KR20000017246A

KR20000017246A - 3차원 자기 공명 촬상 방법

Info

Publication number: KR20000017246A
Application number: KR1019990032899A
Authority: KR
Inventors: 폴진제이슨에이; 셴지에펭
Original assignee: 제이 엘. 차스킨, 버나드 스나이더, 아더엠. 킹; 제너럴 일렉트릭 캄파니
Priority date: 1998-08-14
Filing date: 1999-08-11
Publication date: 2000-03-25
Also published as: DE69938952D1; CN1245047A; EP0981058A2; EP0981058A3; JP4547053B2; JP2000060820A; EP0981058B1; US6201985B1

Abstract

본 발명은 순환 운동을 경험하도록 배치된 피사체의 심장 영역과 같은 구조를 3D 자기 공명(MR) 촬상하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은, 일련의 각 동작 사이클의 개시점을 검출하고서 각 동작 사이클 동안에 그 심장 영역의 MR 영상(view) 세트를 포착한다. 각 영상은 2차원 k-공간의 중심으로부터 정해진 반경에 있고, 각 세트는 공간 주파수가 가장 낮으며 k-공간의 중심에 가장 가깝게 위치하는 영상을 포함한다. 각 세트에서 주파수가 가장 낮은 영상이 각각 그들에 대응하는 동작 사이클이 개시된 다음에 동일한 지정 시간에서 포착되도록 각 세트의 영상이 포착되는 순서를 선정한다. 각 세트의 영상은 전체적으로 k-공간에서 하나의 세그먼트를 규정하며, 각 세그먼트는 서로가 격행된 나선형 혹은 타원형의 배열로 위치한다.

Description

3차원 자기 공명 촬상 방법{SEGMENTED K-SPACE METHOD FOR THREE-DIMENSIONAL MR IMAGING}

본 명세서에 기재되고 청구된 본 발명은 전반적으로 3차원(3D) 자기 공명(MR) 촬상에 적합한 분할식 k-공간(k-space) 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 순환 운동 혹은 실제로는 주기적인 운동을 경험하도록 배치된 환자 등의 피사체에 대해 MR 화상을 포착하는 상기 유형의 방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로는, 본 발명은 공간 주파수가 보다 낮은 MR 데이터를 동작 사이클 동안의 임의의 지정된 시점에서 포착할 수 있는 상기 유형의 방법에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이, 피사체의 호흡 운동이나 심박 운동과 같은 순환 운동 혹은 실제로는 주기적인 운동에 의해서 MR 화상에는 심각한 아티펙트(artifact) 등의 왜곡이 생길 수 있다. 심장의 3차원 화상을 포착할 때 생기는 그러한 아티펙트를 줄이기 위해서, 심장 게이팅(cardiac gating) 3D 촬상에 적합한 2개의 상이한 기법이 개발되어 왔다. 그 중 하나의 기법에서, 위상 부호화(phase-encoding) 방향은 외부 루프(outer loop)로서 작용하며, 슬라이스 부호화(slice-encoding) 방향은 내부 루프(inner loop)로서 작용한다. 각 심박 주기 동안에, 위상 부호화 스텝 중의 하나에 대한 모든 슬라이스 부호화가 포착된다. 이 경우, 전체 주사 시간은 위상 부호화 스텝의 총 개수와 심박 주기의 지속 시간을 곱한 것이 된다. 두 번째 기번에서는, 주사 시간을 더욱 단축하기 위해, 위상 부호화를 내부 루프로 하고, 슬라이스 부호화를 외부 루프로 한다. 각 심박 주기 동안에, 슬라이스 부호화 중의 하나에 대한 모든 위상 부호화가 포착된다. 이 경우, 전체 주사 시간은 슬라이스의 개수와 심박 주기의 지속 시간을 곱한 것이 된다. 이 기법에서는, 단일 슬라이스 부호화에 대한 모든 위상 부호화를 포착하는데 걸리는 시간의 양은 각 심박 주기에서의 유효 촬상 시간보다 짧아야 한다. 그러므로, 상기한 기법들은 위상 부호화의 총 개수나 슬라이스의 총 개수에 의해서 제한된다는 것을 알 수 있다. 이런 점에서, 주사 시간을 보다 융통성있게 선택하여 위상/슬라이스 부호화를 순환 운동 내에서 몇 회라도 허용할 수 있는, 보다 일반적인 3D 심장 촬상 기법이 필요할 것이다.

