KR20140097953A - 자기공명영상장치 및 자화강조영상법 - Google Patents

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Abstract

자화강조영상을 획득하기 위한 에코시간에서 획득한 에코신호의 신호감소영역을 다른 에코시간에서 획득한 에코신호를 통해 보상하여 자화강조영상을 획득하는 자화강조영상법을 제공한다.　자화강조영상법은 자화강조영상의 획득을 위한 제2에코시간과 상기 제2에코시간보다 짧은 제1에코시간에서 각각 제2 에코와 제1 에코를 획득하고, 제2에코시간에서 제2 에코를 획득한 후, 자장의 불균일(field inhomogeneity)을 보상하기 위한 보상경사자장을 인가한 후, 제2에코시간보다 긴 제3에코시간에서 제3 에코를 획득하고, 상기 제1, 2 및 3에코로부터 각각 제1, 2 및 3영상을 획득하여 조합함으로써 제2영상에서 신호감소가 발생한 제1영역을 보상하는 것을 포함한다.

Description

자기공명영상장치 및 자화강조영상법{MAGNETIC RESONANCE IMAGING APPARATUS AND SUSCEPTIBILITY WEIGHTED IMAGING METHOD}
　자기 공명 영상을 이용하여 각종 질병을 진단하기 위해 사용되는 자기공명영상장치 및 이를 이용한 기능적 자화강조영상법에 관한 것이다.
일반적으로 의료용 영상 장치는 환자의 정보를 획득하여 영상을 제공하는 장치이다. 의료용 영상 장치는 X선 장치, 초음파 진단 장치, 컴퓨터 단층 촬영 장치, 자기공명영상장치 등이 있다.
이 중에서 자기공명영상장치는 영상 촬영 조건이 상대적으로 자유롭고, 연부 조직에서의 우수한 대조도와 다양한 진단 정보 영상을 제공해주기 때문에 의료용 영상을 이용한 진단 분야에서 중요한 위치를 차지하고 있다.
자기 공명 영상(Magnetic Resonance Imaging, MRI)는 인체에 해가 없는 자장과 비전리 방사선인 RF를 이용하여 체내의 수소 원자핵에 핵자기 공명 현상을 일으켜 원자핵의 밀도 및 물리화학적 특성을 영상화한 것이다.
구체적으로, 자기공명영상장치는 원자핵에 일정한 자기장을 가한 상태에서 일정한 주파수와 에너지를 공급하여 원자핵으로부터 방출된 에너지를 신호로 변환하여 인체 내부를 진단하는 영상 진단 장치이다.
원자핵을 구성하는 양성자는 스스로가 스핀 각운동량과 자기 쌍극자를 갖기 때문에 자기장을 가해주면 자기장의 방향으로 정렬되고, 자기장의 방향을 중심으로 원자핵이 세차운동을 한다. 이러한 세차운동에 의해 핵자기 공명 현상을 통한 인체의 영상을 획득할 수 있다.　
한편, 생체조직 간의 자화율(magnetic susceptibility)의 차이는 T1, T2 또는 proton density 강조영상처럼 생체조직의 대조도로 표현될 수 있다. 이러한 자화율의 차이를 이용하여 조직 간의 대조도 차이가 강조된 영상을 획득하는 방법을 자화강조영상법(Susceptibility Weighted Imaging, SWI)이라고 부른다.
긴 TE(time echo)를 사용하여 자화율이 강조되는 현상을 이용하는 자화강조영상은 인체에 포함된 air cavity, 예를 들면, 비강이나 귀부분에서 발생할 수 있는 field inhomogeneity로 인한 신호감소로 인해 아티팩트가 포함된 영상을 얻게 되는 문제가 있다.
개시된 실시예에 따른 자화강조영상법은 자화강조영상을 획득하기 위한 에코시간에서 획득한 에코신호의 신호감소영역을 다른 에코시간에서 획득한 에코신호를 통해 보상하여 자화강조영상을 획득하는 자화강조영상법을 제공한다.
　
본 발명의 일 측면에 따른 자화강조영상법은 자화강조영상의 획득을 위한 제2에코시간과 상기 제2에코시간보다 짧은 제1에코시간에서 각각 제2 에코신호와 제1 에코신호를 획득하고; 상기 제2에코시간에서 제2 에코신호를 획득하면, 자장의 불균일(field inhomogeneity)을 보상하기 위한 보상경사자장을 인가한 후, 상기 제2에코시간보다 긴 제3에코시간에서 제3 에코신호를 획득하고; 상기 제1, 2 및 3에코신호로부터 각각 제1, 2 및 3영상을 획득하여 조합함으로써 제2영상에서 신호감소가 발생한 제1영역을 보상하는 것;을 포함한다.
또한, 상기 제1, 제2 및 제3영상으로부터 각각 제1, 제2 및 제3 매그니튜드 영상(magnitude image)을 분리하고, 상기 제1 및 제2영상으로부터 제1 및 제2 페이즈 영상(phase image)을 분리하고; 상기 제1 내지 제3 매그니튜드 영상에 기초하여 상기 제1영역을 추정하고; 상기 추정된 제1영역에 대한 매그니튜드 영상을 획득하는 것;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 매그니튜드 영상에 기초하여 상기 제1영역 이외의 나머지 영역인 제2영역에 대한 매그니튜드 영상을 산출하는 것;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 페이즈 영상에 대해 스레쉬홀딩(thresholding)을 실시하여, 상기 제2 페이즈 영상으로부터 상기 제1영역 및 상기 제1영역 이외의 나머지 영역인 제2영역으로 구분된 제4영상을 획득하고; 상기 제1 내지 제3 매그니튜드 영상과 상기 제4영상에 기초하여 상기 제1영역을 추정하는 것;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 매그니튜드 영상과 상기 제4영상에 기초하여 상기 제2영역에 대한 매그니튜드 영상을 획득하는 것;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1영역에 대한 매그니튜드 영상과 상기 제2영역에 대한 매그니튜드 영상을 조합하여 신호감소가 보상된 제4 매그니튜드 영상을 획득하는 것;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 페이즈 영상과 상기 제4영상에 기초하여 상기 제1영역에 대한 제1 페이즈 마스크(phase mask)를 획득하고; 상기 제2 페이즈 영상과 상기 제4영상에 기초하여 상기 제2영역에 대한 제2 페이즈 마스크를 획득하고; 상기 제1 페이즈 마스크와 상기 제2 페이즈 마스크를 조합하여 신호감소가 보상된 제3 페이즈 마스크를 획득하는 것;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 페이즈 마스크 및 제2 페이즈 마스크를 획득하는 것은, 상기 제1 페이즈 영상과 상기 제2 페이즈 영상에 각각 라플라시안 언랩핑(Laplacian Unwrapping)을 수행하고; 상기 라플라시안 언랩핑이 수행된 제1 및 제2 페이즈 영상에 각각 가우시안 필터링을 수행하고; 상기 가우시안 필터링이 수행된 제1 및 제2 페이즈 영상에 각각 호모다인 필터링을 수행하는 것;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 신호감소가 보상된 제4 매그니튜드 영상과 상기 신호감소가 보상된 제3 페이즈 마스크를 조합하여, 상기 신호감소가 보상된 자화강조영상을 획득하는 것;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1영역은 에어 캐비티(air cavity)에서 발생하는 자화율의 강조에 의한 신호감소가 발생한 영역을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 자화강조영상법은 자화강조영상의 획득을 위한 제2에코시간과 상기 제2에코시간보다 짧은 제1에코시간 및 상기 제2에코시간보다 긴 제3에코시간에서 각각 제2 에코신호, 제1 에코신호 및 제3 에코신호를 획득하고; 상기 제1 내지 제3 에코신호로부터 각각 제1 내지 제3영상을 획득하고, 획득한 제1내지 제3영상에 기초하여, 제2영상에서 신호감소가 발생한 제1영역을 추정하고; 상기 제1 내지 제3영상을 조합하여 상기 추정된 제1영역을 보상하는 것;을 포함한다.
또한, 상기 제1, 제2 및 제3영상으로부터 각각 제1, 제2 및 제3 매그니튜드 영상(magnitude image)을 분리하고, 상기 제1 및 제2영상으로부터 제1 및 제2 페이즈 영상(phase image)을 분리하고; 상기 제1 내지 제3 매그니튜드 영상에 기초하여 상기 제1영역을 추정하고; 상기 추정된 제1영역에 대한 매그니튜드 영상을 획득하는 것;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 매그니튜드 영상에 기초하여 상기 제1영역 이외의 나머지 영역인 제2영역에 대한 매그니튜드 영상을 산출하는 것;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 페이즈 영상에 대해 스레쉬홀딩(thresholding)을 실시하여, 상기 제2 페이즈 영상으로부터 상기 제1영역 및 상기 제1영역 이외의 나머지 영역인 제2영역으로 구분된 제4영상을 획득하고; 상기 제1 내지 제3 매그니튜드 영상과 상기 제4영상에 기초하여 상기 제1영역을 추정하는 것;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 매그니튜드 영상과 상기 제4영상에 기초하여 상기 제2영역에 대한 매그니튜드 영상을 획득하는 것;을 포함할 수있다.
