KR101967246B1 - 자기공명영상 시스템, 데이터 처리장치 및 자기공명영상 생성 방법 - Google Patents

자기공명영상 시스템, 데이터 처리장치 및 자기공명영상 생성 방법 Download PDF

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Abstract

자기공명영상(Magnetic Resonance Imaging: MRI)을 생성하는 방법은 피사체의 볼륨을 구성하는 복수의 서브-볼륨(sub-volume)들을 동시에 여기(excitation) 시키는 위상 및 서로 다른 주파수를 갖는 제1 RF(Radio Frequency) 펄스들을 상기 피사체에 인가하고, 상기 복수의 서브-볼륨들로부터 제1 자기공명 신호들을 획득하는 단계; 상기 제1 RF 펄스들의 주파수와 동일한 주파수를 갖고, 상기 제1 RF 펄스들의 위상과 적어도 하나는 다른 위상을 갖는 제2 RF 펄스들을 상기 피사체에 인가하고, 상기 복수의 서브-볼륨들로부터 제2 자기공명 신호들을 획득하는 단계; 및 상기 제1 및 제2 자기공명 신호들을 기초로, 상기 복수의 서브-볼륨들의 이미지데이터를 생성하는 단계를 포함한다.

Description

자기공명영상 시스템, 데이터 처리장치 및 자기공명영상 생성 방법{Magnetic resonance imaging system, data processing apparatus and method for generating magnetic resonance image}
자기공명영상 시스템 및 자기공명영상 생성 방법이 개시된다.
자기공명영상 시스템은 자력에 의하여 발생하는 자기장을 이용하여 인체의 생체조직들에 대한 영상을 획득할 수 있다. 또한, 자기공명영상 시스템은 생체조직으로부터 공명현상을 유발하기 위하여 생체조직에 고주파 신호를 인가하고, 생체조직에 대한 공간정보를 획득하기 위하여 생체조직에 그레디언트 신호들을 인가한다.
일본 특허출원공개공보 JP 2001-198100 A (공개일: 2001.07.24) 한국 특허출원공개공보 제10-2009-0014982호 (공개일: 2009.02.11)
고해상도의 이미지데이터를 복원하는 자기공명영상 시스템 및 자기공명영상 방법이 개시된다. 또한, 상기 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다. 해결하려는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 자기공명영상(Magnetic Resonance Imaging: MRI)을 생성하는 방법은 피사체의 볼륨을 구성하는 복수의 서브-볼륨(sub-volume)들을 동시에 여기(excitation) 시키는 위상 및 서로 다른 주파수를 갖는 제1 RF(Radio Frequency) 펄스들을 상기 피사체에 인가하고, 상기 복수의 서브-볼륨들로부터 제1 자기공명 신호들을 획득하는 단계; 상기 제1 RF 펄스들의 주파수와 동일한 주파수를 갖고, 상기 제1 RF 펄스들의 위상과 적어도 하나는 다른 위상을 갖는 제2 RF 펄스들을 상기 피사체에 인가하고, 상기 복수의 서브-볼륨들로부터 제2 자기공명 신호들을 획득하는 단계; 및 상기 제1 및 제2 자기공명 신호들을 기초로, 상기 복수의 서브-볼륨들의 이미지데이터를 생성하는 단계를 포함한다.
상기 다른 기술적 과제를 해결하기 위한 자기공명영상 시스템은 피사체의 볼륨을 구성하는 복수의 서브-볼륨(sub-volume)들을 동시에 여기(excitation) 시키는 위상 및 서로 다른 주파수를 갖는 제1 RF(Radio Frequency) 펄스들을 상기 피사체에 인가하고, 상기 복수의 서브-볼륨들로부터 제1 자기공명 신호들을 획득하고, 상기 제1 RF 펄스들의 주파수와 동일한 주파수를 갖고, 상기 제1 RF 펄스들의 위상과 적어도 하나는 다른 위상을 갖는 제2 RF 펄스들을 상기 피사체에 인가하고, 상기 복수의 서브-볼륨들로부터 제2 자기공명 신호들을 획득하는 RF 코일들; 및 상기 제1 및 제2 자기공명 신호들을 기초로, 상기 복수의 서브-볼륨들의 이미지데이터를 생성하는 데이터 처리장치를 포함하는 자기공명영상 시스템.
상기 다른 기술적 과제를 해결하기 위한 데이터 처리장치는 피사체의 볼륨을 구성하는 복수의 서브-볼륨(sub-volume)들을 동시에 여기(excitation) 시키는 위상 및 서로 다른 주파수를 갖는 제1 RF(Radio Frequency) 펄스들에 의해 상기 복수의 서브-볼륨들로부터 획득된 제1 자기공명 신호들을 수신하고, 상기 제1 RF 펄스들의 주파수와 동일한 주파수를 갖고, 상기 제1 RF 펄스들의 위상과 적어도 하나는 다른 위상을 갖는 제2 RF 펄스들에 의해 상기 복수의 서브-볼륨들로부터 획득된 제2 자기공명 신호들을 수신하고, 상기 제1 및 제2 자기공명 신호들을 기초로, 상기 복수의 서브-볼륨들의 이미지데이터를 생성한다.
