KR102105756B1 - Image acquisition method and apparatus using parallel scheme of radio frequency irradiation and data acquisition - Google Patents

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Abstract

무선 주파수 방사와 정보 획득의 병렬 기법을 이용한 영상 획득 장치 및 방법이 개시된다. 일 실시예에 따른 영상 획득 방법은, 객체에 제1 RF(Radio Frequency) 펄스 신호를 방사하여 레이블 양성자(labile proton)를 포화시키는 단계와, 상기 객체에 펄스 시퀀스 신호를 방사하여 양성자 신호를 생성하는 단계와, 상기 양성자 신호로부터 상기 객체에 대한 CEST(Chemical Exchange Saturation Transfer) 영상을 획득하는 단계를 포함하고, 상기 생성하는 단계 및 상기 획득하는 단계는 병렬적으로 반복하여 수행된다.Disclosed is an image acquisition apparatus and method using a parallel technique of radio frequency radiation and information acquisition. An image acquisition method according to an embodiment includes: saturating a label proton by radiating a first radio frequency (RF) pulse signal to an object, and generating a proton signal by radiating a pulse sequence signal to the object And obtaining a CEST (Chemical Exchange Saturation Transfer) image for the object from the proton signal, wherein the generating step and the acquiring step are performed repeatedly in parallel.

Description

무선 주파수 방사와 정보 획득의 병렬 기법을 이용한 영상 획득 장치 및 방법{IMAGE ACQUISITION METHOD AND APPARATUS USING PARALLEL SCHEME OF RADIO FREQUENCY IRRADIATION AND DATA ACQUISITION}Image acquisition device and method using parallel technique of radio frequency radiation and information acquisition {IMAGE ACQUISITION METHOD AND APPARATUS USING PARALLEL SCHEME OF RADIO FREQUENCY IRRADIATION AND DATA ACQUISITION}

아래 실시예들은 무선 주파수 방사와 정보 획득을 병렬로 수행하는 영상 획득 장치 및 방법에 관한 것이다.The following embodiments relate to an image acquisition apparatus and method for performing radio frequency radiation and information acquisition in parallel.

자기공명영상장치(Magnetic Resonance Imaging, MRI)는 사람의 해부학적 단층 영상을 획득하는 기술이다. 일반적으로 MRI는 인체의 대부분을 구성하고 있는 물의 양성자(proton)에서 신호를 획득하기 때문에, 신체 내에서 상대적으로 분포가 적은 다른 물질의 양성자를 영상 정보로 획득하기 어렵다.Magnetic Resonance Imaging (MRI) is a technique for acquiring anatomical tomography of a person. In general, since MRI acquires signals from protons of water constituting most of the human body, it is difficult to obtain protons of other substances that are relatively small in the body as image information.

화학적 교환 포화 상태 전이(Chemical Exchange Saturation Transfer, CEST) MRI는 기존의 MRI가 획득하기 어려운 분포가 적은 물질의 영상 정보 획득이 가능한 기술이다. 특히, 암이나 종양과 같은 비정상 조직에서 정상 조직과 구분되는 신호를 획득할 수 있기 때문에 조영제(contrast agent) 없이 질병을 진단할 수 있는 혁신적인 기술이다.Chemical exchange saturation transfer (CEST) MRI is a technology that can acquire image information of materials with low distribution that are difficult to obtain by conventional MRI. In particular, it is an innovative technology that can diagnose a disease without a contrast agent because it can acquire signals distinct from normal tissues in abnormal tissues such as cancer or tumor.

CEST MRI는 물의 양성자와 목표로 하는 물질의 양성자 사이의 화학적 교환이 일어나는 현상을 이용한다. 상대적으로 양이 적은 목표 물질의 양성자(labile proton)에 무선 주파수(Radio Frequency(RF))를 방사하여 포화시키고, 포화된 레이블 양성자가 포화 되지 않은 물의 양성자와 화학적 교환을 하여 간접적으로 물의 양성자가 포화 상태가 되게 된다.CEST MRI uses the phenomenon of chemical exchange between the proton of water and the proton of the target substance. It radiates and saturates by radiating radio frequency (RF) to the proton (labile proton) of the relatively small target substance, and indirectly saturates the proton of water by chemically exchanging it with the proton of unsaturated water. State.

이러한 과정을 반복적으로 수행하여, 물에 있는 많은 양의 양성자들을 점차 포화상태로 만들고, 이러한 과정을 거친 후 물의 양성자에서 영상을 획득한다.By repeatedly performing this process, a large amount of protons in water is gradually saturated, and after this process, an image is acquired from the protons of water.

기준 영상을 획득하기 위해 앞서 설명한 준비 과정이 없는 일반적인 MRI 영상을 획득하고, 기준 영상 대비 CEST MRI의 영상이 포화된 정도를 측정하여 레이블 양성자의 양 또는 환경 정보를 획득한다.In order to obtain a reference image, a general MRI image without the above-described preparation process is acquired, and the degree of saturation of the CEST MRI image with respect to the reference image is measured to obtain the amount of label protons or environmental information.

기존 CEST MRI는 영상을 획득하기 전 물 양성자의 포화 상태가 정상 상태(steady-state)에 도달할 때까지 반복적으로 RF를 레이블 양성자에 가해야 하는 긴 준비과정이 필요하다.Conventional CEST MRI requires a long preparation process in which RF is repeatedly applied to the label proton until the saturation state of the water proton reaches a steady-state before imaging.

더욱이, 높은 해상도나 높은 신호 대 잡음비(Signal-to-Noise Ratio(SNR))의 영상을 획득하기 위해서는 여러 번 영상 정보를 획득해야 한다. 이때, 모든 영상 정보를 획득할 때마다 양성자 포화 상태의 정상 상태가 깨지기 때문에 새로운 준비 과정이 필요하고, 이로 인해 전체 촬영 시간이 매우 길어지게 된다.
자기공명영상장치에 관한 선행 문헌으로는 대한민국 등록특허공보 제10-0610990호가 있다.
Moreover, in order to acquire a high resolution or high signal-to-noise ratio (SNR) image, it is necessary to acquire image information several times. At this time, a new preparation process is required because the normal state of the proton saturation state is broken every time all the image information is acquired, and thus the entire shooting time is very long.
As a prior document on a magnetic resonance imaging device, there is Korean Patent Registration No. 10-0610990.

실시예들은 무선 주파수 방사와 정보 획득을 병렬로 수행하여 빠른 속도로 영상을 획득할 수 있는 기술을 제공할 수 있다.Embodiments can provide a technique for acquiring an image at a high speed by performing radio frequency radiation and information acquisition in parallel.

또한, 실시예들은 CEST MRI 영상의 대비를 높일 수 있는 기술을 제공할 수 있다.In addition, the embodiments can provide a technique to increase the contrast of the CEST MRI image.

일 실시예에 따른 영상 획득 방법은, 객체에 제1 RF(Radio Frequency) 펄스 신호를 방사하여 레이블 양성자(labile proton)를 포화시키는 단계와, 상기 객체에 펄스 시퀀스 신호를 방사하여 양성자 신호를 생성하는 단계와, 상기 양성자 신호로부터 상기 객체에 대한 CEST(Chemical Exchange Saturation Transfer) 영상을 획득하는 단계를 포함하고, 상기 생성하는 단계 및 상기 획득하는 단계는 병렬적으로 반복하여 수행된다.An image acquisition method according to an embodiment includes: saturating a label proton by radiating a first radio frequency (RF) pulse signal to an object, and generating a proton signal by radiating a pulse sequence signal to the object And obtaining a CEST (Chemical Exchange Saturation Transfer) image for the object from the proton signal, wherein the generating step and the acquiring step are performed repeatedly in parallel.

상기 포화시키는 단계는, 상기 레이블 양성자가 포화되어 정상 상태(steady-state)에 도달할 때까지 상기 제1 RF 펄스 신호를 반복적으로 방사하는 단계를 포함할 수 있다.The saturating step may include repeatedly radiating the first RF pulse signal until the label proton is saturated and reaches a steady-state.

상기 생성하는 단계 및 상기 획득하는 단계는, 상기 펄스 시퀀스 신호 및 상기 제1 RF 펄스 신호를 병렬적으로 부과하면서 상기 정상 상태를 유지하도록 수행될 수 있다.The generating step and the acquiring step may be performed to maintain the steady state while charging the pulse sequence signal and the first RF pulse signal in parallel.

