KR20060090312A - 프리펄스와 촬상펄스열 사이에 긴 대기시간을 요하는자기공명 이미징 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자기공명 이미지장치에 관한 것으로서, 촬상 대상의 심시상을 나타내는 신호에 포함된 복수의 파형 중에서 제 1 파형의 소정값이 나타나는 타이밍을 제 1 타이밍으로서 검출하는 제 1 검출수단과, 상기 제 1 타이밍에 제 1 지연시간을 갖고 동기시켜서 프리펄스를 촬상대상에 인가하는 프리펄스 인가수단과, 상기 신호에 포함된 상기 복수의 파형 중에서 상기 제 1 파형으로부터 적어도 1 심주기(心周期) 이후의 제 2 파형의 소정값이 나타나는 타이밍을 제 2 타이밍으로서 검출하는 제 2 검출수단과, 상기 제 2 타이밍에 제 2 지연시간을 갖고 동기시켜서 촬상 펄스열을 상기 촬상대상의 희망 영역에 인가하여 스캔을 실시하는 스캔수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

프리펄스와 촬상펄스열 사이에 긴 대기시간을 요하는 자기공명 이미징{MAGNETIC RESONANCE IMAGING NEEDING A LONG WAITING TIME BETWEEN PRE-PULSE AND IMAGING PULSE TRAIN}

도 1은 종래의 블랙블러드법을 나타내는 펄스 시퀀스,

도 2는 종래의 블랙블러드법에 의한 동기법의 일례를 나타내는 펄스 시퀀스,

도 3 및 도 4는 종래의 블랙블러드법에 의한 동기법의 문제점을 설명하는 펄스 시퀀스,

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 자기공명 이미징장치의 개략 구성의 일례를 나타내는 기능 블록도,

도 6은 실시예에서 이용하는 블랙블러드법을 나타내는 펄스 시퀀스,

도 7은 도 6의 펄스 시퀀스를 실행하기 위한 심전 동기처리의 개요를 나타내는 플로우차트,

도 8 및 도 9는 심주기의 변동을 흡수하는 구조를 설명하기 위한 도면,

도 10은 본 발명의 변형 실시예에서 이용하는 블랙블러드법을 나타내는 펄스 시퀀스 및

도 11은 본 발명의 다른 변형의 실시예에 따른 시네모드 촬상법을 설명하는 개략 플로우차트이다.

본 발명은 프리펄스를 포함한 촬상 시퀀스로 촬상 대상의 내부를 화상화하는 자기공명 이미징(MRI)에 관한 것으로서, 특히 블랙블러드법 등과 같이, 프리펄스를 인가한 후, 촬상펄스열의 인가 개시까지의 대기시간이 심주기(心周期)에 비해 비교적 긴 촬상 시퀀스를 이용한 MR이미징에 관한 것이다.

현재, 의료용 촬상법의 하나로서, 자기공명 이미징이 많이 이용되고 있다. 이 자기공명 이미징은 정자장 중에 놓여진 촬상 대상의 원자핵 스핀을 그 라모아 주파수(larmor frequency)의 고주파 신호로 자기적으로 여기하고, 이 여기에 따라서 발생하는 MR신호로부터 촬상 대상 내부의 화상을 재구성하는 촬상법이다. 자기공명 이미징에는 각종 타입의 것이 있고, 자기적 여기 및 신호 수집에 이용하는 펄스 시퀀스에 의해서 그 타입은 분류된다.

심장의 영역을 촬상하는 자기공명 이미징의 경우, 혈액 박동의 영향에 의해, 재구성 후의 화상상에서 혈류가 많은 부분에서 위상 엔코드 방향을 향해 고스트상의 아티팩트(혈류 아티팩트)가 생기기 쉽다. 이 아티팩트를 억제하기 위해, RF 여기와 에코 수집을 심전도파형으로 동기시키는 심전동기촬상법이 일반적으로 이용되고 있다. 이에 의해, 각 쇼트(여기)마다의 에코 신호의 변동을 억제할 수 있고, 전술한 혈류 아티팩트를 저감할 수 있다.

또, 논문「Edelman RR et al., Fast selective black blood MR imaging, Radiology 1991 Dec. 181(3):655-60, 1991」, 「Edelman RRet al., Extracranial carotid arteries: evaluation with “black blood”MR angiography, Radiology 1990 Oct. 177(1): 45-65, 1990」등에 보여지는 바와 같이, 심근의 추출 능력을 향상시키는 것을 주요 목적으로 하고, 혈액의 MR신호의 수집을 억제하기 위한 프리펄스를 통상의 RF여기와 에코수집의 펄스열 전에 부가하는, 이른바 블랙블러드법이 제안되어 있다. RF여기와 에코수집의 펄스열로서는 필드에코법, 고속필드에코법, 고속스핀에코법 등에 의한 펄스열 등이 이용된다.

또, 최근에는 촬상 단면과 거의 같은 영역을 반전 여기하는 선택 인버전펄스와 촬상 대상 전체를 반전 여기하는 비선택 인버전펄스를 연속적으로 인가하고, 이 인가로부터 400∼700ms후에 촬상을 위한 RF여기와 에코 수집을 실시하는, 이른바 더블인버전 펄스를 이용한 블랙블러드법도 보고되어 있다(예를 들면, 문헌 「Simonetti OP et al., “Black Blood” T2-wighted inversion-recovery MR imaging of the heart, Radiology 1996 Apr.199(1): 49-57, 1996」, 「Stehling MK et al., Single-shot T1-and T2-weighted magnetic resonance imaging of the heart with black blood: Preliminary experience, MAGMA 1996 Sep Dec, 4(3-4): 231-40, 1996」, 「Arai AE et al., Visualization of aortic valve leaflets using black blood MRI, J Magn. Reson. Imaging 1999 Nov., 10(5): 771-7, 1999」등을 참조).

이 더블 인버전 펄스를 이용한 블랙블러드법은 혈액신호가 높은 억제효과와 다른 조직의 신호 저하가 적은 유리함 때문에 주목받고 있으며, 앞으로 점점 보급되리라고 예상된다. 프리펄스의 형은 보고에 따라 다르다. 프리펄스는 기본적으로 혈액신호의 종자화(縱磁化)가 0 또는 충분히 작아지는 것을 목적으로 하고 있기 때문에 어떤 보고의 경우라도 프리펄스의 인가 때문에 촬상의 여기 펄스의 인가까지의 시간은 400∼700ms 정도이며, 이 시간은 다른 목적으로 인가되는 프리펄스의 경우 보다도 길다.

