KR20130046517A - Ｅｐｉ 영상의 왜곡 보정 방법 및 그를 이용한 ｍｒｉ 장치 - Google Patents

Ｅｐｉ 영상의 왜곡 보정 방법 및 그를 이용한 ｍｒｉ 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 EPI(Echo Planar imaging) 영상의 왜곡 보정 방법은, 대상체로부터 EPI 영상을 형성하는 단계; 상기 대상체로부터 3차원 PSF(Point Spread Function) 데이터를 형성하는 단계; 상기 3차원 PSF 데이터를 소정의 평면으로 적분하여 영상이 왜곡된 축과 왜곡되지 않은 축으로 이루어진 복수의 평면 각각에 복수개의 픽셀로 구성된 라인 패턴의 2차원 PSF 데이터를 획득하는 단계; 상기 복수의 평면 각각에서 라인 패턴의 2차원 PSF 데이터의 기울기를 이용하여 선택적으로 PSF 이동 매핑 맵을 구하는 단계 및 상기 PSF 이동 매핑 맵을 이용하여 상기 EPI 영상의 왜곡을 보정하는 단계를 포함한다.

Description

ＥＰＩ 영상의 왜곡 보정 방법 및 그를 이용한 ＭＲＩ 장치{Method and MRI device for correcting distortion in an EPI image }
본 발명은 자기 공명 영상(Magnetic Resonance Imaging: UHF MRI) 장치에서의 영상 보정에 관한 것으로, 특히 MRI장치에서 EPI(Echo Planar Imaging) 기법으로 획득한 EPI 영상에 발생하는 영상 왜곡을 선택적 PSF(Point Spread Function) 매핑을 이용하여 보정하는 방법에 관한 것이다.
자기 공명 영상(Magnetic Resonance Imaging: MRI) 장치는 자기장과 고주파 인가에 따른 생체를 구성하는 물질의 자기적 특성을 영상화하는 장치로, 임상적으로 가장 많이 이용되고 있는 영상 장치 중의 하나이다. 최근 들어, 영상을 획득하기 위한 데이터 처리 시간 등에 있어서 효과적인 에코 평면 영상화(Echo Planar imaging: EPI) 기법이 자기 공명 영상 기술로 이용되고 있다.
MRI 장치에서 EPI 기법을 적용하면 뇌기능영상(functional MRI: fMRI), 확산강조영상(diffusion weighted imaging: DTI), 관류 영상(perfusion MRI), 심장영상(Cardiac imaging) 등을 획득할 수 있다. 그러나, EPI 기법을 이용한 영상에는 비공명(off-resonance) 효과, 즉 주 자기장(B0)의 불균일성(inhomogeneity)과 자화율(susceptibility)로 인하여 기하학적 왜곡 및 세기 왜곡 등이 발생하는 문제점이 있다. 이러한 EPI 영상에서의 왜곡은 자기장의 세기가 커질수록 자기장의 불균일성이 커져서 초고자장 MRI 장치에서는 EPI 영상이 왜곡되는 정도도 더욱 심해지게 된다. 따라서, 보다 정확한 임상 결과를 얻기 위해서는 EPI 영상의 왜곡 보정이 필요하다.
따라서, 본 발명은 MRI 장치에서 EPI 기법을 이용하여 획득한 EPI 영상에서 선택적 PSF(Point Spread Function) 매핑 방법을 이용하여 효과적으로 영상 왜곡을 보정할 수 있는 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 MRI 장치는, 소정의 EPI(Echo Planar imaging) 펄스 시퀀스를 생성하도록 동작하는 구동부; 복수의 코일을 포함하는 코일부 - 상기 코일부는 상기 코일부 근처에 대상체가 위치해 있는 경우 상기 구동부로부터의 펄스 시퀀스에 응답하여 상기 대상체에 제1 자기장을 발생시키고 상기 발생된 제1 자기장에 응답하여 그에 제1 자기 공명 신호가 유기되도록 동작함 -; 및 상기 코일부에 유기된 제1 자기 공명 신호에 기초하여 EPI 영상 데이터를 형성하도록 동작하는 데이터 처리부를 포함하고, 상기 구동부는 소정의 PSF(Point Spread Function) 펄스 시퀀스를 더 생성하도록 동작하며, 상기 코일부는 상기 코일부 근처에 대상체가 위치해 있는 경우 상기 구동부로부터의 PSF 펄스 시퀀스에 응답하여 상기 대상체에 제2 자기장을 발생시키고 상기 발생된 제2 자기장에 응답하여 그에 제2 자기 공명 신호가 유기되도록 더 동작하며, 상기 데이터 처리부는 상기 제2 자기 공명 신호에 기초하여 3차원 PSF 영상 데이터 - 상기 3차원 PSF 영상 데이터는 축들(axes)을 가지는 3차원 공간 상에서 정의됨 - 를 더 형성하도록 동작하며, 상기 데이터 처리부는 상기 3차원 PSF 데이터를 상기 축들 중 어느 하나의 축의 방향으로 적분하여 상기 어느 하나의 축에 수직으로 배열되며 영상이 왜곡된 축과 영상이 왜곡되지 않은 축의 복수의 평면에 각각 대응하는 복수의 2차원 PSF 데이터 세트를 획득하는 제1 처리 유닛, 상기 복수의 2차원 PSF 데이터 세트의 각각에서 복수개의 픽셀로 구성된 라인 패턴의 기울기에 따라 선택적으로 PSF 이동 매핑 맵을 구하는 제2 처리 유닛, 및 상기 PSF 이동 매핑 맵을 이용하여 상기 EPI 영상 데이터의 왜곡을 보정하는 제3 처리 유닛을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 자기 공명 영상 장치에서 EPI(Echo Planar imaging) 영상의 왜곡 보정 방법은, a) 소정의 EPI 펄스 시퀀스를 반복적으로 인가하여 대상체로부터 EPI 영상 데이터를 형성하는 단계; b) 소정의 PSF(Point Spread Function) 펄스 시퀀스를 반복적으로 인가하여 상기 대상체로부터 3차원 PSF(Point Spread Function) 데이터 - 상기 3차원 PSF 영상 데이터는 축들(axes)을 가지는 3차원 공간 상에서 정의됨 - 를 형성하는 단계; c) 상기 3차원 PSF 데이터를 상기 축들 중 어느 하나의 축의 방향으로 적분하여 상기 어느 하나의 축에 수직으로 배열되며 영상이 왜곡된 축과 영상이 왜곡되지 않은 축의 복수의 평면에 각각 대응하는 복수의 2차원 PSF 데이터 세트를 획득하는 단계; d) 상기 복수의 2차원 PSF 데이터 세트의 각각에서 복수개의 픽셀로 구성된 라인 패턴의 기울기에 따라 선택적으로 