또한, 상기 제1영역에 대한 매그니튜드 영상과 상기 제2영역에 대한 매그니튜드 영상을 조합하여 신호감소가 보상된 제4 매그니튜드 영상을 획득하는 것;을 포함하는 자화강조영상법.
또한, 상기 제1 페이즈 영상과 상기 제4영상에 기초하여 상기 제1영역에 대한 제1 페이즈 마스크(phase mask)를 획득하고; 상기 제2 페이즈 영상과 상기 제4영상에 기초하여 상기 제2영역에 대한 제2 페이즈 마스크를 획득하고; 상기 제1 페이즈 마스크와 상기 제2 페이즈 마스크를 조합하여 신호감소가 보상된 제3 페이즈 마스크를 획득하는 것;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 페이즈 마스크 및 제2 페이즈 마스크를 획득하는 것은, 상기 제1 페이즈 영상과 상기 제2 페이즈 영상에 각각 라플라시안 언랩핑(Laplacian Unwrapping)을 수행하고; 상기 라플라시안 언랩핑이 수행된 제1 및 제2 페이즈 영상에 각각 가우시안 필터링을 수행하고; 상기 가우시안 필터링이 수행된 제1 및 제2 페이즈 영상에 각각 호모다인 필터링을 수행하는 것;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 신호감소가 보상된 제4 매그니튜드 영상과 상기 신호감소가 보상된 제3 페이즈 마스크를 조합하여, 상기 신호감소가 보상된 자화강조영상을 획득하는 것;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2에코시간에서 제2 에코신호를 획득하면, 자장의 불균일(field inhomogeneity)을 보상하기 위한 보상경사자장을 인가한 후, 상기 제3에코시간에서 제3 에코신호를 획득하는 것;을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 자기공명영상장치는 자화강조영상의 획득을 위한 제2에코시간과 상기 제2에코시간보다 짧은 제1에코시간 및 상기 제2에코시간보다 긴 제3에코시간에서 각각 제2 에코신호, 제1 에코신호 및 제3 에코신호를 획득하는 RF코일; 및 상기 제1 내지 제3 에코신호로부터 각각 제1 내지 제3영상을 획득하고, 획득한 제1내지 제3영상에 기초하여 제2영상(I2)에서 신호감소가 발생한 제1영역을 추정하고, 상기 제1 내지 제3영상을 조합하여 상기 추정된 제1영역을 보상하는 영상처리부;를 포함한다.
또한, 상기 영상처리부는, 상기 제1, 제2 및 제3영상으로부터 각각 제1, 제2 및 제3 매그니튜드 영상(magnitude image)을 분리하고, 상기 제1 및 제2영상(I2)으로부터 제1 및 제2 페이즈 영상(phase image)을 분리하고, 상기 제1 내지 제3 매그니튜드 영상에 기초하여 상기 제1영역을 추정하고, 상기 추정된 제1영역에 대한 매그니튜드 영상을 획득할 수 있다.
또한, 상기 영상처리부는, 상기 제2 매그니튜드 영상에 기초하여 상기 제1영역 이외의 나머지 영역인 제2영역에 대한 매그니튜드 영상을 획득할 수 있다.
또한, 상기 영상처리부는,
상기 제2 페이즈 영상에 대해 스레쉬홀딩(thresholding)을 실시하여, 상기 제2 페이즈 영상으로부터 상기 제1영역 및 상기 제1영역 이외의 나머지 영역인 제2영역으로 구분된 제4영상을 획득하고, 상기 제1 내지 제3 매그니튜드 영상과 상기 제4영상에 기초하여 상기 제1영역을 추정하는 자기공명영상장치.
또한, 상기 영상처리부는, 상기 제2 매그니튜드 영상과 상기 제4영상에 기초하여 상기 제2영역에 대한 매그니튜드 영상을 획득할 수 있다.
또한, 상기 영상처리부는, 상기 제1영역에 대한 매그니튜드 영상과 상기 제2영역에 대한 매그니튜드 영상을 조합하여 신호감소가 보상된 제4 매그니튜드 영상을 획득할 수 있다.
또한, 상기 영상처리부는, 상기 제1 페이즈 영상과 상기 제4영상에 기초하여 상기 제1영역에 대한 제1 페이즈 마스크(phase mask)를 획득하고, 상기 제2 페이즈 영상과 상기 제4영상에 기초하여 상기 제2영역에 대한 제2 페이즈 마스크를 획득하고, 상기 제1 페이즈 마스크와 상기 제2 페이즈 마스크를 조합하여 신호감소가 보상된 제3 페이즈 마스크를 획득할 수 있다.
또한, 상기 영상처리부는, 상기 제1 페이즈 영상과 상기 제2 페이즈 영상에 각각 라플라시안 언랩핑(Laplacian Unwrapping)을 수행하고, 상기 라플라시안 언랩핑이 수행된 제1 및 제2 페이즈 영상에 각각 가우시안 필터링을 수행하고, 상기 가우시안 필터링이 수행된 제1 및 제2 페이즈 영상에 각각 호모다인 필터링을 수행할 수 있다.
또한, 상기 영상처리부는, 상기 신호감소가 보상된 제4 매그니튜드 영상과 상기 신호감소가 보상된 제3 페이즈 마스크를 조합하여, 상기 신호감소가 보상된 자화강조영상을 획득할 수 있다.
또한, 상기 제2에코시간에서 제2 에코신호를 획득하면, 자장의 불균일(field inhomogeneity)을 보상하기 위한 보상경사자장을 인가하는 경사코일;을 더 포함하고, 상기 RF코일은 상기 경사코일에서 상기 보상경사자장이 인기된 후 상기 제3에코시간에서 제3 에코신호를 획득할 수 있다.
　
개시된 일 실시예에 따르면, 자화율의 강조로 인한 신호감소를 보상하여 보다 정확한 정보를 전달해주는 자화강조영상을 획득할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기공명영상장치의 제어 블록도이다.
도 2는 자기공명영상장치의 외관을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 대상체가 놓여 있는 공간을 x, y, z 축으로 구분한 도면이다.
도 4는 보어의 구조와 경사 코일부의 구조를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 자화강조영상을 획득하기 위한 펄스 시퀀스를 도시한 도면이다.
도 7은 자화율의 강조에 따른 신호감소영역을 도시한 도면이다.
도 8은 도 6에 도시한 펄스 시퀀스로부터 얻은 에코신호의 조합을 통해 자화강조영상을 획득하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자화강조영상을 획득하기 위한 펄스 시퀀스를 도시한 도면이다.
도 10은 도 9에 도시한 펄스 시퀀스로부터 얻은 에코신호의 조합을 통해 자화강조영상을 획득하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 11은 도 9에 도시한 펄스 시퀀스로부터 얻은 에코신호로부터 자화강조영상을 획득하는 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
도 12는 도 9의 과정을 보다 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 자화강조영상법을 나타낸 순서도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기공명영상장치의 제어 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자기공명영상장치는 자기장을 형성하고 원자핵에 대한 공명 현상을 발생시키는 보어(150)와, 보어(150)를 구성하는 코일들의 동작을 제어하는 코일 제어부(120), 원자핵으로부터 발생되는 에코신호를 수신하여 자기 공명 영상을 생성하는 영상 처리부(160) 및 자기공명영상장치의 전반적인 동작을 제어하는 워크스테이션(110) 등을 포함한다.
보어(150)는 내부에 정자장(Static field)을 형성하는 정자장 코일부(151), 정자장에 경사자장(gradient field)을 형성하는 경사 코일부(152), RF 펄스를 인가하여 원자핵을 여기시키고 원자핵으로부터 에코 신호를 수신하는 RF 코일부(153)를 포함한다.
코일 제어부(120)는 정자장 코일부(151)가 형성하는 정자장의 세기 및 방향을 제어하는 정자장 제어부(121), 펄스 시퀀스를 설계하여 그에 따라 경사 코일부(152) 및 RF 코일부(153)를 제어하는 펄스 시퀀스 제어부(122)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자기공명영상장치는 경사 코일부(152)에 경사 신호를 인가하는 경사 인가부(130) 및 RF 코일부(153)에 RF 신호를 인가하는 RF 인가부(140)를 구비한다.
펄스 시퀀스 제어부(122)가 경사 인가부(130) 및 RF 인가부(140)를 제어함으로써 정자장에 형성되는 경사자장 및 원자핵에 가해지는 RF를 조절하도록 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 자기공명영상장치는 자기공명영상장치의 오퍼레이터가 장비를 조작할 수 있도록 워크스테이션(110)을 구비하여 오퍼레이터로부터 자기공명영상장치(100)의 전반적인 동작에 관한 제어 명령을 입력받을 수 있다.