이 때문에, 심전동기촬상법을 이용하고, R파를 검출한 직후에 프리펄스를 인가한 경우라도 실제로 화상화할 수 있는 심시상(心時相)은 심주기의 후반의 시간대, 즉 확장기가 된다. 따라서 예를 들면 상기한 논문 「Simonetti OP et al., “Black Blood” T2-wighted inversion-recovery MR imaging of the heart, Radiology 1996 Apr. 199(1): 49-57, 1996」에 보여지는 바와 같이, 이 블랙블러드법을 이용하는 경우, 확장기의 화상을 수집하는 것이 일반적이다.

여기서, 도 1에 종래의 더블인버전펄스를 이용한 블랙블러드법의 펄스 시퀀스를 나타낸다. 도 1에 도시한 바와 같이 ECG(심전도) 신호의 R파로부터 소정의 시간(td)으로 동기하여, 혈액 억제용 프리펄스로서의 더블 인버전 펄스 DIV가 인가되고, 이 인가로부터 소정의 대기시간(BBTI) 후에 촬상 펄스열(SEQ_ima)에 의한 인가가 실시되어 에코 신호가 수집된다. 도 1에 있어서 RF는 RF 펄스를, Gs는 슬라이스방향 경사자장을, Gr은 판독방향 경사자장을, Ge는 위상 엔코드방향 경사자장을, Echo는 에코신호를 각각 나타낸다.

더블 인버전 펄스(DIV)의 2개의 RF펄스 중, 1개는 슬라이스 방향 경사 자장(Gs)의 강도가 0으로 인가되고, 또 다른 하나는 촬상용 펄스 시퀀스로 선택 여기 되는 슬라이스와 동일한 영역을 여기하기 때문에 소요 강도의 슬라이스 방향 경사자장(Gs)을 더해 인가된다. 대기 시간(BBTI)은 통상 500∼600ms 정도이며, 혈액의 종자화가 거의 0이 되는 시간으로 설정된다.

그러나, 종래의 블랙블러드법을 이용한 경우, 시간적으로 R파에 가까운 수축기의 화상을 수집하기 어렵거나 시네모드 표시와 같이 일정 간격으로 변화하는 지연 시간을 가진 일련의 화상을 수집하는 것이 어려워지는 문제가 있다.

따라서, 프리펄스의 인가로부터 에코 수집까지 긴 시간: BBTI(블랙블러드법의 반전시간)이 필요하기 때문에 수축기의 화상을 수집하기 위해서는 실제로 수집하는 심주기에 대해 1개 이상 전의 심주기의 R파를 동기 트리거로서 사용하지 않으면 안된다. 이 상태를 도 2에 도시한다. 즉, 도 2에 도시한 바와 같이 R2-R3사이의 수축기의 화상을 수집하기 위해서는 그것보다도 전의 심주기, 예를 들면 심주기(R1-R2)에 있어서, R파:R1에 소정의 지연시간(td)으로 동기시킬 필요가 있다.

건강한 사람이라도 심박의 주기는 10∼20% 정도, 변동하고 있다. 즉, 심박마다 R파의 위치가 시간축상에서 어긋나게 된다. 이 때문에 1심주기 이상 전의 R파로부터 임의의 일정한 시간 「td+BBTI」후에 화상을 수집해도 에코 수집 시점의 심근의 위치는 각 쇼트마다 흔들리고, 화질이 현저히 열화하여 진단에 견딜 수 있는 화상은 얻어지지 않는다. 도 3 및 도 4는 도 7을 심주기가 긴 경우(도 3)와 짧은 경우(도 4) 2가지 조건으로 나누고, 또 모식적으로 나타낸 것이다. 이 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이 종래의 경우에는 지연시간(td1)과 반전시간(BBTI)을 고정으로 하여 촬상 펄스열(SEQ_ima)의 개시 타이밍을 제어하고 있기 때문에 실제의 심근의 움직임에 강한 상관이 있는 지연시간(td2)은 심주기의 변동을 받아 마찬가지로 변화한다.

이 때문에 종래에는 전술한 바와 같이 확장기의 화상을 수집하는 것에 머무르고 있었다.

본 발명은 이와 같은 종래기술이 직면한 현상(現狀)을 타파하기 위해 이루어진 것으로, 더블 인버전 펄스를 이용한 블랙블러드법에 의한 촬상과 같이 프리펄스를 인가한 후, 촬상펄스열의 인가까지의 대기 시간이 심주기에 비해 비교적 긴 펄스 시퀀스를 이용한 MR이미징에 있어서, 심박 주기에 주기마다의 변동이 있는 경우에도 심주기의 수축기의 화상을 확실히 촬상할 수 있는 촬상법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

이러한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 자기공명 이미징에서는 펄스 시퀀스의 프리펄스와 촬상 펄스열 각각에 대해, 심시상을 나타내는 신호(예를 들면 ECG 신호)의 시계열적으로 나열한 복수의 소정 파형(예를 들면 R파)을 구비하여, 동기화가 부여된다.

구체적으로 본 발명은 자기공명 이미지장치에 있어서, 촬상 대상의 심시상을 나타내는 신호에 포함된 복수의 파형 중에서 제 1 파형의 소정값이 나타나는 타이 밍을 제 1 타이밍으로서 검출하는 제 1 검출수단과, 상기 제 1 타이밍에 제 1 지연시간을 갖고 동기시켜서 프리펄스를 촬상대상에 인가하는 프리펄스 인가수단과, 상기 신호에 포함된 상기 복수의 파형 중에서 상기 제 1 파형으로부터 적어도 1 심주기(心周期) 이후의 제 2 파형의 소정값이 나타나는 타이밍을 제 2 타이밍으로서 검출하는 제 2 검출수단과, 상기 제 2 타이밍에 제 2 지연시간을 갖고 동기시켜서 촬상 펄스열을 상기 촬상대상의 희망 영역에 인가하여 스캔을 실시하는 스캔수단을 구비하는 것을 일 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 프리펄스는 블랙블러드법에 의한 펄스 시퀀스의 일부를 이루는 더블 인버전 펄스이다. 상기 심시상을 나타내는 신호는 ECG 신호이며, 상기 복수의 파형은 상기 ECG 신호의 R파이고, 상기 제 1 및 제 2 파형 각각의 상기 소정값은 해당 제 1 및 제 2 파형 각각의 피크값이다. 상기 적어도 1 심주기 이후의 제 2 파형은 1 심주기가 경과한 때의 파형이거나, 또는 2 심주기가 경과한 때의 파형이다.