상기 펄스 시퀀스 신호는, 물 양성자 신호를 획득하기 위한 제2 RF 펄스 신호 및 상기 양성자 신호의 생성을 위한 경사 신호를 포함할 수 있다.The pulse sequence signal may include a second RF pulse signal for obtaining a water proton signal and a slope signal for generating the proton signal.

상기 경사 신호의 합은 상수(contstant)일 수 있다.The sum of the slope signals may be constant.

상기 경사 신호는, x 방향 경사 신호, y 방향 경사 신호 및 z 방향 경사 신호를 포함할 수 있다.The inclination signal may include an inclination signal in the x direction, an inclination signal in the y direction, and an inclination signal in the z direction.

상기 x 방향 경사 신호, 상기 y 방향 경사 신호 및 상기 z 방향 경사 신호의 경사 모멘텀(gradient momentum)은 매 영상 정보를 획득할 때마다 동일한 값을 가질 수 있다.The gradient momentum of the inclination signal in the x direction, the inclination signal in the y direction, and the inclination signal in the z direction may have the same value every time image information is acquired.

상기 펄스 시퀀스 신호는, SSFP-FID(Steady State Free Precession Free Induction Decay) 펄스 시퀀스일 수 있다.The pulse sequence signal may be a SSFP-FID (Steady State Free Precession Free Induction Decay) pulse sequence.

상기 획득하는 단계는, 상기 양성자 신호를 기준 신호로 나누는 단계와, 기준 신호로 나누어진 양성자 신호로부터 상기 레이블 양성자에 대응하는 레이블 주파수를 획득하는 단계와, 물 양성자에 대응하는 주파수를 기준으로 상기 레이블 주파수와 대칭을 이루는 주파수에 대하여 대칭 양성자 신호를 획득하는 단계와, 상기 대칭 양성자 신호와 상기 양성자 신호의 차를 이용하여 MT 효과를 제거함으로써 상기 CEST 영상을 획득하는 단계를 포함할 수 있다.The acquiring step includes: dividing the proton signal into a reference signal; obtaining a label frequency corresponding to the label proton from the proton signal divided into a reference signal; and the label based on the frequency corresponding to the water proton. The method may include acquiring a symmetric proton signal with respect to a frequency that is symmetric with a frequency, and acquiring the CEST image by removing an MT effect by using a difference between the symmetric proton signal and the proton signal.

상기 MT 효과를 제거함으로써 상기 CEST 영상을 획득하는 단계는, 하기 수학식에 기초하여 상기 MT 효과를 제거하는 단계를 포함할 수 있다.The step of acquiring the CEST image by removing the MT effect may include removing the MT effect based on the following equation.

[수학식][Mathematics]

Figure 112018039368585-pat00001
Figure 112018039368585-pat00001

여기서, S-f는 상기 대칭 양성자 신호를 의미하고, S+f는 상기 양성자 신호를 의미하고, S0는 상기 기준 신호를 의미함.Here, S -f means the symmetric proton signal, S + f means the proton signal, and S 0 means the reference signal.

일 실시예에 따른 영상 획득 장치는, 객체에 제1 RF(Radio Frequency) 펄스 신호를 방사하여 레이블 양성자(labile proton)를 포화시키고, 상기 객체에 펄스 시퀀스 신호를 방사하여 양성자 신호를 생성하는 신호 발생기와, 상기 양성자 신호로부터 상기 객체에 대한 CEST(Chemical Exchange Saturation Transfer) 영상을 획득하는 영상 생성기를 포함하고, 상기 양성자 신호의 생성 및 상기 영상의 획득은 병렬적으로 반복하여 수행된다.The image acquiring apparatus according to an embodiment generates a proton signal by saturating a label proton by radiating a first radio frequency (RF) pulse signal to an object, and emitting a pulse sequence signal to the object. And an image generator for acquiring a chemical exchange saturation transfer (CEST) image for the object from the proton signal, and generating the proton signal and acquiring the image are performed repeatedly in parallel.

상기 신호 발생기는, 상기 레이블 양성자가 포화되어 정상 상태(steady-state)에 도달할 때까지 상기 제1 RF 펄스 신호를 반복적으로 방사할 수 있다.The signal generator may repeatedly emit the first RF pulse signal until the label proton is saturated and reaches a steady-state.

상기 신호 발생기 및 상기 영상 생성기는, 상기 펄스 시퀀스 신호 및 상기 제1 RF 펄스 신호를 병렬적으로 부과하면서 상기 정상 상태를 유지할 수 있다.The signal generator and the image generator may maintain the steady state while charging the pulse sequence signal and the first RF pulse signal in parallel.

상기 펄스 시퀀스 신호는, 물 양성자 신호를 획득하기 위한 제2 RF 펄스 신호 및 상기 양성자 신호의 생성을 위한 경사 신호를 포함할 수 있다.The pulse sequence signal may include a second RF pulse signal for obtaining a water proton signal and a slope signal for generating the proton signal.

상기 경사 신호의 합은 상수(contstant)일 수 있다.The sum of the slope signals may be constant.

상기 경사 신호는, x 방향 경사 신호, y 방향 경사 신호 및 z 방향 경사 신호를 포함할 수 있다.The inclination signal may include an inclination signal in the x direction, an inclination signal in the y direction, and an inclination signal in the z direction.

상기 x 방향 경사 신호, 상기 y 방향 경사 신호 및 상기 z 방향 경사 신호의 경사 모멘텀(gradient momentum)은 매 영상 정보를 획득할 때마다 동일한 값을 가질 수 있다.The gradient momentum of the inclination signal in the x direction, the inclination signal in the y direction, and the inclination signal in the z direction may have the same value every time image information is acquired.

상기 펄스 시퀀스 신호는, SSFP-FID(Steady State Free Precession Free Induction Decay) 펄스 시퀀스일 수 있다.The pulse sequence signal may be a SSFP-FID (Steady State Free Precession Free Induction Decay) pulse sequence.

상기 영상 생성기는, 상기 양성자 신호를 기준 신호로 나누고, 기준 신호로 나누어진 양성자 신호로부터 상기 레이블 양성자에 대응하는 레이블 주파수를 획득하고, 물 양성자에 대응하는 주파수를 기준으로 상기 레이블 주파수와 대칭을 이루는 주파수에 대하여 대칭 양성자 신호를 획득하고, 상기 대칭 양성자 신호와 상기 양성자 신호의 차를 이용하여 MT 효과를 제거함으로써 상기 CEST 영상을 획득할 수 있다.The image generator divides the proton signal into a reference signal, obtains a label frequency corresponding to the label proton from a proton signal divided into a reference signal, and is symmetric with the label frequency based on the frequency corresponding to the water proton. The CEST image can be obtained by acquiring a symmetric proton signal with respect to a frequency and removing an MT effect by using a difference between the symmetric proton signal and the proton signal.

상기 영상 생성기는, 하기 수학식에 기초하여 상기 MT 효과를 제거할 수 있다.The image generator may remove the MT effect based on the following equation.

[수학식] [Mathematics]

Figure 112018039368585-pat00002
Figure 112018039368585-pat00002

여기서, S-f는 상기 대칭 양성자 신호를 의미하고, S+f는 상기 양성자 신호를 의미하고, S0는 상기 기준 신호를 의미함.Here, S -f means the symmetric proton signal, S + f means the proton signal, and S 0 means the reference signal.

