KR102190577B1 - 영상 신호 생성 방법, 영상 복원 방법 및 영상 획득 장치 - Google Patents

영상 신호 생성 방법, 영상 복원 방법 및 영상 획득 장치 Download PDF

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Abstract

영상 신호 생성 방법, 영상 복원 방법 및 영상 획득 장치가 개시된다. 일 실시예에 따른 영상 신호 생성 방법은, 객체에 대한 영상 정보를 발생시키기 위한 제1 RF 펄스(Radio Frequency pulse)를 방사하는 단계와, 상기 객체의 움직임 정보를 발생시키기 위한 제2 RF 펄스를 방사하는 단계와, 상기 제1 RF 펄스의 방사 시점과 상기 제2 RF 펄스의 방사 시점 사이에 리드아웃(readout) 신호를 인가하는 단계를 포함한다.

Description

영상 신호 생성 방법, 영상 복원 방법 및 영상 획득 장치{IMAGE SIGNAL GENERATION METHOD, IMAGE RECONSTRUCTION METHOD AND IMAGE ACQUISITION APPARATUS}
아래 실시예들은 영상 신호 생성 방법, 영상 복원 방법 및 영상 획득 장치에 관한 것이다.
자기공명 영상 장치(Magnetic Resonance Imaging, MRI)는 사람의 해부학적 단층영상을 획득하는 기술이다. 하지만, 자기공명 영상을 획득하기 위해서는 비교적 긴 영상 획득 시간이 필요하기 때문에, 인체의 심장 박동과 호흡에 의한 움직임은 자기공명 영상 획득을 저해할 수 있는 요소이다. 영상을 획득하는 동안 움직임에 의한 변화는 영상에서 심한 왜곡을 만들게 된다.
따라서, 움직임이 심한 부분의 영상을 획득하고자 할 때, 영상을 획득하는 동안 움직임에 관한 정보를 추가적으로 획득하여 영상을 복원하는데 이용한다. 하지만, 추가적으로 움직임에 대한 정보를 획득하는 과정에서 문제가 발생한다.
움직임과 관련된 자기공명 신호(navigator echo)를 이용하는 종래의 방식은 영상 정보와 움직임의 정보를 나누어서 획득하기 때문에, 전체 촬영 시간이 길어진다. 또한 심장 영상에서 많이 이용되는 정상상태(steady state) 영상 기법에서는 중간중간에 얻는 움직임 정보가 정상상태를 방해하여 영상의 품질을 저해하는 요소가 된다.
실시예들은 움직임에 의한 왜곡을 보정할 수 있는 영상 신호를 생성하는 기술을 제공할 수 있다.
또한, 실시예들은 움직임에 의한 왜곡이 보상된 영상 복원 기술을 제공할 수 있다.
일 실시예에 따른 영상 신호 생성 방법은, 객체에 대한 영상 정보를 발생시키기 위한 제1 RF 펄스(Radio Frequency pulse)를 방사하는 단계와, 상기 객체의 움직임 정보를 발생시키기 위한 제2 RF 펄스를 방사하는 단계와, 상기 제1 RF 펄스의 방사 시점과 상기 제2 RF 펄스의 방사 시점 사이에 리드아웃(readout) 신호를 인가하는 단계를 포함한다.
상기 제1 RF 펄스를 방사하는 단계는, 상기 제1 RF 펄스의 페이즈(phase)를 180도 변경하는 단계와, 페이즈가 변경된 제1 펄스를 방사하는 단계를 포함할 수 있다.
두 개의 인접한 제1 RF 펄스에 대한 페이즈 축적(phase accumulation) 값은 0일 수 있다.
상기 영상 신호 생성 방법은, 상기 객체에 페이즈 인코딩을 위한 그래디언트(gradient) 신호를 인가하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 그래디언트 신호를 인가하는 단계는, 상기 제2 RF 신호를 인가하기 전에, 다음 주기의 제1 RF 펄스에 대한 페이즈 인코딩 그래디언트와 현재 주기의 제1 RF 펄스에 대한 페이즈 인코딩 그래디언트의 차이 값을 인가하는 단계와, 상기 제2 RF 신호를 인가한 후에, 다음 주기의 제1 RF 펄스에 대한 페이즈 인코딩 그래디언트의 음의 값을 인가하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 영상 복원 방법은, 객체에 대한 영상 정보 및 움직임 정보의 발생을 위해 방사된 RF 펄스(Radio Frequency pulse)의 집합 대응하는 제1 에코(echo) 신호를 수신하는 단계와, 상기 RF 펄스의 집합의 다음 주기 RF 펄스의 집합에 대응하는 제2 에코 신호를 수신하는 단계와, 상기 제1 에코 신호와 상기 제2 에코 신호를 더하여 근사 영상 신호를 생성하는 단계와, 상기 근사 영상 신호를 변환하여 상기 객체의 영상을 복원하는 단계를 포함하고, 상기 RF 펄스의 집합은 상기 객체에 대한 영상 정보를 발생시키기 위한 제1 RF 펄스(Radio Frequency pulse) 및 상기 객체의 움직임 정보를 발생시키기 위한 제2 RF 펄스를 포함한다.
상기 복원하는 단계는, 상기 근사 영상 신호를 역 퓨리에 변환(inverse fourier transform)하는 단계와, 변환된 근사 영상 신호에 윈도우 보상을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1 에코 신호로부터 상기 객체의 움직임 정보를 획득하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 획득하는 단계는, 상기 제1 에코 신호를 역 퓨리에 변환하는 단계와, 변환된 제1 에코 신호를 공간 도메인(spatial domain)에서 마스크 연산(mask operation)을 수행하여 움직임 신호를 분리하는 단계와, 상기 움직임 신호를 시간의 흐름에 따라 나열하여 퓨리에 변환함으로써 상기 움직임 정보를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 영상 획득 장치는, 객체에 대한 영상 정보 및 움직임 정보를 획득하기 위해 신호를 송/수신하는 코일과, 상기 코일을 통해 상기 영상 정보를 발생시키기 위한 제1 RF 펄스(Radio Frequency pulse)를 방사하고, 상기 객체의 움직임 정보를 발생시키기 위한 제2 RF 펄스를 방사하고, 상기 제1 RF 펄스의 방사 시점과 상기 제2 RF 펄스의 방사 시점 사이에 리드아웃(readout) 신호를 인가하도록 제어하는 컨트롤러를 포함한다.
상기 컨트롤러는, 상기 제1 RF 펄스의 페이즈(phase)를 180도 변경하고, 페이즈가 변경된 제1 펄스를 방사하도록 제어할 수 있다.
두 개의 인접한 제1 RF 펄스에 대한 페이즈 축적(phase accumulation) 값은 0일 수 있다.