주기적인 운동을 경험하도록 배치된 피사체의 MR 화상을 포착하기 위한 대체 방법으로서 분할식 k-공간 방법이 있다. 이 분할식 k-공간에서, 화상은 다수의 세그먼트로 분할되는데 각각의 세그먼트는 상이한 동작 사이클 동안에 포착된다. 세그먼트 당 포착되는 영상(view)이나 샘플의 개수에 대한 유일한 제한 사항으로서 들 수 있는 것은, 시퀀스 반복(sequence repetition) 시간이 곱해진 개수가 각 심박 주기에서 유효 촬상 시간보다 크지 않아야 한다는 것이다. 통상의 2차원(2D) 분할식 k-공간 촬상 방법에 있어서, 각 세그먼트에는 번호가 할당된다. 소정의 세그먼트에 대한 각 영상은 많은 시퀀스 반복 동안에 포착되는 것으로, 이 반복은 소정의 세그먼트가 대응하는 동작 사이클에 걸친 특정 간격에서 발생한다. 바람직하게는, 특정 영상과 관련하여 특정 세그먼트 번호와 그의 반복을 특정 위상 부호화 값에 매핑하거나 순서를 결정하기 위해서 룩업 테이블이 제공된다. 위상 부호화 순서의 한 예로서 분할식 격행법이 있는데, 이 경우 각 세그먼트에서의 각 영상의 번호는 세그먼트의 총 개수와 동일한 다수의 스템에 의해 분리된다. 영상의 번호는 세그먼트에서 세그먼트로 격행된다. 다양한 분할식 k-공간 기법은 종래 기술로서, 예를 들어, 에델만(Edelman) 등에 의한 논문 "Segmented TurboFLASH: Method for Breath-Hold MR Imaging of the Liver with Flexible Contrast", Radiology 177:515∼521(1990)에 개시되어 있다.

MR 화상을 구성하는 데에 가장 유용한 영상이나 데이터 샘플은 k-공간의 중심이나 원점 근처에서 포착되는 것으로, 즉, 낮은 공간 주파수와 연관된다. 예를 들어, 재구성된 화상에 기여하는 MR 신호의 80% 정도는 k-공간의 원점에 집중되어 있는 k-공간의 10%로부터 포착된 영상에 의해서 제공될 수 있다. 전술한 유형의 분할식 k-공간 기법에서는, k-공간에서 낮은 차수의 값을 갖는 MR 샘플은 각 동작 사이클의 개시점에서만 포착된다. 그 결과적, 이러한 기법은 심박 주기 동안의 다른 시점에서 심장의 화상 등을 포착하는 데에 이용될 경우에는 엄격히 제한될 수 있다. 당업자에게 잘 알려진 바와 같이, 관상 동맥과 같은 심장 구조의 운동은 심박 주기 동안에 두 개의 상태 혹은 운동 성분, 즉, 수축시의 운동(심장의 기계적 수축)과 확장시의 운동(심장 확장의 기계적 이완)을 갖는다. 예를 들어, 심장 수축 동작 사이클의 거의 중점에서 심장 구조의 MR 화상을 포착하는 것이 바람직할 수 있다. 이 시점에, 심장은 매우 안정되는 경향이 있다. 그러나, 종래 기술의 분할식 k-공간 방법을 사용한 경우에는, k-공간의 중심 근처에 위치하는 훨씬 더 유용한 저주파수의 샘플 보다는, k-공간에서 공간 주파수가 보다 높은 샘플을 주로 하여 그러한 화상을 구성하는 것이 필수적일 것이다.

본 발명은 전반적으로 피사체 영역을 3차원으로 MR 촬상하는 방법에 관한 것으로, 이 영역은 심박 운동과 같은 순환 운동 혹은 실제로는 주기적인 운동을 경험하도록 배치된다. 본 발명은 또한 호흡 운동 등에도 적용된다. 본 발명의 방법은 일련의 각 동작 사이클의 개시를 검출하는 단계와, 각 동작 사이클 동안에 촬상된 영역의 샘플 혹은 MR 영상 세트를 포착하는 단계를 포함한다. 각 영상은 2차원 k-공간의 중심으로부터 정해진 반경 거리에 있고, 각 영상 세트는 k-공간의 중심 근처에 위치하는 주파수가 가장 낮은 영상을 포함한다. 또한, 본 발명의 방법은 주파수가 가장 낮은 각 영상이 그들 각각에 대응하는 동작 사이클이 개시된 다음 동일한 지정 시점에서 포착되도록, 각 세트의 영상이 포착되는 순서를 선정하는 단계를 더 포함한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 한 세트의 영상은 전체적으로 2차원 k-공간 내의 하나의 세그먼트를 규정하며, 각 세그먼트는 동작 사이클 중의 해당 사이클 동안에 선정된 시점 간격에서 발생하는 일련의 관련된 MR 시퀀스 반복을 갖는다. 소정의 세그먼트를 규정하는 소정 세트의 영상은 각각 소정 세그먼트의 반복 중의 하나와 일치 관계에 있을 때 포착된다. 소정 세트에서 주파수가 가장 낮은 영상은 해당하는 동작 사이클이 개시된 다음의 지정 시점에서 발생하는 지정된 반복 동안에 포착된다. 일 실시예에서는, 각 동작 사이클의 개시점을 심장의 게이팅(gating)을 통해 검출하고, 이 경우 ECG 펄스는 각 사이클이 개시될 때 감지된다. 다른 실시예에서는, 동작 사이클의 개시점은 호흡기의 게이팅에 의해 검출한다.