도 1은 일 실시예에 따른 영상 획득 장치의 개략적인 블록도를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 영상 획득 장치의 동작의 예를 나타낸다.
도 3은 영상 획득을 위한 펄스 시퀀스 신호의 예를 나타낸다.
도 4는 도 1에 도시된 영상 생성기가 영상을 획득하는 동작의 예를 나타낸다.
도 5a는 기존의 CEST MRI 장치와 도 1에 도시된 영상 획득 장치의 성능을 비교하기 위한 z 스펙트럼(또는 CEST 스펙트럼)의 예를 나타낸다.
도 5b는 도 5a는 기존의 CEST MRI 장치와 도 1에 도시된 영상 획득 장치의 성능을 비교하기 위한 MTR 비대칭(asymmetric) 스펙트럼의 예를 나타낸다.
도 6a는 기존의 CEST MRI 장치가 획득한 CEST 영상의 예를 나타낸다.
도 6b는 도 1에 도시된 영상 획득 장치가 획득한 CEST 영상의 예를 나타낸다.
1 is a schematic block diagram of an image acquisition device according to an embodiment.
FIG. 2 shows an example of the operation of the image acquisition device illustrated in FIG. 1.
3 shows an example of a pulse sequence signal for image acquisition.
4 shows an example of an operation in which the image generator illustrated in FIG. 1 acquires an image.
5A shows an example of a z-spectrum (or CEST spectrum) for comparing the performance of an existing CEST MRI device and the image acquisition device shown in FIG. 1.
FIG. 5B shows an example of an MTR asymmetric spectrum for comparing the performance of the conventional CEST MRI device and the image acquisition device shown in FIG. 1.
6A shows an example of a CEST image acquired by a conventional CEST MRI device.
6B shows an example of a CEST image acquired by the image acquisition device illustrated in FIG. 1.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, various changes may be made to the embodiments, and the scope of the patent application right is not limited or limited by these embodiments. It should be understood that all modifications, equivalents, or substitutes for the embodiments are included in the scope of rights.

실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the examples are for illustrative purposes only and should not be construed as limiting. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this specification, terms such as “include” or “have” are intended to indicate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described on the specification exists, and that one or more other features are present. It should be understood that the existence or addition possibilities of fields or numbers, steps, operations, components, parts or combinations thereof are not excluded in advance.

제1 또는 제2등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만, 예를 들어 실시예의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다. The terms first or second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are for the purpose of distinguishing one component from another component, for example, without departing from the scope of rights according to the concept of the embodiment, the first component may be referred to as the second component, and similarly The second component may also be referred to as the first component.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person skilled in the art to which the embodiment belongs. Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having meanings consistent with meanings in the context of related technologies, and should not be interpreted as ideal or excessively formal meanings unless explicitly defined in the present application. Does not.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In addition, in the description with reference to the accompanying drawings, the same reference numerals are assigned to the same components regardless of reference numerals, and redundant descriptions thereof will be omitted. In describing the embodiments, when it is determined that detailed descriptions of related known technologies may unnecessarily obscure the subject matter of the embodiments, detailed descriptions thereof will be omitted.

본 명세서에서의 모듈(module)은 본 명세서에서 설명되는 각 명칭에 따른 기능과 동작을 수행할 수 있는 하드웨어를 의미할 수도 있고, 특정 기능과 동작을 수행할 수 있는 컴퓨터 프로그램 코드를 의미할 수도 있고, 또는 특정 기능과 동작을 수행시킬 수 있는 컴퓨터 프로그램 코드가 탑재된 전자적 기록 매체, 예를 들어 프로세서 또는 마이크로 프로세서를 의미할 수 있다.A module in the present specification may mean hardware capable of performing functions and operations according to each name described in the present specification, or computer program code capable of performing specific functions and operations. Or, it may mean an electronic recording medium on which computer program code capable of performing a specific function and operation is mounted, for example, a processor or a microprocessor.

다시 말해, 모듈이란 본 발명의 기술적 사상을 수행하기 위한 하드웨어 및/또는 상기 하드웨어를 구동하기 위한 소프트웨어의 기능적 및/또는 구조적 결합을 의미할 수 있다.In other words, the module may mean a functional and / or structural combination of hardware for performing the technical idea of the present invention and / or software for driving the hardware.

도 1은 일 실시예에 따른 영상 획득 장치의 개략적인 블록도를 나타낸다.1 is a schematic block diagram of an image acquisition device according to an embodiment.

도 1을 참조하면, 영상 획득 장치(10)는 객체에 RF 신호를 방사하여, 객체로부터 양성자 신호를 획득할 수 있다. 영상 획득 장치(10)는 획득한 양성자 신호로부터 영상을 획득할 수 있다.Referring to FIG. 1, the image acquisition apparatus 10 may acquire a proton signal from an object by emitting an RF signal to the object. The image acquisition device 10 may acquire an image from the acquired proton signal.

객체는 영상을 획득하고자 하는 대상을 의미한다. 예를 들어, 객체는 인체를 포함할 수 있다.Object means an object to acquire an image. For example, the object may include the human body.

영상 획득 장치(10)는 화학적 교환 포화 전이(Chemical Exchange Saturation Transfer(CEST)) 자기 공명 영상(Magnetic Resonance Imaging(MRI)) 방법을 이용하여 영상을 획득할 수 있다. The image acquisition device 10 may acquire an image using a chemical exchange saturation transfer (CEST) magnetic resonance imaging (MRI) method.

MRI는 사람의 해부학적 단층 영상을 획득하는 기술을 의미할 수 있다. 일반적으로 MRI는 인체의 대부분을 구성하고 있는 물의 양성자(proton)에서 신호를 획득할 수 있다. 물이 아닌 다른 물질의 양성자의 경우 상대적으로 신체 내에 존재하는 양이 소량이기 때문에 영상 정보를 획득하기 어려울 수 있다.MRI may refer to a technique of acquiring a human anatomical tomography image. In general, MRI can acquire signals from the protons of water that make up most of the human body. In the case of protons of substances other than water, it may be difficult to acquire image information because the amount of the substance present in the body is relatively small.

CEST MRI는 기존 MRI가 획득하기 어려운 분포가 적은 물질의 양성자에서 신호가 획득할 수 있다. CEST MRI는 종양과 같이 질병에 직접적으로 관련이 있는 물질의 양성자 신호를 직접 영상으로 획득할 수 있어 정확한 임상 진단에 활용될 수 있다.CEST MRI can be acquired by signals from protons of substances with little distribution that are difficult to obtain by conventional MRI. CEST MRI can be used for accurate clinical diagnosis because it can directly acquire proton signals of substances directly related to diseases such as tumors.

영상 획득 장치(10)는 레이블 양성자(labile proton)에 RF(radio frequency) 신호를 방사하는 작업과 영상 정보를 획득하는 작업을 병렬적으로 수행함으로써, 영상을 획득하는 동안에도 레이블 양성자 포화(saturation) 상태의 정상 상태(steady-state)를 촬영 내내 유지시킬 수 있다.The image acquisition device 10 performs a task of radiating a radio frequency (RF) signal to a label proton (labile proton) and a task of acquiring image information in parallel, thereby saturating the label proton even while acquiring an image. The steady-state of the state can be maintained throughout shooting.

영상 획득 장치(10)는 매번 영상 정보를 획득할 때 양성자의 포화 상태를 위한 새로운 준비 과정이 필요하지 않아서 기존의 CEST MRI 방식에 비하여 촬영 시간을 매우 단축시킬 수 있다.The image acquiring device 10 does not require a new preparation process for the proton saturation when acquiring image information each time, and thus can significantly shorten the shooting time compared to the conventional CEST MRI method.

영상 획득 장치(10)는 RF 방사와 영상 정보 획득을 병렬적으로 수행하는 새로운 CEST MRI 방법을 제공할 수 있다. 영상 획득 장치(10)는 CEST 메커니즘과 영상 신호의 정상 상태를 동시에 유지할 수 있기 때문에, 기존의 CEST MRI 방법에 비하여 촬영 속도를 5배 이상 단축시킬 수 있고, 더 좋은 대비(contrast)를 갖는 MR(Magnetic Resonance) 영상을 제공할 수 있다.The image acquisition device 10 may provide a new CEST MRI method for performing RF radiation and image information in parallel. Since the image acquisition device 10 can simultaneously maintain the normal state of the CEST mechanism and the image signal, it is possible to shorten the shooting speed by 5 times or more compared to the conventional CEST MRI method, and MR (MR) having better contrast Magnetic Resonance) video.

영상 획득 장치(10)는 신호 발생기(100) 및 영상 생성기(200)를 포함한다.The image acquisition device 10 includes a signal generator 100 and an image generator 200.

신호 발생기(100)는 객체에 제1 RF(Radio Frequency) 펄스 신호를 방사하여 레이블 양성자(labile proton)를 포화시킬 수 있다. 신호 발생기(100)는 객체에 펄스 시퀀스 신호를 방사하여 양성자 신호를 생성할 수 있다.The signal generator 100 may saturate the label proton by emitting a first radio frequency (RF) pulse signal to the object. The signal generator 100 may generate a proton signal by emitting a pulse sequence signal to an object.