상기 컨트롤러는, 상기 코일이 상기 객체에 페이즈 인코딩을 위한 그래디언트(gradient) 신호를 인가하도록 제어할 수 있다.
상기 컨트롤러는, 상기 제2 RF 신호를 인가하기 전에, 다음 주기의 제1 RF 펄스에 대한 페이즈 인코딩 그래디언트와 현재 주기의 제1 RF 펄스에 대한 페이즈 인코딩 그래디언트의 차이 값을 인가하고, 상기 제2 RF 신호를 인가한 후에, 다음 주기의 제1 RF 펄스에 대한 페이즈 인코딩 그래디언트의 음의 값을 인가하도록 제어할 수 있다.
상기 코일은, 상기 제1 RF 펄스 및 상기 제2 RF 펄스를 포함하는 RF 펄스의 집합에 대응하는 제1 에코 신호를 수신하고, 상기 RF 펄스의 집합의 다음 주기 RF 펄스의 집합에 대응하는 제2 에코 신호를 수신하고, 상기 컨트롤러는, 상기 제1 에코 신호와 상기 제2 에코 신호를 더하여 근사 영상 신호를 생성하고, 상기 근사 영상 신호를 변환하여 상기 객체의 영상을 복원할 수 있다.
상기 컨트롤러는, 상기 근사 영상 신호를 역 퓨리에 변환(inverse fourier transform)하고, 변환된 근사 영상 신호에 윈도우 보상을 수행할 수 있다.
상기 컨트롤러는, 상기 제1 에코 신호로부터 상기 객체의 움직임 정보를 획득할 수 있다.
상기 컨트롤러는, 상기 제1 에코 신호를 역 퓨리에 변환하고, 변환된 제1 에코 신호를 공간 도메인(spatial domain)에서 마스크 연산(mask operation)을 수행하여 움직임 신호를 분리하고, 상기 움직임 신호를 시간의 흐름에 따라 나열하여 퓨리에 변환함으로써 상기 움직임 정보를 생성할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 영상 획득 장치의 개략도를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 영상 획득 장치의 동작의 예를 나타낸다.
도 3은 도 1에 도시된 영상 획득 장치가 생성하는 영상 획득 신호의 예를 나타낸다.
도 4는 도 1에 도시된 영상 획득 장치가 획득한 k-스페이스 도메인 정보 및 공간 도메인 정보의 예를 나타낸다.
도 5는 도 1에 도시된 영상 획득 장치가 영상을 복원하는 과정을 나타낸다.
도 6은 도 1에 도시된 영상 획득 장치가 움직임 정보를 획득하는 과정을 나타낸다.
도 7은 종래 방식으로 획득한 움직임 정보와 도 1에 도시된 영상 획득 장치가 획득한 움직임 정보의 정량적인 비교 결과를 나타낸다.
도 8은 종래 방식으로 획득한 영상과 도 1에 도시된 영상 획득 장치가 획득한 영상의 비교 결과를 나타낸다.
도 9는 도 1에 도시된 영상 획득 장치의 동작의 순서도를 나타낸다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
도 1은 일 실시예에 따른 영상 획득 장치의 개략도를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 영상 획득 장치(10)는 전자기 신호를 방사하여 객체에 대한 영상 정보 및 움직임 정보를 획득할 수 있다. 객체는 촬영의 대상이 되는 것으로서, 사람, 동물, 또는 그 일부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 객체는 신체의 일부(장기 또는 기관 등; organ) 또는 팬텀(phantom) 등을 포함할 수 있다.
객체에 대한 영상 정보는 객체에 대한 단면 영상 정보를 포함할 수 있다. 움직임 정보는 객체의 움직임에 의한 정보를 포함할 수 있다. 예를 들어, 움직임 정보는 호흡에 의한 움직임 및/또는 심장 박동에 의한 움직임을 포함할 수 있다.
영상 획득 장치(10)는 자기 공명 신호를 이용하여 객체의 영상을 획득할 수 있다. 예를 들어, 영상 획득 장치(10)는 MRI(Magnetic Resonance Imaging) 장치를 포함할 수 있다.
영상 획득 장치(10)는 자기 공명(magnetic resonance, MR) 신호를 획득하고, 획득된 자기 공명 신호를 영상으로 재구성할 수 있다. 자기 공명 신호는 객체로부터 방사되는 RF 신호를 의미할 수 있다.
영상 획득 장치(10)는 주자석이 정자장(static magnetic field)을 형성하여, 정자장 속에 위치한 객체의 특정 원자핵의 자기 쌍극자 모멘트 방향을 정자장 방향으로 정렬시킬 수 있다.
코일은 정자장에 경사 신호를 인가하여, 경사자장을 형성시켜, 객체의 부위 별로 공명 주파수를 상이하게 유도할 수 있다. 코일은 영상 획득을 원하는 부위의 공명 주파수에 맞추어 RF펄스를 조사할 수 있다. 또한, RF 코일부는 경사자장이 형성됨에 따라, 객체의 여러 부위로부터 방사되는 서로 다른 공명 주파수의 자기공명신호(이하 RF 에코 신호라 함)들을 수신할 수 있다. 이러한 단계를 통해 영상 획득 장치(10)는 RF 에코 신호로부터 영상을 획득할 수 있다.
영상 획득 장치(10)는 컨트롤러(100) 및 코일(250)을 포함한다. 영상 획득 장치(10)는 스캐너(200)를 포함할 수 있다. 스캐너(200)는 내부 공간이 비어 있어, 객체가 삽입될 수 있는 형상(예컨대, 보어(bore) 형상)으로 구현될 수 있다. 스캐너(200)의 내부 공간에는 정자장 및 경사자장이 형성되며, RF 신호가 조사될 수 있다.
도 1의 예시에서, 컨트롤러(100)는 스캐너(200)의 외부에 구현되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 필요에 따라 스캐너(200)의 내부에 구현될 수 있다.
스캐너(200)는 정자장 형성기(210), 경사자장 형성기(230), 코일(250), 테이블(270) 및 디스플레이(290)를 포함할 수 있다. 정자장 형성기(210)는 객체에 포함된 원자핵들의 자기 쌍극자 모멘트의 방향을 정자장 방향으로 정렬하기 위한 정자장을 형성할 수 있다. 정자장 형성기(210)는 영구 자석으로 구현되거나 또는 냉각 코일을 이용한 초전도 자석으로 구현될 수도 있다.
경사자장 형성기(230)는 컨트롤러(100)와 연결될 수 있고, 컨트롤러(100)로부터 전송 받은 제어신호에 따라 정자장에 경사를 인가하여, 경사자장을 형성할 수 있다. 경사자장 형성기(230)는 서로 직교하는 X축, Y축 및 Z축 방향의 경사자장을 형성하는 X, Y, Z 코일을 포함하며, 객체의 부위 별로 공명 주파수를 서로 다르게 유도할 수 있도록 촬영 위치에 맞게 경사 신호를 발생시킬 수 있다.
