RF 펄스에 대한 응답인 에코(echo) 신호가 될 수 있다. 신호 획득부(1140)는 수신된 자기 공명 신호를 증폭하는 프리앰플리파이어(preamplifier)(미도시), 증폭된 자기 공명 신호를 복조하는 디모듈레이터(demodulator)(미도시), 노이즈를 제거하는 로우 패스 필터(Low Pass Filter, LPF), 복조된 아날로그 신호를 디지털 형태로 변환하는 아날로그 디지털 컨버터(Analog Digital Converter, ADC)(미도시) 등으로 구현될 수 있다.

아날로그 디지털 컨버터의 경우, 아날로그 신호의 샘플링 간격 다시 말해서, 샘플링 개수를 조절할 수 있다. 즉, 아날로그 신호에 대하여 고정된 샘플링율(fixed sampling rate)을 적용하여 일정한 간격으로만 디지털화시킬 수 있을 뿐만 아니라, 가변적인 샘플링율(variable sampling rate)을 적용하여 샘플링 간격을 변경하면서 디지털화시킬 수 있다. 따라서, 신호 획득부(1140)는 아날로그 디지털 컨버터(ADC)(미도시)를 이용하여, 저해상도 영상을 생성하는데 이용하는 자기 공명 신호를 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환하기 위해 샘플링하는 경우에는 샘플링 간격을 좁히고, 고해상도 영상을 생성하는데 이용하는 자기 공명 신호를 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환하기 위해 샘플링하는 경우에는 샘플링 간격을 넓힐 수 있다. 여기서 저해상도의 영상과 고해상도의 영상 각각의 예로써, 전신 영상과 병변 확대 영상을 보고, 그 특징과 자기 공명 신호의 샘플링 간격과의 관계를 도 3을 참고하여 설명한다.

도 3은 저해상도의 전신 영상과 고해상도의 병변 확대 영상을 설명하기 위한 도면이다. 도 3(a)는 저해상도의 전신 영상을 나타낸 것이고, 도 3(b)는 고해상도의 병변 확대 영상을 나타낸 것이다.

도 3(a)에 도시된 바와 같이 저해상도의 전신 영상은 가로 세로 각 A cm의 상대적으로 넓은 Field Of View(이하, FOV) 및 B mm의 저해상도 특성을 가지며, k-space를 구성하는 샘플 간 샘플링 간격이 좁은 것이 특징이다. 한편, 도 3(b)에 도시된 바와 같이 고해상도의 병변 확대 영상은 가로 세로 각 A′cm의 상대적으로 좁은 FOV 및 B′mm의고해상도 특성을 가지며, k-space를 구성하는 샘플 간 샘플링 간격이 넓은 것이 특징이다. 여기서, A의 값은 A′의 값보다 크고, B의 값은 B′의 값보다 크다. 다만, 두 경우 모두 각 k-space 상의 샘플들의 샘플링 간격은 일정함을 알 수 있다. 따라서, 기존에는 두 영상이 가지는 FOV 및 해상도가 다르고, k-space를 구성하는 샘플 간 샘플링 간격이 서로 다른 경우, 각각의 자기 공명 영상을 생성하기 위해서는 2번의 자기 공명 스캔 과정이 필요하였다.

다시 도 2를 참고하면, 분배기(splitter)(1150)는 신호 획득부(1140)에서 디지털 형태로 변환된 자기 공명 신호가 메모리(1170)에 저장되기 전에, 자기 공명 신호를 샘플링 간격에 기초하여 분배한다. 그레디언트 코일부(1114)에 포함된 프리퀀시 인코딩 그레디언트에서 프리퀀시 인코딩 방식을 변경하거나, 신호 획득부(1140)에서 샘플링율을 변경함으로써, 자기 공명 신호의 샘플링 간격을 변경한 경우에 자기 공명 신호를 샘플링 간격에 기초하여 분배한다. 이하, 도 4를 참고하여 자세하게 설명한다.