PSF 이동 매핑 맵을 구하는 단계; 및 e) 상기 PSF 이동 매핑 맵을 이용하여 상기 EPI 영상 데이터의 왜곡을 보정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 자기 공명 영상 장치에서 EPI(Echo Planar imaging) 영상의 왜곡 보정 방법을 수행하기 위한 프로그램을 저장하는 컴퓨터 판독가능 기록매체에서, 상기 방법은, a) 소정의 EPI 펄스 시퀀스를 반복적으로 인가하여 대상체로부터 EPI 영상 데이터를 형성하는 단계; b) 소정의 PSF(Point Spread Function) 펄스 시퀀스를 반복적으로 인가하여 상기 대상체로부터 3차원 PSF(Point Spread Function) 데이터 - 상기 3차원 PSF 영상 데이터는 축들(axes)을 가지는 3차원 공간 상에서 정의됨 - 를 형성하는 단계; c) 상기 3차원 PSF 데이터를 상기 축들 중 어느 하나의 축의 방향으로 적분하여 상기 어느 하나의 축에 수직으로 배열되며 영상이 왜곡된 축과 영상이 왜곡되지 않은 축의 복수의 평면에 각각 대응하는 복수의 2차원 PSF 데이터 세트를 획득하는 단계; d) 상기 복수의 2차원 PSF 데이터 세트의 각각에서 복수개의 픽셀로 구성된 라인 패턴의 기울기에 따라 선택적으로 PSF 이동 매핑 맵을 구하는 단계; 및 e) 상기 PSF 이동 매핑 맵을 이용하여 상기 EPI 영상 데이터의 왜곡을 보정하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면 MRI 장치에서 획득한 EPI 영상에 대해서 선택적 PSF(Point Spread Function) 매핑 방법을 이용하여 EPI 영상에서의 왜곡을 보정함으로써 보다 정확한 임상 결과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 MRI 장치를 보여주는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 EPI 펄스 시퀀스의 예시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 3차원 PSF 데이터 획득하기 위한 PSF 펄스 시퀀스의 예시도이다.
도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 PSF 시퀀스에 따라서 획득한 평면 데이터를 3차원 공간에 채워서 형성한 3차원 공간 데이터를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 4b는 3차원 공간 데이터를 s 방향으로 적분하여 획득한 일련의 왜곡된 x-y 평면 영상들로 구성된 3차원 영상 데이터(복수의 EPI 영상)을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 4c는 3차원 공간 데이터를 y 방향으로 적분하여 획득한 일련의 왜곡되지 않은 x-s 평면 영상으로 구성된 3차원 영상 데이터(복수의 그래디언트 에코 (Gradient Echo) 영상)을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 4d는 3차원 공간 데이터를 x 방향으로 적분하여 획득한 라인 패턴을 가지는 2차원 PSF 데이터를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 2차원 PSF 데이터로부터 PSF 유령 아티팩트를 제거하는 방법을 보여주는 순서도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 2차원 PSF 데이터로부터 PSF 유령 아티팩트를 제거하는 방법을 보여주는 예시도이다.
도 7은 2차원 PSF 데이터가 블러링된 예를 보여주는 예시도이다.
도 8은 2차원 PSF 데이터가 기준선을 벗어난 예를 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따라 선택적으로 PSF 이동 맵을 구하는 방법을 보여주는 순서도이다.
도 10a 내지 도 10e는 본 발명의 일실시예에 따라 선택적으로 PSF 이동 맵을 구하는 방법을 보여주는 예시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 MRI 장치를 보여주는 블록도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 MRI 장치(100)는 코일(coil)부(110)를 포함한다. 코일부(110)는 가운데 구멍(bore)이 형성된 원통형상의 하우징을 포함한다. 하우징 내에는 주 자기장(main magnetic field) 코일, 그래디언트(gradient) 코일 및 RF (Radio Frequency) 코일이 구비될 수 있다. 또한, 코일부(110)는 대상체(10)를 지지하고, 코일부(110)의 구멍으로 대상체(10)를 운반할 수 있는 이송수단(112)을 더 포함할 수 있다.
주 자기장 코일은 코일부(110)의 내부 공간에서 대상체의 축 방향과 평행한 방향으로 정자기장(magnetostatic field)을 발생시킨다. 즉, 코일부(110)의 내부 공간에 수평 자기장을 발생한다. 그래디언트 코일은 정자기장의 세기에 그래디언트를 주기 위한 그래디언트 자기장을 생성한다. 실시예에서, MRI 장치에서 EPI(Echo Planar Imaging) 영상을 형성하기 위한 그래디언트 자기장에는 슬라이스(slice) 선택 그래디언트 자기장, 위상 인코딩 그래디언트 자기장, 위상 이동(shift) 그래디언트 자기장, 판독(readout) 그래디언트 자기장 등이 있다. 그래디언트 코일부(110)에는 이러한 그래디언트 자기장을 생성하기 위한 그래디언트 코일들이 각각 구비될 수 있다.
RF 코일은 정자기장 공간에서 대상체(10) 내부의 세포를 여기시켜 스핀을 일으키기 위한 고주파 자기장을 발생시킨다. 또한, RF 코일은 여기된 스핀에 의해서 발생된 전자파, 즉 자기 공명 신호를 수신한다.
MRI 장치(100)는 코일부(110)에 연결되는 RF 구동부(120)와 그래디언트 구동부(130)를 포함한다. 상세하게, 그래디언트 구동부(130)는 코일부(110)의 복수의 그래디언트 코일들에 연결되고, RF 코일은 RF 구동부(120)에 연결된다.
