KR20140072698A - 자기 공명 영상 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

레피티션 타임(Repetition time, TR)에 상응하는, 펄스 시퀀스의 각각의 구간에서, 대상체의 소정의 영역 일부분에 대한 공명 주파수를 획득하고, 획득된 공명 주파수를 이용하여 자기 공명 영상을 생성하는 자기 공명 영상 방법 및 장치에 관한 것이다.

Description

자기 공명 영상 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR MAGNETIC RESONANCE IMAGING}
자기 공명 영상 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 레피티션 타임(Repetition time, TR)에 상응하는, 펄스 시퀀스의 각각의 구간에서, 대상체의 소정의 영역 일부분에 대한 공명 주파수를 획득하고, 획득된 공명 주파수를 이용하여 자기 공명 영상을 생성하는 자기 공명 영상 방법 및 장치에 관한 것이다.
자기 공명 영상(Magnetic Resonance Imaging, MRI)은 원자핵을 자장에 노출시킨 후 공명을 통해 얻어지는 정보로 영상을 나타낸 것이다. 원자핵의 공명이란 외부 자장에 의해 자화된 상태의 원자핵에 특정한 고주파 에너지를 입사시키면 낮은 에너지 상태의 원자핵이 고주파 에너지를 흡수하여 높은 에너지 상태로 여기되는 현상을 말한다. 원자핵은 종류에 따라 각기 다른 공명 주파수를 가지며 공명은 외부 자장의 강도에 영향을 받는다. 인체 내부에는 무수히 많은 원자핵이 있으며, 자기공명현상을 보이는 원자들로는
Figure pat00001
,
Figure pat00002
,
Figure pat00003
,
Figure pat00004
등이 있는데 일반적으로 수소 원자핵을 자기 공명 영상 생성에 이용한다.
대상체에 고주파 에너지를 가지는 RF(Radio Frequency) 펄스를 일시적으로 인가하면, 이에 대한 응답으로 대상체로부터 자기 공명 신호가 방출된다. RF 펄스의 역할에 따라 대상체로부터 방출되는 자기 공명 신호를 구분할 수 있는데, 여기 RF 펄스에 대한 응답을 자유 유도 감쇄(Free Induction Decay, FID) 신호라 하고, 리포커싱 RF 펄스에 대한 응답을 에코(echo) 신호라 한다.
대상체의 소정의 영역에 대한 자기 공명 영상을 생성하는 기존의 자기 공명 영상 방법은 영상화하는 소정의 영역 모두에 대하여 동일한 공명 주파수를 레피티션 타임(Repetition time)에 상응하는, RF 펄스 시퀀스의 각각의 구간에서 반복적으로 사용하는 방식이었다.
대상체의 소정의 영역에 대한 자기 공명 영상을 생성할 때, 각 레피티션 타임에서 스캔되는 소정의 영역 일부분마다 공명 주파수를 획득하여 영상 왜곡이 감소된 자기 공명 영상을 생성하는 자기 공명 영상 방법 및 장치를 제공하는데 있다. 또한, 이와 같은 자기 공명 영상 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체를 제공하는 데 있다. 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 이하의 실시예들로부터 또 다른 기술적 과제들이 유추될 수 있다.
일 측면에 따라, RF(radio frquency) 펄스 시퀀스를 인가하여 대상체의 소정의 영역에 대한 자기 공명 영상을 생성하는 자기 공명 영상 방법에 있어서, 레피티션 타임(Repetition time)에 상응하는, 상기 RF 펄스 시퀀스의 각각의 구간은, 여기 RF 펄스를 인가하여 획득한, 상기 소정의 영역 일부분에 대한 자유 유도 감쇄(Free Induction Decay) 신호로부터 상기 소정의 영역 일부분에 대한 공명 주파수를 획득하는 단계 및 상기 획득된 공명 주파수를 가지는 리포커싱(refocusing) RF 펄스를 인가하여, 상기 소정의 영역 일부분에 대한 자기 공명 영상 생성에 이용되는 에코(echo) 신호를 획득하는 단계를 포함한다.
다른 측면에 따라, 상기 자기 공명 영상 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체가 제공된다.
또 다른 측면에 따라, RF(Radio Frquency) 펄스 시퀀스를 인가하여 대상체의 소정의 영역에 대한 자기 공명 영상을 생성하는 자기 공명 영상 장치에 있어서, 레피티션 타임(repetition time)에 상응하는, 상기 RF 펄스 시퀀스의 각각의 구간에서, 여기(excitation) RF 펄스 또는 리포커싱(refocusing) RF 펄스를 인가하는 RF 코일부, 상기 인가된 여기 RF 펄스 또는 상기 리포커싱 RF 펄스에 대한 각각의 응답으로, 상기 소정의 영역 일부분에 대한, 자유 유도 감쇄(Free Induction Decay) 신호 또는 자기 공명 영상 생성에 이용되는 에코(echo) 신호를 획득하는 신호 획득부, 상기 획득된 자유 유도 감쇄 신호로부터 상기 소정의 영역 일부에 대한 공명 주파수를 획득하는 공명 주파수 획득부 및 상기 획득된 공명 주파수를 가지는 상기 리포커싱 RF 펄스를 생성하는 RF 구동부를 포함한다.