상기된 바에 따르면, 위상의 조합이 다른 RF 펄스들을 이용하여 자기공명영상의 복원력을 향상시킬 수 있다.
상기된 바에 따르면, 서로 다른 주파수를 갖는 RF 펄스들을 동시에 인가하여, 빠른 속도로 고해상도의 이미지데이터를 획득할 수 있다.
도 1은 자기공명영상(Magnetic Resonance Imaging: MRI) 시스템의 일 예를 도시한 도면이다.
도 2는 자기공명영상 시스템의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 3은 복수의 서브-볼륨들의 그룹핑 방법을 도시한 도면이다.
도 4는 서브-볼륨들에 인가하는 위상의 일 예를 도시한 도면이다.
도 5는 복수의 서브-볼륨들의 그룹핑 방법을 도시한 도면이다.
도 6은 자기공명영상을 생성하는 방법의 일 예를 나타낸 순서도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 자기공명영상(Magnetic Resonance Image: MRI) 시스템(100)의 일 예를 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 자기공명영상 시스템(100)은 자기공명영상 촬영장치(110) 및 데이터 처리장치(120)를 포함한다.
도 1에 도시된 자기공명영상 시스템(100)은 본 실시예와 관련된 구성요소들만이 도시되어 있다. 따라서, 도 1에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 더 포함될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
자기공명영상 시스템(100)은 피사체의 생체 조직에 대한 정보를 포함하는 영상을 비침습적으로 획득하는 장치이다. 영상은 3차원 볼륨 영상이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
예를 들어, 자기공명영상 시스템(100)은 자력에 의하여 발생하는 자기장을 이용하여 피사체에 대한 진단영상을 획득하는 장치가 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 피사체는 인체, 뇌, 척추, 심장, 간, 태아 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
자기공명영상 시스템(100)은 PET(Positron Emission Tomography) 등의 다른 의료영상기기와 결합된 형태인 하이브리드 자기공영영상 시스템을 포함할 수도 있다.
자기공명영상 촬영장치(110)는 피사체의 볼륨을 구성하는 복수의 서브-볼륨(sub-volume)들 중 적어도 하나의 서브-볼륨들을 동시에 여기(excitation) 시키는 복수의 주파수를 갖는 RF(Radio Frequency) 펄스들을 피사체에 인가하고, 여기된 서브-볼륨들 각각을 3차원 인코딩(encoding)하고, 멀티-채널(Multi-channel) 수신 코일(coil)들을 이용하여 복수의 서브-볼륨들로부터 자기공명 신호들을 획득한다.
자기공명영상 촬영장치(110)는 정자장 내에 위치한 피사체에 복수의 서브-볼륨들의 라모 주파수(Lamor Frequency)에 대응하는 주파수를 갖는 RF 펄스들을 피사체에 인가하여, 복수의 서브-볼륨들을 동시에 여기 시킨다.
라모 주파수에 대하여 좀 더 상세히 설명하면, 원자핵은 스핀운동으로 인하여 자기 모멘트(magnetic moment) 또는 자기 쌍극자 모멘트(magnetic dipole moment)를 가지게 된다. 원자에 외부 자계가 없는 경우 원자핵의 자기 모멘트는 방향에 일정한 규칙이 없는 무작위성을 가지지만, 원자가 정자장 내에 위치하게 되면 원자핵들은 낮은 에너지 상태로 가기 위하여 정자장 방향으로 정렬하게 된다. 이때, 원자핵이 스핀 운동함에 따라, 원자핵의 자기 모멘트는 세차운동(precessional motion)을 하게 된다. 이러한 경우, 원자핵의 자기 모멘트의 세차운동 주파수를 라모 주파수라고 한다. 예를 들어 설명하면, 라모 주파수는 자기 회전비 및 외부에서 인가된 자기장의 세기의 곱에 의하여 결정될 수 있다.
M개의 서브-볼륨들을 동시에 여기 시키는 경우를 예로 들어 설명하면, 피사체로 인가되는 RF 펄스들은 단일-볼륨 선택(single volume selective) RF 펄스를 M개로 모듈레이션한 멀티-밴드(multi-band) RF 펄스들이 될 수 있다. 또한, RF 펄스들 각각이 서로 다른 위상을 가짐으로 인하여 RF 위상 인코딩을 수행할 수도 있다.
자기공명영상 촬영장치(110)는 피사체에 RF 펄스들 및 서브-볼륨 선택 그레디언트가 인가함에 따라 여기된 복수의 서브-볼륨들 각각을 3차원 인코딩한다. 예를 들어, 자기공명영상 촬영장치(110)는 피사체에 제1 방향에 대한 제1 위상 인코딩 그레디언트 및 제2 방향에 대한 제2 위상 인코딩 그레디언트를 피사체에 인가하여 3차원 인코딩을 수행할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 이때, 제1 방향 또는 제2 방향 중 어느 하나의 방향은 서브-볼륨 선택 그레디언트가 인가된 방향과 동일할 수 있다. 또한, 자기공명영상 촬영장치(110)는 3차원 인코딩을 수행하기 위하여 피사체에 주파수 인코딩 그레디언트를 추가적으로 더 인가할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 제1 위상 인코딩 그레디언트는 y축 방향의 위치정보, 제2 위상 인코딩 그레디언트는 z축 방향의 위치정보, 주파수 인코딩 그레디언트는 x축 방향의 위치정보를 제공하기 위하여 피사체에 인가될 수 있다. 이에 따라, 제1 위상 인코딩 그레디언트는 y축 방향 위상 인코딩을 수행하고, 제2 위상 인코딩 그레디언트는 z축 방향의 위상 인코딩을 수행할 수 있다.