워크스테이션(110)은 오퍼레이터가 시스템을 조작할 수 있도록 마련되는 조작 콘솔(111)과, 제어 상태를 표시하고 영상 처리부(160)에서 생성된 영상을 표시하여 사용자로 하여금 대상체(200)의 건강상태를 진단할 수 있도록 하는 표시부(112)를 포함할 수 있다.
도 2는 자기공명영상장치의 외관을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 3은 대상체가 놓여 있는 공간을 x, y, z 축으로 구분한 도면이다. 도 4는 보어의 구조와 경사 코일부의 구조를 나타낸 도면이고, 도 5는 경사 코일부를 구성하는 각 경사 코일과 각 경사 코일의 동작과 관련된 펄스 시퀀스를 도시한 도면이다.
이하 앞서 설명한 도 1과 도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 자기공명영상장치의 구체적인 동작에 대해 설명하도록 한다.
보어(150)는 내부 공간이 비어 있는 원통형의 형상을 하며 그 내부 공간을 캐비티(cavity)부라고 한다.
이송부(210)는 그 위에 누워 있는 대상체(200)를 캐비티부로 이송시켜 자기 공명 신호를 얻을 수 있도록 한다.
보어(150)는 정자장 코일부(151), 경사 코일부(152), 및 RF 코일부(153)를 포함한다.
정자장 코일부(151)는 캐비티부의 둘레를 코일이 감고 있는 형태를 가질 수 있고 정자장 코일부(151)에 전류가 인가되면 보어(150) 내부 즉, 캐비티부에 정자장이 형성된다.
정자장의 방향은 일반적으로 보어(150)의 동축과 평행하다.
캐비티부에 정자장이 형성되면 대상체(200)를 구성하는 원자 특히, 수소 원자의 원자핵은 정자장의 방향으로 정렬되며, 정자장의 방향을 중심으로 세차운동(precession)을 한다. 원자핵의 세차속도는 세차주파수로 나타낼 수 있으며 이를 Larmor 주파수라 부르고 아래의 [수학식 1]으로 표현할 수 있다.
[수학식 1]
ω=γB0　
여기서, ω는 Larmor 주파수이고 γ는 비례상수이며 B0는 외부 자기장의 세기이다. 비례상수는 원자핵의 종류마다 달라지며 외부 자기장의 세기의 단위는 테슬라(T) 또는 가우스(G)이고 세차주파수의 단위는 Hz이다.
예를 들어, 수소 양성자는 1T의 외부 자기장 속에서 42.58MHZ의 세차주파수를 가지며, 인간의 몸을 구성하는 원자 중 가장 큰 비율을 차지하는 것이 수소이므로 자기공명영상장치에서는 주로 수소 양성자의 세차운동을 이용하여 자기 공명 신호를 얻는다.
경사 코일부(152)는 캐비티부에 형성된 정자장에 경사(gradient)를 발생시켜 경사자장(gradient magnetic field)를 형성한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 대상체(200)의 머리부터 발까지의 방향과 평행하는 축, 즉 정자장의 방향과 평행하는 축을 z축으로, 대상체(200)의 좌우방향과 평행하는 축을 x축으로, 공간에서의 상하방향과 평행하는 축을 y축으로 결정할 수 있다.
3차원의 공간적인 정보를 얻기 위해서는 x, y, z 축 모두에 대한 경사자장이 요구된다. 이에 경사 코일부(152)는 세 쌍의 경사 코일을 포함한다.
도 4 및 도 5에 도시된 것처럼 z축 경사 코일(154)은 일반적으로 한 쌍의 링 타입의 코일로 구성되고, y축 경사 코일(155)은 대상체(200)의 위아래에 위치한다. x축 경사 코일(156)은 대상체(200)의 좌우측에 위치한다.
반대극성을 가진 직류전류가 두 개의 z축 경사 코일(154) 각각에서 반대 방향으로 흐르게 되면 z축 방향으로 자장의 변화가 발생하여 경사자장이 형성된다. 도 5에는 z축 경사 코일(154)의 동작 시 z축 경사자장이 형성되는 것이 펄스 시퀀스로 도시되어 있다.
z축 경사 코일(154)은 슬라이스의 선택에 사용되는데, z축 방향으로 형성되는 경사자장의 기울기가 클수록 얇은 두께의 슬라이스를 선택할 수 있다.
z축 경사 코일(154)에 의해 형성된 경사자장을 통해 슬라이스가 선택되면, 슬라이스를 구성하는 스핀들은 모두 동일한 주파수 및 동일한 위상을 가지므로 각 스핀을 구별할 수 없다.
이때 y축 경사 코일(155)에 의해 y축 방향으로 경사자장이 형성되면, 경사자장은 슬라이스의 행들이 서로 다른 위상을 갖도록 위상 시프트를 일으킨다.
즉, y축 경사자장이 형성되면 큰 경사자장이 걸린 행의 스핀들은 높은 주파수로 위상이 변하고 작은 경사자장이 걸린 행의 스핀들은 보다 낮은 주파수로 위상이 변한다.
y축 경사자장이 사라지면 선택된 슬라이스의 각 행들은 위상 시프트가 일어나 서로 다른 위상을 갖게 되고, 이로 인해 행들을 구별할 수 있다. 이와 같이 y축 경사 코일(155)에 의해 생긴 경사자장은 위상 부호화(phase encoding)에 사용된다.
도 5에는 y축 경사 코일(155)의 동작 시 y축 경사자장이 형성되는 것이 펄스 시퀀스로 도시되어 있다. 　
z축 경사 코일(154)에 의해 형성된 경사자장을 통해 슬라이스가 선택되고, y축 경사 코일(155)에 의해 형성된 경사자장을 통해 선택된 슬라이스를 구성하는 행들을 서로 다른 위상으로 구별한다. 그러나 행을 구성하는 각 스핀들은 모두 동일한 주파수 및 동일한 위상을 가지므로 구별할 수 없다.
이때 x축 경사 코일(156)에 의해 x축 방향으로 경사자장이 형성되면, 경사자장은 각 행을 구성하는 스핀들이 서로 다른 주파수를 갖도록 하여 각각의 스핀을 구별하도록 해준다.
이와 같이 x축 경사 코일(156)에 의해 생긴 경사자장은 주파수 부호화(frequency encoding)에 사용된다.
전술한 것처럼, z, y, x축 경사 코일에 의해 형성되는 경사자장은 슬라이스 선택, 위상 부호화, 주파수 부호화를 통해 각 스핀들의 공간 위치를 부호화(spatial encoding)한다.
경사 코일부(152)는 경사 인가부(130)와 접속되어 있고, 경사 인가부(130)는 펄스 시퀀스 제어부(122)로부터 전송받은 제어신호에 따라 경사 코일부(152)에 구동 신호를 인가하여 경사자장을 발생시킨다.
경사 인가부(130)는 경사 코일부(152)를 구성하는 세 개의 경사 코일(154, 155, 156)에 대응하여 세 개의 구동회로를 구비할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이 외부 자기장에 의해 정렬된 원자핵들은 Larmor 주파수로 세차운동을 하며 여러 개의 원자핵의 자화(magnetization) 벡터합을 하나의 평균자화(net magnetization) M으로 나타낼 수 있다.
평균자화의 z축 성분은 측정이 불가능하고, Mxy만이 검출될 수 있다. 따라서 자기 공명 신호를 얻기 위해서는 원자핵을 여기(excitation)시켜 평균자화가 XY 평면 위에 존재하게 해야 한다. 원자핵의 여기를 위해 원자핵의 Larmor 주파수로 tune된 RF 펄스를 정자장에 인가해야 한다.
RF 코일부(153)는 RF 펄스를 송신하는 송신 코일 및 여기된 원자핵이 방출하는 전자파 즉, 자기 공명 신호를 수신하는 수신 코일을 포함한다.
RF 코일부(153)는 RF 인가부(140)와 접속되어 있고, RF 인가부(140)는 펄스 시퀀스 제어부(122)로부터 전송받은 제어신호에 따라 RF 코일부(153)에 구동신호를 인가하여 RF 펄스를 송신한다.
RF 인가부(140)는 고주파 출력 신호를 펄스형 신호로 변조하는 변조 회로 및 펄스형 신호를 증폭하는 RF 전력 증폭기를 포함할 수 있다.
또한, RF 코일부(153)는 영상 처리부(160)와 접속되어 있고, 영상 처리부(160)는 RF 코일부(153)에서 수신한 자기공명신호를 수신하고, 이를 처리하여 자기공명영상을 생성하기 위한 데이터를 생성하는 데이터 수집부(161), 데이터 수집부(161)에서 생성한 데이터들을 처리하여 자기공명영상을 생성하는 데이터 처리부(163)를 포함한다.
