KR20010090734A - 자기 공명 이미징 시스템을 이용한 이미지 세트 생성 방법 - Google Patents

자기 공명 이미징 시스템을 이용한 이미지 세트 생성 방법 Download PDF

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KR20010090734A
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지이 메디컬 시스템즈 글로발 테크놀러지 캄파니 엘엘씨
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    • G01R33/5676—Gating or triggering based on an MR signal, e.g. involving one or more navigator echoes for motion monitoring and correction

Abstract

고속 스핀 에코 펄스 시퀀스(도 3)를 이용해서 복부의 슬라이스 이미지 세트(10)에 대한 MR 이미지 데이터를 획득한다. 슬라이스는 슬랩들로 그루핑되며, 각 슬랩은 환자의 숨멈춤 동안에 획득된다. 각각의 숨멈춤 개시후에 네비게이터 펄스 시퀀스를 수행해서, 슬랩들(12, 14)이 회고적으로 등록될 수 있게 하거나 스캔 파라미터가 장래에 조정될 수 있게 하는 네비게이터 데이터를 획득하여 등록된 각 슬랩(12, 14)을 획득할 수 있다.

Description

자기 공명 이미징 시스템을 이용한 이미지 세트 생성 방법{SLICE ORDERING METHOD FOR BREATH-HOLD ABDOMINAL MR IMAGING}
본 발명은 핵 자기 공명 이미징(magnetic resonance imaging:MRI) 방법 및 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 복부 조직을 통해 슬라이스 이미지 세트에 대한 MRI 데이터 획득에 관한 것이다.
인체 조직과 같은 물질이 균일 자계(분극 자계 B0)에 노출되면, 조직내 스핀의 개별적인 자기 모멘트는 이러한 분극 자계를 따라 정렬하려고 시도하지만, 그들의 특성 라머 주파수에서 임의 순서로 분극 자계를 중심으로 섭동한다. 이러한 물질 또는 조직이 x-y 평면내에 있고 라머 주파수 근방인 자계(여기 자계 B1)에 노출되면, 총 정렬 모멘트 MZ는 x-y 평면내로 회전되거나 "팁(tip)"되어 총 횡단 자기 모멘트 Mt를 생성할 수 있다. 여기 신호 B1이 종료된 후 여기된 스핀에 의해 신호가 방출되며, 이러한 신호를 수신해 처리해서 이미지를 형성할 수 있다.
이들 신호를 이용해서 이미지를 생성하는 경우, 자계 그레디언트(Gx, Gy, Gz)가 이용된다. 전형적으로, 이미징될 영역은, 이용되고 있는 특정의 국부적 방법에 따라 이들 그레디언트가 변화하는 측정 사이클 시퀀스에 의해 주사된다. 결과적으로 얻어지는 수신된 NMR 신호 세트는 디지털화되어 처리되서 다수의 잘 알려진 재구성 기법들중 하나를 이용해서 이미지를 재구성한다.
NMR 이미지 데이터 획득 동안 객체 운동은 위상 부호화된 방향에서 블러링(blurring) 및 "고스트(ghosts)"를 생성한다. 고스트는 특히 운동이 주기적이거나 거의 주기적일 때 나타난다. 대부분의 생리적 운동에 대해, 획득 윈도우내에서 객체가 정지한 것으로 간주될 수 있을만큼 충분히 짧은 주기내에서 NMR 신호의 각 뷰(view)가 획득된다. 이러한 경우에, 블러링 및 고스팅은 뷰간의 불일치하는 객체의 형상에 기인한다. 환자의 움직임에 의해, 호흡 또는 심장 사이클에 의해 또는 연동운동(peristalsis)에 의해 생성되는 것과 같은 뷰간에 형상이 변화하는 운동을 이후 본 명세서에서 "뷰간 운동(view-to-view motion)"이라고 칭한다. 운동은 또한 펄스 시퀀스 동안에 발생할 경우 NMR 신호의 진폭 및 위상을 변화시킬 수 있으며, 이러한 운동을 이후 본 명세서에서 "뷰내 운동(in-view motion)"이라고 칭한다.
뷰간 운동을 감소시키도록 데이터 획득을 객체의 기능적 사이클에 동기시킬 경우 블러링 및 고스팅은 모두 감소될 수 있다. 이러한 방법은 게이트형 NMR 스캐닝으로서 알려져 있으며, 그 목적은 객체가 각각의 뷰내에서 동일하게 보이도록 연속하는 기능적 사이클 동안 동일 지점에서 NMR 데이터를 획득하는 것이다. 이러한 게이트형 방법의 단점은 NMR 데이터가 객체의 기능적 사이클의 작은 부분동안에만 획득될 수 있다는 것이며, 최단 허용가능 펄스 시퀀스가 이용된 경우에도 게이트형 기법은 데이터 획득을 현저히 장기화시킬 수 있다.
고스트 결함을 제거하기 위한 다른 제안된 방법이 1986년 2월 4일자로 특허된 미국 특허 제 4,567,893 호에 개시되어 있다. 이러한 종래의 특허에는 이미지내의 고스트간 거리와 이미징되는 객체가, NMR 펄스 시퀀스 반복 시간이 주기적 신호 변동 간격의 ¼의 홀수배일 때 극대화됨이 개시되어 있다. 이것은 호흡 운동으로 인한 고스트를 경감시키는데 사용될 수 있다. 이러한 방법은 실제로 이미지 품질을 개선할 수 있지만, NMR 펄스 시퀀스 반복 시간에 대한 제약을 부과하고 종종 더욱 긴 총 스캔 시간을 초래한다. 이것은 또한 운동이 주기적이라는 것을 전제로 한다.