데이터 처리장치(120)는 수신된 자기공명 신호들을 이용하여 이미지데이터를 생성한다.
도 2는 자기공명영상 시스템(100)의 다른 예를 도시한 도면이다. 자기공명영상 시스템(100)은 자기공명영상 촬영장치(110) 및 데이터 처리장치(120)를 포함한다. 자기공명영상 촬영장치(110)는 제어부(111), RF 구동부(112), 마그넷 장치(114), 신호 획득부(113)를 포함하고, 마그넷 장치(114)는 자력 발생부(1141), RF 코일들(1142)을 포함한다.
도 2에 도시된 자기공명영상 시스템(100)은 도 1에 도시된 자기공명영상 시스템(100)의 다른 예에 해당한다. 따라서, 도 1에서 자기공명영상 시스템(100)와 관련하여 기재된 설명은 도 2의 자기공명영상 시스템(100)에도 적용이 가능하기에, 중복되는 설명은 생략한다.
자기공명영상 촬영장치(110)는 피사체에 소정의 펄스 시퀀스를 인가하여 피사체로부터 방출되는 자기공명신호들을 획득한다.
RF 코일들(1142)은 위상 및 서로 다른 주파수를 갖는 RF 펄스들을 피사체에 인가하고, 피사체로부터 방출되는 자기공명 신호들을 획득한다. RF 코일들(1142)은 피사체의 볼륨을 구성하는 복수의 서브-볼륨(sub-volume)들을 동시에 여기(excitation) 시키는 서로 다른 주파수를 갖는 RF 펄스들을 피사체에 인가한다. 이때, RF 펄스들은 서로 동일하거나 상이한 위상을 가질 수 있다.
RF 코일들(1142)은 서로 다른 주파수를 갖는 RF 펄스들을 피사체에 인가할 때, 서로 다른 위상 세트(SET)를 갖는 RF 펄스들을 인가할 수 있다. 위상 세트는 RF 펄스들이 갖는 위상들의 조합을 나타낸다. 구체적으로, RF 코일들(1142)은 위상 및 서로 다른 주파수를 갖는 제1 RF 펄스들을 피사체에 인가하고, 제1 RF 펄스들에 대한 자기공명 신호를 획득한 이후에 제1 RF 펄스들의 주파수와 동일한 주파수를 갖고 제1 RF 펄스들의 위상과 적어도 하나는 다른 위상을 갖는 제2 RF 펄스들을 피사체에 인가한다. 다시 말해서, 제1 RF 펄스들과 제2 RF 펄스들은 서로 동일한 주파수들을 갖지만, 위상은 다른 RF 펄스를 포함한다. 따라서, 제1 RF 펄스들과 제2 RF 펄스들 중의 동일한 주파수를 갖는 적어도 한 쌍의 RF 펄스는 서로 다른 위상을 갖는다. RF 코일들(1142)이 서로 다른 위상 세트를 갖는 RF 펄스들을 인가하는 것에 관하여는 도 4를 통하여 상세히 설명한다.
RF 코일들(1142)은 제1 RF 펄스들을 인가하고, 제1 RF 펄스들에 의해 발생한 자기공명 신호를 획득한 이후에, 제2 RF 펄스들을 인가한다. 다시 말해서, RF 코일들(1142)은 제1 RF 펄스들에 의한 제1 자기공명 신호 및 제2 RF 펄스들에 의한 제2 자기공명 신호를 획득한다.
RF 코일들(1142)이 제1 및 제2 RF 펄스들을 인가하는 것은 하나의 예이며, RF 코일들(1142)이 인가하는 펄스들의 횟수는 이에 한정되지 않는다. 따라서, RF 코일들(1142)은 서로 다른 위상 세트를 갖는 RF 펄스들을 N번 인가하고, 자기공명 신호를 N번 획득할 수도 있다.
RF 코일들(1142)은 송신용 RF 코일들 및 수신용 RF 코일들을 모두 포함하거나, 또는, 송수신용 RF 코일들을 포함할 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여, 본 실시예에 따른 RF 코일들(1142)은 RF 송신 코일 및 RF 수신 코일로 구별하여 설명하나, 이에 한정되지 않는다.
RF 코일들(1142) 중 RF 송신 코일에서 피사체로 인가되는 RF 펄스들은 멀티-밴드 RF 펄스들 또는 공간 인코딩 RF 펄스들을 모두 포함할 수 있다.