코일(250)은 객체에 대한 영상 정보 및 움직임 정보를 획득하기 위해 신호를 송/수신할 수 있다. 코일(250)은 컨트롤러(100)와 연결되어, 컨트롤러(100)로부터 전송 받은 제어신호에 따라 객체에 RF 펄스를 조사하고, 객체로부터 방출되는 에코 신호(예를 들어, RF 에코 펄스)를 수신할 수 있다. 코일(250)는 세차 운동을 하는 원자핵을 향하여 세차 운동의 주파수와 동일한 주파수의 RF 신호를 객체에게 전송한 후 RF 펄스의 전송을 중단하고, 객체로부터 방출되는 RF 에코 펄스를 수신할 수 있다.
코일(250)은 객체에 대한 영상 정보 및 움직임 정보의 발생을 위해 방사된 RF 펄스의 집합에 대응하는 제1 에코 신호를 수신할 수 있다. 코일(250)은 제1 에코 신호에 대응하는 RF 펄스의 집합의 다음 주기 RF 펄스의 집합에 대응하는 제2 에코 신호를 수신할 수 있다. RF 펄스의 집합은 객체에 대한 영상 정보를 발생시키기 위한 제1 RF 펄스 및 객체의 움직임 정보를 발생시키기 위한 제2 RF 펄스를 포함할 수 있다.
코일(250)는 원자핵의 종류에 대응하는 무선 주파수를 갖는 전자파를 생성하는 송신 RF 코일과, 원자핵으로부터 방사된 전자파를 수신하는 수신RF 코일로서 각각 구현되거나 또는 송/수신 기능을 함께 갖는 하나의 RF 송수신 코일로서 구현될 수도 있다.
또한, 코일(250)외에, 별도의 코일이 객체에 장착될 수도 있다. 예를 들어, 촬영 부위 또는 장착 부위에 따라, 헤드 코일(Head coil), 척추 코일(spine coil), 몸통 코일(torso coil), 무릎 코일(knee coil) 등이 별도의 코일로 이용될 수 있다.
스캐너(200)의 외측 및/또는 내측에는 디스플레이(290)가 마련될 수 있다. 디스플레이(290)는 컨트롤러(100)에 의해 제어되어, 사용자 또는 객체에게 의료 영상 촬영과 관련된 정보를 제공할 수 있다.
또한, 스캐너(200)에는 객체의 상태에 관한 모니터링 정보를 획득하여 전달하는 객체 모니터링 정보 획득부가 마련될 수 있다. 예를 들어, 객체 모니터 링정보 획득부(미도시)는 객체의 움직임, 위치 등을 촬영하는 카메라(미도시), 객체의 호흡을 측정하기 위한 호흡 측정기(미도시), 객체의 심전도를 측정하기 위한 ECG(electrocardiogram) 측정기(미도시), 또는 객체의 체온을 측정하기 위한 체온 측정기(미도시)로부터 객체에 관한 모니터 링정보를 획득하여 컨트롤러(100)로 전달할 수 있다.
이에 따라, 컨트롤러(100)는 객체에 관한 모니터링 정보를 이용하여 스캐너(200)의 동작을 제어할 수 있다.
컨트롤러(100)는 스캐너(200)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 컨트롤러(100)는 스캐너(200) 내부에서 형성되는 신호들의 시퀀스를 제어할 수 있다. 컨트롤러(100)는 오퍼레이팅부(10)로부터 수신받은 펄스 시퀀스(pulse sequence) 또는 설계한 펄스 시퀀스에 따라 경사자장 형성기(230) 및 코일(250)을 제어할 수 있다.
펄스 시퀀스란, 경사자장 형성기(230), 및 코일(250)을 제어하기 위해 필요한 모든 정보를 포함하며, 예를 들어 경사자장 형성기(230)에 인가하는 펄스(pulse) 신호의 강도, 인가 지속시간, 인가 타이밍 등에 관한 정보 등을 포함할 수 있다.
컨트롤러(100)는 펄스 시퀀스에 따라 경사 파형, 즉 전류 펄스를 발생시키는 파형 발생기(미도시), 및 발생된 전류 펄스를 증폭시켜 경사자장 형성기(230)로 전달하는 경사 증폭기(미도시)를 제어하여, 경사자장 형성기(230)의 경사자장 형성을 제어할 수 있다.
컨트롤러(100)는 코일(250)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(100)는 공명 주파수의 RF 펄스를 코일(250)에 의해 조사할 수 있고, 코일(250)가 수신한 RF 에코 신호를 수신할 수 있다.
컨트롤러(100)는 코일을 통해 영상 정보를 발생시키기 위한 제1 RF 펄스(Radio Frequency pulse)를 방사하고, 객체의 움직임 정보를 발생시키기 위한 제2 RF 펄스를 방사할 수 있다. 컨트롤러(100)는 제1 RF 펄스의 방사 시점과 제2 RF 펄스의 방사 시점 사이에 리드아웃(readout) 신호를 인가하도록 제어할 수 있다. 컨트롤러(100)가 방사하는 펄스 시퀀스는 도 3에서 상세하게 설명할 것이다.
컨트롤러(100)는 코일(250)이 수신한 제1 에코 신호와 상기 제2 에코 신호를 더하여 근사 영상 신호를 생성하고, 근사 영상 신호를 변환하여 객체의 영상을 복원할 수 있다. 컨트롤러(100)가 객체의 영상을 복원하는 과정은 도 5를 참조하여 자세하게 설명할 것이다.
이때, 컨트롤러(100)는 제어신호를 통해 송수신 방향을 조절할 수 있는 스위치(예컨대, T/R 스위치)의 동작을 제어하여, 동작 모드에 따라 RF 펄스의 조사 및 자기공명신호의 수신을 조절할 수 있다.
컨트롤러(100)는 객체가 위치하는 테이블(270)의 이동을 제어할 수 있다. 촬영이 수행되기 전에, 컨트롤러(100)는 객체의 촬영 부위에 맞추어, 테이블(270)를 미리 이동시킬 수 있다.
컨트롤러(100)는 디스플레이(290)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(100)는 제어신호를 통해 디스플레이(290)의 온/오프 또는 디스플레이(290)를 통해 표시되는 화면 등을 제어할 수 있다.
컨트롤러(100)는 영상 획득 장치(10) 내 구성요소들의 동작을 제어하기 위한 알고리즘, 프로그램 형태의 데이터를 저장하는 메모리(미도시), 및 메모리에 저장된 데이터를 이용하여 전술한 동작을 수행하는 프로세서(미도시)로 구현될 수 있다. 이때, 메모리와 프로세서는 각각 별개의 칩으로 구현될 수 있다. 또는, 메모리와 프로세서는 단일 칩으로 구현될 수도 있다.