정자장의 불균일성에 따른 자기 공명 영상의 영상 왜곡을 감소시킨다.
도 1은 자기 공명 영상 시스템의 전체 구조를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 2는 자기 공명 영상 시스템 내의 자기 공명 영상 장치의 내부 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 자기 공명 영상 장치 내의 공명 주파수 획득부를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 레피티션 타임에 상응하는, 펄스 시퀀스의 각각의 구간에서, 대상체의 소정의 영역 일부분에 대한 공명 주파수를 획득하여, 획득된 공명 주파수를 RF 펄스 생성시에 이용하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 자기 공명 영상 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6은 자유 유도 감쇄(Free Induction Decay) 신호 획득 및 공명 주파수 획득하는 단계에 관한 상세한 흐름도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명을 한정하지 아니하고 오로지 예시를 위한 실시예에 의해 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 하기 실시예는 본 발명을 구체화하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리 범위를 제한하거나 한정하는 것이 아님은 물론이다. 본 발명의 상세한 설명 및 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가가 용이하게 유추할 수 있는 것은 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 해석된다.
본 실시예들은 자기 공명 영상 방법 및 장치에 관한 것으로서 이하의 실시예들이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 널리 알려져 있는 사항들에 관해서는 자세한 설명을 생략한다.
도 1은 자기 공명 영상 시스템의 전체 구조를 개략적으로 도시한 구성도이다. 자기 공명 영상 시스템(1000)은 자기 공명 영상 장치(1100), 컴퓨터 시스템(1300) 그리고 오퍼레이팅 콘솔(1500)를 구비한다. 자기 공명 영상 시스템(1000)을 구성하는 각 장치들은 도 1에 도시된 바와 달리 물리적으로 분리되어 있지 않고 일부가 서로 통합된 형태일 수 있다.
자기 공명 영상 장치(1100)는 오퍼레이팅 콘솔(1500)로부터 자기 공명 영상을 생성하기 위한 제어신호를 입력받고 이를 이용하여 작동하며, 마그네트 시스템(1110) 내의 카우치(couch)(1200)에 위치한 대상체(2000)로부터 자기 공명 영상을 생성하기 위해 사용되는 자기 공명 신호를 획득한다. 자기 공명 영상 장치(1100)는 자기 공명 신호로부터 생성되는 영상 신호를 컴퓨터 시스템(1300)으로 출력한다.
컴퓨터 시스템(1300)은 자기 공명 영상 장치(1100)로부터 영상 신호를 입력받아 이를 재구성하여 대상체(2000)의 소정의 영역에 대한 자기 공명 영상을 생성하고, 생성된 자기 공명 영상을 오퍼레이팅 콘솔(1500)로 전달한다. 컴퓨터 시스템(1300)은 자기 공명 신호로부터 생성된 영상 신호를 재구성하여 자기 공명 영상을 생성하는 영상 처리 프로세서(미도시), 영상 신호 및 생성된 자기 공명 영상을 저장할 수 있는 스토리지(미도시), 자기 공명 영상 장치(1100) 및 오퍼레이팅 콘솔(1500)과의 연결을 위한 인터페이스부(미도시) 등을 구비한다.
오퍼레이팅 콘솔(1500)은 컴퓨터 시스템(1300)으로부터 생성된 자기 공명 영상을 입력받고 이를 디스플레이하는 모니터(미도시), 사용자로부터 제어정보 등을 입력받기 위한 키보드, 마우스 등과 같은 다양한 입력 장치(미도시), 스캔 조건과 스캔 상황을 보여주는 판넬(미도시) 등을 구비한다.
도 2는 자기 공명 영상 시스템 내의 자기 공명 영상 장치의 내부 구성을 설명하기 위한 도면이다. 자기 공명 영상 장치(1100)는 대상체(2000)에 자장과 고주파를 가하고 이에 대한 응답으로 대상체(2000)로부터 방출되는 자기 공명 신호를 획득한다. 자기 공명 영상 장치(1100)는 마그네트 시스템(1110), 그레디언트 구동부(1120), RF 구동부(1130), 신호 획득부(1140), 공명 주파수 획득부(1150), 제어부(1160), 메모리(170) 등을 구비한다. 마그네트 시스템(1110)은 다시 메인 마그네트(1112), 그레디언트 코일부(1114), RF 코일부(1116)를 포함한다.