데이터 수집부(161)는 RF 코일부(153)의 수신 코일이 수신한 자기 공명 신호를 증폭하는 전치 증폭기(preamplier), 전치 증폭기로부터의 자기 공명 신호를 전송받아 위상 검출하는 위상 검출기, 위상 검출에 의해 획득된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터를 포함한다. 그리고 데이터 수집부(161)는 디지털 변환된 자기 공명 신호를 데이터 저장부(162)로 전송한다.
데이터 저장부(162)에는 2차원 푸리에 공간을 구성하는 데이터 공간이 형성되며 스캔 완료된 전체 데이터의 저장이 완료되면 데이터 처리부(163)는 2차원 푸리에 공간 내의 데이터를 2차원 역 푸리에 변환하여 대상체(200)에 대한 영상을 재구성한다. 재구성된 영상은 디스플레이(112)에 표시된다.
원자핵으로부터 자기공명신호를 얻기 위해 사용되는 펄스 시퀀스로 그래디언트 에코 펄스 시퀀스가 있다. 그래디언트 펄스 시퀀스는 90˚보다 작은 플립 각도(flip angle)를 갖는 RF 펄스를 인가한다. RF 펄스가 인가되면, FID 신호가 발생하게 되는데, 그래디언트 펄스 시퀀스는 스핀 에코 펄스 시퀀스와 달리 RF 펄스 인가 후, FID신호가 dephasing되는 것을 기다리지 않고, dephasing gradient를 이용하여 강제로 dephasing시킨다. 또한, 스핀 에코 시퀀스는 에코신호를 얻기 위해 180˚의 플립 각도를 갖는 RF 펄스를 인가하지만, 그래디언트 펄스 시퀀스는 rephasing gradient를 인가한다. 전술한 것처럼, 그래디언트 펄스 시퀀스는 스핀 에코 시퀀스와 달리 180˚의 플립 각도를 갖는 RF 펄스를 사용하지 않고 90˚보다 작은 플립 각도(flip angle)를 갖는 단일의 RF 펄스를 사용하기 때문에, 스핀 에코 펄스 시퀀스보다 자화율에 의한 아티팩트(magnetic susceptibility artifact)에 보다 민감하다.
　
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 자화강조영상을 획득하기 위한 펄스 시퀀스를 도시한 도면이고, 도 7은 자화율의 강조에 따른 신호감소영역을 도시한 도면이고, 도 8은 도 6에 도시한 펄스 시퀀스로부터 얻은 에코신호의 조합을 통해 자화강조영상을 획득하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자화강조영상법의 펄스 시퀀스는 그래디언트 펄스 시퀀스를 기초로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자화강조영상법의 펄스시퀀스를 참조하면, 자화율이 강조된 영상의 기초가 되는 에코신호는 제2에코시간으로 지칭된 에코시간에서 획득된다.
상기 제2에코시간은 대상체에 인가되는 주자장의 세기에 따라 다른데, 일반적으로 대상체에 인가되는 주자장의 세기기 클수록 제2에코시간이 짧아지므로 자화강조영상법은 고자장을 사용하는 자기공명영상장치에서 보다 효율적으로 사용될 수 있다. 예를 들면, 1.5T에서는 대략 40~80ms의 제2에코시간이 필요하고, 3T에서는 대략 20~25ms의 제2에코시간이 필요하다.
상기 제2에코시간에서 획득한 에코신호를 기초로 자기공명영상을 구성하면, 도 7에 도시한 것처럼, 신호가 감소되어 어둡게 나타나는 영역이 발생할 수 있다. 이하 신호감소가 발생한 상기 영역을 제1영역(R1)이라고 한다. 비강이나 귀에 존재할 수 있는 air cavity는 자화율의 강조를 유발시키는데, 이러한 자화율의 강조로 인해 해당 부분에 field inhomogeneity가 발생할 수 있고, 이로 인해 해당 부분의 신호가 감소되는 문제가 발생할 수 있다. 도 7에 도시된 영상에는 비강부분(n)과 귀 부분(e)에 신호가 감소되어 어둡게 나타나는 제1영역(R1)이 도시되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자화강조영상법은 도 7에 나타낸 신호감소를 보상하기 위해 TR 동안 제2에코시간 외의 다른 에코시간에서 에코신호를 더 획득할 수 있다. 즉, 제2에코시간이 아닌 자화율의 강조현상이 발생하지 않는 다른 에코시간에서 에코신호를 더 획득하고, 그렇게 획득한 에코신호를 신호감소의 보상에 활용하는 것이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자화강조영상법의 펄스 시퀀스는 제2에코시간보다 짧은 에코시간 즉, 제1에코시간으로 지칭되는 에코시간에서 제1 에코신호(E1)를 획득하고, 제2에코시간에서 제2 에코신호(E2)를 획득한다. 제2에코시간보다 짧은 제1에코시간에서 획득한 제1 에코신호(E1)는 자화율의 강조가 발생하지 않기 때문에, 제2에코시간에서 획득한 제2 에코신호(E2)에서 발생한 신호감소영역이 나타나지 않는다. 따라서, 제1에코시간에서 획득한 제1 에코신호(E1)를 제2에코시간에서 획득한 제2 에코신호(E2)에 조합하여 제2에코시간에서 획득한 제2 에코신호(E2)의 신호감소영역을 보상할 수 있다.
제1에코시간은 자화율의 강조가 발생하지 않는 에코시간이면 족하나 일반적으로 자화율의 강조는 긴 에코시간에서 획득한 에코신호에서 발생하므로 제2에코시간보다 짧은 에코시간이 제1에코시간으로 선택되는 것이 바람직하다.
도 8에 도시한 것처럼, 제1에코시간과 제2에코시간에서 각각의 에코신호 즉, 제1 에코신호(E1)와 제2 에코신호(E2)를 획득하면, 영상처리부(160)는 제1 에코신호(E1)와 제2 에코신호(E2)로부터 제1영상(I1)과 제2영상(I2)을 획득하고, 제1영상(I1)과 제2영상(I2)으로부터 도면에 도시된 제1 매그니튜드 영상(MI1)와 제2 매그니튜드 영상(MI2)을 각각 분리해내고, 이들을 조합하여 제2 매그니튜드 영상(MI2)에 존재하는 신호감소영역이 보상된 매그니튜드 영상인 제4 매그니튜드 영상(MI4)을 획득한다.
일반적으로 영상처리부(160)는 에코신호로부터 k-space를 형성하고, k-space로부터 영상을 획득하고, 획득된 영상으로부터 매그니튜드 영상과 페이즈 영상을 분리해내고, 상기 페이즈 영상을 이용하여 페이즈 마스크(phase mask)를 산출하고, 이렇게 산출된 페이즈 마스크와 상기 매그니튜드 영상을 n(1이상의 자연수)번 곱하여 자화강조영상을 획득한다.
영상처리부(160)는 제4 매그니튜드 영상(MI4)을 전술한 프로세스에 따라 획득된 페이즈 마스크와 곱하여 신호감소가 발생한 제1영역(R1)이 보상된 자화강조영상을 획득하고, 획득한 자화강조영상을 표시부를 통해 표시한다.
　
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자화강조영상을 획득하기 위한 펄스 시퀀스를 도시한 도면이고, 도 10은 도 9에 도시한 펄스 시퀀스로부터 얻은 에코신호의 조합을 통해 자화강조영상을 획득하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 자화강조영상법의 펄스 시퀀스는 그래디언트 펄스 시퀀스를 기초로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 자화강조영상법의 펄스시퀀스를 참조하면, 자화율이 강조된 영상의 기초가 되는 에코신호는 제2에코시간으로 지칭된 에코시간에서 획득된다.
상기 제2에코시간에서 획득한 에코신호를 기초로 자기공명영상을 구성하면, 도 7에 도시한 것처럼, 신호가 감소되어 어둡게 나타나는 영역이 발생할 수 있다. 비강이나 귀에 존재할 수 있는 air cavity는 자화율의 강조를 유발시키는데, 이러한 자화율의 강조로 인해 해당 부분에 field inhomogeneity가 발생할 수 있고, 이로 인해 해당 부분의 신호가 감소되는 문제가 발생할 수 있다. 도 7에 도시된 영상에는 비강부분(n)과 귀 부분(e)에 신호가 감소되어 어둡게 나타나는 영역이 도시되어 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 자화강조영상법은 도 7에 나타낸 신호감소를 보상하기 위해 제2에코시간 외의 다른 에코시간에서 에코신호를 더 획득할 수 있다. 즉, 제2에코시간이 아닌 자화율의 강조현상이 발생하지 않는 다른 에코시간에서 에코신호를 더 획득하고, 그렇게 획득한 에코신호를 신호감소의 보상에 활용하는 것이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 자화강조영상법의 펄스 시퀀스는 제2에코시간보다 짧은 에코시간 즉, 제1에코시간으로 지칭되는 에코시간에서 제1 에코신호(E1)를 획득하고, 제2에코시간에서 제2 에코신호(E2)를 획득하고, 제3에코시간으로 지칭되는 에코시간에서 제3 에코신호(E3)를 획득한다. 제2에코시간보다 짧은 제1에코시간에서 획득한 제1 에코신호(E1)는 자화율의 강조가 발생하지 않기 때문에, 제2에코시간에서 획득한 제2 에코신호(E2)에서 발생한 신호감소가 나타나지 않는다. 그리고 제3에코시간에서 획득하는 제3 에코신호(E3)는 field inhomogeneity를 보상하기 위한 보상경사자장(Gc)를 인가한 후 획득한다. 보상경사자장(Gc)은 제2에코시간에서 제2 에코신호(E2)를 획득한 후 바로 z축 경사코일에서 인가된다.