RF 구동부(120)는 RF 코일의 구동신호인 RF 펄스 신호를 생성한다. 이렇게 생성된 RF 펄스 신호는 RF 코일에 인가되어 대상체(10) 내부의 세포를 여기시켜 스핀을 발생시킬 수 있다.
그래디언트 구동부(130)는 그래디언트 코일이 구동신호인 그래디언트 펄스 신호를 생성한다. 그래디언트 펄스 신호는 코일부(110)의 그래디언트 코일에 인가되어 그래디언트 자기장을 생성될 수 있다. 그래디언트 구동부(130)는 코일부(110)에 구비된 그래디언트 코일에 각각 대응하는 구동 회로를 포함할 수 있다.
RF 구동부(120), 그래디언트 구동부(130) 및 데이터 획득부(150)는 제어부 (130)에 연결된다. 제어부(130)는 MRI 영상을 얻기 위해서 RF 구동부(120), 그래디언트 구동부(130) 및 데이터 획득부(150)를 제어한다.
MRI 장치(100)는 코일부(110)에 연결되는 데이터 획득부(150)를 더 포함한다. 데이터 획득부(150)는 RF 코일에 의해 수신된 수신 신호를 모아서 EPI 영상 데이터를 획득한다.
MRI 장치(100)는 데이터 획득부(150)에 연결되는 데이터 처리부(160)를 더 포함한다. 데이터 처리부(160)는 메모리를 구비하여, 데이터 처리를 위한 프로그램을 저장할 수 있다. 또한, 데이터 획득부(150)에서 획득한 데이터를 메모리에 저장하여 데이터 공간을 형성할 수 있다. 데이터 공간은 3-차원 푸리에 공간을 구성한다. 데이터 처리부(160)는 3-차원 푸리에 공간에서 데이터에 3-차원 역 푸리에 변환을 수행하여 EPI 영상 데이터를 형성한다. 이하에서, 3-차원 푸리에 공간은 k-공간으로 언급된다. 실시예에서, 데이터 처리부(160)는 EPI 영상에서 왜곡을 보정하는 기능을 수행하며, 이에 대한 설명은 더욱 자세히 후술한다. 데이터 처리부(160)에서 왜곡이 보정된 EPI 영상 데이터는 디스플레이부(170)로 전송되어 디스플레이된다.
도 2는 일 실시예에 따라 MRI 장치에서 EPI영상을 얻기 위한 EPI 시퀀스를 보여준다. 도 2에 도시된 EPI 시퀀스(200)에서 펄스들은 제어부(140)의 제어하에 RF 구동부(120) 및 그래디언트 구동부(130)에서 생성되어 코일부(110)에 공급된다. 도 2에 도시된 바와 같이, EPI 시퀀스(200)은 RF 구동부(120)에서 RF 코일로 인가되는 RF 여기 펄스(202)와 그래디언트 구동부(130)에서 복수의 그래디언트 코일들로 인가되는 복수의 그래디언트 펄스들의 시퀀스로 구성된다. 일 실시예에서는 RF 여기 펄스(202)는 코일부(110)의 RF 코일에 인가되어 대상체에서 영상을 얻고자 하는 평면(이하, 영상 평면)에 수직 방향으로 자기장이 되도록 하고, 복수의 그래디언트 펄스들은 코일부(110)의 각 해당 코일에 인가되어 영상 평면에 대해서 서로 직교하며 세 개의 축으로 구성된 좌표계 상에서 각 축을 따라 자기장이 생성되도록 한다. 여기서, 세 개의 축은 영상 평면에 수직인 제1 축(Gz)과, 영상 평면에 평행하면서 서로 직교하는 제2 축(Gy) 및 제3 축(Gx)으로 구성될 수 있다.
도 2를 참조하면, EPI 시퀀스(200)에 따라서 EPI 영상을 형성하고자 하는 대상체에서의 제1 축(Gz) 방향을 따른 슬라이스(slice)를 선택적으로 여기시키기 위한 슬라이스 선택 자기장 그래디언트 펄스(204)가 코일부(110)에 인가된다. 일실시예에서, 슬라이스 선택 자기장 그래디언트 펄스(204)는 RF 여기 펄스(202)와 동시에 코일부(110)에 인가될 수 있다.
또한, EPI 시퀀스(200)에 따라서 제2 축(Gy)을 따라 위상 인코딩 그래디언트 자기장을 생성하기 위한 위상 인코딩 그래디언트 펄스(206, 210)가 코일부(110)에 인가될 수 있다. RF 여기 펄스(202)의 인가에 따라서 발생한 자기장에 의해서 세포가 여기되어 생성된 스핀을 공간적으로 인코딩하도록 할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 위상 인코딩 그래디언트 펄스(206)는 RF 여기 펄스(202) 및 슬라이스 선택 자기장 그래디언트 펄스(204)가 인가된 후 일정 시간 간격을 두고 인가될 수 있다. 또한, 제2 위상 인코딩 그래디언트 펄스(210)는 제1 위상 인코딩 그래디언트(206)가 인가된 후 일정 시간 간격을 두고 인가될 수 있다. 일 실시예에서, 제2 위상 인코딩 그래디언트(210)는 일정한 주기를 갖는 EPI 블립(blip)을 포함할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, EPI 시퀀스(200)에 따라서 제3 축(Gx) 방향을 따라 그래디언트 자기장을 생성하기 위해서 위상 이동(phase shift) 그래디언트 펄스(208)와 리드아웃 그래디언트 펄스(212)가 인가된다. 위상 이동 그래디언트 펄스(208) 는 위상 인코딩된 스핀의 위상을 이동시키기 위해서 인가되고, 리드아웃 그래디언트 펄스(212)는 스핀을 재위상화하여 그래디언트 에코 자기 공명을 발생시키기 위해서 인가된다. 위상 이동 그래디언트 펄스(208)와 리드아웃 그래디언트 펄스(212)는 RF 여기 펄스(202)와 슬라이스 선택 자기장 그래디언트 펄스(204)가 인가된 후, 일정한 시간 간격을 두고 인가될 수 있다. 실시예에서, 리드아웃 그래디언트 펄스(212)는 위상 쉬프트 그래디언트 펄스(208)가 인가된 후 주기성을 갖는 펄스 파형 형태로 일정 시간 동안 반복적으로 인가될 수 있다.