RF 코일들(1142) 중 RF 수신 코일은 피사체로부터 방출되는 신호들을 획득하고, 획득된 신호들을 데이터 처리장치(120)로 출력한다. RF 수신 코일은 멀티-채널 수신 코일들이 될 수 있다. 예를 들어, RF 수신 코일은 32개의 채널들을 포함하는 멀티-채널 수신 코일들이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
신호 획득부(113)는 RF 코일들(1142)에서 출력된 자기공명 신호들을 획득하여 소정의 작업들을 수행한다. 예를 들어, 신호 획득부(113)는 획득된 자기공명 신호들을 증폭하는 증폭기, 증폭된 자기공명 신호들을 복조하는 복조기, 복조된 자기공명 신호들을 디지털 형태로 변환하는 ADC(Analog to Digital Converter) 등으로 구현될 수 있으며, 디지털 형태로 변환된 자기공명 신호를 저장할 수 있는 스토리지를 구비할 수도 있다.
제어부(111)는 자기공명영상 촬영장치(110)의 전반적인 동작을 제어한다. 예를 들어, 제어부(111)는 RF 구동부(112), 신호 획득부(113) 및 마그넷 장치(114)를 제어할 수 있다.
RF 구동부(112)는 RF 코일들(1142)을 제어한다. RF 구동부(112)는 RF 코일들(1142)을 제어하여, 원하는 형태의 RF 펄스들이 발생되도록 제어한다.
마그넷 장치(114)는 피사체에 자기장, RF 펄스들을 인가하고, 피사체로부터 방출되는 자기공명 신호들을 독출한다. 피사체의 자기적 성질을 측정하기 위하여, 마그넷 장치(114)는 외부공간과 차폐(shield)된 공간 안에 존재하게 될 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 개방형으로 구현될 수도 있다.
자력 발생부(1141)는 피사체를 정자장 내에 위치하도록 하기 위하여 자력을 발생시킨다.
데이터 처리장치(120)는 멀티-채널 수신 코일들의 채널 정보로서 멀티-채널 수신 코일들의 센서티비티(sensitivity)를 이용하여 자기공명 신호들을 복수의 서브-볼륨들 각각에 대응하는 이미지데이터로 복원한다.
데이터 처리장치(120)는 미리 측정된 코일들의 센서티비티를 저장하고 있으며, 코일들의 센서티비티는 RF 펄스들의 위상 세트(phase set)에 따라 별도로 측정된다. 다시 말해서, 제1 RF 펄스들을 인가하였을 때와 제2 RF 펄스들을 인가하였을 때의 코일들의 센서티비티는 다르다. 데이터 처리장치(120)는 제1 RF 펄스들이 인가되었을 때의 코일들의 센서티비티를 제1 센서티비티로 저장하고, 제2 RF 펄스들이 인가되었을 때의 코일의 센서티비티를 제2 센서티비티로 저장하고 있다. 이때, 제1 RF 펄스들과 제2 RF 펄스들은 서로 다른 위상 세트를 갖는다.
데이터 처리장치(120)는 제1 센서티비티와 제2 센서티비티를 이용하여 자기공명 신호들을 기초로 복수의 서브-볼륨들 각각에 대응하는 이미지데이터를 생성한다. 데이터 처리장치(120)는 신호 획득부(113)로부터 수신한 제1 및 제2 자기공명 신호와 제1 및 제2 센서티비티와의 연산을 통하여 이미지데이터를 생성한다. 예를 들어, 제1 및 제2 센서티비티는 행렬로 나타낼 수 있으며, 데이터 처리장치(120)는 제1 및 제2 센서티비티를 합한 전체 행렬을 생성하고, 전체 행렬의 역행렬(inverse matrix)을 제1 및 제2 자기공명 신호들과 연산하여 이미지데이터를 생성할 수 있다. 이때, 복수의 서브-볼륨들은 제1 또는 제2 RF 펄스들에 의해 여기된 서브-볼륨들을 나타내며, 복원된 이미지데이터도 여기된 서브-볼륨들에 대한 이미지데이터를 나타낸다.
표시장치(130)는 생성된 피사체의 전체 볼륨 영상 또는 피사체의 전체 볼륨 영상 중 관심영역에 대한 영상을 표시한다. 도 2의 자기공명영상 시스템(100)은 표시장치(130)를 포함하는 것으로 도시하였으나, 이에 한정되지 않고, 표시장치(130)는 자기공명영상 시스템(100)의 외부에 마련될 수도 있다.
도 3은 복수의 서브-볼륨들의 그룹핑 방법을 도시한 도면이다. 도 3에서는 설명의 편의를 위하여, 피사체의 볼륨을 구성하는 복수의 서브-볼륨들 중 인접하는 서브-볼륨들이 서로 다른 그룹에 속하도록 그룹핑된 두 개의 그룹들을 도시하고 있으나, 본 실시예는 이에 한정되지 않고, 세 개 이상의 그룹들을 포함할 수도 있다.