제3에코시간에서 획득하는 제3 에코신호(E3)는 field inhomogeneity를 보상하기 위한 보상경사자장(Gc)를 인가한 후 획득하기 때문에, field의 보상이 이루어져 신호감소영역에서 신호의 획득이 가능하다. 보상경사자장(Gc)는 air cavity에서의 자화율의 강조로 인한 field inhomogeneity를 보상할 수 있도록 설정되므로 제2에코시간에서 획득한 제2 에코신호(E2)의 신호감소영역이 air cavity에 의한 것인지 다른 원인에 의한 것인지 구분할 수 있는 근거를 제공해준다.
즉, 제2에코시간에서 획득한 에코신호에 존재하는 신호감소영역이 air cavity에 의한 것인지를 제3에코시간에서 획득한 에코신호를 통해 확인하고, air cavity에 의한 것으로 확인된 신호감소영역을 제1에코시간에서 획득한 에코신호를 통해 보상한다.
제1에코시간은 자화율의 강조가 발생하지 않는 에코시간이면 족하나 일반적으로 자화율의 강조는 긴 에코시간에서 획득한 에코신호에서 발생하므로 제2에코시간보다 짧은 에코시간이 제1에코시간으로 선택되는 것이 바람직하다. 그리고 제3에코시간은 field inhomogeneity를 보상하기 위한 보상경사자장(Gc)를 인가한 후 획득하기 때문에, 제2에코시간보다 긴 에코시간이 제3에코시간으로 선택되는 것이 바람직하다.
도 10에 도시한 것처럼, RF코일에서 제1에코시간, 제2에코시간 및 제3에코시간에서 각각 제1 에코신호(E1), 제2 에코신호(E2) 및 제3 에코신호(E3)를 획득하면, 영상처리부(160)는 제1 에코신호(E1), 제2 에코신호(E2) 및 제3 에코신호(E3)로부터 각각 제1영상(I1), 제2영상(I2) 및 제3영상(I3)을 획득하고, 제1 내지 제3영상(I1, I2, I3)으로부터 각각 제1 내지 제3 매그니튜드 영상(MI1, MI2, MI3)을 획득한다. 영상처리부(160)는 제3 매그니튜드 영상(MI3)을 기초로 제2 매그니튜드 영상(MI2)의 신호감소영역인 제1영역(R1)이 air cavity에 의한 것인지 다른 원인에 의한 것인지 결정하고, 상기 제1영역(R1)을 제1 매그니튜드 영상(MI1)을 이용하여 보상함으로써 신호감소가 발생한 제1영역(R1)이 보상된 제4 매그니튜드 영상(MI4)을 산출한다.
일반적으로 영상처리부(160)는 에코신호로부터 k-space를 형성하고, k-space로부터 영상을 획득하고, 획득된 영상으로부터 매그니튜드 영상과 페이즈 영상을 분리해내고 상기 페이즈 영상을 이용하여 페이즈 마스크(phase mask)를 산출하고, 이렇게 산출된 페이즈 마스크와 상기 매그니튜드 영상을 n(1이상의 자연수)번 곱하여 자화강조영상을 획득한다.
영상처리부(160)는 전술한 제4 매그니튜드 영상(MI4)을 페이즈 마스크와 곱하여 신호감소가 발생한 제1영역(R1)이 보상된 자화강조영상을 획득한다.
　
도 11은 도 9에 도시한 펄스 시퀀스로부터 얻은 에코신호로부터 자화강조영상을 획득하는 다른 실시예를 나타낸 도면이고 도 12는 도 9의 과정을 보다 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 11에는, 제1에코시간, 제2에코시간 및 제3에코시간에서 각각 획득한 제1 에코신호(E1), 제2 에코신호(E2) 및 제3 에코신호(E3)로부터 자화강조영상을 획득하는 과정이 개략적으로 도시되어 있다.
도 11을 참조하면, 제1 내지 제3 에코(E1, E2, E3)로부터 영상을 획득하고, 상기 각 영상으로부터 매그니튜드 영상(magnitude image)과 페이즈 영상(phase image)을 분리한다.
즉, 제1 내지 제3 에코(E1, E2, E3)로부터 획득한 제1 내지 제 3영상으로부터 제1 내지 제3 매그니튜드 영상(MI1, MI2, MI3)을 분리하고, 제1 및 제2 에코(E1, E2)로부터 획득한 제1 및 제2영상(I2)으로부터 제1 및 2 페이즈 영상을 분리한다.
분리된 제1 내지 제3 매그니튜드 영상(MI1, MI2, MI3)을 조합하여, 신호감소가 발생한 제1영역(R1)을 보상한 제4 매그니튜드 영상(MI4)을 획득하고, 분리된 제1 및 2 페이즈 영상을 조합하여 신호감소가 발생한 제1영역(R1)을 보상한 제3 페이즈 마스크(PM3)를 획득한다.
신호감소가 발생한 제1영역(R1)이 보상된 제4 매그니튜드 영상(MI4)과 제3 페이즈 마스크(PM3)를 조합하여 제1영역(R1)이 보상된 자화강조영상을 획득한다. 도 11에 나타내 과정을 도 12를 참조하면서 이하 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 12에 도시한 것처럼, 제1 에코신호(E1), 제2 에코신호(E2) 및 제3 에코신호(E3)로부터 형성된 제1영상(I1), 제2영상(I2) 및 제3영상(I3)으로부터 각각 매그니튜드 영상을 분리하고, 제1영상(I1) 및 제2영상(I2)으로부터 각각 페이즈 영상을 분리한다.
제2 매그니튜드 영상(MI2)에는 신호감소가 발생한 제1영역(R1)이 존재하고, 제1 매그니튜드 영상(MI1)에는 신호감소영역이 존재하지 않는다. 그리고 제3 매그니튜드 영상(MI3)에는 제2 매그니튜드 영상(MI2)에서 어둡게 나타난 제1영역(R1)이 보상경사자장(Gc)의 인가에 의해 밝게 나타난다.
영상처리부(160)는 상기 제1 내지 제3 매그니튜드 영상(MI1, MI2, MI3)을 이용하여 신호감소영역인 제1영역(R1)을 추정하는 과정을 수행한다. 영상처리부(160)는 iterative non-linear curve fitting algorithm을 이용하여 제1 내지 제3 매그니튜드 영상(MI1, MI2, MI3)으로부터 제1영역(R1)을 추정하는데 필요한 파라미터들을 추정하여 제1영역(R1)을 추정한다. 이렇게 제1영역(R1)이 추정되면, 영상처리부(160)는 추정된 제1영역(R1)을 제1 매그니튜드 영상(MI1)을 이용하여 보상함으로써 제1영역(R1)만 밝게 표시된 매그니튜드 영상(MIr1)을 획득한다.
또한, 제2 매그니튜드 영상(MI2)으로부터 신호감소가 발생한 제1영역(R1) 이외의 영역인 제2영역(R2)에 대한 매그니튜드 영상(MIr2)을 획득한다.
영상처리부(160)는 전술한 과정을 통해 획득한 제1영역(R1)에 대한 매그니튜드 영상(MIr1)과 제2영역(R2)에 대한 매그니튜드 영상(MIr2)을 조합하여, 신호감소영역인 제1영역(R1)이 보상된 제4 매그니튜드 영상(MI4)을 획득한다.
영상처리부(160)는 신호감소가 발생한 제1영역(R1)을 추정하는데 있어서, 제1 내지 제3 매그니튜드 영상(MI1, MI2, MI3)을 이용하는데, 이에 더하여, 제2 페이즈 영상(PI2)에 대해 스레쉬홀딩(thresholding)을 수행하여 획득한 제1영역(R1)와 제2영역(R2)으로 이분화된 영상(이하, 제4영상이라함)을 함께 이용할 수 있다. 보다 구체적으로, 제2 페이즈 영상(PI2)에 대해 라플라시안 언랩핑(Lapalacian unwrapping)을 수행하고, 라플라시안 언랩핑이 수행된 영상에 대해 소정의 값, 예를 들면 -4π를 기준으로 스레쉬홀딩을 수행하여 신호감소가 발생한 제1영역(R1)과 그 외의 영역인 제2영역(R2)으로 이분화된 제4영상(TH)을 획득한다. 이렇게 스레쉬홀딩을 통해 제1영역(R1)와 제2영역(R2)으로 이분화된 제4영상(TH)을 제1영역(R1)의 추정에 이용한다. 즉, 페이즈 영상의 정보를 활용하여 신호감소가 일어난 제1영역(R1)을 보다 효율적으로 추정하는 것이다.