또한 바람직하게는 상기 제 1 및 제 2 지연시간을, 상기 프리펄스의 인가로부터 상기 촬상 펄스열의 인가개시까지의 대기시간이 상기 촬상대상의 심박의 1 주기의 약 절반 정도 또는 그 이상을 차지할 정도로 길게 설정한다. 상기 제 2 지연시간은 상기 심박의 수축기에 맞춰 설정한 시간이며, 상기 제 1 지연시간은 상기 제 2 지연시간, 상기 대기시간의 희망값, 및 상기 심박의 평균적인 주기로부터 산출한 시간이다.

또한 본 발명은 프리펄스와, 상기 프리펄스의 인가 후에 시간을 두고 인가 개시하는 촬상 펄스열로 이루어진 자기공명 이미징용 펄스 시퀀스를, 촬상 대상의 심시상을 나타내는 신호에 동기하여 상기 촬상 대상에 인가하는 자기 공명 이미징의 스캔 동기방법에 있어서, 상기 신호에 포함된 복수의 파형 중에서 제 1 파형의 소정값이 나타나는 타이밍을 제 1 타이밍으로서 검출하는 단계와, 상기 제 1 타이밍에 제 1 지연시간을 가지고 동기시켜 상기 프리펄스를 촬상대상에 인가하는 단계와, 상기 신호에 포함된 상기 복수의 파형 중에서 상기 제 1 파형으로부터 적어도 1 심주기 이후의 제 2 파형의 소정값이 나타나는 타이밍을 제 2 타이밍으로서 검출하는 단계와, 상기 제 2 타이밍에 제 2 지연시간을 가지고 동기시켜 상기 촬상 펄스열을 상기 촬상대상의 희망 영역에 인가하여 스캔을 실시하는 단계를 구비하는 것을 다른 특징으로 한다.

또한 본 발명은 프리펄스와 상기 프리펄스의 인가후에 시간을 두고 인가 개시되는 촬상펄스열로 이루어진 자기공명 이미징용 펄스 시퀀스를, 촬상 대상의 심시상을 나타내는 신호에 동기하여 상기 촬상 대상에 인가하는 자기 공명 이미징을 위한 기록매체에 있어서, 컴퓨터에 상기 신호에 포함된 복수의 파형 중에서 제 1 파형의 소정값이 나타나는 타이밍을 제 1 타이밍으로서 검출하는 기능과, 상기 제 1 타이밍에 제 1 지연시간을 갖고 동기시켜서 상기 프리펄스를 촬상대상에 인가하는 기능과, 상기 신호에 포함된 상기 복수의 파형 중에서 상기 제 1 파형으로부터 적어도 1 심주기 이후의 제 2 파형의 소정값이 나타나는 타이밍을 제 2 타이밍으로서 검출하는 기능과, 상기 제 2 타이밍에 제 2 지연시간을 갖고 동기시켜서 상기 촬상펄스열을 상기 촬상대상의 희망 영역에 인가하는 기능을 실현시키기 위한 프로 그램을 기록한 것을 또 다른 특징으로 한다.

본 발명에 의하면 블랙블러드법 등의 펄스시퀀스를 이루는 프리펄스와 촬상 펄스열에 대해 촬상 대상의 심시상을 나타내는 신호(ECG신호 등)가 다른 소정 파형(R파 등)에 각각의 지연시간으로 동기된다. 이 때문에 에코 신호를 수집하는 촬상 펄스열의 인가 타이밍은 심주기의 변동이 있어도 항상 일정하게 유지할 수 있다. 이에 의해 프리펄스와 촬상펄스 열 사이의 대기 시간이 심주기에 비해 긴 펄스 시퀀스를 이용한 MR이미징에 있어서, 심박 주기에 주기마다의 변동이 있는 경우에도 심주기의 수축기의 화상을 확실히 촬상할 수 있다. 따라서, 아티팩트를 저감하고, MR화상의 화질을 향상시킬 수 있다.

또, 본 발명의 자기공명 이미징에 따른 블랙블러드법에 의한 촬상에 있어서, 프리펄스의 인가로부터 촬상 펄스열의 인가까지의 시간(BBTI)이 1심주기에 비해 비교적 길고, 이 BBTI가 약 400∼700ms의 범위내에서 변동하는 것에 의한 혈액신호의 억제효과의 차이는 작고, 화질에 미치는 영향은 거의 무시할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 1개의 실시예를 도 5∼도 7 및 도 8, 도 9를 참조하여 설명한다.

이 실시예에 따른 자기공명 이미징장치의 개략 구성을 도 5에 나타낸다.

이 자기공명 이미징장치는 촬상 대상(피검체)(P)을 얹어 놓는 침대부와, 정자장을 발생시키는 정자장 발생부와, 정자장에 위치 정보를 부가하기 위한 경사자장발생부와, 고주파 신호를 송수신하는 송수신부와, 시스템 전체의 컨트롤 및 화상 재구성을 담당하는 제어·연산부와, 촬상 대상(P)의 심시상을 나타내는 신호로서의 ECG(심전도) 신호를 계측하는 심전계측부와, 촬상대상(P)에 호흡정지를 지령하기 위한 호흡정지 지령부를 구비하고 있다.

정자장 발생부는, 예를 들면 초전도방식의 자석(1)과, 이 자석(1)에 전류를 공급하는 정자장 전원(2)을 구비하며, 촬상대상(P)이 삽입되는 원통형상의 개구부(진단용 공간)의 축방향(Z축 방향)에 정자장(H₀)을 발생시킨다. 또, 이 자석부에는 심코일(14)이 설치되어 있다. 이 심코일(14)에는 후술하는 호스트 계산기의 제어하에서 심코일 전원(15)으로부터 정자장 균일화를 위한 전류가 공급된다. 침대부는 촬상 대상(P)을 얹어 놓는 천정판을 자석(1)의 개구부에 후퇴 가능하게 삽입할 수 있다.