유용한 실시예에 따르면, 각 세트의 영상은 룩업 테이블에 저장되며, 각 영상은 룩업 테이블 내에서 k-공간에서의 반경 거리가 가장 작은 것에서부터 가장 큰 것으로 선별된다. 본 발명의 순서 선정 단계는 특정 세그먼트의 특정 반복을 각각의 저장된 영상에 매핑시키는 단계를 포함한다. 바람직하게는, 이 매핑 단계는 룩업 테이블에 저장된 각 영상에 지정된 인덱스를 할당함으로써 구현된다.

본 발명의 목적은 개선된 심장 게이팅 3D MR 촬상 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 호흡기와 그 밖의 다른 유형의 순환 운동에도 적용될 수 있는 상기 유형의 촬상 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 분할식 k-공간 방안을 채용하는 상기 유형의 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 각각이 단일 위상/슬라이스 부호화 쌍에 대응하는 임의 개수의 영상을 각각의 박동이나 심박 주기 동안에 포착할 수 있는 상기 유형의 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 각각의 대응하는 일련의 각 심박 주기 동안에 공간 주파수가 낮은 영상, 즉, k-공간의 중심 근처에 위치하는 영상을 임의로 선택된 동일 시점에서 포착하는 상기 유형의 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 각 영상이 판독 방향에서 포착된 MR 데이터를 포함하는 상기 유형의 방법을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예를 구현하는 데 사용하는 MR 시스템의 기본 구성 요소를 개략적으로 도시한 도면,

도 2는 일련의 동작 사이클 동안의 MR 데이터의 포착을 설명하기 위해, 세그먼트와 반복의 배열을 도시한 그래프,

도 3은 본 발명의 실시예에 따라 2차원 k-공간에서의 세그먼트의 격행된 배열을 나타내는 그래프,

도 4는 룩업 테이블 내의 MR 데이터의 배열을 도시한 도면,

도 5 내지 도 7은 본 발명의 몇몇 변형 실시예에 따른 동작 사이클 동안의 영상 배열을 도시하는 그래프.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 자기 공명 시스템 12 : RF 송신 코일

16 : 환자 혹은 피사체 18, 20, 22 : 그라디언트 코일

24, 26, 28 : 그라디언트 증폭기 30 : 송신 증폭기

32 : 펄스 시퀀스 제어기 34 : 계산/처리 전자 장치

36 : 3D 영역 38 : 수신 증폭기

40 : RF 수신 코일 50 : 나선형 패턴

54 : 룩업 테이블

본 발명의 이들 목적 및 이점을 비롯하여 그 밖의 목적 및 이점은 첨부한 도면과 관련하여 기술될 후속하는 상세한 설명으로부터 더욱 명확해 질 것이다.

도 1을 참조하면, 본 명세서에서 기술하는 바와 같이, MR 데이터를 포착하도록 작동할 수 있는 MR 시스템(10)의 기본 구성 요소가 도시되어 있다. MR 시스템(10)은 RF 송신 코일(12) 이외에도 원통형 자석의 보어(bore)에서 주자계 혹은 정자계 B_o를 발생시키는 자석(14)을 포함한다. MR 신호를 생성하기 위하여, RF 코일(12)은 자석의 보어에 위치하는 환자 등의 촬상 피사체(16)의 3D 영역(36)으로 RF 여기 신호를 전송하는 역할을 한다. 바람직하게는, 3D 영역(36)은 자석의 등각점에 중심이 맞춰진다. 또한, MR 시스템(10)은 서로 직교 관계에 있는 X, Y, Z 기준축에 관련된 자계 그라디언트 G_X, G_Y, G_Z를 각각 발생시키는 그라디언트 코일(18, 20, 22)을 포함한다. 또한 도 1은 그라디언트 코일(18, 20, 22)을 각각 구동하는 그라디언트 증폭기(24, 26, 28)와 RF 송신 코일(12)을 구동하는 송신 증폭기(30)를 도시하고 있다.