컨트롤러(100)는 영상 획득 장치(10)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 컨트롤러(100)는 메모리를 이용하여 컨트롤러(100)로부터 수신 받은 자기공명신호를 저장하고, 영상 프로세서를 이용하여 영상 복원 기법을 적용함으로써, 저장한 자기공명신호로부터 객체에 대한 영상 데이터를 생성할 수 있다.
예를 들어, 컨트롤러(100)는 메모리의 k-공간(예컨대, 푸리에(Fourier) 공간 또는 주파수 공간이라고도 지칭됨)에 디지털 데이터를 채워 k-공간 데이터가 완성되면, 영상 프로세서를 통해 다양한 영상 복원기법을 적용하여(예컨대, k-공간 데이터를 역 푸리에 변환하여) k-공간 데이터를 영상 데이터로 복원할 수 있다.
또한, 컨트롤러(100)가 자기공명신호에 대해 적용하는 각종 신호처리는 병렬적으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 다채널 RF 코일에 의해 수신되는 복수의 자기공명신호를 병렬적으로 신호 처리하여 영상 데이터로 복원할 수 있다. 한편, 컨트롤러(100)는 복원한 영상 데이터를 메모리에 저장하거나 또는 후술할 바와 같이 컨트롤러(100)가 통신기(미도시)를 통해 외부의 서버에 저장할 수 있다.
컨트롤러(100)는 사용자로부터 영상 획득 장치(10)의 전반적인 동작에 관한 제어 명령을 입력 받을 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(100)는 입력 인터페이스를 통해 사용자로부터 객체 정보, 파라미터 정보, 스캔 조건, 펄스 시퀀스에 관한 정보 등을 입력 받을 수 있다. 입력 인터페이스는 키보드, 마우스, 트랙볼, 음성 인식기, 제스처 인식기, 터치 스크린 등으로 구현될 수 있다.
컨트롤러(100)는 생성된 영상 데이터를 출력할 수 있다. 또한, 컨트롤러(100)는 출력 인터페이스를 통해 사용자가 영상 획득 장치(10)에 관한 제어 명령을 입력 받을 수 있도록 구성된 유저 인터페이스(User Interface, UI)를 출력할 수 있다. 출력 인터페이스는 스피커, 프린터, 디스플레이(290) 등으로 구현될 수 있다.
영상 획득 장치(10)은 통신기(미도시)를 포함하며, 통신기를 통해 외부 장치(미도시)(예를 들면, 서버, 의료 장치, 휴대 장치(스마트폰, 태블릿 PC, 웨어러블 기기 등))와 연결할 수 있다.
통신기는 외부 장치와 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 구성 요소를 포함할 수 있으며, 예를 들어 근거리 통신 모듈(미도시), 유선 통신 모듈 및 무선 통신 모듈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
한편, 상술한 자기공명영상장치(1)에 의한 자기공명촬영은 비교적 긴 시간이 소요될 수 있는데, 이 시간 동안 객체의 움직임(예를 들어, 환자의 심장 박동, 호흡 등)이 존재하면, 최종적으로 획득되는 자기공명영상 신호에는 아티팩트(Artifact)가 발생할 수 있다. 따라서, 움직임이 발생될 가능성이 높은 객체의 경우에는, 자기공명영상촬영 시 영상에 대한 정보 이외에 움직임에 대한 정보를 추가적으로 획득할 필요가 있다.
만약, 영상 정보 획득과 별개로, 움직임 정보를 위한 RF 펄스를 조사하여 내비게이터 에코(Navigator Echo) 신호를 획득하는 경우, 영상 정보와 움직임 정보를 나누어 획득하므로 전체 촬영 시간이 증가할 수 있다. 또한, 영상 정보를 획득하기 위한 촬영 중간에 움직임 정보를 획득하기 위한 촬영이 수반되므로, 심장 영역에 대한 자기공명촬영 시 많이 이용되는 정상 상태(Steady State) 영상 기법을 적용할 수 없다.
따라서, 개시된 실시예에 따른 영상 획득 장치(10)는 주기 마다 객체의 영상 정보 및 움직임 정보를 포함하는 RF 에코 신호를 수신하고, 수신된 RF 에코 신호로부터 움직임 정보가 제거된 자기공명 영상을 생성할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 영상 획득 장치의 동작의 예를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 영상 획득 장치(10)는 제1 RF 펄스 및 제2 RF 펄스를 방사하여 수신한 에코 신호로부터 영상 정보 및 움직임 정보를 획득할 수 있다. 영상 획득 장치(10)는 움직임이 있는 영역을 촬영할 때, 영상 정보와 움직임 정보를 동시에 하나의 신호로 획득하여, 움직임 정보를 추가적으로 얻으면서 생길 수 있는 문제점을 해결할 수 있다.
영상 획득 장치(10)는 혼합된 정보에서 영상 정보와 움직임 정보를 각각 분리하는 복원 기법을 제안하고, 움직임에 의한 왜곡이 없는 자기공명 영상을 획득할 수 있다.
종래의 자기공명 영상 기법에서 심장 박동과 호흡에 관한 움직임을 보정하는 방법은 움직임 정보를 얻는 방식에 따라 나뉠 수 있다. 종래의 움직임 정보를 얻는 방법은 영상 정보와는 별도로 움직임 정보만을 획득하여 움직임 보정하는 방법 및 움직임 정보를 영상 정보와 함께 획득하고 이를 후 처리로 분리하여 움직임 보정하는 방법을 포함할 수 있다.
움직임 정보만을 별도로 획득하는 방법은 다시, 장치를 신체에 부착하여 획득하는 방법 및 추가적인 MRI의 신호를 이용하여 획득하는 방법으로 나뉠 수 있다.
움직임 정보만을 별도로 획득하는 방법은 움직임 정보 획득을 위해 별도의 하드웨어 또는 별도의 MRI 신호가 필요하다는 문제점을 가진다. 결과적으로 촬영을 준비하는 시간이 길어지고, MRI 신호를 추가로 얻는 방법은 촬영하는 도중에도 신호를 획득해야 하기 때문에 영상 획득 시간이 길어지는 문제점을 가질 수 있다.
움직임 정보와 영상 정보를 얻는 리드아웃 사이에 시간적인 딜레이가 생겨 영상 신호의 SNR(Signal to Noise Ratio)가 낮다는 문제점을 가지고, 대조(contrast)가 낮아 임상에 적용하기 어렵다는 문제점을 가진다.
영상 획득 장치(10)는 영상과 움직임 신호를 동시에 획득할 수 있고, 종래의 품질이 떨어지는 펄스 시퀀스(pulse sequence) 기반의 영상 획득 방식과는 달리 임상에서 많이 활용되고 있는 bSSFP(balanced Steady State Free Precession) 기반의 영상 획득 방식을 사용할 수 있다.
