KR20140103770A - Ｒｆ트랜스시브 코일 및 rf 리시브 코일을 이용한 ｂ１ 자기장의 쉬밍 방법, 장치 및 자기 공명 영상 시스템. - Google Patents

Ｒｆ트랜스시브 코일 및 rf 리시브 코일을 이용한 ｂ１ 자기장의 쉬밍 방법, 장치 및 자기 공명 영상 시스템. Download PDF

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Abstract

트랜스시브 코일을 이용하여 피검체를 향하여 RF 신호들을 인가하고, 트랜스시브 코일 및 리시브 코일을 이용하여 피검체에서 발생되는 자기 공명 신호들을 획득한 후, 리시브 코일들이 획득한 자기 공명 신호들의 위상 오프셋(offset)을 보정(calibration)하고, 트랜스시브 코일이 획득한 자기 공명 신호들 및 보정된 자기 공명 신호들을 이용하여 RF 신호들을 생성하는 자기장의 쉬밍(shimming) 방법을 개시한다.

Description

ＲＦ트랜스시브 코일 및 RF 리시브 코일을 이용한 Ｂ１ 자기장의 쉬밍 방법, 장치 및 자기 공명 영상 시스템. {Method, apparatus and magnetic resonance imaging system for B1 magnetic field shimming using RF tranceive coil and RF receive coil}
RF 트랜스시브 코일 및 RF 리시브 코일을 이용한 B1 자기장 쉬밍 방법, 장치 및 자기 공명 영상 시스템이 개시된다.
자기 공명(Magnetic Resonance, 이하 MR이라고 함) 현상을 이용한 의료 장비인 MRI 장비는 대표적인 영상 진단 장비로서 그 중요성이 점차 증대되고 있다. 한편, 선명도가 높고 화질이 좋은 MR 영상을 획득하기 위한 대표적인 방법으로서, RF 신호를 송신하는 RF(Radio Frequency) 안테나를 복수의 채널로 구성하여 각각의 채널별로 독립적인 RF 신호를 송신하는 멀티 채널(multi channel) RF 전송 시스템이 연구되고 있다.
멀티 채널 RF 전송 시스템은, 시스템을 구성하는 멀티 채널 RF 전송 코일이 B1 자기장 균일화에 효과적으로 기여할 수 있어야 하고, 코일에 의해 발생하는 자기장의 에너지가 인체에 흡수되지 않도록 설계되어야 한다.
RF 트랜스시브 코일 및 RF 리시브 코일을 이용한 B1 자기장 쉬밍 방법, 장치 및 자기 공명 영상 시스템을 제공하는데 있다. 또한, 상기 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하는 데 있다. 해결하려는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
일 측면에 따른 RF 트랜스시브 코일 및 RF 리시브 코일을 이용한 B1 자기장 쉬밍 방법은 트랜스시브(transceive) 코일을 이용하여 피검체를 향하여 RF 신호들을 인가하고, 상기 피검체에서 발생되는 자기 공명 신호들을 획득하는 단계; 하나 이상의 리시브(receive) 코일들을 이용하여 상기 피검체에서 발생되는 자기 공명 신호들을 획득하는 단계; 상기 리시브 코일들이 수신한 상기 자기 공명 신호들의 위상 오프셋(offset)을 보정(calibration)하는 단계; 및 상기 트랜스시브 코일이 획득한 자기 공명 신호들 및 상기 보정된 자기 공명 신호들을 이용하여 상기 트랜스시브 코일이 인가할 RF 신호들을 생성하는 단계;를 포함한다.
다른 측면에 따른 상기된 RF 트랜스시브 코일 및 RF 리시브 코일을 이용한 B1 자기장 쉬밍 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.
또 다른 측면에 따른 RF 트랜스시브 코일 및 RF 리시브 코일을 이용한 B1 자기장 쉬밍 장치는 트랜스시브(transceive) 코일을 이용하여 피검체를 향하여 RF 신호들을 인가하고, 상기 피검체에서 발생되는 자기 공명 신호들을 획득하는 RF 코일부; 하나 이상의 리시브(receive) 코일들을 이용하여 상기 피검체에서 발생되는 자기 공명 신호들을 획득하는 리시브 코일부; 상기 리시브 코일들이 획득한 상기 자기 공명 신호들의 위상 오프셋(offset)을 보정(calibration)하는 위상 보정부; 및 상기 트랜스시브 코일이 획득한 자기 공명 신호들 및 상기 보정된 자기 공명 신호들을 이용하여 상기 트랜스시브 코일이 인가할 RF 신호들을 생성하는 RF 코일 구동부;를 포함한다.