메인 마그네트(1112)는 마그네트 시스템(1110) 내부 공간에 정자장(static magnetic field)을 형성하며, 이때, 정자장의 방향은 대상체(2000)의 체축, 다른 말로 길이 방향과 평행하거나 또는 수직일 수 있다. 메인 마그네트(1112)를 구현하기 위해 영구 자석(permanent magnet), 상전도 자석(resistive magnet), 초전도 자석(super conductive magnet) 등이 사용될 수 있다. 설명의 편의상 이하에서는, 메인 마그네트(1112)로 초전도 자석을 사용하여, 대상체(2000)의 체축 방향에 평행한 수평 정자장이 형성되는 경우를 일실시예로써 설명한다. 초전도 자석을 메인 마그네트(1112)로 사용하는 경우, 도 2에 도시된 바와 같이 그레디언트 코일부(1114) 및 RF 코일부(1116)는 동축을 중심축으로 하여 배치될 수 있으며, 바깥쪽에서부터 메인 마그네트(1112), 그레디언트 코일부(1114), RF 코일부(1116) 순서로 배치된다. RF 코일부(1116) 안쪽은 대상체(2000)가 위치할 수 있도록 비어 있는 구조이다. 대상체(2000)를 카우치(1200) 위에 위치하도록 하고, 카우치(1200)를 마그네트 시스템(1110) 내부로 이동시킴으로써 대상체(2000)에 자장과 RF 펄스를 인가할 수 있다.
한편, 수소 원자핵은 스핀운동으로 인하여 자기 모멘트(magnetic moment) 다른 말로, 자기 쌍극자 모멘트(magnetic dipole moment)를 가지게 되며 외부 자계가 없을 때 이 자기 모멘트의 방향은 일정한 규칙이 없이 무작위성을 가진다. 하지만 수소 원자가 정자장(Static Magnetic Field)안에 놓이게 되면 수소 원자핵들은 낮은 에너지 상태로 가기 위해 정자장 방향으로 정렬하게 된다. 수소 원자핵의 경우 1.0 Tesla의 자장에서 42.58 MHz의 라모 주파수(Larmor Frequency)를 가진다. 원자핵에 이러한 라모 주파수에 해당하는 전자파를 가하면 낮은 에너지 상태의 원자핵이 높은 에너지 상태로 천이하게 된다.
그레디언트 코일부(1114)는 서로 수직인 3개의 축의 방향으로 대상체(2000)에 경사자장(gradient filed)을 형성한다. 정자장이 형성되어 있는 대상체(2000)에 라모 주파수를 가지는 RF 펄스를 인가하면 비슷한 성질을 가지는 조직들의 자기 공명 신호가 한꺼번에 방출되어 어느 위치에서 어떤 신호가 나왔는지를 알 수 없게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 경사자장을 이용한다. 자계의 분포와 이에 따른 라모 주파수가 공간에 따라 선형적으로 변하는 경사자장을 이용함으로써 관심 영역에 해당하는 대상체(2000)의 소정의 영역에 있는 수소 원자핵을 선택적으로 공명시킬 수 있게 된다. 서로 수직인 3개의 축은 각각 슬라이스 축, 주파수 축, 위상 축을 의미한다. 정자장이 형성된 내부 공간에 있어서 서로 수직인 3개의 좌표축을 각각 x, y, z 라고 했을 때 그 중 어느 축이라도 슬라이스 축이 될 수 있다. 이때 그 나머지 두 축 중 하나는 주파수 축이고, 또 다른 하나는 위상 축이 된다. 슬라이스 축은 대상체(2000)의 체축 즉, 길이 방향에 대해 특정 각도로 기울어진 방향으로 설정될 수도 있다.
한편, 그레디언트 코일부(1114)는 대상체(2000)의 x, y, z 축 방향으로 세 가지 종류의 경사자장을 만들 수 있다. 대상체(2000)의 체축에 수직인 특정 단면을 선택적으로 여기시키기 위한 전제 조건으로서 대상체(2000)의 체축을 따라 경사 자장을 만드는데, 이때 슬라이스 셀렉션 그레디언트(Slice Selection Gradient)가 가해진다. 그리고 선택된 평면 내에서 2차원적인 공간정보를 얻기 위해 프리퀀시 인코딩 그레디언트(Frequency Encoding Gradient)와 페이즈 인코딩 그레디언트(Phase Encoding Gradient)가 가해진다. 이와 같이 슬라이스 축, 주파수 축, 위상 축의 방향으로 경사 자장을 형성하기 위해 그레디언트 코일부(1114)는 3 종의 그레디언트 코일을 가진다.
RF 코일부(1116)는 대상체(2000)로부터 자기 공명 신호를 획득하기 위한 RF 펄스를 인가한다. 또한 인가된 RF 펄스에 대한 응답으로 대상체(2000)로부터 방출되는 자기 공명 신호를 획득한다. 즉, RF 코일은 RF 펄스를 송신하는 기능과 자기 공명 신호를 수신하는 기능을 가진다. RF 코일부(1116)는 여러 가지 타입의 RF 펄스를 대상체(2000)에 인가할 수 있는데, 예를 들면, 여기(excitation) RF 펄스 또는 리포커싱(refocusing) RF 펄스가 될 수 있고, 이들 각각은 90°RF 펄스와 180°RF 펄스가 될 수 있다. 또한, 복수 개의 RF 펄스로 이루어진 다양한 종류의 RF 펄스 시퀀스를 대상체(2000)에 인가할 수도 있는데, 예를 들면, Spin Echo 또는 Fast Spin Echo 등이 될 수 있다.