또한, 영상 획득 장치(10)는 영상 신호와 움직임 신호를 분리하는 과정에서 다중 채널 수신 코일(multi-channel receiver coil)로 인한 높은 스펙의 하드웨어 환경을 요구하지 않으면서 움직임 신호의 특성을 활용하여 영상 신호와 움직임 신호를 간단하고 정확하게 분리할 수 있다.
심장 씨네(cardiac cine) MRI(Magnetic Resonance Imaging)의 경우, 종래의 bSSFP(balanced Steady-State Free Precession) 시퀀스는 숨을 참은(breath-hold) 상태로 ECG 게이팅(gating)과 결합되어 있다. 이러한 촬영 기법은 영상 획득 장치(10)와의 비교를 위한 기준으로 사용될 수 있다. bSSFP를 기반으로 하는 데카르트 궤적(Cartesian trajectory)과 함께 포인트 기반 SG(self-gating) 펄스 시퀀스도 비교에 사용될 수 있다.
영상 획득 장치(10)는 모션 게이팅 신호를 측정하는데 사용되는 두 번째 에코 신호를 위해 리드아웃 그래디언트(readout gradient)를 다시 포커싱(refocus)할 수 있다. 따라서, TR(Repetition Time)이 종래의 bSSFP와 비교하여 700us 만큼 확장될 수 있다.
영상 획득 장치(10)는 네비게이터 RF 펄스 RFnav를 방사할 수 있다. RFnav는 네비게이터 슬라이스(navigator slice)를 발생시키고, 매 TR 마다 중앙 페이즈 인코딩(center phase encoding) 라인을 제공할 수 있다. 영상 신호의 TE(Echo Time)을 효과적으로 감소시키기 위해서, RFnav는 영상 신호의 여기(excitation) 전에 인가될 수 있다. 교차하는 RF 페이즈가 영상 슬라이스(slice)의 RF 펄스에 인가되어 영상 및 네비게이터 신호가 영상 도메인에서 쉽게 분리될 수 있다.
2 개의 연속적인 RFim 펄스 사이의 모든 그래디언트 필드에 의한 페이즈 축적은 정상 상태 조건을 만족시키기 위해 0일 수 있다. 슬라이스 선택 방향에서 프리 디페이징(pre-dephasing) 및 리페이징(rephasing) 그래디언트가 RFnav 및 RFim에 적용될 수 있고, RFnav를 위한 리페이징 그래디언트는 RFim에 대한 프리 디페이징과 결합될 수 있다.
도 2의 예시에서, GSL은 코일(250)이 인가하는 Z축 그래디언트 신호를 의미하고, αim and αnav는 각각 제1 RF 펄스와 제2 RF 펄스의 플립 각도(flip angle)을 나타낼 수 있다.
따라서, 제 1 RF 펄스가 조사될 때, 컨트롤러(100)는 영상화를 원하는 관심 단면이 선택되도록 Z축 경사자장을 객체에 인가할 수 있다. 또한, 제 2 RF 펄스가 조사될 때, 컨트롤러(100)는 움직임 발생이 예상되는 관심 단면이 선택되도록 Z축 경사자장을 대상체에 인가할 수 있다. 이 때, 움직임 발생이 예상되는 관심 단면이 심장과 호흡의 움직임 정보를 모두 포함할 수 있도록, 움직임 발생이 예상되는 관심 단면은 심장 영역과 간 영역을 지나는 평면으로 설정될 수 있다.
컨트롤러(100)는 제1 RF 펄스를 통해 영상 정보를 얻기 위해, 제 1 RF 펄스의 조사 이후 시점에 코일을 통해 위상 부호화(Phase Encoding)를 위한 Y축 경사자장을 객체에 인가할 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 영상 획득 장치가 생성하는 영상 획득 신호의 예를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 영상 획득 장치(10)는 코일(250)을 통해 객체에게 영상 획득 신호를 방사 또는 인가할 수 있다. 영상 획득 장치(10)는 펄스 시퀀스를 방사함으로써 객체에 대한 영상 정보 및 움직임 정보를 획득할 수 있다.
영상 획득 장치(10)는 새로운 펄스 시퀀스를 사용하여 하나의 신호로 영상 정보와 움직임 정보를 동시에 획득할 수 있다. 영상 획득 장치(10)는 CMRI(cardiac MRI) 임상에서 많이 활용되고 있는 bSSFP 기반의 새로운 펄스 시퀀스를 생성할 수 있다.
컨트롤러(100)는 코일(250)을 통해 방사되는 신호를 제어할 수 있다. 컨트롤러(100)는 제1 RF 펄스(Radio Frequency pulse)를 방사하고, 객체의 움직임 정보를 발생시키기 위한 제2 RF 펄스를 방사할 수 있다. 컨트롤러(100)는 제1 RF 펄스의 방사 시점과 제2 RF 펄스의 방사 시점 사이에 리드아웃(readout) 신호를 인가하도록 제어할 수 있다.
제1 RF 펄스는 영상 정보의 획득을 위한 RF 펄스 신호를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 RF 펄스는 도 3의 RFim을 의미할 수 있다. 제2 RF 펄스는 움직임 정보를 획득하기 위한 RF펄스 신호를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 RF 펄스는 도3의 RFnav를 의미할 수 있다. 즉, 움직임 정보를 획득하기 위한 RF 펄스 신호는 네비게이터 신호를 포함할 수 있다.
컨트롤러(100)는 제1 RF 펄스의 페이즈(phase)를 180도 변경하고, 페이즈가 변경된 제1 펄스를 방사하도록 제어할 수 있다. 이 때, 두 개의 인접한 제1 RF 펄스에 대한 페이즈 축적(phase accumulation) 값은 0일 수 있다. 예를 들어, 시간적으로 연속하여 방사된 두 개의 제1 RF 펄스의 페이즈의 축적 값은 0일 수 있고, 이를 통해 정상 상태 조건(steady-state condition)이 만족될 수 있다.
컨트롤러(100)는 코일(250)이 객체에 페이즈 인코딩을 위한 그래디언트(gradient) 신호를 인가하도록 제어할 수 있다. 구체적으로, 컨트롤러(100)는 제2 RF 신호를 인가하기 전에, 다음 주기의 제1 RF 펄스에 대한 페이즈 인코딩 그래디언트와 현재 주기의 제1 RF 펄스에 대한 페이즈 인코딩 그래디언트의 차이 값을 인가하도록 코일을 제어할 수 있다.
컨트롤러(100)는 제2 RF 신호를 인가한 후에, 다음 주기의 제1 RF 펄스에 대한 페이즈 인코딩 그래디언트의 음의 값을 인가하도록 제어할 수 있다.