신호 발생기(100)는 레이블 양성자가 포화되어 정상 상태(steady-state)에 도달할 때까지 제1 RF 펄스 신호를 반복적으로 방사할 수 있다.The signal generator 100 may repeatedly emit the first RF pulse signal until the label proton is saturated and reaches a steady-state.

영상 생성기(200)는 양성자 신호로부터 객체에 대한 CEST(Chemical Exchange Saturation Transfer) 영상을 획득할 수 있다. 양성자 신호의 생성 및 영상의 획득은 병렬적으로 반복하여 수행될 수 있다.The image generator 200 may obtain a Chemical Exchange Saturation Transfer (CEST) image of the object from the proton signal. Generation of a proton signal and acquisition of an image may be performed repeatedly in parallel.

신호 발생기(100) 및 영상 생성기(200)는 펄스 시퀀스 신호를 이용하여 정상 상태를 유지하면서 양성자 신호를 생성하고 영상을 획득할 수 있다. 신호 발생기(100) 및 영상 생성기(200)는 펄스 시퀀스 신호 및 제1 RF 펄스 신호를 병렬 적으로 부과하면서 정상 상태를 유지할 수 있다.The signal generator 100 and the image generator 200 may generate a proton signal and acquire an image while maintaining a steady state using a pulse sequence signal. The signal generator 100 and the image generator 200 may maintain a steady state while charging the pulse sequence signal and the first RF pulse signal in parallel.

펄스 시퀀스 신호는 물 양성자 신호를 획득하기 위한 제2 RF 펄스 신호 및 양성자 신호의 생성을 위한 경사(gradient) 신호를 포함할 수 있다. 예를 들어, 펄스 시퀀스 신호는 SSFP-FID(Steady State Free Precession Free Induction Decay) 펄스 시퀀스일 수 있다.The pulse sequence signal may include a second RF pulse signal for obtaining a water proton signal and a gradient signal for generating a proton signal. For example, the pulse sequence signal may be a SSFP-FID (Steady State Free Precession Free Induction Decay) pulse sequence.

경사 신호의 합은 상수(contstant)일 수 있다. 경사 신호는x 방향 경사 신호, y 방향 경사 신호 및 z 방향 경사 신호를 포함할 수 있다. x 방향 경사 신호, 상기 y 방향 경사 신호 및 상기 z 방향 경사 신호의 경사 모멘텀(gradient momentum)은 매 영상 정보를 획득할 때마다 동일한 값을 가질 수 있다.The sum of slope signals may be constant. The inclination signal may include an inclination signal in the x direction, an inclination signal in the y direction, and an inclination signal in the z direction. The gradient momentum of the x-direction tilt signal, the y-direction tilt signal, and the z-direction tilt signal may have the same value every time image information is acquired.

도 2는 도 1에 도시된 영상 획득 장치의 동작의 예를 나타낸다.FIG. 2 shows an example of the operation of the image acquisition device illustrated in FIG. 1.

도 2를 참조하면, 영상 획득 장치(10)는 신호 발생기(100) 및 영상 생성기(200)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, the image acquisition device 10 may include a signal generator 100 and an image generator 200.

신호 발생기(100)는 RF 신호 및 경사 신호를 생성하여 객체로 방사할 수 있다. 객체는 인체를 포함할 수 있다.The signal generator 100 may generate an RF signal and a slope signal and radiate it to an object. The object may include the human body.

신호 발생기(100)는 자기장을 제어할 수 있는 메인 마그넷을 포함할 수 있다. 또한, 신호 발생기(100)는 송신기를 포함할 수 있다. 송신기는 RF 발생기 및 경사 신호 발생기를 포함할 수 있다.The signal generator 100 may include a main magnet capable of controlling the magnetic field. In addition, the signal generator 100 may include a transmitter. The transmitter may include an RF generator and an inclined signal generator.

신호 발생기(100)는 펄스 시퀀스 신호를 생성할 수 있다. 신호 발생기(100)는 객체에 물 양성자에 대응하는 RF 펄스 신호를 방사할 수 있다. 신호 발생기(100)는 CEST 준비(preparation)을 수행할 수 있다. 신호 발생기(100)는 경사 신호 발생기를 이용하여 레이블 양성자를 포화시킬 수 있다.The signal generator 100 may generate a pulse sequence signal. The signal generator 100 may emit an RF pulse signal corresponding to a water proton to the object. The signal generator 100 may perform CEST preparation. The signal generator 100 can saturate the label proton using a gradient signal generator.

영상 생성기(200)는 수신기에 포함된 신호 획득 장치를 통해 객체로부터 양성자 신호를 수신할 수 있다. 영상 생성기(200)는 메인 프로세서를 포함할 수 있다. 메인 프로세서는 양성자 신호로부터 CEST 영상을 생성할 수 있다.The image generator 200 may receive a proton signal from an object through a signal acquisition device included in the receiver. The image generator 200 may include a main processor. The main processor can generate a CEST image from a proton signal.

메인 프로세서는 신호 발생기(100)를 제어하기 위해 신호 발생기(100)에 제어 신호를 출력할 수 있다.The main processor may output a control signal to the signal generator 100 to control the signal generator 100.

도 3은 영상 획득을 위한 펄스 시퀀스 신호의 예를 나타낸다.3 shows an example of a pulse sequence signal for image acquisition.

도 3을 참조하면, 신호 발생기(100)는 레이블 양성자를 포화시키기 위해 제1 RF 펄스 신호를 방사할 수 있다. 제1 RF 신호는 레이블 양성자에 대응하는 RF 신호일 수 있다.Referring to FIG. 3, the signal generator 100 may emit a first RF pulse signal to saturate the label proton. The first RF signal may be an RF signal corresponding to the label proton.

신호 발생기(100)는 레이블 양성자를 포화시킬 때까지 제1 RF 펄스 신호를 반복적으로 방사할 수 있다. 예를 들어, 신호 발생기(100)는 제1 RF 펄스 신호를 300회 반복하여 방사할 수 있다.The signal generator 100 may emit the first RF pulse signal repeatedly until the label proton is saturated. For example, the signal generator 100 may emit the first RF pulse signal 300 times repeatedly.

신호 발생기(100)는 영상 획득을 위해 펄스 시퀀스 신호를 방사할 수 있다. 펄스 시퀀스 신호는 물 양성자에 대응하는 RF 신호 및 경사 신호를 포함할 수 있다. 예를 들어, 펄스 시퀀스 신호는 SSFD-FID(steady state free precession free induction decay) 펄스 시퀀스일 수 있다. 펄스 시퀀스 신호는 물 양성자에 대응하는 제2 RF 펄스 신호, 경사 신호를 포함할 수 있다.The signal generator 100 may emit a pulse sequence signal to acquire an image. The pulse sequence signal may include an RF signal corresponding to a water proton and a slope signal. For example, the pulse sequence signal may be a SSFD-FID (steady state free precession free induction decay) pulse sequence. The pulse sequence signal may include a second RF pulse signal and a slope signal corresponding to water protons.

영상 생성기(200)는 다수의 RF 펄스 신호를 인가하고 난 이후 포화된 물 양성자의 신호를 획득할 때, 최대한 여러 개의 신호를 획득하여 CEST MRI에서 촬영 시간을 줄일 수 있다.When the image generator 200 acquires a signal of a saturated water proton after applying a plurality of RF pulse signals, it is possible to obtain as many signals as possible to reduce the shooting time in the CEST MRI.

스핀 에코(spin echo)나 경사 에코 시퀀스(gradient echo sequence) 신호는 물 양성자에 RF신호를 인가하여 발생한 MR 신호로 하나의 신호를 획득하기 때문에 N개의 신호로 영상을 구성한다면 300개의 RF 펄스 신호의 방사를 N번 반복해야 할 수 있다.Since the spin echo or gradient echo sequence signal acquires a single signal as an MR signal generated by applying an RF signal to a water proton, if an image is composed of N signals, 300 RF pulse signals are generated. The radiation may need to be repeated N times.