도 4는 샘플링 간격을 변경하여 획득한 자기 공명 신호를 샘플링 간격에 기초하여 분배하는 것을 설명하기 위한 도면이다. 분배기(1150)는 k-space 상의 한 줄에 해당하는 k-space 스캔 라인 신호에 대하여, 샘플링 간격에 기초하여 동일한 샘플링 간격을 가지는 자기 공명 신호들끼리 분배한다. k-space를 구성하는 모든 스캔 라인 신호에 대하여, 자기 공명 신호들을 분배하면, 도 4에 도시된 바와 같이 결과적으로는 하나의 k-space 상의 샘플들이 두 개의 자기 공명 영상 생성에 이용될 수 있는 두 개의 k-space 상의 샘플들로 분리된다. 분리된 각각의 k-space에 대하여 영상 재구성 과정을 거치면, 해상도가 서로 다른 자기 공명 영상이 동시에 획득될 수 있다. 따라서, 해상도가 서로 다른 2개의 자기 공명 영상을 생성하기 위해서는 기존에는 2회의 자기 공명 스캔 과정이 필요하였으나, 본 실시예에 의하면 1회의 자기 공명 스캔 과정이면 충분하므로, 스캔 시간이 단축될 수 있는 효과가 있다.

다시 도 2를 참고하면, 제어부(1160)는 자기 공명 영상 장치(1100) 내의 구성들을 제어하여 자기 공명 신호를 획득한다. 제어부(1160)는 오퍼레이팅 콘솔(1500)으로부터 전송되는 제어 신호를 입력받아 자기 공명 영상 장치(1100)를 제어한다. 제어부(1160)는 메모리(1170)에 제어부(1160)의 동작에 대한 프로그램과 RF 펄스 및 펄스 시퀀스 인가와 관련된 각종 데이터를 저장할 수 있다.

분배기(1150)에 의해 분배된 자기 공명 신호들은 해상도가 서로 다른 자기 공명 영상들을 동시에 생성하는데 이용되도록, 분리하여 메모리(1170)에 저장된다. 어레이 프로세서(array processor)(미도시)는 메모리(1170)에 저장된 디지털 형태의 자기 공명 신호에 대하여 푸리에 변환(Fourier transform)을 수행하여 영상 신호를 생성하며, 생성된 영상 신호는 컴퓨터 시스템(1300)에 전달된다.

도 5는 자기 공명 영상 방법의 흐름도이다.

510 단계에서, 대상체에 RF(Radio Frequency) 펄스 시퀀스와 서로 다른 방향으로 각각의 경사자장(gradient field)을 형성하는 복수 개의 그레디언트(gradient)를 인가한다.

520 단계에서, 대상체로부터 방출되는 자기 공명 신호의 샘플링 간격(sampling interval)을 변경하여 획득한다. 그 결과 자기 공명 신호의 k-space 상에는 일정한 샘플링 간격이 아닌 다양한 샘플링 간격이 존재하게 된다. 대상체로부터 방출되는 자기 공명 신호의 샘플링 간격(sampling interval)을 변경하여 자기 공명 신호를 획득하는 실시예는 다양하게 존재할 수 있으며, 이하 도 6 및 도 7을 참고하여 설명한다.

도 6은 샘플링 간격을 변경하는 실시예로써, 프리퀀시 인코딩 방식을 변경하여 샘플링 간격을 변경하는 것을 설명하기 위한 도면이다.

도 6을 보면 프리퀀시 인코딩 그레디언트의 프리퀀시 인코딩 방식이 도중에 변경되는 것을 확인할 수 있다. 특히, 양의 값을 가지는 구간에서 가운데 구간이 양 쪽 구간보다 낮은 값을 가지는 것을 알 수 있다. 프리퀀시 인코딩 방식의 변경은 프리퀀시 인코딩 그레디언트에 의해 형성되는 경사자장의 기울기를 변경하는 의미를 가지며, 도 6을 보면 주파수 축에 대한 경사자장의 기울기가 높았다가, 낮았다가, 다시 높아지는 형태임을 알 수 있다. 프리퀀시 인코딩이 강하게 작용한 양 구간은 샘플간 간격이 넓고, 프리퀀시 인코딩이 약한 가운데 구간은 샘플 간격이 좁게 된다.