예를 들어, 도 3의 예시에서 An는 n번째 영상 신호를 얻을 때 필요한 페이즈 인코딩 그래디언트의 모멘트(moment)를 의미할 수 있다. 즉, An은 현재 주기의 제1 RF 펄스에 대한 페이즈 인코딩 그래디언트를 의미하고, An+1은 다음 주기의 제1 RF 펄스에 대한 페이즈 인코딩 그래디언트를 의미할 수 있다.
도 3의 예시에서 페이즈 인코딩 방향에서 리페이징(rephasing) 그래디언트는 두 부분으로 나누어질 수 있다. 즉, 인코딩을 위한 그래디언트 신호는 RFnav 방사 전의 값인 (An+1 - An)과 RFnav 방사 이후의 값인 -An+1을 포함할 수 있다.
두 RFim 사이에서 시작과 끝 지점에서 페이즈의 값이 0으로 맞춰질 수 있다. 즉, 도 3의 예시는 bSSFP 펄스 시퀀스일 수 있다. 도 3의 예시가 bSSFP 펄스를 예시적으로 도시하고 있지만, 영상 획득 장치(10)는 다양한 펄스 시퀀스를 사용할 수 있다. 예를 들어, 영상 획득 장치(10)는 스포일드 그래디언트 및 SSFP 펄스 시퀀스를 사용할 수도 있다.
도 3의 우측은 좌측과 동일한 펄스 시퀀스를 RFnav를 기준으로 다시 도시한 것일 수 있다.
도 4는 도 1에 도시된 영상 획득 장치가 획득한 k-스페이스 도메인 정보 및 공간 도메인 정보의 예를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 코일(250)이 수신한 에코 신호 및 에코 신호를 변환한 신호를 나타낼 수 있다. 코일(250)은 RF 펄스의 집합에 대응하는 에코 신호(예를 들어, RF 에코 신호)를 수신할 수 있다. 구체적으로, 코일(250)은 제1 RF 펄스에 대응하여 생성된 에코 성분(제1 RF 펄스에 의한 영상 정보를 포함)과 제 2 RF 펄스에 대응하여 생성된 추적 에코 성분(제 2 RF 펄스에 의한 영상 정보 및 움직임 정보를 포함)을 포함하는 하나의 에코 신호를 수신할 수 있다.
즉, 한 주기 내에 조사된 제1 RF펄스 및 제2 RF 펄스에 대응하여, 코일(250)은 하나의 RF 에코 신호를 수신할 수 있다. 따라서, 움직임에 의한 아티팩트가 배제되고 영상 정보로만 구성되는 자기공명영상을 획득하기 위해, 영상 획득 장치(10)는 수신된 RF 에코 신호에서 추적 에코 성분을 제거할 필요가 있다.
수신된 RF 에코 신호로부터 추적 에코 성분을 제거하기에 앞서, 컨트롤러(100)는 수신된 RF 에코 신호로부터 움직임 정보를 포함하는 추적 에코 성분을 제거할 수 있다. 먼저, 컨트롤러(100)는 RF 에코 신호를 메모리에 저장함으로써 k-스페이스를 형성할 수 있다. k-스페이스는 kx축과 ky축으로 이루어진 2차원 공간일 수 있다. kx축은 주파수 방향이고, ky축은 위상 방향일 수 있다.
예를 들어, 20개의 서로 다른 Y축 경사자장에 대해 RF 에코 신호를 얻는 경우에는, ky축이 20개의 횡선 즉, 20개의 ky 라인들로 구성될 수 있고 각각의 Y축 경사 자장에 대해 획득된 RF 에코 신호가 하나의 ky 라인을 채울 수 있다.
따라서, 20개의 서로 다른 y축 경사자장에 대해 RF 에코 신호가 모두 얻어지면, 20개의 ky 라인이 모두 채워지면서 하나의 k-스페이스가 완성될 수 있다.
컨트롤러(100)는 이렇게 완성된 k-스페이스의 데이터를 이용하여 자기공명영상을 생성할 수 있다. 도 4의 좌측은 상술한 RF 에코 신호에 의해 형성된 k-스페이스 영상이고, 도 4의 우측 영상은 k-스페이스를 구성하는 k-스페이스 데이터를 이용하여 생성된 자기공명영상일 수 있다.
상술한 RF 에코 신호는 영상 에코 성분과 추적 에코 성분을 포함하므로, 이를 기초로 생성된 자기공명신호에는 각각의 에코 성분의 정보가 포함될수 있다. 도 4에서는 제1 RF 펄스에 대응하여 생성된 영상 에코 성분의 정보를 나타내는 관심 단면과 제2 RF 펄스에 대응하여 생성된 추적 에코 성분의 정보를 나타내는 관심 영역이 함께 나타남을 확인할 수 있다.
컨트롤러(100)는 제2 RF 펄스(예를 들어, RFnav)에서 발생한 움직임 신호를 방사하여 k-스페이스의 센터 라인(center line)을 획득할 수 있다. 코일(250)이 수신한 에코 신호(Sacq)는 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112018116595831-pat00001
여기서 Sim은 영상 슬라이스의 공간 인코딩 에코인 영상 신호를 의미하고, Snav는 네비게이터 슬라이스의 센터 페이즈 인코딩 에코(center phase-encoding echo)인 네비게이터 신호를 의미할 수 있다.
컨트롤러(100)는 에코 신호를 역 퓨리에 변환하여 공간 도메인 정보에 해당하는 자기공명영상을 획득할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(100)는 수신한 에코 신호를 2D 역 퓨리에 변환(2-dimensional inverse fourier transform)함으로써 공간 도메인의 정보로 변환할 수 있다. 이러한 과정은 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112018116595831-pat00002
여기서 Im Inav는 각각 영상 슬라이스와 네비게이터 슬라이스의 공간 정보를 나타내고,
Figure 112018116595831-pat00003
는 영상 에코 성분과 네비게이터 에코 성분의 위상 차를 나타낼 수 있다. 또한, pnav는 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112018116595831-pat00004
도 4의 예시에서, 화살표는 동시에 획득한 움직임 신호 정보를 나타낼 수 있다. 공간 도메인에서는 영상 신호가 존재하지 않는 시야(field of view)의 바깥 쪽에 위치할 수 있다. 도 4의 영상들은 움직임 보정을 수행하지 않았기 때문에 영상의 왜곡을 포함할 수 있다.
도 5는 도 1에 도시된 영상 획득 장치가 영상을 복원하는 과정을 나타낸다.
도 5를 참조하면, 코일(250)은 제1 RF 펄스 및 제2 RF 펄스를 포함하는 RF 펄스의 집합에 대응하는 제1 에코 신호를 수신하고, RF 펄스의 집합의 다음 주기 RF 펄스의 집합에 대응하는 제2 에코 신호를 수신할 수 있다.