도 3을 참조하면, 제1 그룹(211) 및 제2 그룹(212)이 도시되어 있고, 제1 그룹(211) 및 제2 그룹(212) 각각은 세 개의 서브-볼륨들을 포함한다. 또한, 제1 그룹(211) 및 제2 그룹(212) 각각에 포함된 서브-볼륨들 각각은 네 개의 슬라이스들(slices)들이 축적된 형태가 될 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 본 실시예에 따른 서브-볼륨들은 적어도 두 개 이상의 슬라이스들이 축적된 형태를 모두 포함할 수 있다. 이처럼, 본 실시예에 따르면 복수의 슬라이스들이 축적된 형태인 서브-볼륨들을 여기 시키기에, 슬라이스 단위로 여기 시키는 2차원 자기공명영상 기법에 비하여 인접 영상 간의 빈 공간(inter-slice gap)이 발생함에 따른 영상정보의 누락이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 도 3을 참조하면, 액시얼 평면 방향을 기준으로 제1 서브-볼륨(201), 제3 서브-볼륨(203) 및 제5 서브-볼륨(205)은 제1 그룹(211)에 포함되고, 액시얼 평면 방향을 기준으로 제2 서브-볼륨(202), 제4 서브-볼륨(204) 및 제6 서브-볼륨(206)은 제2 그룹(212)에 포함될 수 있다. 이때, 제1 서브-볼륨(201)은 액시얼 평면 방향을 기준으로 첫 번째 서브-볼륨이 될 수 있다.
이에 따라, 자기공명영상 촬영장치(110)는 제1 그룹(211)에 포함된 복수의 서브-볼륨들(201, 203, 205)이 동시에 여기 되도록, RF 펄스들을 피사체에 인가한다. 자기공명영상 촬영장치(110)는 제1 그룹(211)에 포함된 복수의 서브-볼륨들(201, 203, 205)이 동시에 여기 시키는 RF 펄스들을 2회 이상 인가한다. 매회 인가되는 RF 펄스들은 동일한 주파수들을 갖지만, 위상의 조합은 서로 다르다.
또한, 제1 그룹(211)에 대한 이미지데이터 복원작업이 모두 완료된 후, 자기공명영상 촬영장치(110)는 제2 그룹(212)에 포함된 복수의 서브-볼륨들(202, 204, 206)이 동시에 여기 되도록, RF 펄스들을 피사체에 인가한다. 제2 그룹(212)에 대한 RF 펄스들도 제1 그룹(211)의 경우와 마찬가지로 2회 이상 인가되며, 위상의 조합은 매회 서로 다르다.
자기공명영상 촬영장치(110)는 제1 RF 펄스들을 피사체에 인가하여, 제1 그룹(211)에 포함된 복수의 서브-볼륨들(201, 203, 205)을 동시에 여기 시킬 수 있다. 예를 들어, 제1 RF 펄스들은 서로 다른 주파수를 가질 수 있다. 제1 RF 펄스들은 제1 서브-볼륨(201)을 여기 시키는 제1 주파수, 제3 서브-볼륨(203)을 여기 시키는 제3 주파수 및 제5 서브-볼륨(205)을 여기 시키는 제5 주파수를 갖는 펄스들일 수 있다. 또한, 자기공명영상 촬영장치(110)는 제2 그룹(212)에 포함된 복수의 서브-볼륨들(202, 204, 206)을 동시에 여기 시키기 위하여, 제2 그룹(212)에 대한 제1 RF 펄스들을 인가 시킬 수 있다. 이때, 제2 그룹(212)에 대한 제1 RF 펄스들은 제2 서브-볼륨(202)을 여기 시키는 제2 주파수, 제4 서브-볼륨(204)를 여기 시키는 제4 주파수 및 제6 서브-볼륨(206)을 여기 시키는 제6 주파수를 갖는 펄스 일 수 있다. 일 예로써, 제1 그룹(211)에 인가되는 RF 펄스들의 주파수와 제2 그룹(212)에 인가되는 RF 펄스들의 주파수는 모두 다르며, 제1 그룹(211) 및 제2 그룹(212)에 인가되는 제1 및 제2 RF 펄스들은 위상은 동일할 수 있다.
피사체의 볼륨을 구성하는 복수의 서브-볼륨들 중 인접하는 서브-볼륨들이 서로 다른 그룹에 속하도록 그룹핑된 적어도 두 개 이상의 그룹들 중 제1 그룹에 포함된 복수의 서브-볼륨들이 동시에 여기 되기 때문에, 자기공명영상 시스템(100)은 자기공명영상 촬영속도를 증가시킬 수 있다. 또한, RF 펄스들이 적어도 2회 이상 각 그룹에 인가되기 때문에, 자기공명영상 시스템(100)은 획득되는 자기공명 신호들이 증가하여 SNR(Signal to Noise Ratio)이 높은 고해상도의 3차원 볼륨 영상을 생성할 수 있다.
도 4는 서브-볼륨들에 인가하는 위상의 일 예를 도시한 도면이다. 도 4를 참조하면, 제1 그룹(211)에 포함된 서브-볼륨들(201, 203, 205)에 인가되는 RF 펄스들은 제1 또는 제2 위상 세트를 갖는다. 제1 및 제2 위상 세트는 서로 다른 위상들의 조합을 포함한다. 예를 들어, 제1 위상 세트는 제1 서브-볼륨(201), 제3 서브-볼륨(203) 및 제5 서브-볼륨(205)에 모두 동일하게 0도의 위상을 갖는다. 제2 위상 세트는 제1 서브-볼륨(201)은 0도, 제3 서브-볼륨(203)은 120도, 제5 서브-볼륨(205)은 240도의 위상을 갖는다. 제1 위상 세트는 (0,0,0)으로, 제2 위상 세트는 (0, 120, 240)으로 나타낼 수 있다.