또한, 도 1에 도시되어 있는 MR 시스템(10)은, 수신 증폭기(38)와 관련되어 작동하는 것으로 환자(16)의 가슴을 통해 촬영한 심장 영역 혹은 심장부를 포함할 수 있는 환자(16)의 영역(36)으로부터 3D MR 신호를 포착하는 RF 수신 코일(40)을 포함한다. 따라서, 영역(36)은 주기적인 심장 박동을 하게 된다. MR 시스템(10)은 또한 RF 증폭기와 그라디언트 증폭기를 제어하도록 작동함으로써 펄스 시퀀스 혹은 주기적 시퀀스 반복을 발생시켜 MR 신호 세트를 생성하고 포착하는 펄스 시퀀스 제어기(32)를 포함한다. 또한, MR 시스템(10)은 본 발명에 따른 데이터의 포착 순서를 선정하는 계산/처리 전자 장치(34)를 포함한다. MR 시스템(10)의 각 구성 요소들의 구성, 기능 및 상호 관계는 잘 알려져 있으며, 1997년 9월 30일자로 조우(Zhou) 등에게 특허 허여된 미국 특허 제 5,672,969 호와 같은 종래 기술에 개시되어 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 시스템(10)의 각각의 그라디언트 코일은 통상의 많은 3D MR 촬상 기법 중의 임의의 것을 사용하여 심장 영역(36)의 데이터를 공간적으로 부호화하도록 작동된다. 이들 기법으로는 3D 스핀 웝(spin warp) 기법과 스핀 에코(spin echo) 기법을 들 수 있는데 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 이들 기법에 대해서는 본 기술 분야에 잘 알려진 것으로 간주하고 그에 대한 상세한 설명은 생략한다. 영역(36) 등으로부터 MR 데이터를 포착하는 통상의 배열에서, G_Y, G_Z그라디언트는 각각 위상 부호화와 슬라이스 부호화를 제공하며, G_X그라디언트 필드는 판독 그라디언트로 사용된다. 이와 같다고 할 때, 지정된 레벨의 G_Y및 G_Z그라디언트에 대해 포착된 3D MR 신호는 2차원의 k-공간에서 각각 k_y축과 k_z축을 따른 지점에 의해 일의적으로 식별된다. 이와 같은 신호를 본 명세서에서는 심장 영역(36)을 통해 찍은 영상이라 지칭하며, 이 신호는 k_y및 k_z축과 직교 관계에 있는 k_x축을 따라 찍은 다수의 데이터 점으로부터 구한 값을 포함한다.

이하에서 보다 상세히 설명하는 바와 같이, 3D 화상을 재구성하는 데에 필요한 전체 영상 부분은 일련의 각 심박 주기 동안에 포착된다. k_y및 k_z축으로 이루어진 2D k-공간에서, 특정 주기 동안에 포착된 영상들은 각각 해당하는 세그먼트를 따라 위치하며 전체적으로 보면 그 세그먼트를 규정한다. 이와 관련하여, 도 2는 번호가 연속적으로 매겨진 j개의 세그먼트를 나타내며, 각 세그먼트는 심박 주기나 심박(HB)에 대응한다. 도 2는 또한 각 세그먼트와 관련된 반복적으로 발생하는 다수의 MR 시퀀스 혹은 반복(k₁∼ k_n)을 도시하고 있다. 도 2에서 시간 비율로 나타낸 바와 같이, 반복은 심박 주기 동안의 간격 TR에서 연속적으로 발생한다. 따라서, j번째 세그먼트의 k번째 반복은 j번째의 세그먼트에 대응하는 심박 주기 동안의 특정 시점으로 식별된다. 바람직하게는, 각 동작 사이클의 개시점은 심장의 게이팅(gating)을 통해 검출된다.

도 2를 다시 참조하면, 심박 주기의 세그먼트 No.1 혹은 심박(HB) No.1을 전체적으로 규정하는 영상을 나타내는 일련의 영상(38a∼38f)이 도시되어 있다. 이러한 각 영상은 심박 주기의 반복 중의 어느 하나 동안에 포착된다. 따라서, 첫번째 영상(38a)은 반복 k₁동안에 포착되고, 마지막 영상(38f)은 최종 반복 k_n동안에 포착된다. 마찬가지로, 영상(40a∼40f, 42a∼42f, 44a∼44f)은 각각 세그먼트 No.2, No.3, No.4와 연관된 반복 동안이나 그 반복과 일치 관계에 있을 때 포착된다. 도 2에서는 4개의 세그먼트와 그에 대응하는 심박 주기를 나타내고 있지만, 실제로 데이터를 포착하는 데에는 대개 보다 많은 심박 주기가 필요함을 인지하여야 한다.

