KR20010066860A

KR20010066860A - 구배 자장 인가 방법 및 장치, 및 자기 공명 촬상 장치

Info

Publication number: KR20010066860A
Application number: KR1020000034409A
Authority: KR
Inventors: 미요시미츠하루; 야마자키아키
Original assignee: 지이 요꼬가와 메디칼 시스템즈 가부시끼가이샤
Priority date: 1999-06-24
Filing date: 2000-06-22
Publication date: 2001-07-11
Also published as: KR100405922B1; EP1079238A2; CN1209996C; JP2001000415A; US20020101237A1; CN1286960A; US6498485B2; EP1079238A3

Abstract

구배 자장하에서 촬상 대상내의 원자핵의 스핀의 RF 여기를 복수회 실행하고, 그 스핀에 의해 발생된 자기 공명 신호를 근거로 하여 화상을 생성할 때에, FOV외의 자장으로 인한 부산물을 방지하는 구배 자장 인가 방법 및 장치와, 구배 자장 인가 장치를 이용한 자기 공명 촬상 장치를 제공하기 위해서, 적어도 제 1 RF 여기(G90)때의 구배 자장의 극성과 그 다음 RF 여기(G180)때의 구배 자장의 극성을 서로 반대로 한다.

Description

구배 자장 인가 방법 및 장치, 및 자기 공명 촬상 장치{GRADIENT MAGNETIC FIELD APPLICATION METHOD AND APPARATUS, AND MAGNETIC RESONANCE IMAGING APPARATUS}

본 발명은 구배 자장 인가 방법 및 장치와 자기 공명 촬상 장치에 관한 것이고, 보다 상세하게는, 원자핵의 스핀을 여기할 때 구배 자장을 인가하는 방법 및 장치와, 이러한 구배 자장 인가 장치를 사용한 자기 공명 촬상 장치에 관한 것이다.

자기 공명 촬상에서, 촬상 공간에 자장 구배가 형성되어, 복셀(voxel)의 3차원 위치가 프로톤(proton)과 같은 원자핵의 스핀에 의해 발생되는 자기 공명 신호의 주파수에 의해서 특정된다. 자장 구배의 발생은, 자장 강도의 프로파일로서 도 1에 예시적으로 도시된 바와 같이, 유효 촬상 범위(FOV:field of view)내에서 균일한 자기 공명 강도(Bo)를 갖는 정 자장을 발생시키는 것, FOV의 중심(O)에 대하여 한쪽측과 다른 한쪽측의 방향이 서로 반대인 대칭 구배 자장(b)을 부여하는 것, 및 자장(a, b)을 합성하여 구배를 가진 합성 자장을 얻는 것과 관련되어 있다. 정 자장(a)을 형성하기 위해, 초전도 전자석, 일반적인 전도 전자석, 영구자석 등이 이용된다. 구배 자장(b)을 발생시키기 위해, 적절한 루프 형상의 구배 코일이 이용된다.

이러한 구배 자장이 발생될 때, 자석에 의해 발생되는 정 자장(a)과, 구배 코일에 의해 발생되는 구배 자장(b) 모두의 강도가 FOV의 양 측면에서 감소하기 때문에, 합성 자장(c)가 FOV내의 자장과 동일 강도를 가진 곳에서, 도면의 좌측 부분의 FOV 외곽에, 즉, 정 자장(a)과 구배 자장(b)이 동일 방향을 가진 측면에서 주변 영역(d)이 형성된다. 따라서, 주변 영역(d)에 발생된 자기 공명 신호는 FOV에 발생되는 자기 공명 신호와 같은 주파수를 가지고, 그 결과, FOV의 외곽으로부터의 변환으로 인해 촬영한 화상에 부산물이 생긴다.