주기적 신호 변동에 기인한 바람직하지 않은 영향을 감소시키기 위한 또 다른 방법이 1987년 11월 10일자로 특허된, "NMR 이미징에서 주기적 변동에 기인한 이미지 결함을 감소시키기 위한 방법(A Method For Reducing Image Artifacts Due To Periodic Variations in NMR Imaging)"이라는 명칭의 미국 특허 제 4,706,026 호에 개시되어 있다. 이 방법의 일실시예에서는, 신호 변동 주기(예컨대, 환자 호흡에 기인한)에 대한 가정이 행해지며 뷰 순서가 통상의 단조적으로 증가하는 위상-인코딩 그레디언트로부터 사전선택된 순서로 변경된다. 주어진 신호 변동 주기에 대해, 뷰 순서는 위상-인코딩 진폭의 함수로서 NMR 신호 변동이 바람직한 주파수에서 존재하도록 선택된다. 일실시예에서, 뷰 순서는 변동 주기가 총 NMR 스캔 시간(저 주파수)과 동일하게 나타나서 고스트 결함이 가능한한 이미징되는 객체에 근접하여 발생하도록 선택된다. 다른 실시예(고주파수)에서, 뷰 순서는 고스트 결함을 가능한한 객체로부터 멀리 밀어내도록 변동 주기가 가능한한 짧게 나타나도록 선택된다.
이러한 종래의 방법은 결함을 감소시키는데 효과적이며, 몇가지 측면에서는 변동이 다소 규칙적이고 공지의 주파수에 존재하는 경우 이상적이다. 다른 한편, 이 방법은 운동 시간 주기에 대해 행해진 가정이 유지되지 않는 경우(예컨대, 환자의 호흡 패턴이 변화하거나 불규칙적이기 때문에)에는 그다지 신뢰성이 없다. 이 경우, 종래의 방법에서는 가능한한 객체에 근접하거나 객체로부터 멀리 있는 고스트의 포커싱이 블러링되기 때문에 그 효율성의 얼마간은 손실된다. 이러한 문제에 대한 해법이 "NMR 이미징에서 주기적 신호 변동에 기인한 이미지 결함을 감소시키는 방법(A Method For Reducing Image Artifacts Due To Periodic Signal Variations in NMR Imaging)"이라는 명칭의 미국 특허 제 4,663,591 호에 개시되어 있다. 이 방법에서는, 비단조적 뷰 순서가, 스캔이 실행됨에 따라 결정되며, 신호 변동과 그레디언트 파라미터간의 바람직한 관계(저주파수 또는 고주파수)를 생성하도록 주기의 변화에 응답한다. 물론, 이 방법의 효과는 환자 운동을 감지하는데 이용되는 수단의 정확도, 특히, 환자 운동의 주기성의 어떤 변동에 의존한다.
운동 결함에 대해 MR 이미지를 수정하는 가장 성공적인 방법은 스캔중에 획득된 네비게이터 신호를 이용하는 것이다. 미국 특허 제 4,937,526 호에 기술된 바와 같이, 이러한 네비게이터 신호는 스캔중에 주기적으로 획득되며, 이들 신호의 정보가 환자 운동에 대한 이미지 데이터를 수정하는데 이용될 수 있다.
호흡 운동은 복부 MR 이미징을 수행하는데 가장 어려운 문제이다. 한가지 해법은 싱글 샷 고속 스핀 에코(a single shot, fast spin echo:SSFSE) 또는 싱글-샷 에코 플래너(a single-shot echo planar:EPI) 시퀀스와 같은 운동 불감 기법을 이용해서 모든 이미지 데이터를 획득하는 것으로, 하나의 숨멈춤중에 전체 이미지에 대한 데이터를 획득한다. 그러나, 이들 기법중 어느것도 TZ가중 복부 이미지를 획득하는데는 최적이 아니다. SSFSE를 이용해서 획득된 이미지는 더욱 블러링이 심하고 획득된 신호에 대한 자극된 에코 기여로 인해 지나치게 많은 T1콘트라스트를 가질 수 있다. 다른 한편, 싱글-샷 EPI는 폐와 소화관내의 공기에 의해 야기되는 자기 민감성 그레디언트로 인해 복부의 정해진 임상 이미지에 대한 충분한 신뢰성이 없다. 또한, 이들 기법중 어느것도 복부 이미징에 대해 허용가능한 콘트라스트를 갖는 T1가중 이미지를 생성하도록 제기될 수 없다.