그레디언트 구동부(1120)는 그레디언트 코일부(1114)와 연결되어 있고, 그레디언트 코일부(1114)에 경사 자장 형성과 관련된 신호를 출력한다. 그레디언트 구동부(1120)는 슬라이스 축, 주파수 축, 위상 축에 대한 3 종의 그레디언트 코일 각각에 대응되는 그레디언트 구동 회로를 포함한다. 그레디언트 구동부(1120)는 웨이브폼 신서사이저(waveform synthesizer)(미도시)와 RF 앰플리파이어(RF ampilfier)(미도시)로 구성될 수 있다.
RF 구동부(1130)는 RF 코일부(1116)와 연결되어 있고, RF 코일부(1116)에서 인가되는 RF 펄스 및 펄스 시퀀스를 생성하여 RF 코일부(1116)로 출력한다. RF 구동부(1130)는 RF 펄스를 발진시키는 RF 오실레이터(oscilator)(미도시), 위상을 변화시키는 페이즈 시프터(phase shifter)(미도시), 적절한 유형의 RF 펄스 시퀀스를 만드는 웨이브폼 신서사이저(waveform synthesizer)(미도시), RF 펄스 시퀀스를 변조하는 모듈레이터(modulator)(미도시), RF 펄스들을 증폭하는 RF 앰플리파이어(RF amplifier)(미도시)로 구성될 수 있다.
신호 획득부(1140)는 RF 코일부(1116)와 연결되어 있고, RF 코일부(1116)에 수신된 자기 공명 신호를 획득하여, 복조하고, 필터링하며, 디지털 데이터로 처리한다. 이때, 획득한 자기 공명 신호는 여기 RF 펄스에 대한 응답인 자유 유도 감쇄(Free Induction Decay, FID) 신호 또는 리포커싱 RF 펄스에 대한 응답인 에코(echo) 신호가 될 수 있다. 신호 획득부(1140)는 수신된 자기 공명 신호를 증폭하는 프리앰플리파이어(preamplifier)(미도시), 증폭된 자기 공명 신호를 복조하는 디모듈레이터(demodulator)(미도시), 노이즈를 제거하는 로우 패스 필터(Low Pass Filter, LPF), 복조된 아날로그 신호를 디지털 형태로 변환하는 아날로그 디지털 컨버터(Analog Digital Converter, ADC)(미도시) 등으로 구현될 수 있다.
디지털 형태로 변환된 자기 공명 신호는 메모리(1170)에 저장된다. 어레이 프로세서(array processor)(미도시)는 메모리(1170)에 저장된 디지털 형태의 자기 공명 신호에 대하여 푸리에 변환(Fourier transform)을 수행하여 영상 신호를 생성하며, 생성된 영상 신호는 컴퓨터 시스템(1300)에 전달된다.
RF 구동부(1130)와 신호 획득부(1140)는 트랜스시버(transceiver)와 같이 통합된 형태일 수도 있다.
공명 주파수 획득부(1150)는 신호 획득부(1140)에서 획득한 자유 유도 감쇄 신호를 전달받고, RF 코일부(1116)에서 인가할 RF 펄스의 공명 주파수를 획득하여, RF 구동부(1130)의 RF 펄스 또는 RF 펄스 시퀀스 생성시에 이를 이용할 수 있도록 RF 구동부(1130)에 전달한다. 공명 주파수 획득부(1150)에 대해서는 도 3을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 자기 공명 영상 장치 내의 공명 주파수 획득부를 설명하기 위한 도면이다. 도 3을 참고하면, 공명 주파수 획득부(1150)는 저장부(1152), 변환부(1154), 결정부(1156)로 구성된다. 공명 주파수 획득부(1150)는 레피티션 타임(repetition time)에 상응하는, RF 펄스 시퀀스의 각각의 구간에서 대상체(2000)의 소정의 영역 일부분에 대한 공명 주파수를 실시간으로 획득한다. 이때, 소정의 영역은 대상체(2000)의 2차원 단면 또는 대상체(2000)의 3차원 서브 볼륨(sub volume)을 의미한다. 종래의 자기 공명 영상화 방식에서는 활용하지 않고 버렸던, 여기 RF 펄스에 대한 응답으로 대상체(2000)로부터 방출되는 자유 유도 감쇄 신호를 버리지 않고 획득하여, 이로부터 대상체(2000)의 소정의 영역에 대한 공명 주파수를 획득하며, 상기 대상체(2000)에 인가할 RF 펄스 생성시에 획득한 공명 주파수를 이용한다. 이에 따라, 레피티션 타임에 상응하는, RF 펄스 시퀀스의 각각의 구간에서 스캔되는 대상체(2000)의 소정의 영역 일부분들에 대한 정자장의 불균일성을 보상할 수 있으며, 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio, SNR)를 높이고, 불균일한 정자장에 따른 영상 왜곡을 감소시킬 수 있다.