스핀 에코(echo)를 이용하는 자기 공명 촬영은 도 2에 도시된 바와 같이, 90° 여기에서 인가된 구배 자장의 강도와 180°여기에서 인가된 구배 자장의 강도를 다르게 함으로써 이러한 부산물을 감소시키려고 한다. 이로써, 구배 자장(G90)에 의한 주변 영역(d90)과 구배 자장(G180)에 의한 주변 영역(d180)은 서로 다르게 되고, 부산물을 포함하는 스핀 에코는 주변 영역이 중복되는 감소 영역(dat)에 발생된다.

그러나, 부산물의 원인이 되는(artifact-inducing) 스핀 에코가 발생되는 영역이 상기 기술에 의해 감소될 지라도, 완전히 없어지지 않는다. 그러므로, 부산물을 감소시키는 효과가 여전히 불충분하다.

따라서, 본 발명의 목적은 FOV외의 자장으로 인한 부산물 발생을 방지하는 구배 자장 인가 방법 및 장치, 및 이러한 구배 자장 인가 장치를 이용한 자기 공명 촬상 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 제 1 측면에 따라서, 원자 핵의 스핀의 RF 여기를 복수회 수행할 때 구배 자장을 인가하는 구배 자장 인가 방법이 제공되고, 이 방법은 제 1 RF 여기때의 구배 자장의 극성과 그 다음 RF 여기때의 구배 자장의 극성을 서로 반대로 하는 단계를 포함하고 있다.

본 발명의 제 2 측면에 따라서, 원자 핵의 스핀의 RF 여기를 복수회 수행할 때 구배 자장을 인가하는 구배 자장 인가 장치가 제공되고, 이 장치는 제 1 RF 여기때의 구배 자장의 극성과 그 다음 RF 여기때의 구배 자장의 극성을 서로 반대로 한다.

본 발명의 제 3 측면에 따라서, 구배 자장하에서 촬상 대상내의 원자핵의 스핀의 RF 여기를 복수회 수행하고, 그 스핀에 의해 발생되는 자기 공명 신호를 근거로 하여 화상을 생성하는 장치를 제공하고, 이 장치는 적어도 제 1 RF 여기때의 구배 자장의 극성과 그 다음 RF 여기때의 구배 자장의 극성을 서로 반대로 하는 구배 자장 인가 수단을 포함한다.

본 발명의 제 4 측면에 따라서, 구배 자장하에서 촬상 대상내의 원자핵의 스핀의 RF 여기를 복수회 수행하고, 그 스핀에 의해 발생되는 자기 공명 신호를 근거로 하여 화상을 생성하는 자기 공명 촬상 방법이 제공되고, 이 방법은 적어도 제 1 RF 여기때의 구배 자장의 극성과 그 다음 RF 여기때의 구배 자장의 극성을 서로 반대로 하는 단계를 포함한다.

(효과)

본 발명에 따라서, 스핀 에코가 FOV 외곽에 생성되는 영역은 적어도 제 1 RF 여기때의 구배 자장의 극성과 그 다음 RF 여기때의 구배 자장의 극성을 서로 반대로 함으로써 제거된다.

그러므로, 본 발명은 FOV외의 자장으로 인한 부산물을 방지하는 구배 자장 인가 방법 및 장치, 및 이러한 구배 자장 인가 장치를 이용한 자기 공명 촬상 장치를 제공할 수 있다.

본 발명의 다른 목적과 장점은 첨부한 도면에 설명된 본 발명의 바람직한 실시예의 다음 설명으로부터 분명해 질 것이다.

도 1은 자기 공명 촬상 장치의 자장 강도의 프로파일,

도 2는 종래의 자장 강도의 프로파일,

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 장치의 블록도,

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 장치의 블록도,

도 5는 도 3 또는 도 4에 도시된 장치에 의해 실행되는 예시적인 펄스 시퀀스를 도시하는 도면,

도 6은 도 3 또는 도 4에 도시된 장치에 의해 실행되는 다른 예시적인 펄스 시퀀스를 도시하는 도면, 및

도 7은 도 3 또는 도 4에 도시된 장치에 의해 실행되는 자장 강도의 프로파일.