실시예에서, 위상 인코딩 그래디언트(206) 펄스와 위상 이동 그래디언트 펄스(208)는 동시에 인가될 수 있다. 또한, 제2 위상 인코딩 그래디언트 펄스(210) 및 리드아웃 그래디언트 펄스(212)는 동일한 주기로 동시에 인가될 수 있다. EPI 시퀀스(200)에 따라서 제2 위상 인코딩 그래디언트 펄스(210) 및 리드아웃 그래디언트 펄스(212)를 인가하여 획득되는 슬라이스 데이터를 k-공간에 채움으로써 데이터 처리부(160)에서 EPI 영상이 획득될 수 있다.
도 2에서는, 대상체의 영상 평면(imaging plane)에 수직인 제1 축(Gz)과, 영상 평면에 평행하면서 서로 직교하는 제2 축(Gy) 및 제3 축(Gx)으로 구성된 좌표계를 기반으로 도시하고 있으나, MRI 장치의 그래디언트 코일을 통하여 인가되는 공간적으로 분리된 그래디언트 자기장은 이와 같은 좌표계에 한정되지 않으며 다른 좌표계를 갖는 다양한 실시예로 변형될 수 있다. 또한, EPI 시퀀스에 있어서 각 그래디언트의 파형 및 그래디언트 펄스가 인가해지는 시점은 도 2에 도시된 바에 한정되지 않으며 다양하게 변형될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따라서 제어부(140)는 EPI 영상의 왜곡을 보정하기 위한 PSF(Point Spread Function) 매핑 맵을 구하기 위해서 동일한 대상체에 대해서 RF 여기 펄스 및 복수의 그래디언트 펄스를 소정의 PSF 시퀀스로 반복 실행한다. 이렇게 PSF 시퀀스로 자기장을 생성하여 획득한 데이터를 데이터 처리부(160)에서 모아서 3차원 PSF 데이터를 형성한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 3차원 PSF 데이터 획득하기 위한 PSF 펄스 시퀀스를 보여준다. 도 3에 도시된 PSF 시퀀스(300)는, 도 2에 도시된 EPI 시퀀스(200)에 위상 인코딩 방향, 즉 제2 축(Gy) 방향으로 그래디언트 자기장을 생성하기 위한 위상 인코딩 프리와인더 그래디언트(phase encoding prewinder gradients: Gs) 펄스(302)를 인가하는 단계를 추가하여 구성된다. 따라서, PSF 시퀀스(300)는 도 2에 도시된 EPI 시퀀스(200)와 마찬가지로 RF 여기 펄스(202)를 포함하며, 제1 축(Gz)을 따라 그래디언트 자기장을 생성하기 위해서 인가되는 슬라이스 선택 자기장 그래디언트 펄스(204), 제2 축(Gy)을 따라 그래디언트 자기장을 생성하기 우해서 인가되는 위상 인코딩 그래디언트 펄스(206, 210) 및 제3 축(Gx)을 따라 그래디언트 자기장을 생성하기 위해서 인가되는 위상 쉬프트 그래디언트 펄스(208) 및 리드아웃 그래디언트 펄스(212)를 포함한다.
실시예에서, 위상 인코딩 그래디언트 펄스(206,210)를 인가하기 전에 인코딩 프리와인드 그래디언트 펄스(302)를 인가할 수 있다. 이와 같이, 인코딩 프리와인드 그래디언트 펄스(302)의 세기를 변경하면서 소정 횟수만큼 PSF 펄스 시퀀스(300)를 반복적으로 실행할 수 있다. 예컨데, 인코딩 프리와인트 그래디언트 펄스(302)의 펄스의 세기를 -Vy에서 +Vy로 일정하여 변경하면서 PSF 펄스 시퀀스(300)을 반복적으로 실행할 수 있다. 이렇게 함으로써, 슬라이스 선택 자기장 그래디언트 펄스(204)에 응답하여 제1 축(Gz)으로 생성된 자기장에 의해서 선택된 슬라이스에 대응하는 데이터, 즉 k 공간에서 kx-ky 평면 데이터를 데이터 획득부(150)에서 획득할 수 있다.
도 3에 도시된 PSF 시퀀스(300)는 하나의 예시에 불과하며, PSF 시퀀스(300)는 다른 형태로도 변형될 수 있음을 알아야 한다. 예를 들어, PSF 시퀀스(300)는 도 2에 도시된 EPI 시퀀스(200)와는 다른 형태의 EPI 시퀀스를 기초로 구성될 수 있다.
도 4a에 도시된 바와 같이, PSF 펄스 시퀀스(300)을 반복적으로 실행하여 복수개의 kx-ky 평면 데이터(410_1 내지 410_n)를 획득할 수 있다. 복수개의 kx-ky 평면 데이터(410_1 내지 410_n)를 k 공간에서 ks 방향으로 쌓음으로써 3차원 형태의 k-공간 데이터(400)를 얻을 수 있다. 전술한 바와 같이, 각 kx-ky 평면 데이터는 PSF 시퀀스(300)의 위상 인코딩 프리와인더 그래디언트 펄스(Gs)의 크기를 순차적으로 변경하면서 획득할 수 있다. 3차원 형태의 k-공간 데이터(420)를 3차원 푸리에 변환하여 3차원 PSF 데이터를 형성할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따라서 데이터 처리부(160)에서 3차원 PSF 데이터를 이용하여 EPI 영상에서 왜곡을 보정하는 방법을 상세히 서술한다.