도 1은 본 발명을 이용하는 MRI 시스템의 블록도,
도 2는 도 1에 도시된 MRI 시스템의 일부를 형성하는 트랜시버의 전기적 블록도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예를 실시하는데 이용된 고속 스핀 에코(FSE) 펄스 시퀀스의 그래프,
도 4는 도 3에 도시된 펄스 시퀀스를 이용해서 슬라이스 이미지 데이터가 획득되는 순서를 예시하는, 환자를 그림으로 나타낸 도면,
도 5는 이미지 데이터를 획득하기 위해 도 1에 도시된 MRI 시스템에 의해 수행되는 단계들의 흐름도,
도 6은 다른 실시예에 따라 이미지 데이터를 획득하기 위해 도 1에 도시된 MRI 시스템에 의해 수행되는 단계들의 흐름도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
100 : 조작자 콘솔 102 : 제어 패널
104 : 디스플레이 106 : 이미지 프로세서
107 : 컴퓨터 시스템 108, 119 : CPU
111 : 디스크 저장장치 112 : 테입 드라이브
113, 160 : 메모리 115 : 고속 직렬 링크
116 : 링크 118 : 백플랜
121 : 펄스 발생기 122 : 시스템 제어 장치
125 : 직렬 링크 127 : 그레디언트 증폭기
129 : 생리학적 획득 제어장치 133 : 스캔실 인터페이스 회로
134 : 환자 위치지정 시스템 139 : 그레디언트 코일
140 : 분극 자석 141 : 자석 조립체
150 : 트랜시버 151 : RF 증폭기
152 : 전신 RF 코일 153 : 전치증폭기
154 : 송신/수신 스위치 161 : 어레이 프로세서
본 발명은 환자 호흡에 의해 야기되는 운동 결함을 생성하지 않고 환자의 복부 영역으로부터 슬라이스 이미지 세트를 획득하는 방법이다. 보다 구체적으로, 슬라이스 세트는 복수의 연속하는 슬랩들로 나뉘어지며, 각 슬랩은 규정된 펄스 시퀀스를 이용해서 단일의 숨멈춤중에 획득될 수 있는 복수의 슬라이스로 이루어진다. 이 때, 각 슬랩은 환자 숨멈춤을 개시하여, 선택된 펄스 시퀀스를 이용해서 슬랩내의 모든 슬라이스에 대한 MR 이미지 데이터를 획득함으로써 획득된다. 이미지는 획득된 MR 이미지 데이터로부터 재구성된다.
본 발명의 다른 측면은 각 슬랩 획득 이전에 환자 위치를 측정하고 연속하는 슬랩들이 등록된 방법으로 획득되도록 MRI 시스템에 대한 스캔 파라미터를 변경하는 것이다. 각 슬랩 획득 이전에 환자 위치를 측정하는데 네비게이터 펄스 시퀀스가 이용되며, 슬랩 위치는 스캔중에 기준 위치로부터 멀어지는 환자 움직임을 고력하도록 조정된다.
우선 도 1을 참조하면, 본 발명을 구현하는 바람직한 MRI 시스템의 주요 구성요소들이 도시되어 있다. 시스템의 동작은 조작자 콘솔(100)로부터 제어되며, 조작자 콘솔(100)은 키보드 및 제어 패널(102)과 디스플레이(104)를 포함한다. 콘솔(100)은 링크(116)를 통해 개별 컴퓨터 시스템(107)과 통신하여, 조작자가 스크린(104)상에 이미지를 생성하고 디스플레이하는 것을 제어할 수 있게 한다. 컴퓨터 시스템(107)은 백플랜을 통해 서로 통신하는 다수의 모듈을 포함한다. 이들은 이미지 프로세서 모듈(106), CPU 모듈(108) 및, 당분야에는 이미지 데이터 어레이를 저장하는 프레임 버퍼로서 알려진 메모리 모듈(113)을 포함한다. 컴퓨터 시스템(107)은 이미지 데이터 및 프로그램의 저장을 위한 디스크 저장장치(111) 및 테입 드라이브(112)에 연결되며, 고속 직렬 링크(115)를 통해 개별 시스템 제어장치(122)와 통신한다.
시스템 제어장치(122)는 백플랜에 의해 함께 접속된 모듈 세트를 포함한다. 이들은 CPU 모듈(119)과, 직렬 링크(125)를 통해 조작자 콘솔(100)에 접속되는 펄스 발생기 모듈(121)을 포함한다. 시스템 제어장치(122)는 이러한 링크(125)를 통해 조작자로부터 수행되어야 할 스캔 시퀀스를 지시하는 커맨드를 수신한다. 펄스 발생기 모듈(121)은 바람직한 스캔 시퀀스를 수행하도록 시스템 구성요소들을 동작시킨다. 펄스 발생기 모듈(121)은 생성되어야 할 RF 펄스의 타이밍, 강도 및 형상과 데이터 획득 윈도우의 타이밍 및 길이를 지시하는 데이터를 생성한다. 펄스 발생기 모듈(121)은 그레디언트 증폭기 세트(127)에 접속하여 스캔중에 생성될 그레디언트 펄스의 타이밍 및 형상을 지시한다. 펄스 발생기 모듈(121)은 또한 환자에 접속된 다수의 상이한 센서들로부터, 전극으로부터의 ECG 신호 또는 폐로부터의 호흡 신호와 같은 신호를 수신하는 생리학적 획득 제어기(129)로부터 환자 데이터를 수신한다. 그리고, 마지막으로, 펄스 발생기 모듈(121)은 환자 및 자석 시스템의 상태와 연관된 다양한 센서들로부터 신호를 수신하는 스캔실 인터페이스 회로(133)에 접속된다. 또한, 환자 위치지정 시스템(134)은 스캔실 인터페이스 회로(133)를 통해 환자를 스캔에 바람직한 위치로 이동시키기 위한 커맨드를 수신한다.