또한, 도 2에는 연속적인 각 심박 주기 동안에 시점 T_spec에서 발생하는 반복 k_spec가 도시되어 있다. 반복 k_spec은 반복 k_spec-1직후에 발생하며, 바로 다음에는 반복 k_spec+1이 발생한다. 여기서, 시점 T_spec는 연속적인 심박 주기가 개시된 다음 임의의 시점 mTR이 되도록 선택될 수 있다는 것이 이해될 것이다(여기서, m은 정수임). 예를 들어, 연속적인 심박 주기의 중간 지점이 되도록 T_spec을 선택할 수 있을 것이다. 본 발명의 주된 특징은, 세그먼트 No.1∼4에 대해 각각 사전에 지정된 영상(38d∼44d)을 반복 k_spec동안에 포착하도록, 영상이 각 심박 주기 동안에 포착되는 순서를 용이하게 선정할 수 있다는 점이다. 이와 같은 방식으로, 영상(38c∼44c)은 각 주기의 반복 K_spec-1동안에 포착되며, 영상(38e∼44e)은 각 주기의 반복 K_spec+1동안에 포착된다.

도 3을 참조하면, 중심 혹은 원점(48)에서 교차하는 k_y및 k_z축에 규정하는 2D k-공간(46)이 도시되어 있다. 또한, 도 3에는 제 1 심박 주기 동안에 포착되는 것으로 각각이 k-공간(46)에서 k_y및 k_z좌표에 의해 정해지는 고유의 위치를 갖는 영상(38a∼38f)이 도시되어 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 영상(38a∼38f)은 k-공간에서 세그먼트 No.1을 따라 위치하며, 영상(40a∼40f, 42a∼42f, 44a∼44f)은 각각 세그먼트 No.2, No.3, No.4를 따라 위치한다. 모든 세그먼트의 각 영상은 전체적으로 볼 때 k-공간의 중심(48)에서 밖으로 진행하는 나선형 혹은 타원형 패턴을 형성한다. 이러한 패턴을 도시하기 위해, 포착된 모든 영상을 라인(52)으로 연결하여 나선형 패턴(50)을 형성한다. 각 세그먼트의 영상은 격행되어 있고, 즉, 나선형(50)을 따라 위치하는 매 네번째 점은 세그먼트 No.1∼4 중의 각기 다른 하나에 연관되어 있는 것을 알 수 있다. 상이한 세그먼트의 영상이 일의적으로 연결되도록 라인을 그을 수 있지만, 모든 세그먼트의 영상에 의해 형성되는 나선형 패턴(50)과 혼동되는 것을 피하기 위해 도 3에는 라인을 그어 표시하지 않는다. 본 발명에 따르면, 세그먼트의 개수와 세그먼트 당 영상의 개수는 모두 임의로 정해지는 것에 주목하여야 한다. 특히, 종래의 분할식 촬상 방법에서 요구되는 바와 같은 대칭 배열의 세그먼트는 불필요하다.

각 세그먼트의 모든 영상을 나선형(50)을 따라 격행 배열로 배치하면, 모든 영상의 각 반경 거리는 모두 상이하게 된다. k-공간에서 위치(k_y, k_z)에 있는 임의의 영상의 경우, 반경 거리 r_d(즉, 원점(48)에서 해당 영상까지의 거리)는 √(k_y ²＋k_z ²)으로 주어진다. 또한, 각 세그먼트의 영상은 반경 거리가 연속적으로 증가하도록 나선형(50)을 따라 위치한다. 따라서, 영상의 공간 주파수가 보다 낮을수록 k-공간의 중심(48))에 가깝게 위치하며, 영상의 공간 주파수가 보다 높을수록 중심(48)으로부터 더욱 멀리 위치한다.

본 발명에 따르면, 해당하는 심박 주기 동안에 세그먼트의 각 영상이 포착되는 순서는 고정되어 있지 않다는 것을 인지하였다. 대조적으로, 원하는 결과를 얻기 위해서 영상 포착 순서를 사전에 선정할 수 있다. 도 3을 다시 참조하면, 세그먼트 No.1에서 k-공간의 중심(48)에 가장 가까운 영상이 되는 영상(38d)이 도시되어 있다. 마찬가지 방식으로, 각 세그먼트 No.2∼4에서 그들 각각에 해당하는 세그먼트에 대해 k-공간의 중심으로부터 가장 가까운 영상이 되는 영상(40d∼44d)이 도시되어 있다. 앞서 설명한 바와 같이, k-공간의 중심에 가장 가깝거나 근접한 영상, 즉, 공간 주파수가 가장 낮은 영상이 MR 화상을 재구성하는 데에 유용한 대부분의 정보를 제공하기 때문에 이러한 배치가 상당히 중요하다. 또한, 앞에서 도 2와 관련하여 설명한 바와 같이, 각 영상(38d∼44d)은 반복 k_spec동안에 포착된다. 그 결과로서, 도 3의 MR 데이터로부터 구성된 MR 화상은 심박 주기의 시점 T_spec에서의 영역(36) 내의 구조를 나타내거나 묘사한다. 앞서 설명한 바와 같이, 시점 T_spec는 심박 주기 동안의 임의의 시점 mTR일 수 있다. 따라서, 각 세그먼트와 시퀀스 반복 동안의 데이터 포착 순서를 적절히 결정함으로써, 가장 낮은 차수의 공간 주파수도 마찬가지로 심박 주기 동안의 임의의 시점 mTR에서 포착될 수 있다. 실제로 이와 같은 융통성을 부여하여, 순환 운동을 경험하게 되는 피사체의 구조를 심박 주기의 임의의 시점에서 촬상할 수 있다.