본 발명의 일부 실시예가 첨부한 도면을 기준으로 하여 보다 상세하게 설명될 것이다. 도 3은 본 발명의 실시예인 자기 공명 촬상 장치의 블록도를 도시하고 있다. 본 장치의 구성은 본 발명에 따른 장치의 실시예를 나타내고, 본 장치의 동작은 본 발명에 따른 방법의 실시예를 나타낸다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 장치는 마그네트 시스템(100)을 구비하고 있다. 마그네트 시스템(100)은 주 자장 코일부(102), 구배 코일부(106), 및 RF(무선 주파수) 코일부(108)를 구비하고 있다. 이들 코일부는 일반적인 원통형의 형태를 가지고 있고, 동축적으로 배치되어 있다. 촬상 대상(300)은 크레이들(cradle: 500)상에 탑재되어, 반송 수단(도시 생략)에 의해 마그네트 시스템(100)의 내부 공간으로 반입 및 반출된다.

주 자장 코일부(102)는 마그네트 시스템(100)의 내부 공간에 정 자장이 발생시킨다. 정 자장의 방향은 일반적으로 촬상 대상(300)의 동체축의 방향과 평행하고, 즉, 소위 수평의 자장이 발생된다. 주 자장 코일부(102)는 예를 들어 초전도 코일을 포함한다. 주 자장 코일부(102)는 초전도 코일을 포함하는 것에 제한되지 않고, 보통의 전도 코일 등을 포함할 수 있다는 것을 쉽게 알 수 있다.

구배 코일부(106)는 정 자장 강도에 구배를 부여하기 위한 구배 자장을 발생시킨다. 발생되는 구배 자장은 3가지 타입의 자장: 슬라이스 구배 자장, 판독 구배 자장, 및 위상 인코딩(phase encoding) 구배 자장을 포함하고 있고, 구배 코일부(106)는 이러한 3가지 구배 자장에 대응한 3개의 구배 코일(도시 생략)을 가지고 있다.

RF 코일부(108)는 촬상 대상(300)내의 스핀을 여기하기 위한 정 자장 공간에 고주파 자장을 발생시킨다. 고주파 자장을 발생시키는 것을 이하의 RF 여기 신호의 송신이라 한다. 또한, RF 코일부(108)는 여기 스핀에 의해 발생된 전자파 즉, 자기 공명 신호를 수신한다. RF 코일부(108)는 송신 코일과 수신 코일(도시 생략)을 가지고 있다. 송신 코일과 수신 코일은 동일 코일 또는 전용 코일일 수 있다.

구배 코일부(106)는 구배 구동부(130)와 접속되어 있다. 구배 코일부(106)와 구배 구동부(130)로 구성된 부분이 본 발명의 구배 자장 인가 장치의 실시예이다. 본 장치의 구성은 본 발명에 따른 장치의 실시예를 나타내고, 본 장치의 동작은 본 발명에 따른 방법의 실시예를 나타낸다. 또한, 구배 코일부(106)와 구배 구동부(130)로 구성된 부분은 또한 본 발명의 구배 자장 인가 수단의 실시예이다. 구배 구동부(130)는 구동 신호를 구배 코일부(130)에 인가하여 구배 자장을 발생시킨다. 구배 구동부(130)는 구배 코일부(106)의 3개의 구배 코일에 대응하여 3개의 구동 회로(도시 생략)를 구비하고 있다.

RF 코일부(108)는 구동 신호를 RF 코일부(108)에 인가하여 RF 여기 신호를 송신하는 RF 구동부(140)와 접속되어 있고, 이로써, 촬상 대상(300)내의 스핀을 여기한다. RF 코일부(108)는 또한 RF 코일부(108)에 의해 수신되는 신호를 수집하고 그 신호를 디지털 신호로서 취입하는 데이터 수집부(150)와 접속되어 있다.

구배 구동부(130), RF 구동부(140), 및 데이터 수집부(150)는 이들(130-150)을 제어하는 제어부(160)와 접속되어 있다.