도 7은 샘플링 간격을 변경하는 또 다른 실시예로써, 자기 공명 신호가 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환될 때, 샘플링 간격을 변경하는 것을 설명하기 위한 도면이다.

도 6에 도시된 것과 달리, 도 7에서는 프리퀀시 인코딩 방식을 변경하는 것이 아니라, 신호 획득부(1140) 내의 아날로그 디지털 컨버터(Analog Digital Converter, ADC)(미도시)에서 자기 공명 영상에 대하여 샘플링율(sampling rate)을 달리함으로써, 샘플링 간격을 변경할 수도 있다. 도 7에서는 양의 값을 가지는 구간에서, 프리퀀시 인코딩에 변화가 없으나, 대신 ADC에서 샘플링율을 달리한 것이다. 샘플링 속도가 점점 빨라졌다가 다시 느려진 경우이며, 이에 따라 샘플링 간격 역시 좁아졌다가 다시 넓어진 경우에 해당된다.

다시 도 5를 참고하면, 530 단계에서, 획득한 자기 공명 신호를 샘플링 간격에 기초하여 분배한다. 즉, k-space 상의 다양한 샘플링 간격을 가지는 샘플들에 대하여, 동일한 샘플링 간격을 가지는 것끼리 분리시킨다.

540 단계에서, 분배된 자기 공명 신호들을 이용하여, 해상도가 서로 다른 자기 공명 영상들을 동시에 생성한다.

한편, 상술한 실시예에 따른 고속 자기 공명 영상 방법은 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, 하드 디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)와 같은 저장매체를 포함한다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

1000 ... 자기 공명 영상 시스템
1100 ... 자기 공명 영상 장치
1110 ... 마그네트 시스템
1112 ... 메인 마그네트
1114 ... 그레디언트 코일부
1116 ... RF 코일부
1120 ... 그레디언트 구동부
1130 ... RF 구동부
1140 ... 신호 획득부
1150 ... 분배기
1160 ... 제어부
1170 ... 메모리
1200 ... 카우치
1300 ... 컴퓨터 시스템
1500 ... 오퍼레이팅 콘솔
2000 ... 대상체