펄스 발생기 모듈(121)에 의해 생성된 그레디언트 파형은 Gx, Gy및 Gz증폭기로 이루어진 그레디언트 증폭기 시스템(127)에 인가된다. 각각의 그레디언트 증폭기는 획득된 신호를 위치 인코딩하는데 사용되는 자계 그레디언트를 생성하기 위해, 전반적으로 참조부호(139)로 표시된 조립체내의 대응하는 그레디언트 코일을 여기시킨다. 그레디언트 코일 조립체(139)는 분극 자석(140)과 전신 RF 코일(152)을 포함하는 자석 조립체(141)의 일부를 형성한다. 시스템 제어장치(122)내의 트랜시버 모듈(150)은 RF 증폭기(151)에 의해 증폭되어 송신/수신 스위치(154)에 의해 RF 코일(152)에 결합되는 펄스를 생성한다. 환자내의 여기된 핵에 의해 방사되는 결과적인 신호는 동일한 RF 코일(152)에 의해 감지되어 송신/수신 스위치(154)를 통해 전치증폭기(153)에 결합될 수 있다. 증폭된 NMR 신호는 트랜시버(150)의 수신부에서 복조, 필터링 및 디지털화된다. 송신/수신 스위치(154)는 펄스 발생기 모듈(121)로부터의 신호에 의해 제어되어, 전송 모드 동안에는 RF 증폭기(151)를 코일(152)에 전기적으로 접속시키고 수신 모드 동안에는 전치증폭기(153)를 접속시킨다. 송신/수신 스위치(154)는 또한 송신 또는 수신 모드에서 개별 RF 코일(예컨대, 헤드 코일 또는 표면 코일)이 사용될 수 있게 한다.
RF 코일(152)에 의해 픽업된 NMR 신호는 트랜시버 모듈(150)에 의해 디지털화되어 시스템 제어장치(122)내의 메모리 모듈(160)로 전송된다. 스캔이 완료되어 전체 데이터 어레이가 메모리 모듈(160)내에 획득되었으면, 어레이 프로세서(161)는 이 데이터를 이미지 데이터 어레이로 푸리에 변환하도록 동작한다. 이러한 이미지 데이터는 직렬 링크(115)를 통해 컴퓨터 시스템(107)으로 운반되어 디스크 메모리(111)에 저장된다. 조작자 콘솔(100)로부터 수신된 커맨드에 응답해서, 이 이미지 데이터는 테입 드라이브(112)상에 보관될 수도 있으며, 또는 이미지 프로세서(106)에 의해 또다른 처리를 행해서 조작자 콘솔(100)로 운반하여 디스플레이(104)상에 표시할 수도 있다.
도 1 및 도 2를 구체적으로 참조하면, 트랜시버(150)는 코일(152A)에서 파워 증폭기(151)를 통해 RF 여기 자계 B1을 생성하며, 코일(152B)에 유도된 결과 신호를 수신한다. 앞서 지시된 바와 같이, 코일(152A, 152B)은 도 2에 도시된 바와 같이 별도로 마련되거나, 도 1에 도시된 바와 같이 단일의 전신 코일일 수 있다. RF 여기 자계의 기본 또는 캐리어 주파수는 CPU 모듈(119) 및 펄스 발생기 모듈(121)로부터 디지털 신호 세트(CF)를 수신하는 주파수 합성기(200)의 제어하에 생성된다. 이들 디지털 신호는 출력단(201)에 생성된 RF 캐리어 신호의 주파수 및 위상을 표시한다. 커맨드된 RF 캐리어는 복조기 및 업 컨버터(202)에 인가되어, 그 진폭이 펄스 발생기 모듈(121)로부터 또한 수신된 신호 R(t)에 응답해서 변조된다. 신호 R(t)는 생성될 RF 여기 펄스의 엔벨롭을 규정하며, 일련의 저장된 디지털 값을 순차적으로 판독함으로써 모듈(121)내에서 생성된다. 이들 저장된 디지털 값은 또한 조작자 콘솔(100)로부터 변화되어, 임의의 원하는 RF 펄스 엔벨롭이 생성되게 할 수도 있다.
출력단(205)에 생성되는 RF 여기 펄스의 크기는 백플랜(118)으로부터 디지털 커맨드 TA를 수신하는 여기자 감쇄기 회로(206)에 의해 감쇄된다. 감쇄된 RF 여기 펄스는 RF 코일(152A)을 구동하는 파워 증폭기(151)에 인가된다. 트랜시버(122)의 이 부분에 대한 더욱 상세한 설명에 대해서는 본 명세서에서 참조로 인용되는 미국 특허 제 4,952,877 호를 참조한다.
다시 도 1 및 2를 참조하면, 대상물에 의해 생성된 신호는 수신기 코일(152B)에 의해 픽업되어 전치증폭기(153)를 통해 수신기 감쇄기(207)의 입력단에 인가된다. 수신기 감쇄기(207)는 백플랜(118)으로부터 수신된 디지털 감쇄 신호(RA)에 의해 결정되는 양만큼 신호를 더욱 증폭시킨다.
수신된 신호는 라머 주파수이거나 그 근방이며, 이러한 고주파수 신호는, 우선 NMR 신호를 라인(201)상의 캐리어 신호와 혼합한 후 결과적인 차이 신호를 라인(204)상의 205㎒ 기준 신호와 혼합하는 다운 컨버터(208)에 의해 2단계 프로세스로 다운 컨버팅된다. 다운 컨버팅된 NMR 신호는 아날로그 신호를 샘플링해서 디지털화하하는 아날로그-디지털(A/D) 컨버터(209)의 입력단에 인가되며, A/D 컨버터(209)는 그 신호를 수신된 신호에 대응하는 16비트 동위상(I) 값과 16비트 직각위상(Q) 값을 생성하는 디지털 검출기 및 신호 프로세서(210)에 인가한다. 이로써 얻어지는 수신된 신호의 디지털화된 I 및 Q 값의 스트림은 백플랜(118)을 통해 메모리 모듈(160)로 출력되어 이미지를 재구성하는데 이용된다.