데이터 수집부(150)의 출력부는 데이터 처리부(170)에 접속되어 있다. 데이터 처리부(170)는 데이터 수집부(150)으로부터 취입된 데이터를 메모리(도시 생략)에 기억시킨다. 따라서, 2차원 푸리에 공간을 구성하는 데이터 공간이 메모리에 형성된다. 데이터 처리부(170)는 2차원 푸리에 공간내의 데이터를 2차원 역 푸리에 변환하여 촬상 대상(300)의 화상을 재구성한다.

데이터 처리부(170)는 제어부(160)에 접속되어 있다. 데이터 처리부(170)는 제어부(160)의 상위에 있고, 제어부(160)를 통제한다. 데이터 처리부(170)는 데이터 처리부(170)으로부터 출력되는 재구성 화상과 각종 정보를 표시하는 표시부(180)와 접속되어 있고, 조작부(190)는 조작자에 의해 조작되고, 각종 지령과 정보 등을 데이터 처리부(170)로 입력시킨다.

도 4는 본 발명의 실시예인 다른 자기 공명 촬상 장치의 블록도를 도시하고 있다. 본 장치의 구성은 본 발명에 따른 장치의 실시예를 나타내고, 본 장치의 동작은 본 발명에 따른 방법의 실시예를 나타낸다.

도 4에 도시된 장치는 도 3에 도시된 장치와 다른 마그네트 시스템(100')을 구비하고 있다. 마그네트 시스템(100')외의 구성요소는 도 3에 도시된 장치의 구성요소와 유사 방식으로 구성되어 있고, 유사 부분은 동일 참조부호로 표시되고 그설명은 생략한다.

마그네트 시스템(100')은 주 자장 마그네트부(102'), 구배 코일부(106'), 및 RF 코일부(108')를 구비하고 있다. 주 자장 마그네트부(102')와 코일부(106', 108') 각각은 공간을 사이에 두고 서로 이격된 한쌍의 부재로 이루어진다. 모두 일반적인 디스크 형태를 가지고 있고, 중심축을 공유 배치되어 있다. 촬상 대상(300)은 크레이들(500)에 탑재되어 있고, 반송 수단(도시 생략)에 의해 마그네트 시스템(100')의 내부 공간에 반입 및 반출된다.

주 자장 마그네트부(102')는 마그네트 시스템(100')의 내부 공간에 정 자장을 발생시킨다. 정 자장의 방향은 촬상 대상(300)의 동체축의 방향과 일반적으로 수직이고, 즉 소위 수직 자장이 발생된다. 주 자장 마그네트부(102')는 예를 들어 영구 자석을 포함한다. 주 자장 마그네트부(102')는 영구 자석을 포함하는 것이 제한되지 않고 초전도 전자석 또는 보통의 전도 전자석 등을 포함할 수 있다는 것을 쉽게 알 수 있다.

구배 코일부(106')는 정 자장 강도에 구배를 부여하기 위한 구배 자장을 발생시킨다. 발생되는 구배 자장은 3가지 타입의 자장: 슬라이스 구배 자장, 판독 구배 자장, 및 위상 인코딩 자장을 포함하고, 구배 코일부(106')는 이들 3가지의 구배 자장에 대응하여 3개의 구배 코일(도시 생략)을 가지고 있다.

RF 코일부(108')는 RF 여기 신호를 정 자장 공간에 송신하여 촬상 대상(300)내의 스핀을 여기시킨다. RF 코일부(108')는 또한 여기된 스핀에 의해 발생되는 자기 공명 신호를 수신한다. RF 코일부(108')는 송신 코일과 수신 코일(도시 생략)을구비하고 있다. 송신 코일과 수신 코일은 동일 코일 또는 전용 코일일 수 있다.

도 5는 자기 공명 촬상에 사용되는 예시적인 펄스 시퀀스를 도시하고 있다. 예시된 펄스 시퀀스는 스핀 에코(SE) 기술에 대한 것이다.