또 다른 측면에 따른 자기 공명 영상 시스템은 트랜스시브 코일 및 하나 이상의 리시브(receive) 코일들을 이용하여 피검체에서 발생되는 자기 공명 신호들을 획득하고, 상기 리시브 코일들이 획득한 상기 자기 공명 신호들의 위상 오프셋(offset)을 보정(calibration)하고, 상기 트랜스시브 코일이 획득한 자기 공명 신호들 및 상기 보정된 자기 공명 신호들을 이용하여 상기 트랜스시브 코일이 인가할 RF 신호들을 생성하는 자기 공명 영상 장치; 상기 자기 공명 영상 장치로부터 입력받은 영상 신호를 재구성하여 상기 피검체에 대한 자기 공명 영상을 생성하는 컴퓨터 시스템; 및 상기 컴퓨터 시스템으로부터 생성된 자기 공명 영상을 디스플레이하는 오퍼레이팅 콘솔;을 포함한다.
상기된 바에 따르면, 자기 공명 신호를 수신하는 과정에서 리시브 코일을 추가로 이용함으로써, 고품질의 쉬밍 결과를 획득할 수 있고, 쉬밍을 위한 영상을 획득하는 시간을 단축시킬 수 있다.
또한, RF 송수신 채널 코일을 추가하지 않고 기존에 사용되고 있는 멀티 채널 전송 시스템을 이용할 수 있어, 추가 비용의 발생 없이 고품질의 자기 공명 영상을 획득할 수 있다.
도 1은 자기 공명 영상 시스템의 전체 구조를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 2는 자기 공명 영상 장치의 일 예를 도시한 도면이다.
도 3은 피검체, RF 코일부에 포함되는 트랜스시브 코일 및 리시브 코일부에 포함되는 리시브 코일 간의 위치 관계의 일 예를 도시한 도면이다.
도 4는 피검체, RF 코일부에 포함되는 트랜스시브 코일, 리시브 코일부에 포함되는 리시브 코일 및 오일 팬텀 간의 위치 관계의 일 예를 도시한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 자기장의 쉬밍 방법의 일 예를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 자기장의 쉬밍 방법의 다른 예를 설명하기 위한 흐름도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명의 하기 실시예는 본 발명을 구체화하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리 범위를 제한하거나 한정하지 않는다. 또한, 본 발명의 상세한 설명 및 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 유추할 수 있는 것은 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 해석된다.
도 1은 자기 공명 영상 시스템(1000)의 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 제어 신호를 입력받고 이를 이용하여 작동하며, 마그네트 시스템(1110) 내의 카우치(couch)(1200)에 위치한 피검체(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 피검체(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 제어 정보 등을 입력받기 위한 키보드, 마우스 등과 같은 다양한 입력 장치(미도시), 스캔 조건과 스캔 상황을 보여주는 판넬(미도시) 등을 구비한다.
부연하면, 자기 공명 영상 시스템 (1000)은 PET(Positron Emission Tomography) 등의 다른 의료 영상 기기와 결합된 형태인 하이브리드(hybrid) 자기 공명 영상 시스템을 포함할 수도 있다.
도 2는 자기 공명 영상 장치(1100)의 일 예를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 자기 공명 영상 장치(1100)는 마그네트 시스템(1110), 리시브 코일부(1140), 그레디언트 코일 구동부(1120), RF(Radio Frequency) 코일 구동부(1130), 신호 획득부(1150), 위상 보정부(1160) 및 제어부(1170)를 포함할 수 있다. 여기에서, 마그네트 시스템(1110)은 메인 마그네트(1111), 그레디언트 코일부(1112), RF 코일부(1113)를 포함한다.
도 2에 도시된 자기 공명 영상 장치(1100)에는 본 실시예와 관련된 구성요소들만이 도시되어 있다. 따라서, 도 2에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 더 포함될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
부연하면, 도 2에 도시된 자기 공명 영상 장치의 그레디언트 코일 구동부(1120), RF 코일 구동부(1130), 신호 획득부(1150), 위상 보정부(1160) 및 제어부(1170)는 하나 또는 복수 개의 프로세서에 해당할 수 있다. 프로세서는 다수의 논리 게이트들의 어레이로 구현될 수도 있고, 범용적인 마이크로 프로세서와 이 마이크로 프로세서에서 실행될 수 있는 프로그램이 저장된 메모리의 조합으로 구현될 수도 있다. 부연하면, 다른 형태의 하드웨어로 구현될 수도 있음을 본 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
메인 마그네트(1111)는 마그네트 시스템(1110) 내부 공간에 정자장(static magnetic field)을 형성하며, 이때, 정자장의 방향은 피검체(2000)의 체축(body axis) 방향, 예를 들면 피검체(2000)의 길이 방향과 평행하거나 또는 수직일 수 있다. 메인 마그네트(1111)를 구현하기 위해 영구 자석(permanent magnet), 상전도 자석(resistive magnet), 초전도 자석(super conductive magnet) 등이 사용될 수 있다. 이하에서는, 메인 마그네트(1111)로 초전도 자석을 사용하여, 피검체(2000)의 체축 방향에 평행한 수평 정자장이 형성되는 경우를 일 실시예로써 설명한다. 초전도 자석을 메인 마그네트(1111)로 사용하는 경우, 도 2와 같이 그레디언트 코일부(1112) 및 RF 코일부(1113)는 동축을 중심축으로 하여 배치될 수 있으며, 바깥쪽에서부터 메인 마그네트(1111), 그레디언트 코일부(1112), RF 코일부(1113)의 순서로 배치된다. RF 코일부(1113) 안쪽은 피검체(2000)가 위치할 수 있도록 비어 있는 구조이다. 피검체(2000)를 카우치(1200) 위에 위치하도록 하고, 카우치(1200)를 마그네트 시스템(1110)의 내부로 이동시킴으로써, 피검체(2000)에 자장과 RF 펄스를 인가할 수 있다.