경사자장 발생부는 자석(1)에 조립된 경사자장 코일유닛(3)을 구비한다. 이 경사자장 코일유닛(3)은 서로 직교하는 X, Y 및 Z축 방향의 경사 자장을 발생시키기 위한 3셋트(종류)의 x, y, z 코일(3x∼3z)을 구비한다. 경사자장부는 또한 x, y, z 코일(3x∼3z)에 전류를 공급하는 경사자장 전원(4)을 구비한다. 이 경사자장 전원(4)은 후술하는 시퀀서(5)의 제어 하에서, x, y, z 코일(3x∼3z)에 경사 자장을 발생시키기 위한 펄스 전류를 공급한다.

경사 자장 전원(4)으로부터 x, y, z 코일(3x∼3z)에 공급되는 펄스 전류를 제어하는 것에 의해 물리축인 3축(X, Y, Z) 방향의 경사자장을 합성하여 서로 직교하는 슬라이스방향 경사자장(Gs), 위상 엔코드방향 경사자장(Ge) 및 판독방향(주파수 엔코드방향) 경사자장(Gr)의 각 합리축 방향을 임의로 설정·변경할 수 있다. 슬라이스 방향, 위상 엔코드 방향 및 판독방향의 각 경사자장은 정자장(H₀)에 중첩된다.

송수신부는 자석(1)내의 진단용 공간에서 촬상 대상(P)의 근방에 설치되는 RF코일(7)과, 이 코일(7)에 접속된 송신기(8T) 및 수신기(8R)를 구비한다. 이 송신기(8T) 및 수신기(8R)는 후술하는 시퀀서(5)의 제어하에서 동작한다. 송신기(8T)는 핵자기공명(NMR)을 일으키기 위한 라모아 주파수의 RF전류 펄스를 RF코일(7)에 공급한다. 수신기(8R)는 RF코일(7)이 수신한 MR신호(고주파 신호)를 취입하고, 이것에 전치증폭, 중간주파변환, 위상검파, 저주파증폭, 필터링 등의 각종 신호 처리를 실시한 후, A/D변환하여 MR신호에 따른 디지터량의 데이터(원 데이터)를 생성한다.

또, 제어·연산부는 시퀀서(시퀀스컨트롤러라고도 함)(5), 호스트계산기(6), 연산유닛(10), 기억유닛(11), 표시기(12), 입력기(13) 및 음성발생기(16)를 구비한다. 이 중 호스트 계산기(6)는 기억한 소프트웨어에 기초한 순서에 의해 시퀀서(5)에 펄스 시퀀스 정보를 지령하고, 또 장치 전체의 동작을 총괄하는 기능을 갖는다.

호스트계산기(6)는 위치 결정용 스캔(도시하지 않음) 등의 준비작업에 계속해서, 도 6에 도시한 블랙블러드법에 의한 MR이미징의 스캔을 심전동기법과 함께 실시하여 화상 재작성에 필요한 에코 데이터의 세트를 수집한다. 이 블랙블러드법은 혈액으로부터의 신호를 억제하는 프리펄스로서의 더블인버전 펄스(DIV)와, 이 펄스의 인가 후, 소정의 대기 시간(더블 인버전 펄스에 의해 반전된 자화 스핀의 종자화가 거의 0이 되는 시간)(BBTI) 이후 촬상 펄스열(SEQ_ima)이 인가된다. 이 촬 상 펄스열(SEQ_ima)로서는 2차원 스캔 또는 3차원 스캔의 FE(필드에코)계, SE(스핀에코)계, EPI(에코플러너이미징)계 등, 어떤 펄스열을 이용해도 좋다.

이 블랙블러드법에 있어서, 본 발명에 대응하는 특징은 후술하는 바와 같이 더블인버전 펄스(DIV)와 촬상 펄스(SEQ_ima) 등에 대해 각 별도로 심전 동기를 부여하는 것이다.

시퀀서(5)는 CPU 및 메모리를 구비하고 있으며, 호스트 계산기(6)로부터 수신한 펄스 시퀀스 정보를 기억하고, 이 정보에 따라서 경사자장 전원(4), 송신기(8T), 수신기(8R)의 동작을 제어하고, 또 수신기(8R)가 출력한 MR신호의 디지털 데이터를 일단 입력하고, 이를 연산 유닛(10)에 전송하도록 구성되어 있다. 여기서, 펄스 시퀀스 정보는 일련의 펄스 시퀀스에 따라서 경사 자장 전원(4), 송신기(8T) 및 수신기(8R)를 동작시키기 위해 필요한 모든 정보이며, 예를 들면, x, y, z코일(3x∼3z)에 인가하는 펄스 전류의 강도, 인가시간, 인가타이밍 등에 관한 정보를 포함한다.

또, 연산 유닛(10)은 수신기(8R)가 출력한 디지털량의 생(生) 데이터(원 데이타라고도 함)를 시퀀서(5)를 통해 입력하고, 그 내부 메모리상의 푸리에 공간(k공간 또는 주파수 공간)에 생 데이터를 배치하고, 이 생 데이터를 그 각 셋트마다 2차원 또는 3차원의 푸리에 변환하여 실공간의 화상 데이터로 재구성한다. 또, 연산 유닛은 필요에 따라서 화상 데이터의 합성(가산)처리, 차분 연산 처리 등을 실시할 수 있다.

기억유닛(11)은 본 장치의 신호 제어, 데이터 처리 및 데이터 연산에 필요한 컴퓨터 프로그램 및 재구성된 화상 데이터뿐만 아니라 전술한 합성처리나 차분처리가 실시된 화상 데이터를 보관할 수 있다. 이 때문에 이 기억유닛(11)에 탑재되는 기억매체(11A)에는 본 발명에 따른 블랙블러드법에 의한 MR이미징의 프로그램도 기억되어 있고, 호스트 기억기(6) 및 시퀀서(5)에 의해 판독된다. 이 기억매체(11A)는 FD, CD, 하드디스크 등의 디스크 소자나 각종 반도체 메모리이다.