데이터 처리부(160)에서 3차원 공간(x,y,s) 상에 형성된 3차원 PSF 데이터를 s 방향으로 적분하여, 도 4b에 도시된 바와 같이, 일련의 왜곡된 x-y 평면 영상들로 구성된 3차원 영상 데이터(복수의 EPI 영상)(440)를 얻을 수 있다. 또한, 데이터 처리부(160)에서 3차원 PSF 데이터를 y 방향으로 적분하여, 도 4c에 도시된 바와 같이, 일련의 왜곡되지 않은 x-s 평면 영상으로 구성된 3차원 영상 데이터(복수의 그래디언트 에코(Gradient Echo, GE) 영상)(460)을 얻을 수 있다. GE 영상은 왜곡이 거의 없지만, 임상적으로 사용 가능한 해상도의 데이터를 획득하는데 시간이 너무 많이 걸리는 문제점(예를 들어, 7T MRI에서 약 5분 정도가 소요됨)이 있다. 반면에, EPI 영상의 경우 약 2 내지 3 초 정도에 획득할 수 있다.
데이터 처리부(160)에서 3차원 PSF 데이터를 x축 방향으로 적분하여 s-y 평면에 대응하는 2차원 PSF 데이터를 얻을 수 있다. 도 4d는 3차원 PSF 데이터(480)를 x축으로 적분하여 획득한 복수의 s-y 평면에 대응하는 2차원 PSF 데이터를 보여준다. 도 4d에 보이는 바와 같이, 3차원 PSF 데이터를 x 방향으로 적분하면, 2차원 PSF 데이터는 s-y 평면상에 상관 라인 패턴으로 나타난다.
한편, 데이터 처리부(160)에서 3차원 k-공간 데이터(420)를 3차원 푸리에 변환한다. 그 결과, 3차원 PSF 데이터는 s-y 평면 영상에 주 영상(라인 패턴의 2차원 PSF 데이터)과 s 방향으로 평행하게 나타나는 PSF 유령 아티팩트(ghost artifacts)를 포함할 수 있다. 3차원 PSF 데이터를 획득하기 위해서 s 방향으로 단계적으로 이동(shift)하면서 슬라이스 데이터를 획득하여 k 공간을 채우게 되면, k 공간의 중심 역시 이동하게 되어 위상이 조금씩 차이가 나게 된다. 이렇게 획득한 k 공간 데이터를 3차원 푸리에 변환할 경우 PSF 유령 아티팩트가 발생하게 된다. 이러한 PSF 유령 아티팩트는 박동성 혈류(Pulsatile flow) 또는 강한 국소 자장 불균일성에 의해서 강하게 나타날 수 있으며, PSF 이동 매핑 맵을 구하는데 에러를 발생시킬 수 있으므로 PSF 유령 아티팩트를 제거하여야 한다.
일반적으로, PSF 유령 아티팩트는 s 방향으로는 항상 주 신호인 라인 패턴의 2차원 PSF 데이터보다는 신호의 세기가 작지만, y 방향으로는 PSF 데이터의 신호 세기보다 크게 나올 수 있다. 이런 경우, PSF 이동 매핑 기법으로 영상 보정을 위해서 PSF 데이터 신호에 대해 수직으로, 즉 y 방향으로 픽셀 이동 맵(pixel shift map)을 구할 때, PSF 유령 아티팩트로 인하여 픽셀 이동 맵에 오류가 발생할 수 있다. 따라서, 정확한 EPI 영상의 보정을 위해서 2차원 PSF 데이터로부터 PSF 유령 아티팩트를 제거해야한다. 이하, 일실시예에 따른 PSF 유령 아티팩트를 제거하는 방법을 도 5 및 도 6을 참조하여 자세히 설명한다.
도 5는 실시예에 따라 데이터 처리부(160)에서 2차원 PSF 데이터로부터 PSF 유령 아티팩트를 제거하는 방법을 보여주는 순서도이다. 우선, 3차원 PSF 데이터로부터 2차원 PSF 데이터를 획득한다(S510). 2차원 PSF 데이터는, 도 6의 (a) 영상에서와 같이 잡음을 포함할 수 있으므로, 3차원 이방성 확산 필터를 이용하여 2차원 PSF 데이터를 필터링한다(S520). 3차원 이방성 확산 필터링을 통해 2차원 PSF 데이터로부터 잡음을 제거할 뿐만 아니라, 신호 강화, 데이터 스무딩(smoothing) 등을 할 수 있다. 3차원 이방성 확산 필터링을 통하여, 도 6의 (b) 영상에서 보이는 바와 같이, 잡음이 제거되고 스무딩된 2차원 PSF 데이터를 얻을 수 있다.
필터링된 2차원 PSF 데이터에 대해서 각각의 y값(670)에 대해서 s 방향으로 1차 미분을 실시하게 되면, 도 6의 (c) 영상에 도시된 바와 같이, 2차원 PSF 데이터에 대한 1차 미분 값 그래프를 얻을 수 있다(S530). 실시예에서, 도 6의 (c) 영상에 도시된 1차 미분 값 그래프에서 최대값을 가지는 위치(최대점)와 최소값을 가지는 위치(최소점)를 선택하여 최대점과 최소점 사이의 폭을 선택 대역으로 설정한다(S540). 1차 미분 값 그래프에서 최대점 및 최소점을 선택하는 이유는 1차 미분값 그래프가 주 신호인 2차원 PSF 데이터를 기준으로 좌, 우에 최대값과 최소값이 나오는 프로파일을 보이기 때문이다. 이와 같이, 모든 y 값에 대해서 선택 대역을 설정하고, 설정된 선택 대역에 포함된 데이터만을 선택함으로써 PSF 유령 아티팩트를 제거할 수 있다. 도 6의 d 영상은 2차원 PSF 데이터에서 PSF 유령 아티팩트를 제거한 예를 보여준다. 이와 같이, PSF 유령 아티팩트 제거를 y 방향을 따라서 각 주파수 인코딩 단계(x 방향)마다 반복적으로 수행함으로써 2차원 PSF 데이터로부터 유령 아티팩트를 효과적으로 제거할 수 있다. 일실시예에서, PSF 유령 아티패트가 제거된 2차원 SF 데이터를 이용하여 최종 픽셀 이동 맵을 생성할 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이, 3차원 PSF 데이터는 위상 인코딩 프리와인드 그래디언트 펄스(302)를 일정 크기로 변화시키면서 PSF 시퀀스를 반복적으로 수행함으로써 획득된다. 따라서, 3차원 PSF 데이터에 왜곡이 발생하지 않았을 경우, 이상적으로는 s-y 평면상에 2차원 PSF 데이터 픽셀들이 임의의 직선(이하, 기준선)을 따라서 배열된다. 여기서, 기준선은 s-y 평면에서 기울기가 "1"이고 s-y 좌표계의 원점을 지나는 대각선일 수 있다.