이와 같이 포착하기 위해서, 도 3에는 또한 세그먼트 No.1에서 제일 첫 번째의 반복 k₁동안에 포착된 영상(38a)이 k-공간의 중심(48)으로부터 소정의 거리(가령, 나선형 패턴(50)의 중점)에 위치하도록 각각 순서화된 세그먼트 No.1의 영상이 도시되어 있다. 영상(40a∼44a), 영상(38b∼44b), 이어서 포착되는 다른 영상은 영상(38a)로부터 영상(38c∼44c)을 향해 반경 거리가 연속적으로 증가하면서 나선형(50)을 따라 위치한다. 각 영상(38c∼44c)은 모두 반복 k_spec-1동안에 포착되는 것으로 나선형(50)에서 가장 외측에 있는 영상이다. 그러므로, 그 다음에 후속하는 반복 k_spec동안에, 영상(40d, 42d, 44d)은 k-공간 중심(48)의 주위, 즉, 영상(38d)을 감싸면서 포착된다. 그런 다음에, 영상은 나선형(50)을 따라 반경 거리가 연속적으로 증가하는 순서로 각 세그먼트에 대한 최종 반복, 즉, k_n동안에 영상(38f∼44f)까지 포착된다. 이러한 영상은 반경 거리가 증가하는 영상 순서에 따라, 세그먼트 No.1에 대한 반복 k₁동안에 포착되는 영상(38a) 바로 전에 포착된다.

앞서 설명한 바와 같이, 세그먼트 No.1∼4는 서로가 격행된 배열로 위치한다. 그와 같은 분할식 배열로 영상을 포착함으로써, 각 세그먼트로부터 하나의 영상을 이용할 수 있는데, 이 영역은 k-공간의 중심 근처에 위치하고 해당 동작 사이클 동안의 시점 k_spec에서 포착된다.

도 4를 참조하면, 도 3에 도시한 격행 배열에 따라 각 영상의 포착 순서를 결정하는데 사용할 수 있는 룩업 테이블(54)이 도시되어 있다. 영상(V₁∼V_T)은 촬상을 위해 포착되는 모든 영상을 포함하는 것으로, k-공간의 반경 거리 r_d가 증가하는 순서로 테이블(54) 내에 저장된다. 이러한 영상의 총 개수인 V_T는 슬라이스 부호화 단계의 총 개수와 위상 부호화 스텝의 총 개수를 곱한 것일 수 있다. 세그먼트 번호와 반복 번호를 특정한 영상(k_y, k_z)에 매핑하기 위해서, 그 영상에는 다음과 같은 인덱스 i_r가 주어진다.

상기 수학식 1에서, N_seg는 격행된 세그먼트의 총 개수이며, j는 특정 영상에 할당되는 세그먼트의 반호이고, k는 영상이 포착되는 동안의 반복이다. VPS는 세그먼트 당 영상의 개수이고, r_s는 세그먼트를 따라 k-공간의 중심 위치를 나타낸다. 그러므로, r_s는 시점 T_spec와 관련된다. r_s는 첫번째 반복 k₁동안에 포착되는 영상의 세그먼트를 따라 적절한 위치를 결정함으로써, 시점 T_spec에서 k-공간의 중심을 권취하면서 연속적으로 영상이 포착될 것이다. 예를 들어, r_s＝VPS/2이면, k-공간의 중심은 세그먼트의 중앙에 위치할 것이다. 이와 같은 권취 작용은 기호 "%"로 표시된 모듈로 연산자를 수학식 1에 삽입함으로써 수행된다.

인덱스 i_r을 테이블(54)의 각 영상에 할당할 경우, 영상 V₁은 세그먼트 1의 가장 낮은 공간 주파수로서 선택될 것이고, V₂는 세그먼트 2의 가장 낮은 공간 주파수로서 선택될 것이며, V₃, …, V_T도 이와 마찬가지로 선택될 것이다.