표시기(12)는 화상을 표시한다. 또 입력기(13)를 통해, 시술자가 희망하는 촬상조건, 펄스 시퀀스 정보, 화상 합성이나 차분 처리 등의 연산법의 매개변수 등을 호스트 계산기(5)에 입력할 수 있다.

또, 호흡중지 지령부의 하나의 요소로서 음성 발생기(16)를 구비한다. 연산에 관한 정보를 호스트 계산기(6)에 입력할 수 있다. 이 음성 발생기(16)는 호스트 계산기(6)로부터 지령이 있었을 때 호흡중지 개시 및 호흡중지 종료의 메시지를 음성으로서 발할 수 있다.

또, 심전계측부는 촬상 대상(P)의 체표에 부착시켜 심시상을 나타내는 신호로서의 ECG(심전도)신호를 검출하는 ECG센서(17)와, 이 ECG신호를 처리하여, 예를 들면 R파의 피크값에 동기한 트리거 신호를 시퀀서(5)에 출력하는 ECG유닛(18)을 구비한다. 이 트리거 신호는 시퀀서(5)에 의해 블랙블러드법의 MR이미징을 심전동기법으로 실행하기 위해 사용된다.

본 실시예의 구성에 있어서, ECG센서(17) 및 ECG유닛(18)이 본 발명에 따른 심시상을 나타내는 신호의 수집 수단을 이룬다. 또, 자석(1), 경사자장 코일 유 닛(3), 경사자장 전원(4), 시퀀서(5), 호스트계산기(6), RF코일(7), 송신기(8T) 및 기억유닛(11)이 본 발명의 프리펄스 인가수단 및 스캔 수단의 주요부를 이룬다. 또, 기억 유닛(11)은 본 발명에 따른 기록매체로서의 메모리수단을 갖는다.

계속해서 도 6∼도 7를 참조하여 본 실시예의 자기공명이미징 장치의 동작을 설명한다.

도 6에 이 실시예에 있어서 심전동기법하에 실행되는, 더블 인버전 펄스를 이용한 블랙블러드법의 펄스 시퀀스를 나타낸다. 이 펄스 시퀀스는 시퀀서(5)에 의해 도 7의 순서로 실행된다. 이 순서는 펄스 시퀀스 정보로서 호스트 계산기(6)로부터 시퀀서(5)로 건네진다.

시퀀서(5)는 우선 ECG유닛(18)으로부터 트리거 신호의 판독을 시도하면서 ECG신호의 R파가 피크값을 갖는 타이밍이 도래했는지 여부가 판정된다(단계(S1, S2)). 또, 이 트리거 신호는 ECG유닛(18)에 의해 생성된다. ECG유닛(18)은 ECG센서(17)로부터의 ECG신호를 입력하여 그 R파의 피크값을 검출하고, 이 검출시에 트리거 신호를 출력하는 동작을 반복하고 있다(단계(E1∼E3)).

시퀀서(5)는 R파 피크값의 출현을 검지하면 미리 내장되어 있는 소프트웨어 타이머의 시간 계측을 개시시킨다(단계(S3)). 여기서 검출하는 R파는 도 6에 도시한 최초의 R파:R1이다.

계속해서 시퀀서(5)는 이 타이머의 계측값(CT)이 도 6에 도시한 R파로부터의 소정의 지연 시간(td1)에 일치하는지(CT=td1) 여부를 판단한다(단계(S4)). 이 지연시간(td1)은 프리펄스로서의 더블 인버전 펄스(DIV)에 심전 동기를 부여하기 위한 시간이며, 본 발명의 제 1 지연시간에 대응한다. 이 지연 시간(td1)은 후술하는 바와 같이 미리 설정되어 있다.

이 단계(S4)의 판단의 단계에서 “아니오”, 즉 계측 시간이 아직 지연시간(td1)에 도달하고 있지 않은 경우, 그대로 시간계측을 계속하지만, “예”인 경우, 지연시간(td1)에 도달했다고 인식하여 다음 단계 처리로 진행한다. 즉, 시퀀서(5)에 의해 프리펄스로서의 더블 인버전 펄스(DIV)의 인가 개시가 지령된다(단계(S5)). 이 후 전술한 소프트웨어 타이머의 계측값이 클리어된다(단계(S6)).

계속해서, 시퀀서(5)는 촬상 펄스열(SEQ_ima)에 대한 심전 동기 처리로 이행한다. 즉, 상기와 동일하게 하여 트리거 신호의 입력을 시도하고, 트리거 신호를 판독했을 때 R파 피크값의 타이밍이 도래했다고 판단한다(단계(S7, S8)). 이에 의해 검출되는 R파는 도 6에 도시한 R파:R2가 된다.

이 R파 피크값의 검출에 호응하여 상기와 마찬가지로 소프트웨어 타임에 의한 시간 계측을 개시시키고, 그 계측값(CT)=지연시간(td2)이 되었는지 여부가 판단된다(단계(S9, S10)). 이 지연시간(td2)은 프리펄스일 때는 다른 R파(R2)에 촬상 펄스열(SEQ_ima)의 심전동기를 부여하기 위한 시간이다. 이 지연시간(td2)은 예를 들면 1심주기 중의 확장기의 소망 타이밍으로 데이터 수집을 개시할 수 있도록 미리 부여된다.

이 때문에, 단계(S9)에서의 판단이 “예”(CT=td2)가 되면 도 6에 도시한 촬상 펄스열(SEQ_ima)의 인가가 개시된다(단계(S11)). 계속해서 타이머가 클리어되고, 다음 위상 엔코드에 의한 데이터 수집을 실시할 경우는 처리가 단계(S1)로 복귀된다(단계(S11, S12)).

여기서, 전술한 더블 인버전 펄스(DIV)의 지연 시간(td1)의 설정법에 대해 설명한다. 이 지연시간(td1)(고정값)은 전술한 바와 같이 부여된 지연시간(td2)(고정값), 블랙블러드법에 필요한 반전시간(BBTI) 및 ECG신호의 평균적인 R-R간격: RR에서,

td1=RR+td2-BBTI

의 식에 기초하여 미리 연산되어 있다.

이 때문에 상술한 시퀀서(5)에 의한 처리에 의해 도 6에 도시한 블랙블러드법에 따른 MR이미징을 위한 스캔이 실행된다.