그러나, 3차원 PSF 데이터 획득시 자기장의 불균일성, 국소 자화율 등으로 인하여 왜곡이 발생하였을 경우, 2차원 PSF 데이터 픽셀들이 기준선로부터 벗어나서 배열될 수 있다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 2차원 PSF 데이터 픽셀들 중 s-y 평면에서 기준선(710)을 따라서 배열되는 픽셀들과 기준선(710)을 벗어나서 배열되는 픽셀로 구성될 수 있다.
이렇게 기준선(710)을 벗어나는 픽셀들은 영상 왜곡에 기인한 것으로, EPI 영상에서 왜곡된 영역은 강 자기장의 불균일성과 국소 자화율로 인하여 수축되어 왜곡된 영역(이하, 수축영역)과 신장되어 왜곡된 영역(이하, 신장영역)을 포함할 수 있다. 수축영역에서는 2차원 PSF 데이터 픽셀들이 배열되는 라인의 기울기가 상대적으로 크게 나타나고, 신장영역에서는 PSF 데이터 픽셀들이 배열되는 라인의 기울기가 비교적 완만하게 나타난다.
도 8에 도시된 바와 같이, 기준선을 벗어난 픽셀들은 수축영역(810)에 포함된 픽셀들과 신장영역(820)에 포함된 픽셀들로 구분될 수 있다. 일실시예에서, 수축영역에 대한 PSF 픽셀 이동 맵과 신장 영역에 대한 PSF 픽셀 이동 맵은 서로 다른 방향으로 구할 수 있다. 여기서, 픽셀 이동 맵은 2차원 PSF 데이터 픽셀과 기준선으로부터 벗어난 편차, 즉 PSF 데이터 픽셀과 기준선과의 거리로 연산 될 수 있다. 구체적으로, PSF 픽셀 이동 맵은 왜곡된 좌표인 s 방향 또는 왜곡되지 않은 좌표인 y 방향으로 구할 수 있으며, PSF 픽셀 이동 맵을 구하는 방향은 영상의 왜곡 형태에 따라서 선택적으로 결정될 수 있다.
수축영역에서는 왜곡되지 않은 좌표, 즉 y 방향으로 픽셀 이동 맵을 구하는 것이 왜곡된 좌표, 즉 s 방향으로 픽셀 이동 맵을 구하는 것보다 더 많은 정보를 얻을 수 있다. 반면에, 신장영역에서는 s 방향으로 픽셀 이동 맵을 구하는 것이 더 많은 정보를 얻을 수 있다. 따라서, 수축영역 및 신장영역에 따라서 y 방향 및 s 방향으로 각각 픽셀 이동 맵을 구함으로써 EPI 영상에 대해서 더욱 정확한 기하학적 왜곡 보정을 할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따라 선택적으로 PSF 이동 맵을 연산하는 과정을 보여주는 순서도이다. 도 9를 참조하면, 2차원 PSF 데이터에서 기준선을 따라서 각각의 s 값에서 최대 신호 세기의 픽셀을 선택한다(S910). PSF 유령 아티팩트가 제거된 2차원 PSF 데이터의 경우, 도 10a에 도시된 영상에서 보이는 바와 같이, 블러링 현상으로 인하여 각각의 s 값에 대해서 복수 개의 2차원 PSF 데이터 픽셀들이 퍼져서 분포할 수 있다. 이렇게 블러링된 PSF 데이터 픽셀들로부터 정확한 PSF 매핑 맵을 얻기 위해서, 본 발명의 실시예에서는 블러링된 PSF 데이터 픽셀들 중에서 기준선에서 수직한 방향(y 방향)으로 신호의 세기가 가장 큰 신호만을 선택하여 블러링된 픽셀을 제거할 수 있다. 도 10b는 블러링된 픽셀들이 제거된 선명한 라인 패턴의 PSF 데이터를 보여준다. 이와 같은 과정을 모든 x 값에 대해서 실시한 후, 2차원 다항 피팅(polynomial fitting)을 실시하여(S920), 도 10c에 보이는 바와 같이, 3차원 공간상에서 연속된 PSF 데이터를 얻을 수 있다. 3차원 공간상에 연속된 PSF 데이터를 통하여 수축영역, 신장영역 등으로 PSF 데이터를 시각적으로 분류할 수 있다.
계속해서, 도 10c에 도시된 3차원 공간상의 PSF 데이터에서 임의의 x 값(1010)에 해당하는 데이터를, 도 10d에 도시된 바와 같이, PSF 데이터 라인으로 표시될 수 있다. 이렇게 선택된 PSF 데이터 라인에 대해서 1차 미분을 실시하면(S930), 도 10e에 도시된 1차 미분값 그래프를 얻을 수 있다. 도 10e의 1차 미분값은 PSF 데이터 라인의 기울기를 나타낸다. 본 발명의 실시예에서, 1차 미분값의 절대값이 1보다 크면 신장영역에 해당하는 것(1010, 1030)으로, y 방향으로 픽셀 이동 맵을 구하고, 1차 미분값의 절대값이 0과 1 사이이면 수축 영역에 해당하는 것(1020)으로 s방향으로 픽셀 이동 맵을 구한다(S940). 이와 같은 방법으로 모든 x 값에 대해서 픽셀 이동 맵을 구하고, y 방향 픽셀 이동 맵과 s 방향 픽셀 이동 맵을 조합하여 PSF 픽셀 이동 맵을 형성할 수 있다. 데이터 처리부(160)는 이렇게 형성된 PSF 픽셀 이동 맵을 이용하여 EPI 시퀀스에 따라 획득한 EPI 영상의 왜곡을 보정하여 최종적으로 왜곡이 보정된 EPI 영상을 형성할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 자기 공명 영상 장치에서 EPI(Echo Planar imaging) 영상의 왜곡 보정 방법을 수행하기 위한 프로그램을 저장하는 컴퓨터 판독가능 기록매체가 제공될 수 있다. 여기서, EPI 영상의 왜곡을 보정 하는 방법은, 소정의 EPI 펄스 시퀀스를 반복적으로 인가하여 대상체로부터 EPI 영상 데이터를 형성하는 단계; 소정의 PSF(Point Spread Function) 펄스 시퀀스를 반복적으로 인가하여 상기 대상체로부터 3차원 PSF(Point Spread Function) 데이터 - 상기 3차원 PSF 영상 데이터는 축들(axes)을 가지는 3차원 공간 상에서 정의됨 - 를 형성하는 단계; c) 상기 3차원 PSF 데이터를 상기 축들 중 어느 하나의 축의 방향으로 적분하여 상기 어느 하나의 축에 수직으로 배열되며 영상이 왜곡된 축과 영상이 왜곡되지 않은 축의 복수의 평면에 각각 대응하는 복수의 2차원 PSF 데이터 세트를 획득하는 단계; d) 상기 복수의 2차원 PSF 데이터 세트의 각각에서 복수개의 픽셀로 구성된 라인 패턴의 기울기에 따라 선택적으로 PSF 이동 매핑 맵을 구하는 단계; 및 e) 상기 PSF 이동 매핑 맵을 이용하여 상기 EPI 영상 데이터의 왜곡을 보정하는 단계를 포함한다.