저장부(1152)는 레피티션 타임에 상응하는, RF 펄스 시퀀스의 각각의 구간에서 신호 획득부(1140)에 의해 획득된, 대상체(2000)의 소정의 영역 일부분에 대한 자유 유도 감쇄 신호를 전달받아 저장한다. 또한, 레피티션 타임에 상응하는, RF 펄스 시퀀스의 각각의 구간에서 공명 주파수 획득부(1150)에 의해 획득된, 대상체(2000)의 소정의 영역 일부분에 대한 공명 주파수를 저장한다. 저장된 공명 주파수는 같은 구간에 속하는 적어도 하나의 상기 리포커싱 RF 펄스 또는 다음 레피티션 타임에 상응하는 다음 구간에 속하는 여기 RF 펄스의 생성시에 이용될 수 있다. 저장부(1152)는 실시간으로 신호를 처리하기 위해, 고속의 메모리로 구현됨이 바람직하다.
변환부(1154)는 대상체(2000)의 소정의 영역 일부분에 대한 자유 유도 감쇄 신호에 대해 푸리에 변환(Fourier transform)을 수행하여, 자유 유도 감쇄 신호의 주파수 스펙트럼을 생성한다.
결정부(1156)는 푸리에 변환에 따라 생성되는, 대상체(2000)의 소정의 영역 일부분에 대한 자유 유도 감쇄 신호의 주파수 스펙트럼(frequency spectrum)에서 피크값을 갖는 주파수를 결정하여, 이를 소정의 영역 일부분에 대한 공명 주파수로 획득한다.
다시 도 2를 참고하면, 제어부(1160)는 자기 공명 영상 장치(1100) 내의 구성들을 제어하여 자기 공명 신호를 획득한다. 제어부(1160)는 오퍼레이팅 콘솔(1500)으로부터 전송되는 제어 신호를 입력받아 자기 공명 영상 장치(1100)를 제어한다. 제어부(1160)는 메모리(1170)에 제어부(1160)의 동작에 대한 프로그램과 RF 펄스 및 펄스 시퀀스 인가와 관련된 각종 데이터를 저장할 수 있다.
도 4는 레피티션 타임에 상응하는, 펄스 시퀀스의 각각의 구간에서, 대상체의 소정의 영역 일부분에 대한 공명 주파수를 획득하여, 획득된 공명 주파수를 RF 펄스 생성시에 이용하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 레피티션 타임(Repetition time)이란 어느 하나의 여기(excitation) RF 펄스가 인가되는 시점에서 다음 여기 RF 펄스가 인가되는 시점까지의 경과 시간을 말한다. 대상체(2000)의 소정의 영역에 대한 자기 공명 영상을 생성하기 위해 대상체(2000)의 소정의 영역에 인가하는 RF 펄스 시퀀스는 레피티션 타임에 상응하는 복수 개의 구간으로 나눌 수 있다. 도 4를 참고하면, RF 펄스 시퀀스에 복수 회의 레피티션 타임이 존재함을 알 수 있다.
RF 펄스 시퀀스가 대상체(2000)의 소정의 영역 전체에 대한 자기 공명 영상을 생성하기 위해 인가하는 것임을 고려할 때, 레피티션 타임에 상응하는, RF 펄스 시퀀스의 각 구간은 대상체(2000)의 소정의 영역 일부분에 대한 자기 공명 영상을 생성하기 위해 인가하는 것임을 알 수 있다. 다시 말해서, 레피티션 타임에 상응하는, RF 펄스 시퀀스의 하나의 구간에서는 대상체(2000)의 소정의 영역 일부분을 영상화할 수 있는 에코 신호를 획득하는 것이며, 이를 이용하면, 자기 공명 영상 분야에서 사용하는 k-스페이스(k-space) 상의 한 줄에 대응하는 k-스페이스 스캔 라인 신호를 획득할 수 있다. 자기 공명 영상 분야에서는 에코 신호들을 이용하여 대상체(2000)의 소정의 영역에 대한 k-스페이스를 구성한다. 대상체(2000)의 소정의 영역에 대한 k-스페이스를 구성하기 위해서는 자기 공명 영상을 생성하고자 하는 대상체(2000)의 소정의 영역을 특정하고, 그 소정의 영역에 대한 위치 정보 및 대조도 정보를 가지는 에코 신호를 획득하여야 한다.
대상체(2000)의 소정의 영역은 2차원 평면 또는 3차원 서브 볼륨이 될 수 있으며, 이하에서는 설명의 편의상 2차원 평면인 경우를 전제하여 설명한다. z 축 방향을 따라 경사 자장을 형성시키기 위해 슬라이스 셀렉션 그레디언트(Slice Selection Gradient)가 가하면, z 축에 수직인 xy 평면을 선택할 수 있다. 선택된 2차원 평면에 대해서 2차원적인 위치 정보를 얻기 위해 프리퀀시 인코딩 그레디언트(Frequency Encoding Gradient)와 페이즈 인코딩 그레디언트(Phase Encoding Gradient)를 가한다. 레피티션 타임에 상응하는, RF 펄스 시퀀스의 하나의 구간에서, 페이즈 인코딩 그레디언트를 이용해 선택된 슬라이스 평면 내의 원자핵들의 자기 쌍극자 모멘트에 y축 방향으로 특정 위상차를 생성한 후, 특정 위상차가 생성된 y축 상의 어느 위치에 대하여 프리퀀시 인코딩 그레디언트를 이용하여 x축 방향으로 특정 주파수 차이를 생성시켜 가며 에코(echo) 신호를 획득함으로써, 대상체(2000)의 소정의 영역 일부분에 대한 에코 신호, 즉, k-스페이스 상의 한 줄에 대응하는 k-스페이스 스캔 라인 신호를 획득할 수 있다. RF 펄스 시퀀스의 나머지 구간들 각각에서, 페이즈 인코딩 그레디언트와 프리퀀시 인코딩 그레디언트를 이용해 y축 상의 다른 위치에 대하여 x축 방향으로 특정 주파수 차이를 생성시켜 가며 에코 신호를 획득하면, 결과적으로, 대상체(2000)의 소정의 영역 전체에 대한 에코 신호들을 획득할 수 있다. 소정의 영역 전체에 대한 에코 신호를 이용하면, k-스페이스 전체에 대한 스캔 라인 신호들을 균일하게 획득할 수 있다.