특히, (1)는 SE 기술의 RF 여기에 대한 90°와 180°펄스 시퀀스이고, (2), (3), (4), 및 (5)는 각각 SE 기술의 슬라이스 구배(Gs), 판독 구배(Gr), 위상 인코딩 구배(Gp), 및 스핀 에코 MR의 시퀀스이다. 90°와 180°펄스는 그들 각각의 중심 신호로서 표현된다는 것을 알아야 한다. 펄스 시퀀스는 시간축(t)에 따라 좌에서 우로 진행한다.

도시된 바와 같이, 90°펄스에 의해 스핀의 90°여기가 실행된다. 90°여기로부터의 소정 시간후에, 180°펄스에 의한 180°여기 즉, 스핀 반전이 실행된다. 또한, 슬라이스 구배(Gs)는 동일 시간에 인가되어 동일 슬라이스에 대한 선택 반전을 행한다.

슬라이스 구배(Gs)에서, SE 기술에 따른 종래의 펄스 시퀀스와 달리, 90°여기에서의 극성과 180°여기에서의 극성은 서로 반대이다. 극성은 도 5에 도시된 바와 같이, 90°여기에서는 음으로 그리고 180°여기에서는 양으로 하는 대신에, 도 6에 도시된 바와 같이, 90°여기에서는 양으로 그리고 180°여기에서는 음으로 할 수 있다는 것을 알아야 한다.

90°여기와 180°여기사이의 시간동안에, 판독 구배(Gr)와 위상 인코딩 구배(Gp)가 인가된다. 판독 구배(Gr)는 스핀을 위상 해제(dephase)하고, 위상 인코딩 구배(Gp)는 스핀을 위상 인코딩한다.

180°여기후에, 스핀은 판독 구배(Gr)에 의해 재위상 설정(rephase)되어 스핀 에코 MR를 발생시킨다. 스핀 에코 MR는 에코 중심에 대하여 대칭 파형을 가진 RF 신호이다. 중심 에코는 90°여기로부터 TE(에코 시간)후에 발생한다.

스핀 에코 MR은 데이터 수집부(150)에 의해 뷰 데이터(view data)로서 수집된다. 이러한 펄스 시퀀스는 TR(반복 시간)의 사이클로 128-256 회 반복된다. 위상 인코딩 구배(Gp)는 각각의 반복 때마다 변경되어 각각의 시간에 다른 위상 인코딩을 얻게 된다. 따라서, 128-256 뷰에 대한 뷰 데이터가 얻어진다.

도 5 또는 도 6에 도시된 슬라이스 구배(Gs)를 인가함으로써, 90°여기때 인가된 구배 자장(G90)에 의한 주변 영역(d90)과 180°여기때 인가된 구배 자장(G180)에 의한 주변 영역(d180)은 FOV에 대하여 서로 반대측에 형성된다. 따라서, 이러한 영역은 서로 중첩되지 않고, 90°펄스에 의해 여기된 FOV외의 주변 영역(d90)이 180°펄스에 의해 여기되지 않는다. 이로써, 반환 부산물 발생의 원인이 되는 FOV외의 스핀 에코 발생을 막을 수 있다.

도 5 또는 도 6의 펄스 시퀀스에 의해 얻어진 뷰 데이터는 데이터 처리부(170)의 메모리에 수집된다. 펄스 시퀀스는 SE 기술에 제한되지 않고, 고속 스핀 에코(FSE)와 같은 다른 적절한 기술일 수 있다는 것을 쉽게 알 수 있다.

데이터 처리부(170)는 뷰 데이터를 2차원 역 푸리에 변환하여 촬상 대상(300)의 단층 화상을 재구성한다. 스핀 에코는 FOV외에 발생되지 않기 때문에, 재구성된 화상은 부산물을 포함하지 않을 것이다. 따라서, 좋은 화질을 가진 재구성 화상이 가시 화상으로서 표시부(180)에 표시된다.