도 4에서는 제1 그룹(211)이 3개의 서브-볼륨들을 포함하는 경우를 예를 들어 설명하였으나, 서브-볼륨의 수는 이에 한정되지 않는다. 따라서, 서브-볼륨의 수가 달라지면, 제1 및 제2 위상 세트가 갖는 위상들의 조합도 달라진다. 예를 들어, 제1 그룹(211)이 4개의 서브-볼륨들을 포함하는 경우, 제1 위상 세트는 (0, 0, 0, 0)이고, 제2 위상 세트는 (0, 90, 180, 270)이 될 수 있다. 또 다른 예로써, 제1 그룹(211)이 2개의 서브-볼륨들을 포함하는 경우, 제1 위상 세트는 (0, 0)이고, 제2 위상 세트는 (0, 180)일 수 있다.
또한, 도 4에서 나타낸 제1 및 제2 위상 세트들은 일 예일뿐이며, 제1 및 제2 위상 세트는 이에 한정되지 않으며, 서로 동일한 주파수를 갖는 RF 펄스가 서로 다른 위상을 갖는 제1 및 제2 위상 세트도 있을 수 있다.
도 5는 복수의 서브-볼륨들의 그룹핑 방법을 도시한 도면이다. 도 5를 참조하면, 제1 그룹(221) 및 제2 그룹(222)이 도시되어 있다. 액시얼 평면 방향을 나타내는 z축 방향을 기준으로 첫 번째 서브-볼륨, 세 번째 서브-볼륨, 다섯 번째 서브-볼륨 및 일곱 번째 서브-볼륨은 제1 그룹(221)에 포함되고, 액시얼 평면 방향을 나타내는 z축 방향을 기준으로 두 번째 서브-볼륨, 네 번째 서브-볼륨, 여섯 번째 서브-볼륨 및 여덟 번째 서브-볼륨은 제2 그룹(222)에 포함될 수 있다.
이때, 자기공명영상 촬영장치(110)에서 3차원 인코딩을 수행하기 위하여, 제1 방향에 대한 제1 위상 인코딩 그레디언트 및 제2 방향에 대한 제2 위상 인코딩 그레디언트를 피사체에 인가하는 경우, 제1 방향은 코로널 평면 방향을 나타내는 y축 방향, 제2 방향은 z축 방향이 될 수 있다.
자기공명영상 시스템(100)은 피사체의 볼륨을 구성하는 복수의 서브-볼륨들 중 인접하는 서브-볼륨들이 서로 다른 그룹에 속하도록 그룹핑된 적어도 두 개 이상의 그룹들 각각에 포함된 복수의 서브-볼륨들을 동시에 여기 시키므로, 제2 방향에 대한 위상 인코딩을 수행하는 시간이 감소될 수 있다. 즉, 제2 방향에 대한 위상 인코딩의 수행 횟수는 위상 세트의 수를 동시에 여기되는 서브-볼륨의 수로 나눈 값에 비례하여 감소될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제1 그룹(221) 및 제2 그룹(222) 각각에 4개의 서브-볼륨들이 포함되고, 위상 세트가 2개인 경우를 예로 들어 설명하면, z 방향에 대한 위상 인코딩의 수행 횟수는 그룹핑을 수행하지 않는 경우에 비하여 1/2로 감소될 수 있다. 따라서, 자기공명영상 시스템(100)은 스캔 시간을 단축시킴에 따라 빠른 속도로 고해상도 3차원 전체(full) 볼륨 영상을 생성할 수 있다.
도 6은 자기공명영상을 생성하는 방법의 일 예를 나타낸 순서도이다. 도 6을 참조하면, 자기공명영상을 생성하는 방법은 도 1 및 도 2에 도시된 자기공명영상 시스템(100)에서 시계열적으로 처리되는 단계들로 구성된다. 따라서, 이하에서 생략된 내용이라 하더라도 도 1 및 도 2에 도시된 자기공명영상 시스템(100)에 관하여 이상에서 기술된 내용은 도 6의 자기공명영상 방법에도 적용된다.
510단계에서, 자기공명영상 촬영장치(110)의 제어부(111)는 n을 1로 설정한다.
520단계에서, 자기공명영상 촬영장치(110)는 제n 그룹에 포함되고, 피사체의 볼륨을 구성하는 복수의 서브-볼륨들을 동시에 여기 시키는 위상 및 서로 다른 주파수를 갖는 제1 RF 펄스들을 상기 피사체에 인가하고, 복수의 서브-볼륨들로부터 제1 자기공명 신호들을 획득한다.