도 4에서 RF-Tx는 RF 코일부(116)에서 RF 펄스를 송신하는 쪽을 나타내고, RF-Rx는 RF 코일부(116)에서 자유 유도 감쇄(FID) 신호 또는 에코(echo) 신호와 같은 자기 공명 신호를 수신하는 쪽을 나타낸다. 도 4에 도시된 RF 펄스 시퀀스에서 각 레피티션 타임을 살펴보면 다음과 같다. 레피티션 타임에 상응하는 각 구간에는 하나의 여기(excitation) RF 펄스와 하나의 리포커싱(refocusing) RF 펄스가 순차적으로 존재한다. 여기 RF 펄스는 90°RF 펄스이고, 리포커싱 RF 펄스는 180°RF 펄스이다. 도 4에 도시된 바와 달리, 하나의 리포커싱 RF 펄스 대신 멀티 리포커싱 RF 펄스가 될 수도 있다. 도 4에서는 RF 펄스 시퀀스가 spin echo인 경우를 예를 들었으나, 이에 한정되지 않으며, fast spin echo 등과 같은 다양한 종류의 펄스 시퀀스가 적용될 수 있다.
첫 번째 레피티션 타임에 상응하는 구간에서, 90°RF 펄스인 여기 RF 펄스가 RF 코일부(1116)의 RF-Tx단에서 대상체(2000)의 소정의 영역으로 인가된다. 이에 대한 응답으로, 대상체(2000)의 소정의 영역 일부분에 대한 자유 유도 감쇄(FID) 신호가 방출되는데, 이를 RF 코일부(1116)의 RF-Rx단에서 수신하여, 신호 획득부(1140)에 전달한다. 신호 획득부(1140)는 자유 유도 감쇄(FID) 신호를 획득하여, 이를 다시 공명 주파수 획득부(1150)에 전달한다. 공명 주파수 획득부(1150)는 대상체(2000)의 소정의 영역 일부분에 대한 자유 유도 감쇄(FID) 신호를 이용하여, 소정의 영역 일부분에 대한 공명 주파수를 획득한다. 공명 주파수 획득부(1150)에 의해 획득된 소정의 영역 일부분에 대한 공명 주파수는 RF 구동부(1130)에 전달되며, 여기 RF 펄스 인가 후에 인가되는 180°RF 펄스인 리포커싱 RF 펄스의 생성시에 이용된다. 이에 따라, 소정의 영역 일부분에 대한 에코 신호를 획득하기 위해 인가되는 리포커싱 RF 펄스는 실시간으로 소정의 영역 일부분에 대한 정자장의 불균일성을 보상하는 공명 주파수를 가질 수 있게 된다.
두 번째 레피티션 타임에 상응하는 구간에서도 동일한 방식으로, 대상체(2000)의 소정의 영역의 다른 일부분에 대한 공명 주파수 획득과 획득된 공명 주파수를 가지는 리포커싱 RF 펄스의 인가가 이루어진다.
더 나아가, 첫 번째 레피티션 타임에 상응하는 구간에서 획득한 공명 주파수는 동일한 구간의 적어도 하나의 리포커싱 RF 펄스 생성에 이용될 뿐만 아니라, 두 번째 레피티션 타임에 상응하는 다음 구간의 여기 RF 펄스 생성에도 이용될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이 레피티션 타임에 상응하는 하나의 구간에서 획득한 공명 주파수는 동일한 구간 내에 속하는 180°RF 펄스인 리포커싱 RF 펄스의 생성에 이용되며, 다음 구간의 90°RF 펄스인 여기 RF 펄스의 생성에도 이용됨을 알 수 있다.
도 5는 자기 공명 영상 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 510 내지 540 단계는 레피티션 타임에 상응하는, RF 펄스 시퀀스의 각 구간에서 수행된다.
510 단계에서, RF 코일부(1116)는 대상체(2000)의 소정의 영역에 여기(excitation) RF 펄스를 인가한다.