패스트 스핀 에코(fast spin echo)나 에코 플라나 이미징(echo planar imaging) 과 같은 멀티 에코(multi-echo) 촬영 기법을 이용하면 물 양성자에 RF펄스 신호를 인가한 후 그 신호를 살려서 m개의 신호를 획득할 수 있다. 이 경우, 300개의 RF 펄스 신호의 방사를 N/m번 수행하면 되기 때문에 시간을 단축할 수 있다.When using multi-echo imaging techniques such as fast spin echo or echo planar imaging, RF signals are applied to water protons, and then m signals are obtained by utilizing the signals. can do. In this case, since the emission of 300 RF pulse signals can be performed N / m times, time can be shortened.

스핀 에코, 경사 에코 시퀀스와 같은 기술들은 높은 대비를 제공하지만 영상 획득 시간이 지나치게 오래 걸린다는 단점을 가질 수 있다.Techniques such as spin echo and oblique echo sequence provide high contrast, but may have the disadvantage that the image acquisition time is too long.

영상 획득 시간을 패스트 스핀 에코나 에코 플라나 이미징 등의 기술로 해결 한다고 하여도 높은 해상도와 높은 SNR(Signal-to-Noise Ratio)을 요구하는 암 진단용 CEST MRI에서는 여전히 영상 획득 시간이 길고, 실제 임상에 적용하기 어려울 수 있다.Even if the image acquisition time is solved by technologies such as fast spin echo or eco-planar imaging, the CEST MRI for cancer diagnosis that requires high resolution and high signal-to-noise ratio (SNR) still has a long image acquisition time, and in actual clinical practice It can be difficult to apply.

이를 해결 하기 위해 RF 펄스 신호의 방사와 영상 정보의 획득을 병렬로 수행할 경우에 영상 대비(contrast)에 손해가 발생하여 정확한 진단을 어렵게 할 수 있다.In order to solve this, when the radiation of the RF pulse signal and the acquisition of image information are performed in parallel, damage to the image contrast may occur, making accurate diagnosis difficult.

영상 획득 장치(10)는 RF 펄스 신호의 방사와 영상 정보의 획득을 병렬적으로 수행하여 기존 기술에 비하여 빠른 촬영 시간을 가지면서, 높은 대비를 제공하여 암과 같은 질환을 정확하게 진단할 수 있다.The image acquisition device 10 may perform radiation of the RF pulse signal and acquisition of image information in parallel to provide a high contrast and provide high contrast compared to existing technologies to accurately diagnose diseases such as cancer.

이를 위해, 신호 발생기(100)는 영상 획득 시 발생한 신호를 소멸시키지 않을 수 있다. 신호 발생기(100)는 연속적으로 발생한 신호들을 정상 상태에 이용하고, 매번 발생하는 새로운 신호와 함께 하나의 신호로 획득할 수 있다. To this end, the signal generator 100 may not extinguish the signal generated when the image is acquired. The signal generator 100 may use continuously generated signals in a normal state, and acquire them as a single signal together with a new signal that occurs each time.

영상 획득 때문에 포화된 물의 양성자 신호가 소멸되지 않고 다시 비포화 상태로 돌아갈 수 있기 때문에 CEST 효과에 의한 물 포화의 비중이 더 높아질 수 있다. 따라서, 영상 생성기(200)는 더 높은 대비를 가지는 MR 영상을 제공할 수 있어 정확한 암 진단이 가능할 수 있다.Since the proton signal of saturated water does not disappear due to image acquisition, the specific gravity of water saturation by the CEST effect may be higher because it can return to the unsaturated state again. Therefore, the image generator 200 may provide an MR image having a higher contrast, thereby enabling accurate cancer diagnosis.

영상 획득 장치(10)는 레이블 양성자에 RF펄스 신호(예를 들어, 제2 펄스 신호)를 방사하는 작업과 영상 정보를 획득하는 작업을 병렬적으로 수행함으로써, 영상을 획득하는 동안에도 레이블 양성자 포화의 정상 상태를 촬영 내내 유지시킬 수 있다.The image acquisition device 10 performs a task of emitting an RF pulse signal (for example, a second pulse signal) to a label proton and a task of acquiring image information in parallel, thereby saturating the label proton even while acquiring an image. Can maintain the steady state throughout the shooting.

따라서, 영상 획득 장치(10)는 매번 영상 정보를 획득할 때 양성자 포화 상태를 위한 새로운 준비과정이 필요하지 않아 촬영 시간을 매우 단축시킬 수 있다.Therefore, the image acquisition device 10 can greatly shorten the shooting time because a new preparation process for proton saturation is not required each time image information is acquired.

종래의 스포일드 경사 에코(Spoiled gradient echo(SPGR)) 방식의 경우는 물에서 한 번 발생된 영상 신호를 영상 획득 이후에 전부 소멸시킬 수 있다. 따라서, CEST를 위한 RF 펄스 신호를 방사하는 동안 스포일드 경사 에코에 의해서 물 신호가 일부 포화될 수 있다.In the case of the conventional spoiled gradient echo (SPGR) method, an image signal generated once in water can be completely eliminated after image acquisition. Therefore, the water signal may be partially saturated by the spoiled slope echo while emitting the RF pulse signal for CEST.

따라서, 획득한 영상에서 CEST 효과에 의한 물 신호 포화 비율이 줄어들 수 있고, 이는 영상의 대비를 악화시켜 종양 등을 진단하는 것을 어렵게 할 수 있다.Therefore, the water signal saturation ratio due to the CEST effect in the acquired image may be reduced, which may worsen the contrast of the image and make it difficult to diagnose tumors and the like.

영상 획득 장치(10)는 영상 획득을 위해 한 번 발생된 영상 신호를 영상 획득 이후에도 소멸시키지 않고 정상 상태를 유지하는데 사용할 수 있다. 이를 통해, 영상 획득 장치(10)는 영상의 대비를 높일 수 있다.The image acquisition device 10 may be used to maintain a normal state without destroying an image signal generated once for image acquisition even after image acquisition. Through this, the image acquisition device 10 may increase the contrast of the image.

도 4는 도 1에 도시된 영상 생성기가 영상을 획득하는 동작의 예를 나타낸다.4 shows an example of an operation in which the image generator illustrated in FIG. 1 acquires an image.

도 4를 참조하면, 영상 생성기(200)는 물의 양성자와 다른 물질의 불안정한 양성자(레이블 양성자) 사이의 지속적인 화학적 교환 현상을 이용할 수 있다. 물의 양성자와 레이블 양성자는 일반적으로 MRI의 주자기장(main magnetic field)에서 서로 다른 주파수를 가질 수 있다.Referring to FIG. 4, the image generator 200 may utilize a continuous chemical exchange phenomenon between a water proton and an unstable proton (label proton) of another material. Water protons and label protons can generally have different frequencies in the MRI main magnetic field.

신호 발생기(100)가 레이블 양성자의 주파수에 맞는 RF펄스 신호(예를 들어, 제1 펄스 신호)를 방사하여 포화시키면, 포화된 레이블 양성자가 포화 되지 않은 물의 양성자와 화학적 교환을 하여 간접적으로 물의 양성자가 포화 상태가 될 수 있다. 신호 발생기(100)는 이러한 과정을 반복적으로 수행하여 적은 양의 레이블 양성자로 물에 있는 많은 양의 양성자들을 점차 포화상태로 만들 수 있다.When the signal generator 100 emits and saturates by radiating an RF pulse signal (for example, a first pulse signal) that matches the frequency of the label proton, the saturated label proton chemically exchanges with the proton of unsaturated water to indirectly proton the water. Can be saturated. The signal generator 100 may perform this process repeatedly to gradually saturate a large amount of protons in water with a small amount of label protons.

영상 생성기(200)는 이때, 물의 양성자와 레이블 양성자의 포화 상태 변화가 정상 상태(steady-state)가 되면 물의 양성자에서 영상(Sf)(또는 양성자 신호)를 획득할 수 있다. 또한, 영상 생성기(200)는 포화 과정이 없는 일반적인 MRI 영상 (S0)(또는 기준 신호)을 획득하고, 일반적인 영상 대비 CEST MRI의 영상이 얼마나 포화 되었는지를 측정하여 레이블 양성자의 정보를 획득할 수 있다. At this time, the image generator 200 may acquire an image S f (or proton signal) from the proton of water when the change in the saturation state of the proton and the label proton of the water becomes a steady-state. In addition, the image generator 200 may obtain a general MRI image (S 0 ) (or a reference signal) having no saturation process, and measure how saturated the CEST MRI image is compared to the general image to obtain label proton information. have.