앞에서 도 3과 관련하여 설명한 실시예는, 연속적인 동작 사이클 동안에 시점 T_spec에서 정확하게 포착되는 영상을 주로 하여 구성될 수 있는 화상에 적합할 수 있다. 그러나, 바람직하게는, k-공간에서 각 동작 사이클 동안에 포착되는 낮은 차수의 다수의 영상으로부터 화상을 구성하는 것이 보다 바람직할 것이며, 이 경우, 낮은 차수의 모든 영상은 포착 시점에 대해 시점 T_spec주위에 집중된다. 이러한 화상 구성은 도 3의 배열로는 불가능하다. 앞서 설명한 바와 같이, 시점 T_spec에서 정확히 포착된 영상(38d)과 그 다음에 포착된 영상(38e)은 모두 낮은 차수의 영상이다. 그러나, 시점 T_spec직전에 포착되었을지라도, 영상(38c)는 높은 차수의 영상이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 대체 실시예에 대한 영상의 배열이 도시되어 있으며, 이 영상 배열은 전술한 유형의 불연속성을 제거한다. 도 5는 동작 사이클 동안에 포착된 N개의 다수의 영상을 나타낸 것으로, N은 바람직하게는 짝수이다. 설명의 편의상, 시점 T_spec는 각 동작 사이클의 중점이 되도록 선택된다. 또한, 도 5는 각각이 시점 mTR에서 포착되는 다수의 영상을 나타내며, 각각의 영상은 k-공간의 중심을 기준으로 k-공간에서의 해당 위치를 나타내기 위해 번호가 증가하는 순서로 번호가 매겨져 있다. 그러므로, 영상 1은 k-공간에서 가장 낮은 차수의 영상, 즉, k-공간의 중심에 가장 가깝게 위치하는 영상이고, 영상 2는 그 다음으로 낮은 차수의 영상이며, 영상 N은 가장 높은 차수의 영상이다. 도 5에 도시한 배열에서, 영상 1은 T_spec에서 포착되며, 영상 2는 그 직후에 포착된 영상이다. 그러나, 낮은 차수의 영상 3는 T_spec직전에 포착된다. 이렇게 하여, T_spec주위에 집중된 영상은 T_spec직전, 직후에 포착된 영상을 포함하는 것으로서 k-공간에서 소정 세그먼트의 가장 낮은 차수의 영상이다.

유용하지만 남은 영상을 설명하는데 필수적인 패턴은 결코 아니기 때문에, 도 5는 또한 시점 T_spec에서 동작 사이클이 종료되는 시점 T_cycle까지 증가하는 순서로 포착된 우수 번호의 영상을 나타낸다. 기수 번호의 영상은 동작 사이클이 시작되는 시점에서의 영상 N-1에서 시점 T_spec에서의 영상 1로 감소하는 순서로 포착된다.

도 6 및 도 7은 본 발명의 다른 2개의 실시예를 도시하고 있다. 도 6은 T_spec가 동작 사이클의 개시점에 아주 가까운 경우의 영상의 배열을 나타내고, 도 7은 T_spec가 동작 사이클의 종료점에 아부 가까운 경우의 영상 배열을 나타낸다. 각각의 경우에, k-공간에서 낮은 차수의 영상을 포착하는 시점은 T_spec가까이에 집중되며, 나머지 영상은 논리적인 순서로 포착된다.

본 발명은 상기한 목적과 관련하여 실시예를 다양하게 변경할 수 있다. 따라서, 본 발명은 개시한 개념의 범주 내에서 앞서 상세히 설명한 것과 다른 방법으로 구현될 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명에 따라, 공간 주파수가 가장 낮은 영상을 k-공간의 중심 근처에 위치시키고, 각 영상의 포착 순서를 가변적으로 선정함으로써 전체 주사 시간을 단축시켜 피사체 영역의 화상을 효율적으로 3차원 자기 공명 촬상할 수 있다.

Claims

순환 운동을 경험하도록 배치된 피사체의 영역을 3 차원으로 자기 공명(MR) 촬상하는 방법에 있어서,

일련의 각 동작 사이클의 개시점을 검출하는 단계와,

상기 일련의 각 동작 사이클 동안에 상기 영역의 MR 영상 세트를 포착하는 단계 ― 상기 각 영상은 2차원 k-공간의 중심으로부터 정해진 반경 거리에 있고, 상기 영상 세트 각각은 상기 k-공간의 중심 근처에 위치하는 가장 낮은 주파수의 영상을 포함함 ― 와,

상기 가장 낮은 주파수의 영상 각각이 그들 각각에 대응하는 동작 사이클이 개시된 다음 동일한 지정 시점에서 포착되도록, 각 세트의 영상이 포착되는 순서를 선정하는 단계를 포함하는

3 차원 자기 공명 촬상 방법.
제 1 항에 있어서,

한 세트의 상기 각 영상은 상기 k-공간 내의 하나의 세그먼트를 전체적으로 규정하는 것으로, 상기 세그먼트의 각각은 상기 동작 사이클 중의 1사이클 동안에 선택된 시점 간격으로 발생하는 일련의 관련된 MR 시퀀스 반복을 가지며,