520 단계에서, 신호 획득부(1140)는 인가된 여기 RF 펄스에 대한 응답으로, 대상체(2000)의 소정의 영역 일부분에 대한 자유 유도 감쇄(FID) 신호를 획득하고, 공명 주파수 획득부(1150)는 획득된 자유 유도 감쇄 신호로부터 대상체(2000)의 소정의 영역 일부분에 대한 공명 주파수를 획득한다. 520 단계에 대하여 도 6을 참고하여 상세히 설명하다.
도 6은 자유 유도 감쇄(Free Induction Decay) 신호 획득 및 공명 주파수 획득하는 단계에 관한 상세한 흐름도이다.
610 단계에서, RF 코일부(1116)는 여기 RF 펄스를 인가하고 그에 대한 응답으로, 대상체(2000)소정의 영역 일부분에 대한 자유 유도 감쇄(FID) 신호를 수신하며, 신호 획득부(1140)는 수신된 자유 유도 감쇄(FID) 신호를 획득한다. 신호 획득부(1140)는 획득한 자유 유도 감쇄(FID) 신호를 공명 주파수 획득부(1150)로 전달한다.
620 단계에서, 공명 주파수 획득부(1150) 내의 변환부(1154)는 대상체(2000)의 소정의 영역 일부분에 대한 자유 유도 감쇄(FID) 신호에 대해 푸리에 변환(Fourier transform)을 수행한다. 그 결과로, 자유 유도 감쇄(FID) 신호의 주파수 스펙트럼(frequency spectrum)이 생성된다.
630 단계에서, 공명 주파수 획득부(1150) 내의 결정부(1156)는 푸리에 변환에 따라 생성된 자유 유도 감쇄 신호의 주파수 스펙트럼에서 피크 값(peak value)을 갖는 주파수를 결정한다.
640 단계에서, 공명 주파수 획득부(1150) 내의 결정부(1156)는 결정된 주파수를 소정의 영역 일부분에 대한 공명 주파수로 획득한다. 획득된 공명 주파수는 공명 주파수 획득부(1150) 내의 저장부(1152)에 저장될 수 있다.
다시 도 5를 참고하면, 530 단계에서, RF 구동부(1130)는 공명 주파수 획득부(1150)에 의해 획득된 공명 주파수를 가지는 리포커싱(refocusing) RF 펄스를 생성하고, RF 코일부(1116)는 생성된 리포커싱 RF 펄스를 대상체(2000)의 소정의 영역에 인가한다.
540 단계에서, 신호 획득부(1140)는 인가된 리포커싱 RF 펄스에 대한 응답으로, 대상체(2000)의 소정의 영역 일부분에 대한 에코(echo) 신호를 획득한다.
550 단계에서, 대상체(2000)의 소정의 영역 전체에 대한 에코 신호를 획득하였는지 판단한다. 다시 말해서, 레피티션 타임에 상응하는, RF 펄스 시퀀스의 모든 구간에 대해서 510 내지 540 단계가 수행되었는지 판단한다.
만약 자기 공명 영상을 생성하기 위해 인가하는 RF 펄스 시퀀스의 인가가 완료되어, 대상체(2000)의 소정의 영역에 대한 에코 신호들을 획득하였다면, 자기 공명 영상을 획득하기 위한 모든 과정이 완료된 것이므로 종료된다. 반대로, 대상체(2000)의 소정의 영역에 대한 에코 신호들을 모두 획득하지 못하였다면, 560 단계가 수행된다.
560 단계에서는 다음 레피티션 타임에 상응하는, RF 펄스 시퀀스의 다음 구간의 여기 RF 펄스의 생성에 이전 구간에서 획득한 공명 주파수로 이용한다. 즉, 레피티션 타임에 상응하는 RF 펄스 시퀀스의 어느 구간에서 획득한 공명 주파수는 동일한 구간에서의 리포커싱 RF 펄스 생성에 이용될 뿐만 아니라, 다음 레피티션 타임에 상응하는 바로 다음 구간의 여기 RF 펄스 생성에도 이용될 수 있다.