2.5㎒ 기준 신호와 250㎑ 샘플링 신호 및 5, 10 및 60㎒ 기준 신호는 공통의 20㎒ 마스터 클럭 신호로부터 기준 주파수 발생기(203)에 의해 생성된다. 수신기의 더욱 상세한 설명에 대해서는 본 명세서에서 참조로 인용되는 미국 특허 제 4,992,736 호를 참조한다.
도 1의 MRI 시스템은 일련의 펄스 시퀀스를 수행해서 바람직한 이미지를 재구성하기에 충분한 NMR 데이터를 수집한다. 구체적으로, 도 3을 참조하면, T2가중 이미징을 위해 본 발명의 바람직한 실시예를 구현하는데 이용되는 고속 스핀 에코 MR 펄스 시퀀스는 복수의 MR 에코 신호가 획득되는 2DFT RARE 시퀀스이다. 설명을 위해, 도 3에는 단지 4개의 에코 신호(301∼304)만이 도시되었지만, 더욱 많은 신호가 생성되어 획득될 수 있음을 알 수 있다. 이들 MR 에코 신호는 환자를 통해 하나의 슬라이스내에 횡단 자계를 제공하도록 Gz슬라이스 선택 그레디언트 펄스(306)의 존재하에 발생되는 90도 RF 여기 펄스(305)에 의해 생성된다. 이러한 횡단 자계는 Gx판독 그레디언트 펄스(308)의 존재하에 획득되는 MR 스핀 에코 신호(301∼304)를 생성하도록 선택적 재집속 펄스(307)(이것은 180°플립 각도를 가질 수 있음)에 의해 재집속된다. 각각의 MR 스핀 에코 신호(301∼304)는 개별적으로 위상 인코딩된 후 계속해서 제각기의 Gy위상 인코딩 펄스(309∼313)에 의해 리와인딩(rewinding)된다. 위상 인코딩 펄스의 진폭은 변화하며, 개별"뷰들(views)" 또는 Ky공간 샘플을 획득하기 위해 이산값들을 통해 스테핑된다. 각각의 MR 스핀 에코 신호는 각 신호 샘플을 디지털화함으로써 획득되며, 결과적으로, 하나의 이미지에 대한 스캔의 완료시에 2차원 "k-공간" 데이터 어레이가 획득되며 그로부터 앞서 기술된 바와 같이 2D 푸리에 변환을 수행함으로써 이미지가 생성될 수 있다.
MR 스핀 에코 신호(301∼304)의 진폭은 이미징되는 스핀의 T2감쇄 상수의 함수로서 감소하므로, 에코 신호들간의 간격을 감소시키도록 다수의 측정이 행해진다. 이들 측정은 최소 지속시간을 갖는 RF 에코 펄스(307)의 적용과, 고 대역폭 및/또는 저 해상도 판독치의 이용을 포함한다. 모두가 연관된 그레디언트 파형을 재생하기 위한 시간을 감소시키며 결과적으로 MR 신호들(301∼304)간의 간격을 감소시킨다. RF 재집속 펄스(307)는 미국 특허 제 5,315,249 호 및 제 5,345,176 호에 개시된 방법들을 이용해서 설계되며, 그들의 지속시간은, 예컨대, 3.2㎳로부터 1.92㎳로 감소된다. 90도 RF 여기 펄스(305)의 지속시간은 4㎳로부터 2.4㎳로 감소된다. 각 MR 에코 신호의 판독 지속시간은 재구성 프로세스에서 평면내 제로 패딩(in-plane zero padding)을 이용함으로써 감소된다. 이것은 잘 알려진 기법으로서 x 또는 y 축을 따라 더욱 작은 수의 k-공간 샘플이 획득될 수 있게 한다. 누락 샘플들은 제로들로 채워진다. 바람직한 실시예에서, 이것은 각각의 MR 신호(301∼304)의 판독중에 256 미만의 샘플이 획득될 수 있게 하며, 결과적으로 에코 간격을 감소시킨다.
본 발명의 두 번째 바람직한 실시예는 고속 그레디언트-리콜드 에코 펄스 시퀀스를 이용해서 규정된 수의 이미지 슬라이스를 획득한다. 이 펄스 시퀀스는 T1가중 복부 이미지가 획득되어야 하는 경우에 바람직하다. 이러한 바람직한 펄스 시퀀스는 미국 특허 제 5,291,891 호에 기술되어 있으며 본 명세서에서 참조로 인용된다.
본 발명의 바람직한 실시예는 도 1에 도시된 MRI 시스템에 의해 실행되는 프로그램의 지시하에 도 3에 도시된 FSE 펄스 시퀀스와 같은 2D 이미징 시퀀스를 이용한다. 이 프로그램에 의해 수행되는 단계들이 도 5에 흐름도로 도시되어 있으며, 이것은 도 4에 예시된 간의 예시적 복부 스캔을 이용해서 설명된다.
구체적으로, 도 4를 참조하면, 12개의 축방향 슬라이스(10)로서 정위된 12개의 2차원 이미지에 대해 MRI 데이터를 획득함으로써 스캔이 수행된다. 그러나, 모든 12개의 슬라이스로부터 인터리브된 방식으로 데이터가 획득되는 통상의 획득 순서를 이용하지 않고, 슬라이스는 슬랩으로 그루핑된다. 도시된 실시예에서는 두 개의 슬랩(12, 14)이 규정되며 각 슬랩(12, 14)은 6개의 슬라이스를 갖는다. 각 슬랩에서 슬라이스의 수를 규정하는 주요 기준은 단일의 환자 숨멈춤시에 선택된 펄스 시퀀스를 이용해서 전체 슬랩이 획득될 수 있다는 것이다. 이 때 스캔은 대응하는 연속하는 숨멈춤들의 각각 동안에 복수의 슬랩들 각각으로부터 MRI 데이터를 획득하는 것으로 이루어진다. 도 4의 예에서는 스캔을 완료하는데 두 번의 숨멈춤이 요구된다.