즉, 임의의 시점의 ECG신호의 R파:R1이 출현하면 그 피크값의 시점에서 미리 설정되어 있는 지연시간(td1)에 동기하여 더블 인버전 펄스(DIV)가 인가된다. 이 펄스는 슬라이스용 경사자장(Gs)을 인가시키지 않고 촬상 대상 전체의 스핀을 반전 여기시키는 인버전 펄스와, 슬라이스용 경사 자장(Gs)의 인가를 수반하여 촬상 단면만의 스핀을 반전 여기시키는 인버전 펄스가 연속적으로 인가된다.

이 더블 인버전 펄스(DIV)의 인가 개시 후, 다음의 R파:R2의 출현이 기다려진다. 이 R파:R2가 출현하면, 그 피크값의 시점에서 미리 설정되어 있는 지연시간(td2)이 경과하면, 예를 들면 고속SE법에 따른 촬상 펄스열SEQ(SEQ_ima)의 인가가 개시된다. 이에 의해 복수의 위상 엔코드양에 각각 대응하여 에코 신호가 수집된 다. 이것들의 에코 신호는 수신기(8R)에 의해 화상 데이터로 변환되고, 화상 재구성을 위해 연산 유닛(10)으로 보내진다.

이 때문에 R-R간격, 즉 심주기의 변동의 영향을 거의 받지 않고 에코 데이터의 수집을 실시할 수 있다. 예를 들면 심주기가 큰 도 8의 상태에서 심주기가 작은 도 9의 상태로 변화하면 R-R간격이 단축되게 되지만 이 단축은 반전시간(BBTI)의 축소로 인하여 자동적으로 흡수된다. 반대로 심주기가 커진 경우도 그 R-R간격은 확대되지만 이 확대는 반전시간(BBTI)의 확대로 인하여 자동적으로 흡수된다. 이 블랙블러드법의 경우에는 반전시간(BBTI)의 시간폭을 400-700ms정도의 범위내에서 변동시키는 만큼으로는 혈액 신호의 억제 효과의 차이가 작고, 따라서 화질에 주는 영향은 무시할 수 있다.

이와 같이, 반전시간(BBTI)이 소요 범위내에서 변동하는 것으로 R-R간격의 변동이 흡수되므로, 더블 인버전 펄스(DIV) 및 촬상 펄스열(SEQ_ima)은 미리 설정한 고정값의 지연시간(td1, td2)에서 각각 별도로 동기가 부여된다.

즉, 촬상 펄스열(SEQ_ima)은 더블 인버전 펄스(DIV)와는 무관계로 R파에 동기를 부여할 수 있다. 이 때문에 지연 시간(td2)만을 고려하여 1심주기내의 수축기의 소망 타이밍으로 스캔을 개시할 수 있고, 그 수축기의 에코데이터를 수집할 수 있다. 이에 의해 블랙블러드법 등, 프리펄스의 인가 후의 데이터 수집까지의 대기 시간이 긴 펄스 시퀀스를 이용한 MR이미징이라도 심주기의 변동에 영향받지 않고, 에코수집이 실시되고, 수집시의 심시상이 일정해지기 때문에 수집 시점의 심근의 위 치가 쇼트마다 흔들리는 종래의 문제를 해소할 수 있다. 따라서, 아티팩트를 저감시키고, 고품질의 수축기의 MR화상을 안정적으로 또 확실히 제공할 수 있다.

그런데, 상기한 작용 효과의 설명에 있어서, R-R간격의 변동은 반전시간(BBTI)을 소요 시간(약400-700ms)의 범위내에서 변동시키는 것으로 흡수할 수 있다고 했는데, 이 이유를 더 상술한다.

화상화에 필요한 촬상 펄스열을 인가하기 전에 프리펄스를 인가하는 촬상법으로는 더블 인버전 펄스 등의 프리펄스를 이용한 블랙블러드법 외에 인버전리커버리법이 있다. 이 인버전리커버리법은 총칭이고, 인버전 펄스의 인가 후, 촬상 펄스열의 인가 개시까지의 시간이나 인버전 펄스의 사용 목적에 따라서 FLAIR법(CSF(Cerebral Spinal Fluid)을 억제)나 STIR법(지방을 억제)이라고 불리우는 시퀀스가 있다.

이 인버전리커버리계의 촬상법(FLAIR법이나 STIR법)의 경우, 프리펄스를 인가한 후, 촬상 펄스열의 인가 개시까지의 시간의 변화에 의해, 화상상에서 신호값을 가진 모든 조직의 종자화의 양이 변화하고, 화상 전체의 콘트라스트가 크게 영향받는다. 이에 대해, 블랙블러드법의 경우, 화상상에서 주로 신호값을 가진 심근이나 흉벽 등의 조직은 프리펄스로서의 2개의 인버전 펄스의 양쪽에서 반전 여기를 받는다(2번의 반전 여기). 이 때문에 프리펄스를 인가한 후, 촬상 펄스열의 인가 개시까지의 시간이 변화한 경우에도 그 촬상 펄스열의 인가 개시의 시점에서 2번의 반전 여기를 받은 종자화는 그 양의 대부분을 유지하고 있다. 즉, 촬상 개시 시점에 있어서 초기 상태에 가까운 종자화의 양을 유지할 수 있기 때문에 화상상에서의 신호값의 변화도 적다. 이 때문에 프리펄스의 인가 후, 촬상 펄스열을 인가개시하기 까지의 시간(상기한 반전 시간(BBTI))의 설정에는 여유를 갖게 할 수 있다.

또, 이 블랙블러드법에 의하면 촬상영역(예를 들면 슬라이스)에 유입된 혈액에 관해서는 종래의 인버전리커버리계의 촬상법과 마찬가지로 프리펄스의 인가 후, 촬상 펄스열의 인가개시까지의 시간이 변화하면 혈류의 신호값도 변화한다. 그러나, 이 변화는 상기한 전술한 심근이나 흉벽 등의 조직의 신호값에 비해 충분히 작다.

블랙블러드법의 경우, 프리펄스의 인가 후, 촬상 펄스열의 인가 개시까지의 시간 폭에 10% 정도의 변동이 있어도 화질로의 영향은 거의 문제가 되지 않는다.