상술한 실시예는 본 발명의 원리를 응용한 다양한 실시예의 일부를 나타낸 것에 지나지 않음을 이해해야 한다.　 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질로부터 벗어남이 없이 여러 가지 변형이 가능함을 명백히 알 수 있을 것이다.
200 EPI 펄스 시퀀스
202 RF 펄스 펄스
204 슬라이스 선택 자기장 그래디언트 펄스
206 제1 위상 인코딩 그래디언트 펄스
210 제2 위상 인코딩 그래디언트 펄스
208 위상 이동 그래디언트 펄스
212 리드아웃 그래디언트 펄스
300 PSF 펄스 시퀀스
302 위상 인코딩 프리와인드 그래디언트 펄스
810 신장영역
820 압축영역

Claims (18)

  1. MRI 장치에 있어서,
    소정의 EPI(Echo Planar imaging) 펄스 시퀀스를 생성하도록 동작하는 구동부;
    복수의 코일을 포함하는 코일부 - 상기 코일부는 상기 코일부 근처에 대상체가 위치해 있는 경우 상기 구동부로부터의 펄스 시퀀스에 응답하여 상기 대상체에 제1 자기장을 발생시키고 상기 발생된 제1 자기장에 응답하여 그에 제1 자기 공명 신호가 유기되도록 동작함 -; 및
    상기 코일부에 유기된 제1 자기 공명 신호에 기초하여 EPI 영상 데이터를 형성하도록 동작하는 데이터 처리부를 포함하고,
    상기 구동부는 소정의 PSF(Point Spread Function) 펄스 시퀀스를 더 생성하도록 동작하며,
    상기 코일부는 상기 코일부 근처에 대상체가 위치해 있는 경우 상기 구동부로부터의 PSF 펄스 시퀀스에 응답하여 상기 대상체에 제2 자기장을 발생시키고 상기 발생된 제2 자기장에 응답하여 그에 제2 자기 공명 신호가 유기되도록 더 동작하며,
    상기 데이터 처리부는 상기 제2 자기 공명 신호에 기초하여 3차원 PSF 영상 데이터 - 상기 3차원 PSF 영상 데이터는 축들(axes)을 가지는 3차원 공간 상에서 정의됨 - 를 더 형성하도록 동작하며,
    상기 데이터 처리부는 상기 3차원 PSF 데이터를 상기 축들 중 어느 하나의 축의 방향으로 적분하여 상기 어느 하나의 축에 수직으로 배열되며 영상이 왜곡된 축과 영상이 왜곡되지 않은 축의 복수의 평면에 각각 대응하는 복수의 2차원 PSF 데이터 세트를 획득하는 제1 처리 유닛, 상기 복수의 2차원 PSF 데이터 세트의 각각에서 복수개의 픽셀로 구성된 라인 패턴의 기울기에 따라 선택적으로 PSF 이동 매핑 맵을 구하는 제2 처리 유닛, 및 상기 PSF 이동 매핑 맵을 이용하여 상기 EPI 영상 데이터의 왜곡을 보정하는 제3 처리 유닛을 포함하는, MRI 장치.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 데이터 처리부는 상기 2차원 PSF 데이터로부터 PSF 유령 아티팩트를 제거하도록 더 동작하는, MRI 장치.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 데이터 처리부는 상기 2차원 PSF 데이터를 왜곡된 축의 방향으로 1차 미분하고, 상기 1차 미분된 결과값에 기초하여 선택 대역을 설정하고, 상기 2차원 PSF 데이터로부터 상기 선택 대역에 포함된 2차원 PSF 데이터를 선택하여 PSF 유령 아티팩트를 제거하도록 동작하는, MRI 장치.
  4. 제3 항에 있어서, 상기 선택 대역은 상기 1차 미분된 결과값에서 최대값과 최소값으로 결정되는, MRI 장치.
  5. 제4 항에 있어서, 상기 데이터 처리부는 상기 1차 미분하기 전에 상기 2차원 PSF 데이터에 3차원 이방성 필터링을 실시하여 잡음을 제거하도록 동작하는, MRI 장치.
  6. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 데이터 처리부는, 상기 라인 패턴의 2차원 PSF 데이터에 기준선을 설정하고, 상기 기준선을 따라서 상기 2차원 PSF 데이터에서 왜곡된 축의 각각의 값에서 최대 신호 세기의 픽셀을 선택하고, 상기 선택된 픽셀을 잇는 라인 데이터에 대해서 1차 미분하고, 상기 1차 미분 결과값에 따라서 선택적으로 PSF 이동 매핑 맵을 구하도록 동작하는, MRI 장치.
  7. 제6 항에 있어서, 상기 기준선은 상기 왜곡된 축과 왜곡되지 않은 축의 원점을 지나는 대각선인, MRI 장치.