즉, 영상 생성기(200)는 양성자 신호를 기준 신호로 나눌 수 있다. 이는 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.That is, the image generator 200 may divide the proton signal into a reference signal. This can be expressed as Equation (1).

Figure 112018039368585-pat00003
Figure 112018039368585-pat00003

도 4의 예시에서, Sf는 Ssat에 대응될 수 있다.In the example of Figure 4, S f may correspond to S sat .

영상 생성기(200)는 특정 물질의 레이블 양성자를 포화시키기 위해 방사된 제1 RF 펄스 신호로 특정 물질의 주파수 영역에 있는 다른 고분자 물질의 양성자를 포화시킬 수 있다.The image generator 200 may saturate the protons of other polymer materials in the frequency domain of the specific material with the first RF pulse signal emitted to saturate the label protons of the specific material.

제1 RF 펄스 신호로 포화된 고분자 물질의 양성자 역시 MT(Magnetization Transfer) 현상을 통해 물의 양성자를 포화시키게 되어 상대적으로 측정하고자 하는 특정 물질의 CEST 효과를 정확히 측정하기 어렵게 만들 수 있다. 이 문제를 해결하기 위해서, 영상 생성기(200)는 MT 현상에 의한 물의 양성자가 포화되는 효과를 제거할 수 있다.The proton of the polymer material saturated with the first RF pulse signal also saturates the proton of water through the MT (Magnetization Transfer) phenomenon, making it difficult to accurately measure the CEST effect of a specific material to be measured. In order to solve this problem, the image generator 200 may remove the effect of proton saturation of water due to the MT phenomenon.

일반적으로 MT 현상을 일으키는 물질은 매우 넓은 주파수 대역에 분포할 수 있다. 물 양성자의 주파수를 0 ppm 기준으로 설정하면, 0 ppm을 기준으로 MT 효과를 유발하는 고분자 물질의 주파수가 대칭으로 존재할 수 있다.In general, substances that cause MT phenomena can be distributed over a very wide frequency band. When the frequency of the water proton is set to 0 ppm, the frequency of the polymer material causing the MT effect based on 0 ppm may be symmetrically present.

영상 생성기(200)는 기준 신호로 나누어진 양성자 신호로부터 레이블 양성자에 대응하는 레이블 주파수를 획득하고, 물 양성자에 대응하는 주파수를 기준으로 상기 레이블 주파수와 대칭을 이루는 주파수에 대하여 대칭 양성자 신호를 획득할 수 있다.The image generator 200 obtains a label frequency corresponding to a label proton from a proton signal divided into a reference signal, and acquires a symmetric proton signal with respect to a frequency symmetric with the label frequency based on a frequency corresponding to a water proton. You can.

따라서, 영상 생성기(200)는 MT 효과를 제거하기 위해서 특정 물질의 주파수(또는 레이블 주파수)에서 CEST 영상(또는 양성자 신호)을 한번 얻고, 물의 양성자를 기준(0 ppm)으로 반대쪽 주파수에서 CEST 영상(또는 대칭 양성자 신호)을 얻은 후, 두 영상을 빼서 MT 효과를 제거하고 CEST 효과만 남은 영상을 획득할 수 있다.Therefore, the image generator 200 obtains a CEST image (or proton signal) once at a frequency (or label frequency) of a specific substance in order to remove the MT effect, and a CEST image at a frequency opposite the proton of water (0 ppm). Alternatively, after obtaining a symmetric proton signal), the MT effect is removed by subtracting the two images, and only the CEST effect remains.

즉, 영상 생성기(200)는 대칭 양성자 신호와 양성자 신호의 차를 이용하여 MT 효과를 제거함으로써 CEST 영상을 획득할 수 있다. 예를 들어, 영상 생성기(200)는 수학식 2에 기초하여 MT 효과를 제거할 수 있다.That is, the image generator 200 may obtain the CEST image by removing the MT effect using the difference between the symmetric proton signal and the proton signal. For example, the image generator 200 may remove the MT effect based on Equation (2).

Figure 112018039368585-pat00004
Figure 112018039368585-pat00004

여기서, S-f는 대칭 양성자 신호를 의미하고, S+f는 양성자 신호를 의미하고, S0는 기준 신호를 의미할 수 있다.Here, S -f may mean a symmetrical proton signal, S + f may mean a proton signal, and S 0 may mean a reference signal.

구체적으로, S+f는 측정하고자 하는 특정 물질의 레이블 양성자에 대응하는 주파수의 RF 펄스 신호를 방사하여 획득한 영상을 의미하고, S-f는 물을 기준으로 반대쪽 주파수의 RF 펄스 신호를 방사하여 획득한 영상을 의미할 수 있다.Specifically, S + f means an image obtained by radiating an RF pulse signal having a frequency corresponding to a label proton of a specific substance to be measured, and S -f radiates an RF pulse signal having an opposite frequency based on water. It may mean the acquired image.

S0 는 기준이 되는 영상으로 포화를 위한 RF 펄스 신호를 인가하지 않은 일반적인 MRI 영상을 의미할 수 있다. 수학식 2를 통해 영상 생성기(200)는 CEST 효과만을 가지고 있는 신호를 획득할 수 있다.S 0 is a reference image and may mean a general MRI image to which an RF pulse signal for saturation is not applied. Through Equation 2, the image generator 200 may acquire a signal having only a CEST effect.

도 4의 a는 특정 물질(용질 양성자(solute proton) 또는 레이블 양성자) 과 물의 양성자 사이에서 화학적 교환이 일어나는 것을 나타낼 수 있다. 도 4의 b에서 왼쪽 그래프는 주파수 대역에 따른 양성자의 상대적인 분포를 나타낼 수 있다.4A may indicate that chemical exchange occurs between a specific substance (solute proton or label proton) and water proton. The graph on the left in FIG. 4B may indicate the relative distribution of protons according to frequency bands.

가장 많은 양을 차지하고 있는 물 양성자의 주파수인 4.75ppm에서 신호의 세기가 가장 크게 나타나는 것을 확인할 수 있다. 도면 4의 b에서 오른쪽 그래프는 신호 발생기(100)가 8.25 ppm에 RF펄스 신호를 인가해서 특정 물질을 포화상태로 만들어 4.75 ppm의 물의 양성자의 세기가 줄어드는 것을 나타낼 수 있다.It can be seen that the signal intensity is highest at 4.75ppm, which is the frequency of the water proton, which occupies the largest amount. The graph on the right in b of FIG. 4 may indicate that the signal generator 100 applies an RF pulse signal to 8.25 ppm to saturate a specific material, thereby reducing the intensity of the proton of water of 4.75 ppm.

도 4의 c는 수학식 1을 이용해 양성자 신호를 기준 신호로 나눈 값에 대한 그래프를 나타낼 수 있다. 신호 발생기(100)가 특정 물질의 포화를 위한 RF 펄스 신호의 주파수를 바꾸어 가며 방사하면, 영상 생성기(200)는 Sf(또는 Ssat)를 획득하고, 이를 기준이 되는 일반적인 MRI 영상 S0 로 나누어 도 4의 c와 같이 나타낼 수 있다.4C can represent a graph for a value obtained by dividing a proton signal by a reference signal using Equation (1). When the signal generator 100 emits while changing the frequency of the RF pulse signal for saturation of a specific material, the image generator 200 acquires S f (or S sat ), and it becomes a standard MRI image S 0 as a reference. It can be divided and expressed as c in FIG. 4.

물 양성자의 주파수를 기준으로 생각했을 때 0 ppm에 물의 양성자가 존재할 수 있다. 신호 발생기(100)가 0ppm에 포화를 위한 RF 펄스 신호를 인가하면 물의 양성자가 직접 포화되므로 신호의 비율이 가장 적게 나타나는 것을 확인할 수 있다.When considered based on the frequency of water protons, water protons may be present at 0 ppm. When the signal generator 100 applies an RF pulse signal for saturation to 0 ppm, it can be seen that the proton of water is directly saturated, so that the ratio of the signal is the lowest.