한편, 상술한 실시예에 따른 자기 공명 영상 방법은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)와 같은 저장매체를 포함한다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
1000 ... 자기 공명 영상 시스템
1100 ... 자기 공명 영상 장치
1110 ... 마그네트 시스템
1112 ... 메인 마그네트
1114 ... 그레디언트 코일부
1116 ... RF 코일부
1120 ... 그레디언트 구동부
1130 ... RF 구동부
1140 ... 신호 획득부
1150 ... 공명 주파수 획득부
1152 ... 저장부
1154 ... 변환부
1156 ... 결정부
1160 ... 제어부
1170 ... 메모리
1200 ... 카우치
1300 ... 컴퓨터 시스템
1500 ... 오퍼레이팅 콘솔
2000 ... 대상체

Claims (17)

  1. RF(Radio Frquency) 펄스 시퀀스를 인가하여 대상체의 소정의 영역에 대한 자기 공명 영상을 생성하는 자기 공명 영상 방법에 있어서,
    레피티션 타임(repetition time)에 상응하는, 상기 RF 펄스 시퀀스의 각각의 구간은,
    여기(excitation) RF 펄스를 인가하여 획득한, 상기 소정의 영역 일부분에 대한 자유 유도 감쇄(Free Induction Decay) 신호로부터 상기 소정의 영역 일부분에 대한 공명 주파수를 획득하는 단계; 및
    상기 획득된 공명 주파수를 가지는 리포커싱(refocusing) RF 펄스를 인가하여, 상기 소정의 영역 일부분에 대한 자기 공명 영상 생성에 이용되는 에코(echo) 신호를 획득하는 단계를 포함하는 자기 공명 영상 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 RF 펄스 시퀀스의 각각의 구간에서 획득된 상기 공명 주파수를 다음 레피티션 타임에 상응하는 다음 구간에 속하는 상기 여기 RF 펄스가 가지는 자기 공명 영상 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 RF 펄스 시퀀스의 각각의 구간에서 획득된 상기 공명 주파수를 같은 구간에 속하는 적어도 두 개의 상기 리포커싱 RF 펄스가 가지는 자기 공명 영상 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 공명 주파수를 획득하는 단계는 실시간으로 수행되는 자기 공명 영상 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 공명 주파수를 획득하는 단계는,
    상기 인가된 여기 RF 펄스에 대한 응답으로, 상기 소정의 영역 일부분에 대한 상기 자유 유도 감쇄 신호를 획득하는 단계;
    상기 획득한 자유 유도 감쇄 신호에 대해 푸리에 변환(Fourier transform)을 수행하는 단계;
    상기 푸리에 변환에 따른, 상기 획득한 자유 유도 감쇄 신호의 주파수 스펙트럼(frequency spectrum)에서 피크값을 갖는 주파수를 결정하는 단계; 및
    상기 결정된, 피크값을 갖는 주파수를 상기 소정의 영역 일부분에 대한 공명 주파수로 획득하는 단계를 포함하는 자기 공명 영상 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 RF 펄스 시퀀스는 Spin Echo 또는 Fast Spin Echo인 자기 공명 영상 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 여기 RF 펄스는 90°RF 펄스이고, 적어도 하나의 상기 리포커싱 RF 펄스는 180°RF 펄스인 자기 공명 영상 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 소정의 영역은 상기 대상체의 2차원 단면 또는 상기 대상체의 3차원 서브 볼륨인 자기 공명 영상 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중에 어느 한 항의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
  10. RF(Radio Frquency) 펄스 시퀀스를 인가하여 대상체의 소정의 영역에 대한 자기 공명 영상을 생성하는 자기 공명 영상 장치에 있어서,
    레피티션 타임(repetition time)에 상응하는, 상기 RF 펄스 시퀀스의 각각의 구간에서,
    여기(excitation) RF 펄스 또는 리포커싱(refocusing) RF 펄스를 인가하는 RF 코일부;
    상기 인가된 여기 RF 펄스 또는 상기 리포커싱 RF 펄스에 대한 각각의 응답으로, 상기 소정의 영역 일부분에 대한, 자유 유도 감쇄(Free Induction Decay) 신호 또는 자기 공명 영상 생성에 이용되는 에코(echo) 신호를 획득하는 신호 획득부;
    상기 획득된 자유 유도 감쇄 신호로부터 상기 소정의 영역 일부에 대한 공명 주파수를 획득하는 공명 주파수 획득부; 및
    상기 획득된 공명 주파수를 가지는 상기 리포커싱 RF 펄스를 생성하는 RF 구동부를 포함하는 자기 공명 영상 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 RF 구동부는 상기 획득된 공명 주파수를 다음 레피티션 타임에 상응하는 다음 구간에 속하는 상기 여기 RF 펄스 생성에 이용하는 자기 공명 영상 장치.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 RF 구동부는 상기 획득된 공명 주파수를 같은 구간에 속하는 적어도 두 개의 상기 리포커싱 RF 펄스 생성에 이용하는 자기 공명 영상 장치.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 공명 주파수 획득부는 실시간으로 상기 공명 주파수를 획득하는 자기 공명 영상 장치.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 공명 주파수 획득부는,
    상기 획득한 자유 유도 감쇄 신호에 대해 푸리에 변환(Fourier transform)을 수행하는 변환부;
    상기 푸리에 변환에 따른, 상기 획득한 자유 유도 감쇄 신호의 주파수 스펙트럼(frequency spectrum)에서 피크값을 갖는 주파수를 결정하여, 상기 소정의 영역 일부분에 대한 공명 주파수로 획득하는 결정부; 및
    상기 획득한 자유 유도 감쇄 신호 및 상기 획득한 공명 주파수를 저장하는 저장부를 포함하는 자기 공명 영상 장치.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 RF 펄스 시퀀스는 Spin Echo 또는 Fast Spin Echo인 자기 공명 영상 장치.
  16. 제 10 항에 있어서,
    상기 여기 RF 펄스는 90°RF 펄스이고, 적어도 하나의 상기 리포커싱 RF 펄스는 180°RF 펄스인 자기 공명 영상 장치.
  17. 제 10 항에 있어서,
    상기 소정의 영역은 상기 대상체의 2차원 단면 또는 상기 대상체의 3차원 서브 볼륨인 자기 공명 영상 장치.
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