KR19990088424A

KR19990088424A - 자기공명영상화방법및장치

Info

Publication number: KR19990088424A
Application number: KR1019990018190A
Authority: KR
Inventors: 고토다카오
Original assignee: 지이 요꼬가와 메디칼 시스템즈 가부시끼가이샤
Priority date: 1998-05-21
Filing date: 1999-05-20
Publication date: 1999-12-27
Also published as: JPH11318852A; CN1238935A; US6137289A; BR9902095A; JP3028220B2; EP0959366A2; EP0959366A3

Abstract

본 발명은 고속 스핀 에코 기법(fast spin echo technique)에 따라 펄스 시퀀스(pulse sequence) 내에 플로우 보상 펄스(flow compensating pulse)를 인가하였을 때 발생하는 화질 열화를 방지하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 이를 위해, 펄스 시퀀스의 리드 그래디언트(read gradient) 내에 포함되는 fcrdep와 fcrrep로 구성되는 플로우 보상 펄스 바로 직전에 인가되는 역펄스 전에, gzfcf와 gzmfcf로 구성되는 바이폴라 펄스(bipolar pulse)를 슬라이스 그래디언트(slice gradient) 내에 포함하여, fcrdep와 fcrrep로 구성되는 플로우 보상 펄스로 인한 비선형 위상 편이(shift)와 같은 양의 위상 편이를 제공한다.

Description

자기 공명 영상화 방법 및 장치{MR IMAGING METHOD AND APPARATUS}

본 발명은 플로우 보상 펄스가 인가되었을 때 발생하는 화질 열화를 방지하는 MR(magnetic resonance) 영상화 방법 및 장치에 관한 것이다.

통상의 고속 스핀 에코 기법은 fcrdep와 fcrrep로 구성되는 플로우 보상 펄스를 리드 그래디언트 내에 포함하는 펄스 시퀀스를 이용한다. fcrdep와 fcrrep로 구성되는 플로우 보상 펄스를 리드 그래디언트 내에 포함함으로써, 플로우 스핀으로 인한 화질 열화를 방지할 수 있다(플로우 보상).

fcrdep와 fcrrep로 구성되는 플로우 보상 펄스를 포함하게 되면, 고스트(ghost)를 발생시킬 수도 있다. 1.5 T의 고자기장이나 0.5 T의 중자기장을 이용하는 시스템에서, 고스트가 화질 열화에 미치는 영향은 크지 않으며, 심각한 문제를 발생시키지도 않는다.

그러나, 0.2 T의 저자기장을 이용하는 시스템에서는, 고스트가 심각한 화질 열화를 초래하기 때문에 문제가 생긴다.

본 발명의 목적은 플로우 보상 펄스가 인가되었을 때 발생하는 화질 열화를 방지하는 MR 영상화 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 제 1 측면에 따르면, 고속 스핀 에코 기법에 따라 플로우 보상 펄스가 펄스 시퀀스의 리드 그래디언트 내에 포함되고, 플로우 보상 펄스 바로 직전에 인가되는 역펄스 전에 바이폴라 펄스가 슬라이스 그래디언트 내에 포함되어, 플로우 보상 펄스로 인한 비선형 위상 편이와 같은 양의 위상 편이를 제공하는 MR 영상화 방법이 제공된다.

플로우 보상 펄스를 포함함으로써 고스트가 생성되는 이유는 비선형 공간 위상 변화가 인코딩 축(encode axis)에서 발생하기 때문이다.

특히, 주 자기장을 B₀로 표시하고 X, Y, Z 방향의 선형 그래디언트 자기장을 각각 G_x, G_y, G_z로 표시할 때, 시간 (t)에서 지점(x, y, z)의 자기장 B_z(x, y, z, t)은 이론적으로 다음 식과 같이 주어진다.

B_z(x, y, z, t) = B₀+ G_x(t)·x + G_y(t)·y + G_z(t)·z

실제로는, 자기장이 다음과 같은 추가항 B_M(x, y, z, t)를 포함하여 맥스웰 방정식을 만족시킨다.

B_z(x, y, z, t) = B₀+ G_x(t)·x + G_y(t)·y + G_z(t)·z + B_M(x, y, z, t)

추가항 B_M(x, y, z, t)는 "맥스웰 항"이라 지칭하며 다음 식과 같이 주어지는데,

B_M(x, y, z, t) = (1/2B₀) [(G_x ²+ G_y ²)z²+ G_z ²{(x²+ y²)/4} - G_xG_zxz - G_yG_zyz]

여기서 주 자기장 방향은 Z 방향이다.

위의 식으로부터 알 수 있듯이, 맥스웰 항 B_M(x, y, z, t)가 x, y, z의 2차항과 xz와 yz의 교차항을 포함하므로, 비선형 위상 편이가 발생한다.