이와 같이, 이 블랙블러드법은 화상 전체의 질이라는 관점에서 종래의 인버전리커버리계의 촬상법 보다도 프리펄스의 인가 후, 촬상 펄스열의 인가 개시까지 시간의 변화에 관해 로버스트하다. 따라서, 프리펄스의 인가 후, 촬상 펄스열을 인가 개시하기까지의 시간(상기한 반전시간(BBTI))의 설정에는 여유를 갖게 할 수 있고, 전술한 실시예에서 실행하고 있는 바와 같이, R-R간격의 일정 범위의 변동을 흡수할 수 있다.

본 발명에 따른 자기공명 이미징장치 및 스캔 동기방법은 상기한 실시예에 한정되는 것이 아니라 더 여러가지 형태로 실시할 수 있다. 그 일례를 이하에서 설명한다.

상기한 실시예에 있어서는 더블 인버전 펄스(DIV)와 촬상 펄스열((SEQ_ima)을 다른 2개의 연속된 R파:R1, R2로 각 다르게 동기시키는 구성을 설명했다. 그러나, 본 발명은 반드시 그와 같은 구성에 한정되는 것이 아니라, 예를 들면 도 10에 도시한 바와 같이, R파:R1에 더블인버전펄스(DIV)를 동기시킨 후, 1R파:R2를 스킵함으로써 R파:R3에 촬상 펄스열(SEQ_ima)을 동기시키도록 해도 좋다. 스킵되는 R파는 2개 이상이라도 좋다. 이를 달성하는데는 예를 들면 도 7에 도시한 단계(S8)와 단계(S9) 사이에 소정의 수의 R파를 카운트하는 처리를 개재시키고, 카운트수가 소망 수에 도달했을 때, 단계(S9)에 나타내는 처리로 이행하도록 하면 좋다. 이와 같이 구성하는 것으로 상기한 실시예와 동일한 작용 효과외에 반전 시간(BBTI)으로 설정법에 다양성을 갖게 할 수 있다.

또, 본 발명에 따른 자기공명이미징법을, 종래에는 실질적으로 불가능한 블랙블러드법에 의한 시네모드 촬상에 적용할 수 있다. 이 시네모드촬상에 이용하는 본 발명에 따른 수법의 시퀀스의 개략을 도 11에 도시한다. 이 시퀀스에 도시한 바와 같이 R파로부터의 촬상 펄스열(SEQ_ima)의 지연 시간(td2)이 td2=td2-1, td2-2, td2-3, …과 상이한 값으로 점점 변경되고, R-R간격이 다른 복수 시상으로, 예를 들면 소정 슬라이스의 촬상이 실시된다. 이 지연시간(td2)은 최초로 소망 값(td2-1, td2-2, td2-3, …)이 지정되고, 이것들의 지정값에 대해 상기한 계산식(td1=RR+td2-BBTI)에 의한 연산이 실시된다. 즉, 소정 범위에 있어서 가변값인 반전시간(BBTI) 및 평균값으로서의 R-R간격을 고려하여 더블 인버전 펄스(DIV)의 지연 시간(td1=td1-1, td1-2, td1-3, …)이 각각 구해진다.

또, 본 발명은 상기한 실시예 및 그 변형 형태의 구성에 한정되지 않고, 특허청구범위에 기재된 요지를 이탈하지 않는 범위에서 또 다른 형태로 실시 가능한 것이다.

예를 들면 상기한 심박을 나타내는 신호의 검출법은 ECG신호를 검출하는 것에 한정되지 않고, 맥파를 검출하는 수법, MR신호 자체의 강도를 이용하는 수법, 에코 신호의 위상 시프트로 검출하는 수법, 네비게이터 에코를 이용하는 수법 등을 적절히 이용하도록 해도 좋다.

또, 본 발명을 적용 가능한 MR이미징의 촬상 시퀀스는 반드시 블랙블러드법에 한정되지 않는다. 또, 촬상 시퀀스에 사용하는 프리펄스는 상기한 더블 인버전 펄스에 한정되지 않는다. 예를 들면 더블 인버전 펄스와는 사용 목적은 다르지만, 90°펄스를 1개 이용한 프리서튤레이션 펄스나 180°펄스를 1개 이용한 인버전 펄스라도 좋다. 또, 본 발명을 적용하는 MR이미징은 2차원 스캔 및 3차원 스캔의 양쪽에 적용할 수 있다.

또, 상기한 도 6 및 도 10의 실시예에서는 촬상 펄스열의 개시 시각이 수축기에 맞도록 지연 시간(td2)이 설정되고, 수축기를 촬상하는 예를 설명했지만 본 발명에 의한 촬상법은 이에 한정되지 않는다. 예를 들면 이와 같은 지연 시간(td2)을 적절한 값으로 변경하는 것으로 촬상 펄스열의 개시 시각을 심주기의 확장기에 맞출 수 있고, 이에 의해 확장기의 촬상을 실시할 수 있다.

전술한 실시예는 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 실시할 수 있도록 예를 든 것이며 본 발명의 범위를 한정하려는 것은 아니다. 따라서 당업자는 본 발 명의 범위 안에서 전술한 실시예에 대해 다양한 변형이나 변경이 가능함을 주목하여야 한다. 본 발명의 범위는 원칙적으로 후술하는 특허청구범위에 의해 정하여진다.

본 발명은 블랙블러드법 등과 같이 프리펄스를 인가한 후, 촬상펄스열의 인가개시까지의 대기시간이 심주기에 비해 비교적 긴 촬상 시퀀스를 이용한 MR 이미징의 분야에서 그 유용성을 발휘할 수 있다. 즉, 심주기의 변동에 영향받지 않고 에코 수집이 실시되므로 수집 시점의 심근 등에 조직의 위치가 쇼트마다 흔들리는 사태를 해소할 수 있다. 따라서 아티팩트를 저감시키고, 고화질의 수축기의 MR화상을 안정적으로 더 확실히 제공할 수 있다. 이와 같이 하여 의료용 화상 진단의 분야에 매우 크게 공헌할 수 있다.