Claims

대상체에 RF(Radio Frequency) 펄스 시퀀스와 서로 다른 방향으로 각각의 경사자장(gradient field)을 형성하는 복수 개의 그레디언트(gradient)를 인가하는 단계;
상기 대상체로부터 방출되는 자기 공명 신호를 샘플링 간격(sampling interval)을 변경하여 획득하는 단계;
상기 획득한 상기 자기 공명 신호를 상기 샘플링 간격에 기초하여 분배하는 단계; 및
상기 분배된 자기 공명 신호들을 이용하여, 해상도가 서로 다른 자기 공명 영상들을 동시에 생성하는 단계를 포함하는 고속 자기 공명 영상 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 복수 개의 그레디언트는 프리퀀시 인코딩 그레디언트(frequency encoding gradient)를 포함하고, 상기 프리퀀시 인코딩 그레디언트는 프리퀀시 인코딩 방식을 변경하여 상기 샘플링 간격을 변경시키는 고속 자기 공명 영상 방법.
제 2 항에 있어서,
상기 프리퀀시 인코딩 방식의 변경은 상기 프리퀀시 인코딩 그레디언트에 의해 형성되는 경사자장의 기울기를 변경하는 고속 자기 공명 영상 방법.
제 3 항에 있어서,
상기 프리퀀시 인코딩 그레디언트는,
저해상도 영상을 생성하는데 이용하는 자기 공명 신호를 샘플링하는 경우 상기 프리퀀시 인코딩 그레디언트에 의해 형성되는 경사자장의 기울기를 낮추고, 고해상도 영상을 생성하는데 이용하는 자기 공명 신호를 샘플링하는 경우 상기 프리퀀시 인코딩 그레디언트에 의해 형성되는 경사자장의 기울기를 높이는 고속 자기 공명 영상 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 샘플링 간격은 상기 자기 공명 신호가 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환될 때 변경하는 고속 자기 공명 영상 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 자기 공명 신호를 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환할 때 변경되는 상기 샘플링 간격은,
저해상도 영상을 생성하는데 이용하는 자기 공명 신호를 샘플링하는 경우 상기 샘플링 간격을 좁히고, 고해상도 영상을 생성하는데 이용하는 자기 공명 신호를 샘플링하는 경우 상기 샘플링 간격을 넓히는 고속 자기 공명 영상 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 샘플링 간격이 변경된 자기 공명 신호는 k-스페이스(k-space) 상의 공간 주파수의 간격이 서로 다른 고속 자기 공명 영상 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 해상도가 서로 다른 자기 공명 영상들은 저해상도의 전신 영상과 고해상도의 병변 확대 영상인 고속 자기 공명 영상 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 분배된 상기 자기 공명 신호를 분리하여 저장하는 단계를 더 포함하고,
상기 해상도가 서로 다른 자기 공명 영상들은 분리하여 저장된 상기 자기 공명 신호를 이용하여 동시에 생성되는 고속 자기 공명 영상 방법.
제 1 항 내지 제 9 항 중에 어느 한 항의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
대상체에 RF 펄스 시퀀스를 인가하는 RF 코일부;
서로 다른 방향으로 각각의 경사자장을 형성하는 그레디언트 코일부;
상기 대상체로부터 방출되는 자기 공명 신호를 샘플링 간격(sampling interval)을 변경하여 획득하는 신호 획득부;
상기 획득한 상기 자기 공명 신호를 상기 샘플링 간격에 기초하여 분배하는 분배기; 및
상기 분배된 자기 공명 신호들을 해상도가 서로 다른 자기 공명 영상을 동시에 생성하는데 이용되도록, 분리하여 저장하는 메모리를 포함하는 고속 자기 공명 영상 장치.
제 11 항에 있어서,
상기 그레디언트 코일부는 프리퀀시 인코딩 그레디언트(frequency encoding gradient)를 포함하고, 상기 프리퀀시 인코딩 그레디언트는 프리퀀시 인코딩 방식을 변경하여 상기 샘플링 간격을 변경시키는 고속 자기 공명 영상 장치.
제 12 항에 있어서,
상기 프리퀀시 인코딩 방식의 변경은 상기 프리퀀시 인코딩 그레디언트에 의해 형성되는 경사자장의 기울기를 변경하는 고속 자기 공명 영상 장치.
제 13 항에 있어서,
상기 프리퀀시 인코딩 그레디언트는,
저해상도 영상을 생성하는데 이용하는 자기 공명 신호를 샘플링하는 경우 상기 프리퀀시 인코딩 그레디언트에 의해 형성되는 경사자장의 기울기를 낮추고, 고해상도 영상을 생성하는데 이용하는 자기 공명 신호를 샘플링하는 경우 상기 프리퀀시 인코딩 그레디언트에 의해 형성되는 경사자장의 기울기를 높이는 고속 자기 공명 영상 장치.
제 11 항에 있어서,
상기 신호 획득부는 상기 샘플링 간격을 상기 자기 공명 신호가 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환될 때 변경하는 고속 자기 공명 영상 장치.
제 15 항에 있어서,
상기 신호 획득부는,
저해상도 영상을 생성하는데 이용하는 자기 공명 신호를 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환하기 위해 샘플링하는 경우 상기 샘플링 간격을 좁히고, 고해상도 영상을 생성하는데 이용하는 자기 공명 신호를 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환하기 위해 샘플링하는 경우 상기 샘플링 간격을 넓히는 고속 자기 공명 영상 장치.
제 11 항에 있어서,
상기 샘플링 간격이 변경된 자기 공명 신호는 k-스페이스(k-space) 상의 공간 주파수의 간격이 서로 다른 고속 자기 공명 영상 장치.
제 11 항에 있어서,
상기 해상도가 서로 다른 자기 공명 영상들은 저해상도의 전신 영상과 고해상도의 병변 확대 영상인 고속 자기 공명 영상 장치.