저자기장 시스템에서 맥스웰 항은 주 자기장 B₀에 비해 더 큰 가중치를 가지며, 따라서 그 영향도 증가한다.

더욱이, fcrdep와 fcrrep로 구성되는 플로우 보상 펄스는, 고속 스핀 에코 기법에서 (역펄스 사이의 간격인) 에코 스페이싱(echo spacing)을 감소시키기 위해, 가능한 한 짧은 시간폭과 가능한 한 큰 진폭을 갖게 된다. 맥스웰 항이 그래디언트 펄스의 진폭의 제곱에 비례하는 항을 포함하므로, 맥스웰 항에 의해 가해지는 영향은 fcrdep와 fcrrep로 구성되는 플로우 보상 펄스로 인해 커진다.

따라서, 비선형 위상 편이로 인한 화질 열화는, 저자기장 시스템에서 플로우 보상을 구현하는 고속 스핀 에코 기법에 따라 MR 영상화를 수행함에 있어, 무시할 수 없을 정도로 커진다.

맥스웰 항으로 인한 위상 편이를 상쇄하기 위해서는, 맥스웰 항과 같은 크기와 반대 위상을 갖는 위상 편이를 의도적으로 생성하고 인가하여야 한다. 그러나, 다음과 같은 문제점이 발생한다. (1) 리드 그래디언트가 채용되어 맥스웰 항과 같은 크기와 반대 위상을 갖는 위상 편이를 의도적으로 생성할 때, 불필요한 위상을 플로윙 스핀(flowing spin)에 제공하지 않는 것이 어렵고, (2) 맥스웰 항의 2차항으로 인한 위상 편이가 항상 양의 값을 갖기 때문에, 이것이 반대 위상을 갖도록 만들기 위해서는 역펄스(inversion pulse)를 이용하여 반전시켜야 한다.

따라서, 제 1 측면과 관련하여 설명한 MR 영상화 방법에서는, 리드 그래디언트 대신 슬라이스 그래디언트 내에서 바이폴라 펄스가 채용된다. 이렇게 함으로써, 리드 방향으로 플로윙하는 스핀이 불필요한 위상을 공급받지 않도록 한다. 또한, 바이폴라 펄스는 플로우 보상 펄스 바로 직전에 인가되는 역펄스 전에 포함된다. 이로 인해, 플로우 보상 펄스로 인한 위상 편이와 반대인 위상을 갖는 위상 편이가 바이폴라 펄스에 의해 유도된다. 나아가, 바이폴라 펄스는 플로우 보상 펄스로 인한 비선형 위상 편이와 같은 양의 위상 편이를 생성한다. 이러한 일련의 과정은 플로우 보상 펄스로 인한 비선형 위상 편이를 상쇄하여, 플로우 보상 펄스가 인가될 때 발생하는 화질 열화를 방지한다.

본 발명의 제 2 측면에 따르면, 고속 스핀 에코 기법에 따라 펄스 시퀀스의 리드 그래디언트 내에 플로우 보상 펄스를 포함하고, 플로우 보상 펄스 바로 직전에 인가된 역펄스 전에 슬라이스 그래디언트 내에 바이폴라 펄스를 포함하여, 플로우 보상 펄스로 인한 비선형 위상 편이와 같은 양의 위상 편이를 제공하는 펄스 시퀀스를 생성하는 펄스 시퀀스 생성 수단과, 생성된 펄스 시퀀스를 실행하여 데이터를 얻는 데이터 획득 수단과, 획득된 데이터로부터 영상을 재생하는 영상 생성 수단을 포함하는 MR 영상화 장치가 제공된다.

제 2 측면과 관련하여 설명한 MR 영상화 장치는 제 1 측면에 따른 MR 영상화 장치를 적절히 구현할 수 있고, 플로우 보상을 구현하는 고속 스핀 에코 기법에 따른 MR 영상화가 화질 열화를 일으키지 않으면서 저자기장 내에서 수행될 수 있다.

본 MR 영상화 방법 및 장치에 따르면, 플로우 보상 펄스로 인한 비선형 위상 편이에 따른 화질 열화가 방지된다.