이상의 설명에서 RF 여기가 90°와 180°여기의 조합에 의해 수행되는 경우에 대해 설명되었지만, RF 여기는 여기에 제한되지 않고, 임의 선택 α°와 β여기의 조합 또는 복수회의 α°여기의 조합에 의해 수행될 수 있다는 것을 쉽게 알 수 있다.

본 발명의 사상과 범위에서 벗어남이 없이 본 발명의 여러 광범위한 다른 실시예가 구성될 수 있다. 본 발명은 첨부된 청구항에 정의된 것을 제외하고, 명세서의 특정 실시예로 제한되는 것이 아니라는 것을 알아야 한다.

이상 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, FOV외의 자장에 기인하는 부산물을 방지하는 구배자장인가 방법 및 장치, 및 이와 같은 구배 자장 인가 장치를 이용하는 자기 공명 촬상 장치를 구현할 수 있다.

Claims

원자핵의 스핀의 RF 여기를 복수회 실행할 때 구배 자장을 인가하는 구배 자장 인가 방법에 있어서,

적어도 제 1 RF 여기때의 구배 자장의 극성과 그 다음 RF 여기때의 구배 자장의 극성을 서로 반대로 하는 단계를 포함하는 구배 자장 인가 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 복수회의 RF 여기는 스핀 에코 기술에 따른 펄스 시퀀스내에 포함되어 있는 구배 자장 인가 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 RF 여기는 90°여기이고, 상기 다음 RF 여기는 180°여기인 구배 자장 인가 방법.
구배 자장하에서 촬상 대상내의 원자핵의 스핀의 RF 여기를 복수회 실행하고, 상기 스핀에 의해 발생되는 자기 공명 신호에 근거로 하여 화상을 생성하는 자기 공명 촬상 방법에 있어서,

적어도 제 1 RF 여기때의 구배 자장의 극성과 그 다음 RF 여기때의 구배 자장의 극성을 서로 반대로 하는 단계를 포함하는 자기 공명 촬상 방법.
제 4 항에 있어서,

상기 복수회 RF 여기는 스핀 에코 기술에 따른 펄스 시퀀스내에 포함되어 있는 자기 공명 촬상 방법.
제 4 항에 있어서,

상기 제 1 RF 여기는 90°여기이고, 상기 다음 RF 여기는 180°여기인 자기 공명 촬상 방법.
원자핵의 스핀의 RF 여기를 복수회 실행할 때에 구배 자장을 인가하는 구배 자장 인가 장치에 있어서,

적어도 제 1 RF 여기때의 구배 자장의 극성과 그 다음 RF 여기때의 구배 자장의 극성을 서로 반대로 하는 구배 자장 인가 장치.
제 7 항에 있어서,

상기 복수회의 RF 여기는 스핀 에코 기술에 따른 펄스 시퀀스내에 포함되어 있는 구배 자장 인가 장치.
제 7 항에 있어서,

상기 제 1 RF 여기는 90°여기이고, 상기 다음 RF 여기는 180°여기인 구배 자장 인가 장치.
구배 자장하에서 촬상 대상내의 원자핵의 스핀의 RF 여기를 복수회 실행하고 상기 스핀에 의해 발생된 자기 공명 신호를 근거로 하여 화상을 생성하는 자기 공명 촬상 장치에 있어서,

적어도 제 1 RF 여기때의 구배 자장의 극성과 그 다음 RF 여기때의 구배 자장의 극성을 서로 반대로 하는 구배 자장 인가 수단을 포함하는 자기 공명 촬상 장치.
제 10 항에 있어서,

상기 복수회의 RF 여기는 스핀 에코 기술에 따른 펄스 시퀀스내에 포함되어 있는 자기 공명 촬상 장치.
제 10 항에 있어서,

상기 제 1 RF 여기는 90°여기이고, 상기 다음 RF 여기는 180°여기인 자기 공명 촬상 장치.