구체적으로 도 5를 참조하여, 프로세스가 시작되면 조작자는 프로세스 블록(230)에 표시된 바와 같이 수행되어야 할 펄스 시퀀스에 대한 규정을 입력하도록 프롬프트된다. 이러한 규정은 앞서 설명된 FSE 펄스 시퀀스가 이용된 경우 각 샷내에서 획득되어야 할 에코의 수와 같은 파라미터를 포함한다. T1가중 이미지에 대한 스포일드 그레디언트 리콜드 에코 시퀀스(a spoiled gradient recalled echo sequence)와 같은 다른 고속 펄스 시퀀스가 또한 규정될 수 있다.
이 때, 스캔중에 획득될 슬라이스의 수와 위치는 프로세스 블록(232)에 표시된 바와 같이 규정된다. 이들 파라미터는 물론, 이미징되는 복부 해부학적 구조, 원하는 해상도 및 뷰 필드에 의존하게 된다. 예컨대, 앞서 설명된 FSE 펄스 시퀀스를 이용한 간의 스캔시에, 어디서든 8내지 12개의 축방향 슬라이스가 규정될 수 있다.
그리고 나서, 블록(234)에 도시된 바와 같이, 조작자는 각각의 슬랩 데이터를 획득하는데 이용가능한 시간 간격을 표시하는 숨멈춤 지속시간 수를 입력한다. 이 시간 주기는, 예컨대, 25초의 "정상(normal)" 값으로 사전설정될 수 있으며, 이것은 환자의 상태 및 능력에 따라 증가 또는 감소될 수 있다. 숨멈춤 지속시간은 사용자 지정 반복 시간(TR) 및 위상 인코딩 해상도에 의해 요구되는 최소 가능 지속시간으로 자동으로 감소된다. 또한, 슬랩 오버랩 수가 입력된다. 이 수는, 환자가 각각의 슬랩 획득에 대해 동일한 위치에서 숨멈춤을 수행하지 않더라도 모든 해부학적 구조가 획득됨을 보장하기 위해 인접하는 슬랩이 오버랩해야 하는 양을표시한다.
처리 블록(236)에 도시된 바와 같이, 그리고 나서, 시스템은 획득될 개별 슬랩의 수와 각 슬랩에서의 슬라이스의 수를 계산한다. 이러한 계산은 각 숨멈춤내에서 가능한한 많은 규정된 슬라이스를 획득할 목적으로 사전에 입력된 데이터에 근거한다. 예컨대, 계산이, 지정된 숨멈춤 지속시간내에 6개의 슬라이스가 획득될 수 있음을 표시하는 경우, 각 슬랩은 최고 6개의 슬라이스를 포함하게 되며, 스캔에 필요한 슬랩/숨멈춤의 최소 수는 규정된 슬라이스의 총 수를 6으로 나눈 것과 동일하다. 이러한 정보는 조작자에게 디스플레이되며, 판정 블록(240)에 도시된 바와 같이, 만족스러운 경우 스캔이 개시된다. 그렇지 않으면, 시스템은 조작자가 규정된 스캔을 변경할 수 있도록 다시 루프한다. 예컨대, 환자가 무리없이 건강하고 그들의 숨멈춤을 용이하게 유지할 수 있는 경우 숨멈춤 타이밍은 증가될 수 있다.
처리 블록(242)에 도시된 바와 같이 스캔이 개시되면, 환자에게 숨멈춤을 개시하도록 신호를 보낸다. 숨멈춤이 이루어지면 처리 블록(244)에 도시된 바와 같이 MR 이미지 데이터의 하나의 슬랩에 대한 획득이 수행된다. 숨멈춤 개시의 검출은 또한 본 명세서에서 참조로 인용되는 "MR 이미징용 숨멈춤 모니터(Breath-Hold for MR Imaging)"라는 명칭의 미국 특허 제 5,363,844 호에 기술된 것과 같은 시스템을 이용해서 자동으로 수행될 수 있다.
MR 이미징 데이터의 슬랩 획득은 규정된 펄스 시퀀스를 이용해서 수행된다. 슬랩내의 슬라이스는 잘 알려진 인터리브 방식으로 획득되며, 따라서, 펄스 시퀀스는 인접한 슬라이스들에서 지연없이 스핀을 포화시키지 않고 수행될 수 있다. 슬랩이 획득된 후, 환자에게 호흡을 하도록 지시하거나 신호한다. 판정 블록(246)에서 판정되는 바와 같이 마지막 슬랩이 획득되었으면, 블록(248)에 도시된 바와 같이 슬라이스 이미지는 재구성되며, 그렇지 않은 경우, 시스템은 다음 슬랩을 획득하도록 다시 루프한다.
본 발명의 다른 실시예에서는, 처리의 데이터 획득 단계 동안에 네비게이터 펄스 시퀀스를 이용해서 각각의 숨멈춤 동안에 간/횡경막 경계의 위치를 위치확인한다. 각 숨멈춤의 시작에서 간의 상부를 위치확인하는 것은 슬라이스의 첫 번째 슬랩에 관련되는 연속하는 숨멈춤에서 슬라이스 위치의 수정을 가능하게 한다. 이러한 간/횡격막 위치 정보는 앞서 설명된 바와 같이 슬랩들을 서로 자동으로 등록하는데 회고적으로 이용되거나, 바람직하게는 이러한 위치 정보는 이후 보다 상세히 설명되는 바와 같이 장래에 슬랩 획득에 앞서 스캔 파라미터를 조정하는데 이용될 수 있다.