0ppm으로부터 3.5ppm 떨어진 부분에 측정하고자 하는 특정 물질의 양성자가 존재하기 때문에 신호 발생기(100)가 3.5ppm에 포화를 위한 RF펄스 신호를 인가하면 화학적 교환에 의해 물의 양성자에서 나오는 신호 세기가 줄어들 수 있다. 도면 4의 d는 수학식 2를 이용하여 측정된 결과를 나타낼 수 있다. 영상 생성기(200)는 수학식 2를 통해 MT 효과를 제거하고 3.5ppm에서 CEST에 의한 효과만을 나타내는 영상을 획득할 수 있다.Since the proton of a specific substance to be measured is present at a part separated from 0ppm to 3.5ppm, when the signal generator 100 applies an RF pulse signal for saturation to 3.5ppm, the signal intensity from the proton of water may be reduced by chemical exchange. . D of FIG. 4 may represent a result measured using Equation (2). The image generator 200 may remove the MT effect through Equation 2 and obtain an image showing only the effect by the CEST at 3.5 ppm.

도 5a는 기존의 CEST MRI 장치와 도 1에 도시된 영상 획득 장치의 성능을 비교하기 위한 z 스펙트럼(또는 CEST 스펙트럼)의 예를 나타내고, 도 5b는 도 5a는 기존의 CEST MRI 장치와 도 1에 도시된 영상 획득 장치의 성능을 비교하기 위한 MTR 비대칭(asymmetric) 스펙트럼의 예를 나타내고, 도 6a는 기존의 CEST MRI 장치가 획득한 CEST 영상의 예를 나타내고, 도 6b는 도 1에 도시된 영상 획득 장치가 획득한 CEST 영상의 예를 나타낸다.FIG. 5A shows an example of a z-spectrum (or CEST spectrum) for comparing the performance of the existing CEST MRI device and the image acquisition device shown in FIG. 1, and FIG. 5B is a diagram showing the existing CEST MRI device and FIG. An example of an MTR asymmetric spectrum for comparing the performance of the illustrated image acquisition device is shown, FIG. 6A shows an example of a CEST image acquired by an existing CEST MRI device, and FIG. 6B is an image acquisition shown in FIG. 1 An example of a CEST image acquired by the device is shown.

도 5a 내지 도 6b를 참조하면, 기존의 CEST MRI 방식과 영상 획득 장치(10)의 성능을 비교할 수 있다. 성능 비교를 위해 아민(amine) 양성자(1.9 ppm)를 가지고 있는 크레아틴 팬텀(creatine phantom)을 이용하였다. SSFP-FID와 스포일드 경사 에코(spoiled gradient echo(SPGR))의 효과만을 정확하게 비교하기 위해 실험에 사용된 파라미터는 모든 실험에서 동일하게 설정하였다. 5A to 6B, performance of the conventional CEST MRI method and the image acquisition device 10 may be compared. A creatine phantom with amine proton (1.9 ppm) was used for performance comparison. To accurately compare the effects of SSFP-FID and spoiled gradient echo (SPGR), the parameters used in the experiment were set identically in all experiments.

실험에 사용된 파라미터들은 표 1과 같이 나타낼 수 있다.Table 1 shows parameters used in the experiment.

파라미터 종류Parameter type 파라미터 값Parameter value TR(Repetition Time)/TE(Echo Time)TR (Repetition Time) / TE (Echo Time) 19/1.7 ms19 / 1.7 ms RF flip angle for CEST effectRF flip angle for CEST effect 220 degree220 degree RF duration for CEST effectRF duration for CEST effect 15.7 ms (bandwidth: 1 ppm at 3T MRI)15.7 ms (bandwidth: 1 ppm at 3T MRI) RF flip angle for image acquisitionRF flip angle for image acquisition 10 degree10 degree Matrix sizeMatrix size 160××160160 ×× 160 FOV(Field-Of-View)Field-of-view (FOV) 160××160 mm2 160 ×× 160 mm 2

비교 결과에 도시된 바와 같이, SSFP-FID를 이용한 영상 획득 장치(10)가 SPGR 방식에 비하여 약 25% 더 높은 세기(intensity)를 가지는 것을 확인할 수 있다. 또한, 영상 획득 장치(10)가 기존의 SPGR 방식에 비하여 더 높은 대비를 제공하는 것을 확인할 수 있다.As shown in the comparison result, it can be seen that the image acquisition apparatus 10 using SSFP-FID has an intensity of about 25% higher than that of the SPGR method. In addition, it can be seen that the image acquisition device 10 provides higher contrast than the existing SPGR method.

따라서, 영상 획득 장치(10)는 기존의 SPGR 방식에 비하여 보다 정확한 진단을 가능케 할 수 있고, 종래의 스핀 에코, 경사 에코 시퀀스, 패스트 스핀 에코 및 에코 플라나 이미징 등의 방식에 비하여 촬영시간을 약 8배 정도 단축 시킬 수 있다.Therefore, the image acquisition device 10 may enable a more accurate diagnosis compared to the conventional SPGR method, and the shooting time is about 8 compared to the conventional spin echo, oblique echo sequence, fast spin echo and echo planar imaging methods. You can shorten it about twice as much.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The method according to the embodiment may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded on a computer readable medium. Computer-readable media may include program instructions, data files, data structures, or the like alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be specially designed and constructed for the embodiments or may be known and usable by those skilled in computer software. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs, DVDs, and magnetic media such as floptical disks. -Hardware devices specially configured to store and execute program instructions such as magneto-optical media, and ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter, etc., as well as machine language codes produced by a compiler. The hardware device may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.The software may include a computer program, code, instruction, or a combination of one or more of these, and configure the processing device to operate as desired, or process independently or collectively You can command the device. Software and / or data may be interpreted by a processing device, or to provide instructions or data to a processing device, of any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device. , Or may be permanently or temporarily embodied in the transmitted signal wave. The software may be distributed on networked computer systems, and stored or executed in a distributed manner. Software and data may be stored in one or more computer-readable recording media.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described with limited drawings, those skilled in the art can apply various technical modifications and variations based on the above. For example, the described techniques are performed in a different order than the described method, and / or the components of the described system, structure, device, circuit, etc. are combined or combined in a different form from the described method, or other components Alternatively, even if replaced or substituted by equivalents, appropriate results can be achieved.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.

Claims (20)