컨트롤러(100)는 시간적으로 연속한 제1 에코 신호와 제2 에코 신호를 더하여 근사 영상 신호를 생성하고, 근사 영상 신호를 변환하여 객체의 영상을 복원할 수 있다.
컨트롤러(100)는 수학식 4에 기초하여 근사 영상 신호를 생성할 수 있다.
Figure 112018116595831-pat00005
여기서, Sacq(kx, ky)는 제1 에코 신호를 의미하고, Sacq(kx, ky+1)는 제2 에코 신호를 의미할 수 있다. 상술한 바와 같이 제1 에코 신호 및 제2 에코 신호 각각은 영상 에코 성분과 네비게이터 에코 성분을 포함할 수 있다.
연속하는 네비게이터 에코 성분은 반대 페이즈의 동일한 공간 인코딩을 가질 수 있다. 따라서, 두 개의 연속하는 네비게이터 에코 성분 간의 움직임에 의해 유도된 신호의 변동은 무시할 수 있다. 따라서, 연속하는 네비게이터 에코 성분의 합은 0으로 가정될 수 있다.
컨트롤러(100)는 근사 영상 신호를 역 퓨리에 변환할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(100)는 근사 영상 신호를 2D 역 퓨리에 변환할 수 있다. 이는 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112018116595831-pat00006
컨트롤러(100)는 변환된 근사 영상 신호에 윈도우 보상을 수행함으로써 객체의 영상을 복원할 수 있다. 즉, k-스페이스 신호를 2D 퓨리에 변환하여 변환된 근사 영상 신호를 획득하면, 공간 도메인에서 영상 신호에 크기 윈도윙(magnitude windowing) 효과가 적용될 수 있다.
컨트롤러(100)는 윈도윙 효과를 언래핑(unwrapping)함으로써 윈도우 보상을 수행할 수 있다. 이는 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112018116595831-pat00007
도 5의 우측 이미지는 수학식 4 내지 6을 통해 획득한 k-스페이스 및 공간 도메인의 영상정보를 나타낼 수 있다.
도 6은 도 1에 도시된 영상 획득 장치가 움직임 정보를 획득하는 과정을 나타낸다.
도 6을 참조하면, 컨트롤러(100)는 제1 에코 신호로부터 객체의 움직임 정보를 획득할 수 있다. 구체적으로, 컨트롤러(100)는 제1 에코 신호를 역 퓨리에 변환하고, 변환된 제1 에코 신호를 공간 도메인(spatial domain)에서 마스크 연산(mask operation)을 수행하여 움직임 신호를 분리할 수 있다. 컨트롤러(100)는 분리된 움직임 신호를 시간의 흐름에 따라 나열하여 퓨리에 변환함으로써 움직임 정보를 생성할 수 있다.
코일(250)이 수신한 에코 신호에서 움직임 신호는 공간 도메인의 시야(field of view)의 끝에 위치할 수 있다. 결과적으로 움직임 신호와 영상 신호는 공간 도메인에서 분리된 형태로 나타날 수 있다.
컨트롤러(100)는 ny방향의 양쪽 끝을 분리해 내는 마스크 연산을 수행하여 움직임 신호만을 분리해 낼 수 있다. 컨트롤러(100)는 분리된 움직임 신호를 시간의 흐름에 따라 나열한 뒤, 리드아웃(readout) 방향으로 1D 퓨리에 변환을 수행할 수 있다.
컨트롤러(100)는 변환을 통해 심장과 호흡의 투사(projection) 정보를 생성할 수 있다. 투사정보는 움직임 정보를 포함할 수 있다. 도 6의 가장 우측 그림은 이러한 투사 정보를 나타낼 수 있다.
도 7은 종래 방식으로 획득한 움직임 정보와 도 1에 도시된 영상 획득 장치가 획득한 움직임 정보의 정량적인 비교 결과를 나타내고, 도 8은 종래 방식으로 획득한 영상과 도 1에 도시된 영상 획득 장치가 획득한 영상의 비교 결과를 나타낸다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 영상 획득 장치(10)의 성능과 SG(Self-gating)/FB(Free Breathing) 및 ECG/BH(Brath-Hold) 방식의 성능을 비교할 수 있다. SG 방식은 bSSFP 펄스 시퀀스를 이용한 방식일 수 있다.
이들의 성능을 비교한 결과는 표 1과 같이 나타낼 수 있다.
ECG/BH SG/FB 영상 획득 장치/FB
FOV(mm2) 290 x 300 290 x 300 290 x 300
Matrix Size 144 x 192 144 x 192 144 x 192
TR/TE(ms) 2.9/1.25 3.6/1.25 3.2/1.25
Slice thickness(mm) 8 8 8/16(img/nav)
Flip angle(°) 35 35 35/0.5(img/nav)
Bandwidth(Hz/pixel) 1020 1020 1020
Views per segment 13 ~ 14 11 ~ 12 12 ~ 13
Acquisition time(s) 13 ~ 14 109 102
Measurements - 210 210
추정된 움직임 정보를 보고 정량적인 비교를 통해 성능이 확인될 수 있다. 추정된 움직임 정보를 이용하여 최종적으로는 움직임이 보정된 결과 영상을 비교할 수 있다.
추정된 움직임 정보 중 심장 움직임 정보의 R-피크는 함께 얻은 ECG 장비의 신호의 R-피크를 기준(reference)으로 잡고 시간 차(temporal difference)의 변동량(variance)을 구해 정량적인 성능을 비교할 수 있다. 시간차 결과는 도 7에 도시된 바와 같을 수 있고, 컨트롤러(100)가 복원한 결과 영상은 도 8과 같을 수 있다.
도면 7에서, 움직임 정보는 SelfNav보다 제안하는 방법의 움직임 정보가 더 정확하다는 것을 알 수 있다. 도면 8을 보면 SelfNav로부터 얻은 결과 심장 영상에는 움직임 왜곡이 다소 남아있는 것을 볼 수 있지만, 영상 획득 장치(10)가 획득한 결과 영상은 움직임 왜곡이 보정 되었고 기준이 되는 ECG/BH 방법과 유사한 결과를 나타내는 것을 알 수 있다.
도 9는 도1에 도시된 영상 획득 장치의 동작의 순서도를 나타낸다.
도 9를 참조하면, 컨트롤러(100)는 코일(250)을 통해 데이터를 획득할 수 있다(910). 코일(250)은 방사한 RF 펄스에 대응하는 에코 신호를 수신할 수 있다. 예를 들어, 코일(250)은 RF 펄스 집합에 대응하는 제1 에코 신호를 수신하고, 다음 주기의 RF 펄스 집합에 대응하는 제2 에코 신호를 수신할 수 있다.