또한, 영상처리부(160)는 스레쉬홀딩을 통해 제1영역(R1)와 제2영역(R2)으로 이분화된 제4영상(TH)의 제2영역(R2)과 관련된 데이터를 제2 매그니튜드 영상(MI2)과 조합함으로써 제2영역(R2)에 대한 매그니튜드 영상(MIr2)을 획득할 수도 있다.
즉, 제1영역(R1)을 추정하고, 제2영역(R2)에 대한 매그니튜드 영상(MIr2)을 획득하는데 있어서, 스레쉬홀딩을 통해 제1영역(R1)과 제2영역(R2)으로 이분화된 제4영상(TH)을 이용함으로써, 보다 효율적으로 제1영역(R1)을 추정할 수 있고 제2영역(R2)에 대한 매그니튜드 영상(MIr2)을 획득할 수 있다.
　
또한, 영상처리부(160)는 제1영상(I1) 및 제2영상(I2)으로부터 분리한 제1 페이즈 영상(PI1)과 제2 페이즈 영상(PI2)으로부터 각각 제1영역(R1)이 밝게 표시된 제1 페이즈 마스크(phase mask, PM1)와, 제2영역(R2)이 밝게 표시된 제2 페이즈 마스크(PM2)를 획득한다.
영상처리부(160)는 제1 페이즈 영상(PI1)과 제2 페이즈 영상(PI2)에 각각 라플라시안 언랩핑을 수행하고, 가우시안 필터링(Gaussian filtering)과 호모다인 필터링(Homodyne filtering)을 차례로 수행하여 제1 페이즈 마스크(PM1)와 제2 페이즈 마스크(PM2)를 획득한다.
전술한 것처럼, 라플라시안 언랩핑이 수행된 제2 페이즈 영상(PI2)에 스레쉬홀딩을 수행하여 신호감소가 발생한 제1영역(R1)과 그 외의 영역인 제2영역(R2)으로 이분화된 제4영상(TH)을 이용하여 보다 효율적으로 제1 및 제2 페이즈 마스크(PM1, PM2)를 획득할 수 있다.
즉, 영상처리부(160)는 호모다인 필터링까지 거친 제1 페이즈 영상(PI1)과 스레쉬홀딩을 통해 제1영역(R1)와 제2영역(R2)으로 이분화된 제4영상(TH)의 제1영역(R1)에 대한 데이터를 조합하여 제1영역(R1)이 밝게 표시된 제1 페이즈 마스크(PM1)를 획득한다. 그리고, 호모다인 필터링까지 거친 제2 페이즈 영상(PI2)과 제4영상(TH)의 제2영역(R2)에 대한 데이터를 조합하여 제2영역(R2)이 밝게 표시된 제2 페이즈 마스크(PM2)를 획득한다.
영상처리부(160)는 전술한 과정을 통해 획득한 제1영역(R1)이 밝게 표시된 제1 페이즈 마스크(PM1)와 제2영역(R2)이 밝게 표시된 제2 페이즈 마스크(PM2)를 조합하여, 신호감소영역인 제1영역(R1)이 보상된 제3 페이즈 마스크(PM3)를 획득한다.
영상처리부(160)는 최종적으로 신호감소영역인 제1영역(R1)이 보상된 제4 매그니튜드 영상(MI4)과 신호감소영역이 보상된 제3 페이즈 마스크(PM3)를 조합하여, 제1영역(R1)이 보상된 자화강조영상을 획득한다.
즉, 영상에서 신호감소가 발생한 제1영역(R1)을 매그니튜드 영상과 페이즈 마스크에서 모두 보상함으로써, 에어 캐비티에 의해 신호감소가 발생한 제1영역(R1)을 보다 확실하게 보상할 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 자화강조영상법을 나타낸 순서도이다.
도 13을 참조하면, 제1에코시간, 제2에코시간 및 제3에코시간에서 각각 제1 내지 제3 에코(E1, E2, E3)를 획득한다(400).
제2에코시간보다 짧은 에코시간 즉, 제1에코시간으로 지칭되는 에코시간에서 제1 에코신호(E1)를 획득하고, 제2에코시간에서 제2 에코신호(E2)를 획득하고, 제3에코시간으로 지칭되는 에코시간에서 제3 에코신호(E3)를 획득한다. 제2에코시간보다 짧은 제1에코시간에서 획득한 제1 에코신호(E1)는 자화율의 강조가 발생하지 않기 때문에, 제2에코시간에서 획득한 제2 에코신호(E2)에서 발생한 신호감소가 나타나지 않는다. 그리고 제3에코시간에서 획득하는 제3 에코신호(E3)는 field inhomogeneity를 보상하기 위한 보상경사자장(Gc)를 인가한 후 획득한다. 보상경사자장(Gc)은 제2에코시간에서 제2 에코신호(E2)를 획득한 후 바로 z축 경사코일에서 인가된다.
제1에코시간은 자화율의 강조가 발생하지 않는 에코시간이면 족하나 일반적으로 자화율의 강조는 긴 에코시간에서 획득한 에코신호에서 발생하므로 제2에코시간보다 짧은 에코시간이 제1에코시간으로 선택되는 것이 바람직하다. 그리고 제3에코시간은 field inhomogeneity를 보상하기 위한 보상경사자장(Gc)를 인가한 후 획득하기 때문에, 제2에코시간보다 긴 에코시간이 제3에코시간으로 선택되는 것이 바람직하다.
에코를 획득하면, 영상처리부(160)는 에코들로부터 각각 매그니튜드 영상을 획득하고(410), 페이즈 영상을 획득한다(420).
영상처리부(160)는 제1 내지 제3에코시간에서 획득한 제1 내지 제3 에코(E1, E2, E3)로부터 생성된 각 k-space로부터 제1 내지 제3영상(I1, I2, I3)을 획득하고, 상기 제1 내지 제3영상(I1, I2, I3)으로부터 제1 내지 제3 매그니튜드 영상(MI1, MI2, MI3)을 분리해내고, 제1 및 제2영상(I2)으로부터 제1 및 제2 페이즈 영상(PI1, PI2)을 분리해낸다.
제1 내지 제2 매그니튜드 영상(MI1, MI2)을 분리하면, 영상처리부(160)는 제1 내지 제3 매그니튜드 영상(MI1, MI2, MI3)으로부터 신호감소가 발생한 제1영역(R1)을 추정하고(411), 추정된 제1영역(R1)에 대한 매그니튜드 영상(MIr1)과 제2영역(R2)에 대한 매그니튜드 영상(MIr2)을 획득한다(412).
제2 매그니튜드 영상(MI2)에는 신호감소가 발생한 제1영역(R1)이 존재하고, 제1 매그니튜드 영상(MI1)에는 신호감소영역이 존재하지 않는다. 그리고 제3 매그니튜드 영상(MI3)에는 제2 매그니튜드 영상(MI2)에서 어둡게 나타난 제1영역(R1)이 보상경사자장(Gc)의 인가에 의해 밝게 나타난다.
영상처리부(160)는 상기 제1 내지 제3 매그니튜드 영상(MI1, MI2, MI3)을 이용하여 신호감소영역인 제1영역(R1)을 추정하는 과정을 수행한다. 영상처리부(160)는 iterative non-linear curve fitting algorithm을 이용하여 제1 내지 제3 매그니튜드 영상(MI1, MI2, MI3)으로부터 제1영역(R1)을 추정하는데 필요한 파라미터들을 추정하여 제1영역(R1)을 추정한다. 이렇게 제1영역(R1)이 추정되면, 영상처리부(160)는 추정된 제1영역(R1)을 제1 매그니튜드 영상(MI1)을 이용하여 보상함으로써 제1영역(R1)만 밝게 표시된 매그니튜드 영상(MIr1)을 획득한다.
또한, 제2 매그니튜드 영상(MI2)으로부터 추정된 제1영역(R1) 이외의 영역인 제2영역(R2)에 대한 매그니튜드 영상(MIr2)을 획득한다.
영상처리부(160)는 신호감소가 발생한 제1영역(R1)을 추정하는데 있어서, 제1 내지 제3 매그니튜드 영상(MI1, MI2, MI3)을 이용하는데, 이에 더하여, 제2 페이즈 영상(PI2)에 대해 스레쉬홀딩(thresholding)을 수행하여 획득한 제1영역(R1)와 제2영역(R2)으로 이분화된 제4영상(TH)을 함께 이용할 수 있다. 보다 구체적으로, 제2 페이즈 영상(PI2)에 대해 라플라시안 언랩핑(Lapalacian unwrapping)을 수행하고, 라플라시안 언랩핑이 수행된 영상에 대해 소정의 값, 예를 들면 -4π를 기준으로 스레쉬홀딩을 수행하여 신호감소가 발생한 제1영역(R1)과 그 외의 영역인 제2영역(R2)으로 이분화된 제4영상(TH)을 획득한다. 이렇게 스레쉬홀딩을 통해 제1영역(R1)와 제2영역(R2)으로 이분화된 제4영상(TH)을 제1영역(R1)의 추정에 이용한다. 즉, 페이즈 영상의 정보를 활용하여 신호감소가 일어난 제1영역(R1)을 보다 효율적으로 추정하는 것이다.