Claims (15)

1. 촬상 대상의 심시상을 나타내는 신호에 포함된 복수의 파형 중에서 제 1 파형의 소정값이 나타나는 타이밍을 제 1 타이밍으로서 검출하는 제 1 검출수단과,

   상기 제 1 타이밍에 제 1 지연시간을 갖고 동기시켜서 프리펄스를 촬상대상에 인가하는 프리펄스 인가수단과,

   상기 신호에 포함된 상기 복수의 파형 중에서 상기 제 1 파형으로부터 적어도 1 심주기(心周期) 이후의 제 2 파형의 소정값이 나타나는 타이밍을 제 2 타이밍으로서 검출하는 제 2 검출수단과,

   상기 제 2 타이밍에 제 2 지연시간을 갖고 동기시켜서 촬상 펄스열을 상기 촬상대상의 희망 영역에 인가하여 스캔을 실시하는 스캔수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 자기공명 이미징장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 프리펄스는 블랙블러드법에 의한 펄스 시퀀스의 일부를 이루는 더블 인버전 펄스인 것을 특징으로 하는 자기공명 이미징장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 심시상을 나타내는 신호는 ECG 신호이며, 상기 복수의 파형은 상기 ECG 신호의 R파이고, 상기 제 1 및 제 2 파형 각각의 상기 소정값은 해당 제 1 및 제 2 파형 각각의 피크값인 것을 특징으로 하는 자기공명 이미징장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 적어도 1 심주기 이후의 제 2 파형은 1 심주기가 경과한 때의 파형인 것을 특징으로 하는 자기공명 이미징장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 적어도 1 심주기 이후의 제 2 파형은 2 심주기가 경과한 때의 파형인 것을 특징으로 하는 자기공명 이미징장치.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 및 제 2 지연시간을, 상기 프리펄스의 인가로부터 상기 촬상 펄스열의 인가개시까지의 대기시간이 상기 촬상대상의 심박의 1 주기의 약 절반 정도 또는 그 이상을 차지할 정도로 길게 설정한 것을 특징으로 하는 자기공명 이미징장치.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 제 2 지연시간은 상기 심박의 수축기에 맞춰 설정한 시간이며, 상기 제 1 지연시간은 상기 제 2 지연시간, 상기 대기시간의 희망값, 및 상기 심박의 평균적인 주기로부터 산출한 시간인 것을 특징으로 하는 자기공명 이미징장치.
8. 프리펄스와, 상기 프리펄스의 인가 후에 시간을 두고 인가 개시하는 촬상 펄스열로 이루어진 자기공명 이미징용 펄스 시퀀스를, 촬상 대상의 심시상을 나타내는 신호에 동기하여 상기 촬상 대상에 인가하는 자기 공명 이미징의 스캔 동기방법에 있어서,

   상기 신호에 포함된 복수의 파형 중에서 제 1 파형의 소정값이 나타나는 타이밍을 제 1 타이밍으로서 검출하는 단계와,

   상기 제 1 타이밍에 제 1 지연시간을 가지고 동기시켜 상기 프리펄스를 촬상대상에 인가하는 단계와,

   상기 신호에 포함된 상기 복수의 파형 중에서 상기 제 1 파형으로부터 적어도 1 심주기 이후의 제 2 파형의 소정값이 나타나는 타이밍을 제 2 타이밍으로서 검출하는 단계와,

   상기 제 2 타이밍에 제 2 지연시간을 가지고 동기시켜 상기 촬상 펄스열을 상기 촬상대상의 희망 영역에 인가하여 스캔을 실시하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 자기공명 이미징의 스캔 동기방법.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 프리펄스는 블랙블러드법에 의한 펄스 시퀀스의 일부를 이루는 더블 인버전 펄스인 것을 특징으로 하는 스캔 동기방법.
10. 제 8 항에 있어서,

    상기 심시상을 나타내는 신호는 ECG 신호이며, 상기 복수의 파형은 상기 ECG 신호의 R파이고, 상기 제 1 및 제 2 파형 각각의 상기 소정값은 해당 제 1 및 제 2 파형 각각의 피크값인 것을 특징으로 하는 스캔 동기방법.
11. 제 8 항에 있어서,

    상기 적어도 1 심주기 이후의 제 2 파형은 1 심주기가 경과된 때의 파형인 것을 특징으로 하는 스캔 동기방법.
12. 제 8 항에 있어서,

    상기 적어도 1 심주기 이후의 제 2 파형은 2 심주기가 경과된 때의 파형인 것을 특징으로 하는 스캔 동기방법.
13. 제 8 항에 있어서,

    상기 제 1 및 제 2 지연시간을, 상기 프리펄스의 인가부터 상기 촬상 펄스열의 인가개시까지의 대기시간이 상기 촬상대상의 심박의 1주기의 약 절반정도 또는 그 이상을 차지할 정도로 길어지도록 설정한 것을 특징으로 하는 스캔 동기방법.
14. 제 13 항에 있어서,

    상기 제 2 지연시간은 상기 심박의 수축기에 맞춰 설정한 시간이며, 상기 제 1 지연시간은 상기 제 2 지연시간, 상기 대기시간의 희망값, 및 상기 심박의 평균적인 주기로부터 산출한 시간인 것을 특징으로 하는 스캔 동기방법.
15. 프리펄스와 상기 프리펄스의 인가후에 시간을 두고 인가 개시되는 촬상펄스열로 이루어진 자기공명 이미징용 펄스 시퀀스를, 촬상 대상의 심시상을 나타내는 신호에 동기하여 상기 촬상 대상에 인가하는 자기 공명 이미징을 위한 기록매체에 있어서,

    컴퓨터에

    상기 신호에 포함된 복수의 파형 중에서 제 1 파형의 소정값이 나타나는 타이밍을 제 1 타이밍으로서 검출하는 기능과,

    상기 제 1 타이밍에 제 1 지연시간을 갖고 동기시켜서 상기 프리펄스를 촬상대상에 인가하는 기능과,

    상기 신호에 포함된 상기 복수의 파형 중에서 상기 제 1 파형으로부터 적어도 1 심주기 이후의 제 2 파형의 소정값이 나타나는 타이밍을 제 2 타이밍으로서 검출하는 기능과,

    상기 제 2 타이밍에 제 2 지연시간을 갖고 동기시켜서 상기 촬상펄스열을 상기 촬상대상의 희망 영역에 인가하는 기능을

    실현시키기 위한 프로그램을 기록한 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.

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