  8. 제6 항에 있어서, 상기 PSF 이동 매핑 맵은 상기 1차 미분 결과값이 1 이상일 경우 왜곡된 축으로 PSF 이동 매핑 맵을 구하고, 상기 1차 미분 결과값이 0 내지 1 미만일 경우 왜곡되지 않은 축으로 PSF 이동 매핑 맵을 구하는, MRI 장치.
  9. MRI 장치에서 EPI(Echo Planar imaging) 영상의 왜곡 보정 방법에 있어서,
    a) 소정의 EPI 펄스 시퀀스를 반복적으로 인가하여 대상체로부터 EPI 영상 데이터를 형성하는 단계;
    b) 소정의 PSF(Point Spread Function) 펄스 시퀀스를 반복적으로 인가하여 상기 대상체로부터 3차원 PSF(Point Spread Function) 데이터 - 상기 3차원 PSF 영상 데이터는 축들(axes)을 가지는 3차원 공간 상에서 정의됨 - 를 형성하는 단계;
    c) 상기 3차원 PSF 데이터를 상기 축들 중 어느 하나의 축의 방향으로 적분하여 상기 어느 하나의 축에 수직으로 배열되며 영상이 왜곡된 축과 영상이 왜곡되지 않은 축의 복수의 평면에 각각 대응하는 복수의 2차원 PSF 데이터 세트를 획득하는 단계;
    d) 상기 복수의 2차원 PSF 데이터 세트의 각각에서 복수개의 픽셀로 구성된 라인 패턴의 기울기에 따라 선택적으로 PSF 이동 매핑 맵을 구하는 단계; 및
    e) 상기 PSF 이동 매핑 맵을 이용하여 상기 EPI 영상 데이터의 왜곡을 보정하는 단계
    를 포함하는, EPI 영상의 왜곡 보정 방법.
  10. 제9 항에 있어서, 상기 소정의 PSF 시퀀스를 반복 실행하여 획득한 3차원 공간 데이터를 3차원 푸리에 변환하여 상기 3차원 PSF 데이터를 획득하는, EPI 영상의 왜곡 보정 방법.
  11. 제10 항에 있어서, 상기 2차원 PSF 데이터로부터 PSF 유령 아티팩트를 제거하는 단계를 더 포함하는, EPI 영상의 왜곡 보정 방법.
  12. 제11 항에 있어서, 상기 PSF 유령 아티팩트를 제거하는 단계는,
    상기 2차원 PSF 데이터를 왜곡된 축의 방향으로 1차 미분하는 단계;
    상기 1차 미분된 결과값에 기초하여 선택 대역을 설정하는 단계; 및
    상기 2차원 PSF 데이터로부터 상기 선택 대역에 포함된 2차원 PSF 데이터를 선택하여 상기 PSF 유령 아티팩트를 제거하는 단계
    를 포함하는, EPI 영상의 왜곡 보정 방법.
  13. 제12 항에 있어서, 상기 선택 대역은 상기 1차 미분된 결과값에서 최대값과 최소값으로 결정되는, EPI 영상의 왜곡 보정 방법.
  14. 제13 항에 있어서, 상기 1차 미분하기 전에 상기 2차원 PSF 데이터에 3차원 이방성 필터링을 실시하영 잡음을 제거하는 단계를 더 포함하는, EPI 영상의 왜곡 보정 방법.
  15. 제9 항 내지 제14 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 d) 단계는,
    상기 라인 패턴의 2차원 PSF 데이터에 직선의 기준선을 설정하는 단계;
    상기 기준선을 따라서 상기 2차원 PSF 데이터에서 왜곡된 축의 각각의 값에서 최대 신호 세기의 픽셀을 선택하는 단계;
    상기 선택된 픽셀을 잇는 라인 데이터에 대해서 1차 미분하는 단계; 및
    상기 1차 미분 결과값에 따라서 선택적으로 PSF 이동 매핑 맵을 구하는 단계
    를 포함하는, EPI 영상의 왜곡 보정 방법.
  16. 제15 항에 있어서, 상기 기준선은 상기 왜곡된 축과 왜곡되지 않은 축의 원점을 지나는 대각선인, EPI 영상의 왜곡 보정 방법.
  17. 제16 항에 있어서, 상기 PSF 이동 매핑 맵은 상기 1차 미분 결과값이 1 이상일 경우 왜곡된 축으로 PSF 이동 매핑 맵을 구하고, 상기 1차 미분 결과값이 0 내지 1 미만일 경우 왜곡되지 않은 축으로 PSF 이동 매핑 맵을 구하는, EPI 왜곡 보정 방법.
  18. 자기 공명 영상 장치에서 EPI(Echo Planar imaging) 영상의 왜곡 보정 방법을 수행하기 위한 프로그램을 저장하는 컴퓨터 판독가능 기록매체로서, 상기 방법은,
    a) 소정의 EPI 펄스 시퀀스를 반복적으로 인가하여 대상체로부터 EPI 영상 데이터를 형성하는 단계;
    b) 소정의 PSF(Point Spread Function) 펄스 시퀀스를 반복적으로 인가하여 상기 대상체로부터 3차원 PSF(Point Spread Function) 데이터 - 상기 3차원 PSF 영상 데이터는 축들(axes)을 가지는 3차원 공간 상에서 정의됨 - 를 형성하는 단계;
    c) 상기 3차원 PSF 데이터를 상기 축들 중 어느 하나의 축의 방향으로 적분하여 상기 어느 하나의 축에 수직으로 배열되며 영상이 왜곡된 축과 영상이 왜곡되지 않은 축의 복수의 평면에 각각 대응하는 복수의 2차원 PSF 데이터 세트를 획득하는 단계;
    d) 상기 복수의 2차원 PSF 데이터 세트의 각각에서 복수개의 픽셀로 구성된 라인 패턴의 기울기에 따라 선택적으로 PSF 이동 매핑 맵을 구하는 단계; 및
    e) 상기 PSF 이동 매핑 맵을 이용하여 상기 EPI 영상 데이터의 왜곡을 보정하는 단계
    를 포함하는 방법을 수행하기 위한 프로그램을 저장하는 컴퓨터 판독가능 기록매체.
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