또한, 영상처리부(160)는 스레쉬홀딩을 통해 제1영역(R1)와 제2영역(R2)으로 이분화된 제4영상(TH)의 제2영역(R2)과 관련된 데이터를 제2 매그니튜드 영상(MI2)과 조합함으로써 제2영역(R2)에 대한 매그니튜드 영상(MIr2)을 획득할 수도 있다.
즉, 제1영역(R1)을 추정하고, 제2영역(R2)에 대한 매그니튜드 영상(MIr2)을 획득하는데 있어서, 스레쉬홀딩을 통해 제1영역(R1)과 제2영역(R2)으로 이분화된 제4영상(TH)을 이용함으로써, 보다 효율적으로 제1영역(R1)을 추정할 수 있고 제2영역(R2)에 대한 매그니튜드 영상(MIr2)을 획득할 수 있다.
제1영역(R1)에 대한 매그니튜드 영상(MIr1)과 제2영역(R2)에 대한 매그니튜드 영상(MIr2)을 획득하면, 영상처리부(160)는 제1영역(R1)이 보상된 제4 매그니튜드 영상(MI4)을 획득한다(413).
영상처리부(160)는 전술한 과정을 통해 획득한 제1영역(R1)에 대한 매그니튜드 영상(MIr1)과 제2영역(R2)에 대한 매그니튜드 영상(MIr2)을 조합하여, 신호감소영역인 제1영역(R1)이 보상된 제4 매그니튜드 영상(MI4)을 획득한다.
　
또한, 영상처리부(160)는 제1 및 제2 페이즈 영상(PI1, PI2)을 획득하면, 제1 및 제2 페이즈 영상(PI1, PI2)으로부터 제1영역(R1)에 대한 페이즈 마스크와 제2영역(R2)에 대한 페이즈 마스크를 획득한다(421).
영상처리부(160)는 제1영상(I1) 및 제2영상(I2)으로부터 분리한 제1 페이즈 영상(PI1)과 제2 페이즈 영상(PI2)으로부터 각각 제1영역(R1)이 밝게 표시된 제1 페이즈 마스크(PM1)와, 제2영역(R2)이 밝게 표시된 제2 페이즈 마스크(PM2)를 획득한다.
영상처리부(160)는 제1 페이즈 영상(PI1)과 제2 페이즈 영상(PI2)에 각각 라플라시안 언랩핑을 수행하고, 가우시안 필터링(Gaussian filtering)과 호모다인 필터링(Homodyne filtering)을 차례로 수행하여 제1 페이즈 마스크(PM1)와 제2 페이즈 마스크(PM2)를 획득한다.
전술한 것처럼, 라플라시안 언랩핑이 수행된 제2 페이즈 영상(PI2)에 스레쉬홀딩을 수행하여 신호감소가 발생한 제1영역(R1)과 그 외의 영역인 제2영역(R2)으로 이분화된 제4영상(TH)을 이용하여 보다 효율적으로 제1 및 제2 페이즈 마스크(PM1, PM2)를 획득할 수 있다.
즉, 영상처리부(160)는 호모다인 필터링까지 거친 제1 페이즈 영상(PI1)과 스레쉬홀딩을 통해 제1영역(R1)와 제2영역(R2)으로 이분화된 제4영상(TH)의 제1영역(R1)에 대한 데이터를 조합하여 제1영역(R1)이 밝게 표시된 제1 페이즈 마스크(PM1)를 획득한다. 그리고, 호모다인 필터링까지 거친 제2 페이즈 영상(PI2)과 제4영상(TH)의 제2영역(R2)에 대한 데이터를 조합하여 제2영역(R2)이 밝게 표시된 제2 페이즈 마스크(PM2)를 획득한다.
영상처리부(160)는 제1영역(R1)에 대한 페이즈 마스크와 제2영역(R2)에 대한 페이즈 마스크를 획득하면, 제1영역(R1)이 보상된 제3 페이즈 마스크(PM3)를 획득한다(422).
영상처리부(160)는 전술한 과정을 통해 획득한 제1영역(R1)이 밝게 표시된 제1 페이즈 마스크(PM1)와 제2영역(R2)이 밝게 표시된 제2 페이즈 마스크(PM2)를 조합하여, 신호감소영역인 제1영역(R1)이 보상된 제3 페이즈 마스크(PM3)를 획득한다.
영상처리부(160)는 신호감소영역인 제1영역(R1)이 보상된 제4 매그니튜드 영상(MI4)과 신호감소영역인 제1영역(R1)이 보상된 제3 페이즈 마스크(PM3)를 조합하여(430), 제1영역(R1)이 보상된 자화강조영상을 획득한다(440).
즉, 영상에서 신호감소가 발생한 제1영역(R1)을 매그니튜드 영상과 페이즈 마스크에서 모두 보상함으로써, 에어 캐비티에 의해 신호감소가 발생한 제1영역(R1)이 보다 명확하게 보상된 자화강조영상을 획득한다.
110 : 워크스테이션
120 : 코일 제어부 　　　　　　　　　　　　　　
121 : 정자장 제어부 　　　　　　
122 : 펄스 시퀀스 제어부 　　
150 : 보어
151 : 정자장 코일부 　　　　　　　
152 : 경사 코일부
153 : RF 코일부 　　　
160 : 영상 처리부
161 : 데이터 수집부 　　　　　　　
162 : 데이터 저장부
163 : 데이터 처리부

Claims (30)

  1. 자기공명영상장치를 이용한 자화강조영상법에 있어서,
    자화강조영상의 획득을 위한 제2에코시간과 상기 제2에코시간보다 짧은 제1에코시간에서 각각 제2 에코신호와 제1 에코신호를 획득하고;
    상기 제2에코시간에서 제2 에코신호의 획득 후, 자장의 불균일(field inhomogeneity)을 보상하기 위한 보상경사자장을 인가한 후, 상기 제2에코시간보다 긴 제3에코시간에서 제3 에코신호를 획득하고;
    상기 제1, 2 및 3에코신호로부터 각각 제1, 2 및 3영상을 획득하여 조합함으로써 제2영상에서 신호감소가 발생한 제1영역을 보상하는 것;을 포함하는 자화강조영상법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1, 제2 및 제3영상으로부터 각각 제1, 제2 및 제3 매그니튜드 영상(magnitude image)을 분리하고, 상기 제1 및 제2영상으로부터 제1 및 제2 페이즈 영상(phase image)을 분리하고;
    상기 제1 내지 제3 매그니튜드 영상에 기초하여 상기 제1영역을 추정하고;
    상기 추정된 제1영역에 대한 매그니튜드 영상을 획득하는 것;을 포함하는 자화강조영상법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 매그니튜드 영상에 기초하여 상기 제1영역 이외의 나머지 영역인 제2영역에 대한 매그니튜드 영상을 산출하는 것;을 포함하는 자화강조영상법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제2 페이즈 영상에 대해 스레쉬홀딩(thresholding)을 실시하여, 상기 제2 페이즈 영상으로부터 상기 제1영역 및 상기 제1영역 이외의 나머지 영역인 제2영역으로 구분된 제4영상을 획득하고;
    상기 제1 내지 제3 매그니튜드 영상과 상기 제4영상에 기초하여 상기 제1영역을 추정하는 것;을 포함하는 자화강조영상법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 매그니튜드 영상과 상기 제4영상에 기초하여 상기 제2영역에 대한 매그니튜드 영상을 획득하는 것;을 포함하는 자화강조영상법.
  6. 제3항 또는 제5항에 있어서,
    상기 제1영역에 대한 매그니튜드 영상과 상기 제2영역에 대한 매그니튜드 영상을 조합하여 신호감소가 보상된 제4 매그니튜드 영상을 획득하는 것;을 포함하는 자화강조영상법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 제1 페이즈 영상과 상기 제4영상에 기초하여 상기 제1영역에 대한 제1　페이즈 마스크(phase mask)를 획득하고;
    상기 제2 페이즈 영상과 상기 제4영상에 기초하여 상기 제2영역에 대한 제2　페이즈 마스크를 획득하고;
    상기 제1 페이즈 마스크와 상기 제2 페이즈 마스크를 조합하여 신호감소가 보상된 제3 페이즈 마스크를 획득하는 것;을 포함하는 자화강조영상법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 페이즈 마스크 및 제2 페이즈 마스크를 획득하는 것은,
    상기 제1 페이즈 영상과 상기 제2 페이즈 영상에 각각 라플라시안 언랩핑(Laplacian Unwrapping)을 수행하고;
    상기 라플라시안 언랩핑이 수행된 제1 및 제2 페이즈 영상에 각각 가우시안 필터링을 수행하고;
    상기 가우시안 필터링이 수행된 제1 및 제2 페이즈 영상에 각각 호모다인 필터링을 수행하는 것;을 포함하는 자화강조영상법.