본 발명의 또 다른 목적 및 장점은 첨부한 도면과 함께 설명되는 본 발명의 바람직한 실시예의 설명으로부터 명백해질 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 MR 영상화 장치의 블럭도,

도 2는 도 1에 도시한 MR 영상화 장치에서의 맥스웰 항 정정 펄스 시퀀스 생성 프로세스(Maxwellterm correcting pulse sequence)를 설명하는 흐름도,

도 3은 플로우 보상 펄스의 시간폭(time width)과 진폭을 나타내는 기호의 의미를 설명하는 도면,

도 4는 정정 펄스의 파형을 도시하는 도면,

도 5는 본 발명에 따른 펄스 시퀀스의 예를 도시하는 도면,

도 6은 정정 펄스의 영향을 관찰하기 위한 펄스 시퀀스의 예를 도시하는 도면.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

100 : MR 영상화 장치 1 : 자석 조립체

1g : 그래디언트 자기장 코일 1p : 영구 자석

1r : 수신기 코일 1t : 송신기 코일

3 : 그래디언트 자기장 유도 회로 4 : RF 파워 증폭기

5 : 전치 증폭기 6 : 디스플레이 디바이스

7 : 컴퓨터 8 : 시퀀스 메모리 회로

9 : 게이트 변조 회로 10 : RF 발진 회로

11 : A/D 컨버터 12 : 위상 검출기

13 : 오퍼레이터 콘솔

본 발명은 이제 첨부한 도면에서 도시한 바람직한 실시예와 함께 보다 상세히 설명될 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 MR 영상화 장치의 블럭도이다.

MR 영상화 장치(100) 내에서, 자석 조립체(1)는 실험 대상이 들어갈 공간(공동)을 구비한다. 공간 주위에는, 실험 대상에게 일정한 주 자기장을 인가하는 영구 자석(1p), 그래디언트 자기장을 슬라이스, 리드, 인코딩 그래디언트로서 생성하는 그래디언트 자기장 코일(1g), 실험 대상 내의 원자핵 내의 스핀을 여기시키거나 반전시키기 위해 RF 펄스를 인가하는 송신기 코일(1t), 실험 대상으로부터의 NMR 신호를 검출하는 수신기 코일(1r)이 배치되어 있다. 그래디언트 자기장 코일(1g), 송신기 코일(1t), 수신기 코일(1r)은 그래디언트 자기장 유도 회로(3), RF 파워 증폭기(5), 전치 증폭기(5)에 각각 접속되어 있다.

시퀀스 메모리 회로(8)는 컴퓨터(7)로부터 제공되는 저장된 펄스 시퀀스에 기초하여 그래디언트 자기장 유도 회로(3)를 작동시켜, 자석 조립체(1) 내의 그래디언트 자기장 코일(1g)로부터 그래디언트 자기장을 생성한다. 또한, 시퀀스 메모리 회로(8)는 게이트 변조 회로(9)를 작동시켜, RF 발진 회로(10)로부터의 캐리어 출력 신호를 사전결정된 타이밍(timing) 및 엔벨롭(envelope) 형상을 갖는 펄스형 신호로 변조한다. 이러한 펄스형 신호는 RF 펄스로서 RF 파워 증폭기(4)로 인가되고, RF 파워 증폭기(4) 내에서 파워 증폭된다. 이어서, 파워 증폭된 신호는 자석 조립체(1) 내의 송신기 코일(1t)로 인가되어 선택적으로 영상화 영역을 여기시킨다.

전치 증폭기(5)는 자석 조립체(1) 내의 수신기 코일(1r)에서 실험 대상으로부터 검출된 NMR 신호를 증폭하여 위상 검출기(12)로 제공한다. 위상 검출기(12)는 전치 증폭기(5)로부터 제공된 NMR 신호를, RF 발진 회로(10)로부터의 캐리어 출력 신호를 기준 신호로 사용하여 위상 검출하고, NMR 신호를 A/D(아날로그디지털) 컨버터(11)로 제공한다. A/D 컨버터(11)는 위상 검출된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 컴퓨터(7)로 제공한다.

컴퓨터(7)는 A/D 컨버터(11)로부터 데이터를 독출하여 영상 재생 작업을 실행함으로써, 영상화 영역의 영상을 생성한다. 영상은 디스플레이 디바이스(6) 상에 디스플레이된다. 또한, 컴퓨터(7)는 오퍼레이터 콘솔(console)(13)로부터 입력되는 정보를 수신하는 등 전반적인 제어를 수행한다. 나아가, 컴퓨터(7)는 작업자가 입력한 커맨드에 기초하여 펄스 시퀀스를 생성하고, 이 펄스 시퀀스를 시퀀스 메모리 회로(8)로 제공한다. 따라서, 컴퓨터(7)는 펄스 시퀀스 생성 수단에 해당하고, 전체 시스템은 펄스 시퀀스 실행 수단에 해당하며, 컴퓨터(7)는 영상 생성 수단에 해당한다.

도 2는 컴퓨터(7) 내에서 실행되는 비선형 위상 편이 정정 펄스 시퀀스 생성 과정을 도시하는 흐름도이다. 이 과정은 리드 방향으로 플로우 보상 펄스를 포함하는 고속 스핀 에코 기법에 따른 펄스 시퀀스 생성에 후속하여 실행된다.