구체적으로 도 6을 참조하면, 다른 바람직한 실시예는 데이터 획득 단계를 제외하고는 앞서 설명된 것과 사실상 동일한 프로세스이다. 처리 블록(242)에서 각 숨멈춤이 개시된 후, 처리 블록(254)에서 네비게이터 펄스 시퀀스를 수행하여 NMR 네비게이터 신호를 획득한다. 이러한 네비게이터 펄스 시퀀스는 2차원 RF 여기 펄스에 의해 1열의 스핀(a column of spins)이 여기되는 측정이다. 이러한 스핀열은 조작자에 의해 위치지정되며 통상 복부의 우측에 위치되어, 간의 돔(dome) 근방의 횡격막을 횡단한다. 여기된 열의 길이방향 차원을 따르는 방향의 판독 그레디언트(바람직한 실시예에서 Gz)의 존재하에 연속하는 NMR 신호가 획득되며, NMR 네비게이터 신호의 256개 샘플이 어레이 프로세서(161)에 의해 푸리에 변환된다. 2차원 여기 RF 펄스는 12㎳의 3000㎜ 직경 가우시안 여기(excitation)이다. 예컨대, 미국 특허 제 4,812,760 호에 기술된 바와 같이, 이러한 2차원 RF 펄스는 2개의 그레디언트 필드(바람직한 실시예에서 Gx및 Gz)의 존재하에 생성된다. 수신기 저역 필터는 여기된 열(z축)을 따른 뷰의 260㎜ 필드에 대해 설정된다. NMR 신호는 4㎳ 샘플 기간동안 256 포인트에서 샘플링되며, TR=70㎳의 펄스 반복 레이트가 이용된다. 여기된 열에서 간/횡격막 위치는 획득되어 푸리에 변환된 NMR 네비게이터 신호에서 변곡(inflection)으로서 나타난다. 이러한 변곡의 위치는, 고주파 노이즈를 감소시키기 위한 20샘플 폭 평균화 필터와, 그에 후속하여 간/횡격막 에지를 추출하는 5샘플 고역 필터를 포함하는 에지 검출(미분 필터) 기법을 이용해서 산출된다.
다른 네비게이터 신호 획득이 또한 이용될 수 있다. 예컨대, 2차원 새지털(sagital) 또는 관상 슬라이스(coronal slices)를 획득 및 분석해서 호흡 운동을 측정할 수 있다.
도 6에 처리 블록(256)으로 도시된 바와 같이, 간/횡격막 위치 정보는 시스템 스캔 파라미터를 변경하는데 이용된다. 첫 번째 슬랩을 획득하는 동안, 간/횡격막 위치는 환자 기준 위치로서 저장되며, 슬라이스의 첫 번째 슬랩은 스캔 파라미터 조정없이 획득된다. 그러나, 연속하는 슬랩을 획득하는 동안, 측정된 간/횡격막 위치는 저장된 환자 기준 위치와 비교되며, 그 차이는 스캔 파라미터를 조정하는데 이용된다. 바람직한 실시예에서, RF 여기 펄스의 주파수는 계산된 차이와 동일한 양만큼 축방향을 따라 획득된 슬라이스의 위치를 쉬프트하는 양만큼 변경된다. 즉,
Δf = γGzΔz
이고, 여기서
γ=여기된 스핀에 대한 자이로마그네틱 비율(gyromagnetic ratio),
Gz=z축을 따른 그레디언트 필드 강도,
Δz=숨멈춤간에 간/횡격막 위치에 있어서 기준으로부터의 차이
이다.
이러한 조정은 앞서 기술된 바와 같이 출력단(201)(도 2 참조)에서 생성되는 RF 캐리어 신호의 주파수를 변화시킴으로써 행해진다. 이와 같이 해서 계속하여 획득된 슬랩은 환자의 운동을 따르도록 쉬프트되어, 슬라이스를 획득하며, 이들 슬라이스는 첫 번째, 기준, 슬랩의 값들로 등록된다. 스캔이 완료되면, 처리 블록(248)에서 슬라이스 이미지가 재구성되어 회고적인 등록 단계에 대한 필요없이 규정된 슬라이스 이미지 세트가 제공된다.
본 발명에 의하면, 환자 호흡에 의해 야기되는 운동 결함을 생성하지 않고환자의 복부 영역으로부터 슬라이스 이미지 세트가 획득된다.