  9. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 신호감소가 보상된 제4 매그니튜드 영상과 상기 신호감소가 보상된 제3 페이즈 마스크를 조합하여, 상기 신호감소가 보상된 자화강조영상을 획득하는 것;을 포함하는 자화강조영상법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1영역은 에어 캐비티(air cavity)에서 발생하는 자화율의 강조에 의한 신호감소가 발생한 영역을 포함하는 자화강조영상법.
  11. 자기공명영상장치를 이용한 자화강조영상법에 있어서,
    자화강조영상의 획득을 위한 제2에코시간과 상기 제2에코시간보다 짧은 제1에코시간 및 상기 제2에코시간보다 긴 제3에코시간에서 각각 제2 에코신호, 제1 에코신호 및 제3 에코신호를 획득하고;
    상기 제1 내지 제3 에코신호로부터 각각 제1 내지 제3영상을 획득하고, 획득한 제1내지 제3영상에 기초하여, 제2영상에서 신호감소가 발생한 제1영역을 추정하고;
    상기 제1 내지 제3영상을 조합하여 상기 추정된 제1영역을 보상하는 것;을 포함하는 자화강조영상법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1, 제2 및 제3영상으로부터 각각 제1, 제2 및 제3 매그니튜드 영상(magnitude image)을 분리하고, 상기 제1 및 제2영상으로부터 제1 및 제2 페이즈 영상(phase image)을 분리하고;
    상기 제1 내지 제3 매그니튜드 영상에 기초하여 상기 제1영역을 추정하고;
    상기 추정된 제1영역에 대한 매그니튜드 영상을 획득하는 것;을 포함하는 자화강조영상법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제2 매그니튜드 영상에 기초하여 상기 제1영역 이외의 나머지 영역인 제2영역에 대한 매그니튜드 영상을 산출하는 것;을 포함하는 자화강조영상법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제2 페이즈 영상에 대해 스레쉬홀딩(thresholding)을 실시하여, 상기 제2 페이즈 영상으로부터 상기 제1영역 및 상기 제1영역 이외의 나머지 영역인 제2영역으로 구분된 제4영상을 획득하고;
    상기 제1 내지 제3 매그니튜드 영상과 상기 제4영상에 기초하여 상기 제1영역을 추정하는 것;을 포함하는 자화강조영상법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제2 매그니튜드 영상과 상기 제4영상에 기초하여 상기 제2영역에 대한 매그니튜드 영상을 획득하는 것;을 포함하는 자화강조영상법.
  16. 제13항 또는 제15항에 있어서,
    상기 제1영역에 대한 매그니튜드 영상과 상기 제2영역에 대한 매그니튜드 영상을 조합하여 신호감소가 보상된 제4 매그니튜드 영상을 획득하는 것;을 포함하는 자화강조영상법.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 제1 페이즈 영상과 상기 제4영상에 기초하여 상기 제1영역에 대한 제1　페이즈 마스크(phase mask)를 획득하고;
    상기 제2 페이즈 영상과 상기 제4영상에 기초하여 상기 제2영역에 대한 제2　페이즈 마스크를 획득하고;
    상기 제1 페이즈 마스크와 상기 제2 페이즈 마스크를 조합하여 신호감소가 보상된 제3 페이즈 마스크를 획득하는 것;을 포함하는 자화강조영상법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1 페이즈 마스크 및 제2 페이즈 마스크를 획득하는 것은,
    상기 제1 페이즈 영상과 상기 제2 페이즈 영상에 각각 라플라시안 언랩핑(Laplacian Unwrapping)을 수행하고;
    상기 라플라시안 언랩핑이 수행된 제1 및 제2 페이즈 영상에 각각 가우시안 필터링을 수행하고;
    상기 가우시안 필터링이 수행된 제1 및 제2 페이즈 영상에 각각 호모다인 필터링을 수행하는 것;을 포함하는 자화강조영상법.
  19. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    상기 신호감소가 보상된 제4 매그니튜드 영상과 상기 신호감소가 보상된 제3 페이즈 마스크를 조합하여, 상기 신호감소가 보상된 자화강조영상을 획득하는 것;을 포함하는 자화강조영상법.
  20. 제11항에 있어서,
    상기 제2에코시간에서 제2 에코신호를 획득하면, 자장의 불균일(field inhomogeneity)을 보상하기 위한 보상경사자장을 인가한 후, 상기 제3에코시간에서 제3 에코신호를 획득하는 것;을 포함하는 자화강조영상법.
  21. 자화강조영상의 획득을 위한 제2에코시간과 상기 제2에코시간보다 짧은 제1에코시간 및 상기 제2에코시간보다 긴 제3에코시간에서 각각 제2 에코신호, 제1 에코신호 및 제3 에코신호를 획득하는 RF코일; 및
    상기 제1 내지 제3 에코신호로부터 각각 제1 내지 제3영상을 획득하고, 획득한 제1내지 제3영상에 기초하여 제2영상에서 신호감소가 발생한 제1영역을 추정하고, 상기 제1 내지 제3영상을 조합하여 상기 추정된 제1영역을 보상하는 영상처리부;를 포함하는 자기공명영상장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 영상처리부는,
    상기 제1, 제2 및 제3영상으로부터 각각 제1, 제2 및 제3 매그니튜드 영상(magnitude image)을 분리하고, 상기 제1 및 제2영상으로부터 제1 및 제2 페이즈 영상(phase image)을 분리하고, 상기 제1 내지 제3 매그니튜드 영상에 기초하여 상기 제1영역을 추정하고, 상기 추정된 제1영역에 대한 매그니튜드 영상을 획득하는 자기공명영상장치.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 영상처리부는,
    상기 제2 매그니튜드 영상에 기초하여 상기 제1영역 이외의 나머지 영역인 제2영역에 대한 매그니튜드 영상을 획득하는 자기공명영상장치.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 영상처리부는,
    상기 제2 페이즈 영상에 대해 스레쉬홀딩(thresholding)을 실시하여, 상기 제2 페이즈 영상으로부터 상기 제1영역 및 상기 제1영역 이외의 나머지 영역인 제2영역으로 구분된 제4영상을 획득하고, 상기 제1 내지 제3 매그니튜드 영상과 상기 제4영상에 기초하여 상기 제1영역을 추정하는 자기공명영상장치.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 영상처리부는,
    상기 제2 매그니튜드 영상과 상기 제4영상에 기초하여 상기 제2영역에 대한 매그니튜드 영상을 획득하는 자기공명영상장치.
  26. 제23항 또는 제25항에 있어서,
    상기 영상처리부는,
    상기 제1영역에 대한 매그니튜드 영상과 상기 제2영역에 대한 매그니튜드 영상을 조합하여 신호감소가 보상된 제4 매그니튜드 영상을 획득하는 자기공명영상장치.
  27. 제24항에 있어서,
    상기 영상처리부는,
    상기 제1 페이즈 영상과 상기 제4영상에 기초하여 상기 제1영역에 대한 제1　페이즈 마스크(phase mask)를 획득하고, 상기 제2 페이즈 영상과 상기 제4영상에 기초하여 상기 제2영역에 대한 제2 페이즈 마스크를 획득하고, 상기 제1 페이즈 마스크와 상기 제2 페이즈 마스크를 조합하여 신호감소가 보상된 제3 페이즈 마스크를 획득하는 자기공명영상장치.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 영상처리부는,
    상기 제1 페이즈 영상과 상기 제2 페이즈 영상에 각각 라플라시안 언랩핑(Laplacian Unwrapping)을 수행하고, 상기 라플라시안 언랩핑이 수행된 제1 및 제2 페이즈 영상에 각각 가우시안 필터링을 수행하고, 상기 가우시안 필터링이 수행된 제1 및 제2 페이즈 영상에 각각 호모다인 필터링을 수행하는 자기공명영상장치.
  29. 제26항 또는 제27항에 있어서,
    상기 영상처리부는,
    상기 신호감소가 보상된 제4 매그니튜드 영상과 상기 신호감소가 보상된 제3 페이즈 마스크를 조합하여, 상기 신호감소가 보상된 자화강조영상을 획득하는 자기공명영상장치.
  30. 제21항에 있어서,
    상기 제2에코시간에서 제2 에코신호를 획득하면, 자장의 불균일(field inhomogeneity)을 보상하기 위한 보상경사자장을 인가하는 경사코일;을 더 포함하고,
    상기 RF코일은 상기 경사코일에서 상기 보상경사자장이 인기된 후 상기 제3에코시간에서 제3 에코신호를 획득하는 자기공명영상장치.
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