단계(S1)에서는, fcrdep와 fcrrep로 구성되는 플로우 보상 펄스로 인한 비선형 위상 편이의 크기 Φ_{e_FCf}가 다음 식에 따라 계산된다.

단, maf(g, mid, r_a, r_d) = (1/3)g²r_a+ g²mid + (1/3)g²r_d

여기서, 슬라이스 그래디언트는 Y 방향, 리드 그래디언트는 X 방향, 인코딩 그래디언트는 Z 방향이며, 리드 그래디언트의 펄스 진폭과 펄스폭을 나타내는 기호는 도 3과 같이 정의된다.

단계(S2)에서는, 아래 식을 만족하는 gzfcf와 gzmfcf로 구성되는 정정 펄스가 계산된다. 달리 말하면, 도 4에 도시한 정정 펄스 gzfcf의 펄스 진폭과 펄스폭이 아래 식을 만족하도록 계산된다. 정정 펄스 gzmfcf는 정정 펄스 gzfcf와 대칭이다. 따라서, gzfcf와 gzmfcf로 구성되는 정정 펄스는 바이폴라 펄스를 형성한다.

단계(S3)에서는, fcrdep와 fcrrep로 구성되는 플로우 보상 펄스를 리드 그래디언트 내에 포함하는 고속 스핀 에코 기법에 따라 gzfcf와 gzmfcf로 구성되는 정정 펄스를 전술한 펄스 시퀀스 내에 포함하는 펄스 시퀀스가 생성된다. 그런 다음, 이 과정은 종료한다.

도 5는 생성된 펄스 시퀀스를 예시한다.

도시한 펄스 시퀀스는 정정 펄스 gzmfcf를 슬라이스 선택 펄스 sselect의 앞부분에 포함한다는 점에 유의하여야 한다.

MR 영상화 장치(100)에 따르면, gzfcf와 gzmfcf로 구성되는 정정 펄스에 의한 비선형 위상 편이가 다음 각 180。 펄스 rf21, rf22, rf23, ... 에 의해 반전되고, fcrdep와 fcrrep로 구성되는 플로우 보상 펄스로 인한 비선형 위상 편이에 반대 위상으로 더해져서, 비선형 위상 편이를 상쇄하고 화질을 개선한다.

도 6은 gzfcf와 gzmfcf로 구성되는 정정 펄스의 영향을 관찰하기 위한 펄스 시퀀스를 도시한다.

펄스 시퀀스를 이용하여 관찰한 결과, gzfcf와 gzmfcf로 구성되는 정정 펄스를 포함할 때, z의 2차항이 위상 변화에 나타나지 않았다. 한편, gzfcf와 gzmfcf로 구성되는 정정 펄스를 포함하지 않을 때, 수학식 4에서와 같이 z의 2차항이 위상 변화에 나타났다.

본 발명의 다양하고 광범위한 기타 실시예들이 본 발명의 사상과 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서 형성될 수 있다. 본 발명은 상세한 설명에서 설명한 특정 실시예에 국한되지 않으며, 첨부한 청구 범위에서 정의한 것에 의해서만 제한된다는 것을 이해해야 한다.

본 발명에 따르면, 플로우 보상 펄스가 인가되었을 때 발생하는 화질 열화를, 정정 펄스를 사용하여 방지할 수 있다.

Claims

고속 스핀 에코 기법(fast spin echo technique)에 따라 플로우 보상 펄스(flow compensating pulse)가 펄스 시퀀스의 리드 그래디언트(read gradient) 내에 포함되고, 플로우 보상 펄스 바로 직전에 인가되는 역펄스(inversion pulse) 전에 바이폴라 펄스(bipolar pulse)가 슬라이스 그래디언트(slice gradient) 내에 포함되어, 플로우 보상 펄스로 인한 비선형 위상 편이(phase shift)와 같은 양의 위상 편이를 제공하는 MR 영상화 방법(MR imaging method).
고속 스핀 에코 기법에 따라 펄스 시퀀스의 리드 그래디언트 내에 플로우 보상 펄스를 포함하고, 플로우 보상 펄스 바로 직전에 인가된 역펄스 전에 슬라이스 그래디언트 내에 바이폴라 펄스를 포함하여, 플로우 보상 펄스로 인한 비선형 위상 편이와 같은 양의 위상 편이를 제공하는 펄스 시퀀스를 생성하는 펄스 시퀀스 생성 수단과,

생성된 펄스 시퀀스를 실행하여 데이터를 얻는 데이터 획득 수단과,

획득된 데이터로부터 영상을 재생하는 영상 생성 수단

을 포함하는 MR 영상화 장치.