객체에 제1 RF(Radio Frequency) 펄스 신호를 방사하여 레이블 양성자(labile proton)를 포화시키는 단계;
상기 객체에 펄스 시퀀스 신호를 방사하여 양성자 신호를 생성하는 단계;
상기 양성자 신호로부터 상기 객체에 대한 CEST(Chemical Exchange Saturation Transfer) 영상을 획득하는 단계
를 포함하고,
상기 생성하는 단계 및 상기 획득하는 단계는 병렬적으로 반복하여 수행되는
영상 획득 방법.
Saturating a label proton by radiating a first radio frequency (RF) pulse signal to the object;
Generating a proton signal by emitting a pulse sequence signal to the object;
Obtaining a CEST (Chemical Exchange Saturation Transfer) image for the object from the proton signal
Including,
The generating step and the acquiring step are performed repeatedly in parallel.
Image acquisition method.
제1항에 있어서,
상기 포화시키는 단계는,
상기 레이블 양성자가 포화되어 정상 상태(steady-state)에 도달할 때까지 상기 제1 RF 펄스 신호를 반복적으로 방사하는 단계
를 포함하는 영상 획득 방법.
According to claim 1,
The saturating step,
Repeatedly emitting the first RF pulse signal until the label proton is saturated and reaches a steady-state
Image acquisition method comprising a.
제2항에 있어서,
상기 생성하는 단계 및 상기 획득하는 단계는,
상기 펄스 시퀀스 신호 및 상기 제1 RF 펄스 신호를 병렬적으로 부과하면서 상기 정상 상태를 유지하도록 수행되는
영상 획득 방법
According to claim 2,
The generating step and the obtaining step,
It is performed to maintain the steady state while charging the pulse sequence signal and the first RF pulse signal in parallel.
Image acquisition method
제1항에 있어서,
상기 펄스 시퀀스 신호는,
물 양성자 신호를 획득하기 위한 제2 RF 펄스 신호 및 상기 양성자 신호의 생성을 위한 경사 신호를 포함하는
영상 획득 방법.
According to claim 1,
The pulse sequence signal,
A second RF pulse signal for obtaining a water proton signal and a slope signal for generating the proton signal
Image acquisition method.
제4항에 있어서,
상기 경사 신호의 합은 상수(contstant)인
영상 획득 방법.
According to claim 4,
The sum of the slope signals is constant
Image acquisition method.
제4항에 있어서,
상기 경사 신호는,
x 방향 경사 신호, y 방향 경사 신호 및 z 방향 경사 신호를 포함하는
영상 획득 방법.
According to claim 4,
The slope signal,
including an inclined signal in the x direction, an inclined signal in the y direction, and an inclined signal in the z direction.
Image acquisition method.
제6항에 있어서,
상기 x 방향 경사 신호, 상기 y 방향 경사 신호 및 상기 z 방향 경사 신호의 경사 모멘텀(gradient momentum)은 매 영상 정보를 획득할 때마다 동일한 값을 가지는
영상 획득 방법.
The method of claim 6,
The gradient momentum of the x-direction slope signal, the y-direction slope signal, and the z-direction slope signal has the same value every time image information is acquired.
Image acquisition method.
제 4항에 있어서,
상기 펄스 시퀀스 신호는,
SSFP-FID(Steady State Free Precession Free Induction Decay) 펄스 시퀀스인
영상 획득 방법.
The method of claim 4,
The pulse sequence signal,
SSFP-FID (Steady State Free Precession Free Induction Decay) pulse sequence
Image acquisition method.
제1항에 있어서,
상기 획득하는 단계는,
상기 양성자 신호를 기준 신호로 나누는 단계;
기준 신호로 나누어진 양성자 신호로부터 상기 레이블 양성자에 대응하는 레이블 주파수를 획득하는 단계;
물 양성자에 대응하는 주파수를 기준으로 상기 레이블 주파수와 대칭을 이루는 주파수에 대하여 대칭 양성자 신호를 획득하는 단계
상기 대칭 양성자 신호와 상기 양성자 신호의 차를 이용하여 MT 효과를 제거함으로써 상기 CEST 영상을 획득하는 단계
를 포함하는 영상 획득 방법.
According to claim 1,
The obtaining step,
Dividing the proton signal into a reference signal;
Obtaining a label frequency corresponding to the label proton from a proton signal divided by a reference signal;
Obtaining a symmetric proton signal with respect to a frequency symmetric with the label frequency based on a frequency corresponding to a water proton
Obtaining the CEST image by removing the MT effect using the difference between the symmetric proton signal and the proton signal
Image acquisition method comprising a.
제9항에 있어서,
상기 MT 효과를 제거함으로써 상기 CEST 영상을 획득하는 단계는,
하기 수학식에 기초하여 상기 MT 효과를 제거하는 단계
를 포함하는 영상 획득 방법.
[수학식]
Figure 112018039368585-pat00005

여기서, S-f는 상기 대칭 양성자 신호를 의미하고, S+f는 상기 양성자 신호를 의미하고, S0는 상기 기준 신호를 의미함.
The method of claim 9,
The step of acquiring the CEST image by removing the MT effect,
Removing the MT effect based on the following equation
Image acquisition method comprising a.
[Mathematics]
Figure 112018039368585-pat00005

Here, S -f means the symmetric proton signal, S + f means the proton signal, and S 0 means the reference signal.
객체에 제1 RF(Radio Frequency) 펄스 신호를 방사하여 레이블 양성자(labile proton)를 포화시키고, 상기 객체에 펄스 시퀀스 신호를 방사하여 양성자 신호를 생성하는 신호 발생기; 및
상기 양성자 신호로부터 상기 객체에 대한 CEST(Chemical Exchange Saturation Transfer) 영상을 획득하는 영상 생성기
를 포함하고,
상기 양성자 신호의 생성 및 상기 영상의 획득은 병렬적으로 반복하여 수행되는
영상 획득 장치.
A signal generator emitting a first radio frequency (RF) pulse signal to an object to saturate a label proton, and emitting a pulse sequence signal to the object to generate a proton signal; And
An image generator that acquires a Chemical Exchange Saturation Transfer (CEST) image for the object from the proton signal
Including,
Generation of the proton signal and acquisition of the image are performed repeatedly in parallel.
Image acquisition device.
제11항에 있어서,
상기 신호 발생기는,
상기 레이블 양성자가 포화되어 정상 상태(steady-state)에 도달할 때까지 상기 제1 RF 펄스 신호를 반복적으로 방사하는
영상 획득 장치.
The method of claim 11,
The signal generator,
Repeatedly emitting the first RF pulse signal until the label proton is saturated and reaches a steady-state
Image acquisition device.
제12항에 있어서,
상기 신호 발생기 및 상기 영상 생성기는,
상기 펄스 시퀀스 신호 및 상기 제1 RF 펄스를 병렬적으로 부과하면서 상기 정상 상태를 유지하는
영상 획득 장치.
The method of claim 12,
The signal generator and the image generator,
Maintaining the steady state while charging the pulse sequence signal and the first RF pulse in parallel
Image acquisition device.
제11항에 있어서,
상기 펄스 시퀀스 신호는,
물 양성자 신호를 획득하기 위한 제2 RF 펄스 신호 및 상기 양성자 신호의 생성을 위한 경사 신호를 포함하는
영상 획득 장치.
The method of claim 11,
The pulse sequence signal,
A second RF pulse signal for obtaining a water proton signal and a slope signal for generating the proton signal
Image acquisition device.
제14항에 있어서,
상기 경사 신호의 합은 상수(contstant)인
영상 획득 장치.
The method of claim 14,
The sum of the slope signals is constant
Image acquisition device.
제14항에 있어서,
상기 경사 신호는,
x 방향 경사 신호, y 방향 경사 신호 및 z 방향 경사 신호를 포함하는
영상 획득 장치.
The method of claim 14,
The slope signal,
including an inclined signal in the x direction, an inclined signal in the y direction, and an inclined signal in the z direction.
Image acquisition device.
제16항에 있어서,
상기 x 방향 경사 신호, 상기 y 방향 경사 신호 및 상기 z 방향 경사 신호의 경사 모멘텀(gradient momentum)은 매 영상 정보를 획득할 때마다 동일한 값을 가지는
영상 획득 장치.
The method of claim 16,
The gradient momentum of the x-direction slope signal, the y-direction slope signal, and the z-direction slope signal has the same value every time image information is acquired.
Image acquisition device.
제17항에 있어서,
상기 펄스 시퀀스 신호는,
SSFP-FID(Steady State Free Precession Free Induction Decay) 펄스 시퀀스인
영상 획득 장치.
The method of claim 17,
The pulse sequence signal,
SSFP-FID (Steady State Free Precession Free Induction Decay) pulse sequence
Image acquisition device.
제11항에 있어서,
상기 영상 생성기는,
상기 양성자 신호를 기준 신호로 나누고, 기준 신호로 나누어진 양성자 신호로부터 상기 레이블 양성자에 대응하는 레이블 주파수를 획득하고, 물 양성자에 대응하는 주파수를 기준으로 상기 레이블 주파수와 대칭을 이루는 주파수에 대하여 대칭 양성자 신호를 획득하고, 상기 대칭 양성자 신호와 상기 양성자 신호의 차를 이용하여 MT 효과를 제거함으로써 상기 CEST 영상을 획득하는
영상 획득 장치.
The method of claim 11,
The image generator,
Divide the proton signal into a reference signal, obtain a label frequency corresponding to the label proton from the proton signal divided into a reference signal, and symmetric proton with respect to a frequency symmetric with the label frequency based on the frequency corresponding to the water proton Acquiring the signal, and obtaining the CEST image by removing the MT effect using the difference between the symmetric proton signal and the proton signal
Image acquisition device.
제19항에 있어서,
상기 영상 생성기는,
하기 수학식에 기초하여 상기 MT 효과를 제거하는
영상 획득 장치.
[수학식]
Figure 112018039368585-pat00006

여기서, S-f는 상기 대칭 양성자 신호를 의미하고, S+f는 상기 양성자 신호를 의미하고, S0는 상기 기준 신호를 의미함.
The method of claim 19,
The image generator,
Eliminating the MT effect based on the following equation
Image acquisition device.
[Mathematics]
Figure 112018039368585-pat00006

Here, S -f means the symmetric proton signal, S + f means the proton signal, and S 0 means the reference signal.
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