530단계에서, 자기공명영상 촬영장치(110)는 제1 RF 펄스들의 주파수와 동일한 주파수를 갖고, 제1 RF 펄스들의 위상과 적어도 하나는 다른 위상을 갖는 제2 RF 펄스들을 피사체에 인가하고, 복수의 서브-볼륨들로부터 제2 자기공명 신호들을 획득한다.
제1 RF 펄스는 제1 위상 세트를 갖고, 제2 RF 펄스는 제2 위상 세트를 갖는 경우를 예로 들어 설명하면, 자기공명영상 촬영장치(110)는 복수의 서브-볼륨들이 동시에 여기 되도록, 제1 위상 세트 및 복수의 주파수를 갖는 제1 RF 펄스들을 피사체에 인가한다. 자기공명영상 촬영장치(110)는 여기 된 서브-볼륨들 각각을 3차원 인코딩하고, 멀티-채널 수신 코일들을 이용하여, 복수의 서브-볼륨들으로부터 제1 자기공명 신호들을 획득한다. 자기공명영상 촬영장치(110)는 제2 위상 세트를 갖는 제2 RF 펄스들을 기초로 제1 RF 펄스들에 의한 경우와 동일한 과정을 통하여 제2 자기공명 신호들을 획득한다.
540단계에서, 데이터 처리장치(120)는 제1 및 제2 자기공명 신호들을 기초로, 복수의 서브-볼륨들의 이미지데이터를 생성한다.
550단계에서, 자기공명영상 촬영장치(110)는 피사체를 구성하는 모든 그룹들(제1 내지 제N 그룹들)에 대하여 520 단계 내지 540 단계가 수행되었는지 여부를 결정한다. 결정결과에 따라, 피사체를 구성하는 모든 그룹들에 대하여 520 단계 내지 540 단계가 수행되지 않은 경우에는 560 단계로 진행하고, 피사체를 구성하는 모든 그룹들에 대하여 520 단계 내지 540 단계가 수행된 경우 570 단계로 진행한다.
560단계에서, 자기공명영상 촬영장치(110)의 제어부(111)는 n을 1만큼 증가된 값으로 설정하고, 520 단계로 진행한다.
다시 말해서, 520 내지 540단계는 피사체 전체의 서브-볼륨들에 대한 이미지데이터를 생성할 때까지 반복된다. 예를 들어, 피사체의 서브-볼륨들이 제1 및 제2 그룹으로 나누어진 경우, 데이터 처리장치(120)는 제1 그룹에 포함된 복수의 서브-볼륨들으로부터 자기공명 신호들을 획득하고, 제1 그룹에 포함된 복수의 서브-볼륨들 각각에 대응하는 이미지데이터를 생성한다. 데이터 처리장치(120)는 제2 그룹에 대하여도 제1 그룹과 동일한 단계들을 통하여 제2 그룹에 포함된 복수의 서브-볼륨들 각각에 대응하는 이미지데이터를 생성한다.
570단계에서, 데이터 처리장치(120)는 제1 내지 제N 그룹들 각각에 포함된 복수의 서브-볼륨들에 대응하는 이미지데이터를 결합하여, 3차원 볼륨 영상을 생성한다. 이때, 피사체를 구성하는 모든 그룹들은 제1 내지 제N 그룹이 될 수 있다.한편, 상술한 방법은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 또한, 상술한 방법에서 사용된 데이터의 구조는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 여러 수단을 통하여 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 램, USB, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등), PC 인터페이스(PC Interface)(예를 들면, PCI, PCI-express, Wifi 등)와 같은 저장매체를 포함한다.
본 실시예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기된 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 방법들은 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.
100 ... 자기공명영상 시스템
110 ... 자기공명영상 촬영장치
120 ... 데이터 처리장치

Claims (15)

  1. 자기공명영상(Magnetic Resonance Imaging: MRI)을 생성하는 방법에 있어서,
    피사체의 볼륨을 구성하는 복수의 서브-볼륨(sub-volume)들을 동시에 여기(excitation) 시키는 위상 및 서로 다른 주파수를 갖는 제1 RF(Radio Frequency) 펄스들을 상기 피사체에 인가하고, 상기 복수의 서브-볼륨들로부터 제1 자기공명 신호들을 획득하는 단계;
    상기 제1 RF 펄스들의 주파수와 동일한 주파수를 갖고, 상기 제1 RF 펄스들의 위상과 적어도 하나는 다른 위상을 갖는 제2 RF 펄스들을 상기 피사체에 인가하고, 상기 복수의 서브-볼륨들로부터 제2 자기공명 신호들을 획득하는 단계; 및
    상기 제1 및 제2 자기공명 신호들을 기초로, 상기 복수의 서브-볼륨들의 이미지데이터를 생성하는 단계를 포함하는 자기공명영상 생성 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 RF 펄스들 중 동일한 주파수를 갖는 적어도 한 쌍의 펄스들은 다른 위상을 갖는 것을 특징으로 하는 자기공명영상 생성 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 RF 펄스들은 동일한 위상을 갖고, 상기 제2 RF 펄스들은 서로 다른 위상을 갖는 것을 특징으로 하는 자기공명영상 생성 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 이미지데이터를 생성하는 단계는,
    상기 제1 RF 펄스들에 대한 멀티-채널(multi-channel) 코일의 제1 센서티비티와 상기 제2 RF 펄스들에 대한 멀티-채널 코일의 제2 센서티비티를 이용하여 상기 이미지데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 자기공명영상 생성 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 RF 펄스들에 대한 멀티-채널(multi-channel) 코일의 제1 센서티비티와 상기 제2 RF 펄스들에 대한 멀티-채널 코일의 제2 센서티비티를 나타내는 전체 행렬을 생성하고, 상기 전체 행렬의 역행렬을 상기 제1 및 제2 자기공명 신호들과 연산하여 상기 이미지데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 자기공명영상 생성 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 피사체의 전체 볼륨은 인접하는 서브-볼륨들이 서로 다른 그룹에 속하도록 적어도 두 개 이상의 그룹들로 그룹핑되고, 상기 제1 및 제2 RF 펄스들은 상기 그룹들 중 선택된 그룹에 포함된 서브-볼륨들을 동시에 여기 시키는 것을 특징으로 하는 자기공명영상 생성 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 자기공명 신호를 획득하는 단계는,
    상기 여기된 서브-볼륨들 각각을 인코딩(encoding)하는 단계; 및
    멀티-채널(Multi-channel) 코일(coil)들을 이용하여, 상기 복수의 서브-볼륨들로부터 자기공명 신호들을 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기공명영상 생성 방법.