컨트롤러(100)는 제1 에코 신호와 제2 에코 신호로부터 근사 영상신호(
Figure 112018116595831-pat00008
)를 추출하고(920), 근사 네비게이터 신호(
Figure 112018116595831-pat00009
)를 추출할 수 있다(930). 컨트롤러(100)는 심장 및 호흡 운동의 게이팅 신호를
Figure 112018116595831-pat00010
로부터 추출할 수 있고,
Figure 112018116595831-pat00011
를 게이팅 신호를 이용하여 모션 게이팅된 데이터로 분류할 수 있다(940). 마지막으로 컨트롤러(100)는 영상 신호의 추출에 의해 유도된 공간 윈도우를 보상함으로써 객체에 대한 영상을 획득할 수 있다(950).
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.
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.
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.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.

Claims (18)

  1. 객체에 대한 영상 정보를 발생시키기 위한 제1 RF 펄스(Radio Frequency pulse)를 방사하는 단계;
    상기 객체의 움직임 정보를 발생시키기 위한 제2 RF 펄스를 방사하는 단계; 및
    상기 제1 RF 펄스의 방사 시점과 상기 제2 RF 펄스의 방사 시점 사이에 리드아웃(readout) 신호를 인가하는 단계
    를 포함하고,
    두 개의 인접한 제1 RF 펄스에 대한 페이즈 축적(phase accumulation) 값은 0인
    영상 신호 생성 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 RF 펄스를 방사하는 단계는,
    상기 제1 RF 펄스의 페이즈(phase)를 180도 변경하는 단계; 및
    페이즈가 변경된 제1 펄스를 방사하는 단계
    를 포함하는 영상 신호 생성 방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 객체에 페이즈 인코딩을 위한 그래디언트(gradient) 신호를 인가하는 단계
    를 더 포함하는 영상 신호 생성 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 그래디언트 신호를 인가하는 단계는,
    상기 제2 RF 펄스를 인가하기 전에, 다음 주기의 제1 RF 펄스에 대한 페이즈 인코딩 그래디언트와 현재 주기의 제1 RF 펄스에 대한 페이즈 인코딩 그래디언트의 차이 값을 인가하는 단계; 및
    상기 제2 RF 펄스를 인가한 후에, 다음 주기의 제1 RF 펄스에 대한 페이즈 인코딩 그래디언트의 음의 값을 인가하는 단계
    를 포함하는 영상 신호 생성 방법.
  6. 객체에 대한 영상 정보 및 움직임 정보의 발생을 위해 방사된 RF 펄스(Radio Frequency pulse)의 집합 대응하는 제1 에코(echo) 신호를 수신하는 단계;
    상기 RF 펄스의 집합의 다음 주기 RF 펄스의 집합에 대응하는 제2 에코 신호를 수신하는 단계;
    상기 제1 에코 신호와 상기 제2 에코 신호를 더하여 근사 영상 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 근사 영상 신호를 변환하여 상기 객체의 영상을 복원하는 단계
    를 포함하고,
    상기 RF 펄스의 집합은 상기 객체에 대한 영상 정보를 발생시키기 위한 제1 RF 펄스(Radio Frequency pulse) 및 상기 객체의 움직임 정보를 발생시키기 위한 제2 RF 펄스를 포함하는 영상 복원 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복원하는 단계는,
    상기 근사 영상 신호를 역 퓨리에 변환(inverse fourier transform)하는 단계; 및
    변환된 근사 영상 신호에 윈도우 보상을 수행하는 단계
    를 포함하는 영상 복원 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1 에코 신호로부터 상기 객체의 움직임 정보를 획득하는 단계
    를 더 포함하는 영상 복원 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 획득하는 단계는,
    상기 제1 에코 신호를 역 퓨리에 변환하는 단계;
    변환된 제1 에코 신호를 공간 도메인(spatial domain)에서 마스크 연산(mask operation)을 수행하여 움직임 신호를 분리하는 단계;
    상기 움직임 신호를 시간의 흐름에 따라 나열하여 퓨리에 변환함으로써 상기 움직임 정보를 생성하는 단계
    를 포함하는 영상 복원 방법.
  10. 객체에 대한 영상 정보 및 움직임 정보를 획득하기 위해 신호를 송/수신하는 코일;
    상기 코일을 통해 상기 영상 정보를 발생시키기 위한 제1 RF 펄스(Radio Frequency pulse)를 방사하고, 상기 객체의 움직임 정보를 발생시키기 위한 제2 RF 펄스를 방사하고, 상기 제1 RF 펄스의 방사 시점과 상기 제2 RF 펄스의 방사 시점 사이에 리드아웃(readout) 신호를 인가하도록 제어하는 컨트롤러
    를 포함하고,
    두 개의 인접한 제1 RF 펄스에 대한 페이즈 축적(phase accumulation) 값은 0인
    영상 획득 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 제1 RF 펄스의 페이즈(phase)를 180도 변경하고, 페이즈가 변경된 제1 펄스를 방사하도록 제어하는
    영상 획득 장치.
  12. 삭제
  13. 제10항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 코일이 상기 객체에 페이즈 인코딩을 위한 그래디언트(gradient) 신호를 인가하도록 제어하는
    영상 획득 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 제2 RF 펄스를 인가하기 전에, 다음 주기의 제1 RF 펄스에 대한 페이즈 인코딩 그래디언트와 현재 주기의 제1 RF 펄스에 대한 페이즈 인코딩 그래디언트의 차이 값을 인가하고,
    상기 제2 RF 펄스를 인가한 후에, 다음 주기의 제1 RF 펄스에 대한 페이즈 인코딩 그래디언트의 음의 값을 인가하도록 제어하는
    영상 획득 장치.

  15. 제10항에 있어서,
    상기 코일은,
    상기 제1 RF 펄스 및 상기 제2 RF 펄스를 포함하는 RF 펄스의 집합에 대응하는 제1 에코 신호를 수신하고, 상기 RF 펄스의 집합의 다음 주기 RF 펄스의 집합에 대응하는 제2 에코 신호를 수신하고,
    상기 컨트롤러는,
    상기 제1 에코 신호와 상기 제2 에코 신호를 더하여 근사 영상 신호를 생성하고, 상기 근사 영상 신호를 변환하여 상기 객체의 영상을 복원하는
    영상 획득 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 근사 영상 신호를 역 퓨리에 변환(inverse fourier transform)하고, 변환된 근사 영상 신호에 윈도우 보상을 수행하는
    영상 획득 장치.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 제1 에코 신호로부터 상기 객체의 움직임 정보를 획득하는
    영상 획득 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 제1 에코 신호를 역 퓨리에 변환하고, 변환된 제1 에코 신호를 공간 도메인(spatial domain)에서 마스크 연산(mask operation)을 수행하여 움직임 신호를 분리하고, 상기 움직임 신호를 시간의 흐름에 따라 나열하여 퓨리에 변환함으로써 상기 움직임 정보를 생성하는
    영상 획득 장치.
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