Claims (18)

  1. 자기 공명 이미징(a magnetic resonance imaging:MR) 시스템을 이용해서 이미지 세트를 생성하는 방법에 있어서,
    ① 펄스 시퀀스를 규정하는 단계(230)와,
    ② 이미지 세트의 수와 위치를 규정하는 단계(232)와,
    ③ 상기 이미지 세트를, 복수의 인접하는 이미지를 제각기 포함하는 복수의 슬랩들(12, 14)로 그루핑하는 단계(236)와,
    ④ ㉮ 환자의 숨멈춤(breath-hold)을 개시(242)하고, ㉯ MRI 시스템으로 상기 규정된 펄스 시퀀스를 수행해서, 상기 슬랩의 각각의 규정된 이미지에 대해 환자로부터 MR 이미지 데이터를 획득(244)하는 것에 의해, 상기 각 슬랩(12, 14)을 반복적으로 획득함으로써 이미지 세트를 획득하는 단계와,
    ⑤ 상기 단계④에서 획득된 상기 MR 이미지를 이용해서 상기 이미지 세트를 재구성하는 단계(248)
    를 포함하는 자기 공명 이미징 시스템을 이용한 이미지 세트 생성 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계 ⑤는 상기 획득된 슬랩(12, 14)을 등록하는 것을 포함하는 자기 공명 이미징 시스템을 이용한 이미지 세트 생성 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 이미지 세트는 환자를 통한 대응하는 인접하는 평행 슬라이스 세트(10)를 통해 획득된 2차원 이미지인 자기 공명 이미징 시스템을 이용한 이미지 세트 생성 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 이미지 세트는 축방향 이미지인 자기 공명 이미징 시스템을 이용한 이미지 세트 생성 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 이미지 세트는 환자의 복부에 위치되는 자기 공명 이미징 시스템을 이용한 이미지 세트 생성 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 펄스 시퀀스는 고속 스핀 에코 펄스 시퀀스(a fast spin echo pulse sequence)(도 3 참조)인 자기 공명 이미징 시스템을 이용한 이미지 세트 생성 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 MR 이미지 데이터는 인터리브된 순서로 상기 단계 ④의 ㉯에서 각 슬랩의 이미지에 대해 획득되는 자기 공명 이미징 시스템을 이용한 이미지 세트 생성 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 이미지 세트를 복수의 슬랩으로 그루핑하는 단계는 환자 숨멈춤시에 규정된 펄스 시퀀스로 획득될 수 있는 규정된 이미지의 수를 계산함으로써 수행되는 자기 공명 이미징 시스템을 이용한 이미지 세트 생성 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 환자의 숨멈춤 기간을 표시하는 정보를 수동으로 입력하는 단계(234)를 더 포함하는 자기 공명 이미징 시스템을 이용한 이미지 세트 생성 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 이미지 세트를 복수의 슬랩으로 그루핑하는 단계는 인접하는 획득된 슬랩들(12, 14)의 오버랩 양을 표시하는 정보를 입력하는 것(234)을 포함하는 자기 공명 이미징 시스템을 이용한 이미지 세트 생성 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계 ④는 네비게이터 데이터를 획득하기 위한 환자 숨멈춤의 개시 후에 상기 MRI 시스템을 이용해서 네비게이터 펄스 시퀀스를 수행(254)하는 것을 포함하고,
    상기 단계 ⑤는 상기 획득된 네비게이터 데이터를 이용해서 상기 획득된 슬랩(12, 14)을 등록하는 것을 포함하는
    자기 공명 이미징 시스템을 이용한 이미지 세트 생성 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계 ④는
    네비게이터 데이터를 획득하기 위해 환자 숨멈춤의 개시 후에 상기 MRI 시스템을 이용해서 네비게이터 펄스 시퀀스를 수행(254)하고,
    상기 단계 ④의 ㉯에서 연속해서 획득된 슬랩 이미지들의 위치를 조정하도록 상기 획득된 네비게이터 데이터에 응답해서 상기 MRI 시스템의 스캔 파라미터를 조정(256)하는 것을 포함하는
    자기 공명 이미징 시스템을 이용한 이미지 세트 생성 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 스캔 파라미터는 상기 규정된 펄스 시퀀스의 수행 동안에 생성된 RF 여기 펄스(305, 307)의 주파수인 자기 공명 이미징 시스템을 이용한 이미지 세트 생성 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 스캔 파라미터는 상기 MRI 시스템에서 트랜시버(150)에 의해 생성된 RF 캐리어 신호(201)의 주파수를 변화시킴으로써 조정되는 자기 공명 이미징 시스템을 이용한 이미지 세트 생성 방법.
  15. 자기 공명 이미징(MRI) 시스템을 이용해서 이미지 세트를 생성하는 방법에 있어서,
    ① 상기 이미지 세트를, 복수의 인접 이미지들을 제각기 포함하는 복수의 슬랩들(12, 14)로 그루핑하는 단계(236)와,
    ② 환자의 숨멈춤을 개시하는 단계(242)와,
    ③ 환자 위치를 표시하는 네비게이터 데이터를 획득하도록 상기 MRI 시스템을 이용해서 네비게이터 펄스 시퀀스를 수행하는 단계(254)와,
    ④ 상기 네비게이터 데이터에 응답해서 상기 MRI 시스템의 스캔 파라미터를 조정하는 단계(256)와,
    ⑤ 상기 조정된 스캔 파라미터를 이용해서 상기 MRI 시스템의 펄스 시퀀스를 수행해서 하나의 슬랩내의 각 이미지에 대해 상기 환자로부터 MR 이미지 데이터를 획득하는 단계(244)와,
    ⑥ 상기 슬랩들(12, 14) 모두로부터 MR 이미지 데이터가 획득될 때까지 상기 단계들 ②, ③, ④ 및 ⑤를 반복하는 단계와,
    ⑦ 상기 획득된 MR 이미지 데이터로부터 이미지 세트를 재구성하는 단계(248)
    를 포함하는 자기 공명 이미징 시스템을 이용한 이미지 세트 생성 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 스캔 파라미터는 상기 펄스 시퀀스에서 RF 여기 펄스(305, 307)의 주파수인 자기 공명 이미징 시스템을 이용한 이미지 세트 생성 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 펄스 시퀀스는 고속 스핀 에코 펄스 시퀀스(도 3 참조)인 자기 공명 이미징 시스템을 이용한 이미지 세트 생성 방법.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 네비게이터 데이터는 상기 환자의 횡격막의 위치를 표시하는 자기 공명 이미징 시스템을 이용한 이미지 세트 생성 방법.
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