  8. 피사체의 볼륨을 구성하는 복수의 서브-볼륨(sub-volume)들을 동시에 여기(excitation) 시키는 위상 및 서로 다른 주파수를 갖는 제1 RF(Radio Frequency) 펄스들을 상기 피사체에 인가하고, 상기 복수의 서브-볼륨들로부터 제1 자기공명 신호들을 획득하고,
    상기 제1 RF 펄스들의 주파수와 동일한 주파수를 갖고, 상기 제1 RF 펄스들의 위상과 적어도 하나는 다른 위상을 갖는 제2 RF 펄스들을 상기 피사체에 인가하고, 상기 복수의 서브-볼륨들로부터 제2 자기공명 신호들을 획득하는 RF 코일들; 및
    상기 제1 및 제2 자기공명 신호들을 기초로, 상기 복수의 서브-볼륨들의 이미지데이터를 생성하는 데이터 처리장치를 포함하는 자기공명영상 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 RF 펄스들 중 동일한 주파수를 갖는 적어도 한 쌍의 펄스들은 다른 위상을 갖는 것을 특징으로 하는 자기공명영상 시스템.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1 RF 펄스들은 동일한 위상을 갖고, 상기 제2 RF 펄스들은 서로 다른 위상을 갖는 것을 특징으로 하는 자기공명영상 시스템.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 데이터 처리장치는 상기 제1 RF 펄스들에 대한 멀티-채널(multi-channel) 코일의 제1 센서티비티와 상기 제2 RF 펄스들에 대한 멀티-채널 코일의 제2 센서티비티를 이용하여 상기 이미지데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 자기공명영상 시스템.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 데이터 처리장치는 상기 제1 RF 펄스들에 대한 멀티-채널(multi-channel) 코일의 제1 센서티비티와 상기 제2 RF 펄스들에 대한 멀티-채널 코일의 제2 센서티비티를 나타내는 전체 행렬을 생성하고, 상기 전체 행렬의 역행렬을 상기 제1 및 제2 자기공명 신호들과 연산하여 상기 이미지데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 자기공명영상 시스템.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 피사체의 전체 볼륨은 인접하는 서브-볼륨들이 서로 다른 그룹에 속하도록 적어도 두 개 이상의 그룹들로 그룹핑되고,
    상기 데이터 처리장치는 상기 그룹들 중 선택된 그룹에 포함된 서브-볼륨들을 동시에 여기 시키는 상기 제1 및 제2 RF 펄스들을 인가하는 것을 특징으로 하는 자기공명영상 시스템.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 RF 코일들은 상기 여기된 서브-볼륨들 각각을 인코딩(encoding)하는 RF 펄스들을 인가하고,
    상기 RF 코일들은 상기 복수의 서브-볼륨들로부터 자기공명 신호들을 획득하는 멀티-채널(Multi-channel) 코일(coil)인 것을 특징으로 하는 자기공명영상 시스템.
  15. 피사체의 볼륨을 구성하는 복수의 서브-볼륨(sub-volume)들을 동시에 여기(excitation) 시키는 위상 및 서로 다른 주파수를 갖는 제1 RF(Radio Frequency) 펄스들에 의해 상기 복수의 서브-볼륨들로부터 획득된 제1 자기공명 신호들을 수신하고,
    상기 제1 RF 펄스들의 주파수와 동일한 주파수를 갖고, 상기 제1 RF 펄스들의 위상과 적어도 하나는 다른 위상을 갖는 제2 RF 펄스들에 의해 상기 복수의 서브-볼륨들로부터 획득된 제2 자기공명 신호들을 수신하고,
    상기 제1 및 제2 자기공명 신호들을 기초로, 상기 복수의 서브-볼륨들의 이미지데이터를 생성하는 데이터 처리장치.
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