소정 세트의 상기 각 영상은 상기 소정 세트의 각 영상에 의해서 규정되는 상기 세그먼트의 반복 중의 1 반복 동안에 포착되며,

상기 소정 세트에서 상기 가장 낮은 주파수의 영상은 상기 소정 세트에 대응하는 동작 사이클이 개시된 다음 상기 지정 시점에 발생하는 지정된 반복 동안에 포착되는

3 차원 자기 공명 촬상 방법.
제 2 항에 있어서,

상기 각 세트의 영상은 룩업 테이블 내에 저장되고, 각각의 영상은 k-공간에서 반경 거리가 가장 작은 것에서부터 가장 큰 것 순서로 상기 룩업 테이블 내에 저장되며,

상기 순서 선택 단계는 세그먼트의 특정 반복을 상기 저장된 각 영상에 매핑시키는 단계를 포함하는

3 차원 자기 공명 촬상 방법.
제 3 항에 있어서,

상기 매핑 단계가 상기 룩업 테이블 내에 저장된 상기 각 영상에 지정된 인덱스를 할당함으로써 구현되는

3 차원 자기 공명 촬상 방법.
제 4 항에 있어서,

상기 k-공간에서 격행되는 세그먼트를 제공하도록 상기 인덱스가 부여되는

3 차원 자기 공명 촬상 방법.
제 5 항에 있어서,

상기 각 영상이 상기 k-공간에 의해 규정된 평면과 직교하는 축을 따라 포착되는 MR 데이터를 포함하는

3 차원 자기 공명 촬상 방법.
제 6 항에 있어서,

상기 피사체의 상기 영역이 선택된 심장 영역을 포함하며, 상기 순환 운동이 심박 운동을 포함하는

3 차원 자기 공명 촬상 방법.
제 7 항에 있어서,

상기 지정 시점은 각각의 심박 주기 동안에 선택된 시점에서 상기 선택된 심장 영역의 MR 화상을 구성하는 영상을 제공하도록 선택되는

3 차원 자기 공명 촬상 방법.
제 8 항에 있어서,

상기 각 동작 사이클이 ECG 펄스를 검출함에 따라 개시되는

3 차원 자기 공명 촬상 방법.
제 6 항에 있어서,

상기 피사체의 상기 영역이 선택된 호흡기 영역을 포함하며, 상기 순환 운동이 호흡 운동을 포함하는

3 차원 자기 공명 촬상 방법.
제 2 항에 있어서,

상기 세그먼트의 개수와 상기 각 세그먼트와 관련된 반복의 개수는 임의로 선택된 개수인

3 차원 자기 공명 촬상 방법.
제 2 항에 있어서,

상기 소정 세트의 영상은 주파수가 낮은 영상의 집합체를 포함하며, 상기 집합체는 상기 지정된 반복 동안에 포착된 영상을 포함하고, 상기 지정된 반복 직전, 직후에 발생하는 반복 동안에 각각 포착되는 영상 또한 포함하는

3 차원 자기 공명 촬상 방법.
순환 운동을 경험하도록 배치된 피사체의 영역을 3차원으로 자기 공명 촬상하는 방법에 있어서,

일련의 각 동작 사이클의 개시점을 검출하는 단계와,

상기 일련의 각 동작 사이클 동안에 상기 영역의 MR 영상 세트를 포착하는 단계 ― 한 세트의 각 영상은 2 차원 k-공간 내의 대응하는 세그먼트를 전체적으로 규정함 ― 와,

각 세트의 영상으로 이루어진 집합체가 상기 k-공간에서 낮은 차수를 갖도록 각 세트의 영상이 포착되는 순서를 선정하는 단계 ― 특정 운동 사이클에 대응하는 한 집합체의 영상은 상기 특정 운동 사이클이 개시된 다음의 지정 시점의 직전, 직후에 각각 포착된 영상을 포함함 ― 를 포함하는

3 차원 자기 공명 촬상 방법.
제 13 항에 있어서,

상기 세그먼트의 개수와 세그먼트를 규정하는 영상의 개수는 모두 임의로 선택되는

3 차원 자기 공명 촬상 방법.
제 13 항에 있어서,

상기 피사체의 상기 영역이 선택된 심장 영역을 포함하며, 상기 순환 운동이 심박 운동을 포함하는

3 차원 자기 공명 촬상 방법.
제 13 항에 있어서,

상기 피사체의 상기 영역이 선택된 호흡기 영역을 포함하며, 상기 순환 운동이 호흡 운동을 포함하는

3 차원 자기 공명 촬상 방법.