그레디언트 코일부(1112)는 서로 수직인 3개의 축의 방향으로 피검체(2000)에 경사자장(gradient filed)을 형성한다. 정자장이 형성되어 있는 피검체(2000)에 라모 주파수(Larmor Frequency)를 가지는 RF 신호를 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 피검체(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 피검체(2000)의 체축 즉, 길이 방향에 대해 특정 각도로 기울어진 방향으로 설정될 수도 있다.
한편, 그레디언트 코일부(1112)는 피검체(2000)의 x, y, z 축 방향으로 세 가지 종류의 경사자장을 만들 수 있다. 피검체(2000)의 체축에 수직인 특정 단면을 선택적으로 여기시키기 위한 전제 조건으로서 피검체(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(1112)는 3 종의 그레디언트 코일을 가진다.
그레디언트 코일 구동부(1120)는 그레디언트 코일부(1112)와 연결되어 있고, 그레디언트 코일부(1112)에 경사 자장 형성과 관련된 신호를 출력한다. 그레디언트 코일 구동부(1120)는 슬라이스 축, 주파수 축, 위상 축에 대한 3 종의 그레디언트 코일 각각에 대응되는 그레디언트 구동 회로를 포함한다. 그레디언트 코일 구동부(1120)는 웨이브폼 신서사이저(waveform synthesizer)(미도시)와 RF 앰플리파이어(RF ampilfier)(미도시)를 포함할 수 있다.
RF 코일부(1113)는 트랜스시브(transceive) 코일을 이용하여 피검체(2000)를 향하여 RF 신호들을 피검체(2000)를 향하여 인가하고, 피검체(2000)에서 발생되는 자기 공명 신호들을 획득한다. 여기에서 RF 신호는 피검체(2000)로부터 자기 공명 신호를 획득하기 위하여 인가하는 신호를 의미하고, 자기 공명 신호는 인가된 RF 신호에 대한 응답으로 발생되는 신호를 의미한다.
예를 들어, RF 코일부(1113)는 RF 신호들을 인가하는 기능뿐만 아니라, 자기 공명 신호들을 획득하는 기능을 수행할 수도 있다. 이하에서, RF 코일부(1113)는 RF 신호의 인가 및 자기 공명 신호의 획득이 가능한 트랜스시브(transceive) 코일로 구성되는 것으로 설명할 것이나, 이에 한정되지 않는다. 즉, RF 코일부(1113)는 RF 신호들을 인가하는 기능만을 수행하는 코일로 구성될 수도 있고, RF 신호들을 획득하는 기능만을 수행하는 코일로 구성될 수도 있다. 여기에서 RF 신호는 RF 펄스 및 RF 펄스 시퀀스를 의미한다.
구체적으로, RF 코일부(1113)는 RF 코일 구동부(1130)가 생성한 RF 신호들을 입력받아, 피검체에 포함된 수소 원자핵을 여기하기 위한 RF 신호를 피검체(2000)를 향하여 인가한다. 그리고, RF 코일부(1113)는 피검체(2000)의 여기된 수소 원자핵이 다시 안정 상태로 돌아오면서 발생되는 전자파들을 획득한다. 이와 같이 획득된 전자파를 자기 공명 신호라고 한다.
한편, 트랜스시브 코일은 직선(stripline) 형태의 코일 또는 TEM(Transverse Electromagnetic Mode) 코일이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 그리고, 트랜스시브 코일은 멀티 채널(multi-channel) 코일일 수도 있다. 멀티 채널 코일은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하므로, 구체적인 설명은 생략한다.
자기 공명 영상 시스템(1000)에서 생성한 자기 공명 영상이 피검체(2000)에 대한 정보를 균일하며 선명하게 나타내기 위해서는, RF 코일부(1113)(구체적으로, RF 코일부(1113)를 구성하는 트랜스시브 코일)가 피검체(2000)에 인가하는 B1 자기장의 크기가 균일하여야 한다. 그러나, B1 자기장은 트랜스시브 코일의 내부 구조 또는 주변의 여러 가지 자성 물질 등의 영향을 받아 불균일해질 수도 있다. 따라서 이렇게 불균일해진 B1 자기장을 균일하게 만드는 것을 의미하는 B1 자기장 쉬밍(shimming)이 필요하다.
RF 코일 구동부(1130)는 RF 코일부(1113)로부터 인가될 RF 신호(예를 들어, RF 펄스 및 펄스 시퀀스)들을 생성하여 RF 코일부(1113)로 출력한다. RF 코일 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)를 포함할 수 있다.
한편, RF 코일 구동부(1130)는 RF 코일부(1113)의 동작 모드를 결정할 수도 있다. 예를 들어, RF 코일 구동부(1130)는 RF 코일부(1113)가 피검체(2000)를 향하여 RF 신호들을 인가하고, 피검체(2000)에서 발생되는 자기 공명 신호들을 획득하는 모드(Tx-Rx 모드)로 동작할 것인지 혹은 피검체(2000)를 향하여 RF 신호들을 인가하는 모드(Tx 모드)로 동작할 것인지 혹은 피검체(2000)에서 발생되는 자기 공명 신호들을 획득하는 모드(Rx 모드)로 동작할 것인지를 결정할 수도 있다.
RF 코일부(1113)가 피검체(2000)에서 발생되는 자기 공명 신호들을 획득할 수 있는 모드(Tx-Rx 모드 또는 Rx 모드)로 동작하는 경우, RF 코일 구동부(1130)는 RF 코일부(1113)가 획득한 자기 공명 신호들을 전송받을 것을 요구하는 신호를 신호 획득부(1150)에 전송한다.
리시브(receive) 코일부(1140)는 하나 이상의 리시브(receive) 코일들을 이용하여 피검체(2000)에서 발생되는 자기 공명 신호들을 획득한다. 그리고 리시브 코일부(1140)는 획득한 자기 공명 신호들을 신호 획득부(1150)로 전송한다. 또한, 신호 획득부(1150)가 RF 코일부(1113)가 획득한 자기 공명 신호들도 전송받을 수 있음은 전술한 바와 같다.
여기에서 리시브 코일은 자기 공명 신호들을 수신하는 기능만을 수행하는 코일을 의미할 수 있다. 그리고 리시브 코일은 피검체(2000) 상에 배치될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
도 3은 피검체(도 2의 2000), RF 코일부(도 2의 1113)에 포함되는 트랜스시브 코일 및 리시브 코일부(도 2의 1140)에 포함되는 리시브 코일 간의 위치 관계의 일 예를 도시한 도면이다.
도 3은 트랜스시브 코일(1113)이 원통 형상이며, 피검체(2000)가 트랜스시브 코일(1113)의 내부에 위치한다고 가정한 상태에서의 피검체(2000)와 트랜스시브 코일(1113)의 단면 형상이다.
리시브 코일부(1140)은 피검체(2000) 상에서 소정의 위치에 배치될 수 있다. 예를 들어, 피검체(2000)가 환자이고, 자기 공명 영상 시스템(도 1의 1000)이 환자의 복부를 나타내는 영상을 획득한다면, 리시브 코일(1140)은 환자의 복부 상에 배치될 수 있다.
그리고, 도 3에서는 리시브 코일(1140)의 형상이 원형인 것으로 도시하였으나, 이에 한정되지 않는다. 한편, 도 3에서는 피검체(2000) 상에 배치된 리시브 코일(1140)의 개수가 총 8개인 것으로 도시하였으나, 이에 한정되지 않는다.
리시브 코일(1140)은 트랜스시브 코일(1113)이 피검체(2000)를 향하여 송신한 RF 신호들로 인하여 발생된 자기 공명 신호들을 획득하고, 이들을 신호 획득부(도 2의 1150)로 전송한다.
상술한 바와 같이, 리시브 코일부가 리시브 코일(1140)을 이용하여 피검체(2000)에서 발생되는 자기 공명 신호들을 획득함으로써, 신호 획득부(도 2의 1150)가 수신할 수 있는 자기 공명 신호의 전체적인 양을 증가시킬 수 있다. 구체적으로, RF 코일부(도 2의 1113)만이 자기 공명 신호들을 획득하는 경우보다, RF 코일부(도 2의 1113)와 리시브 코일부(도 2의 1140)가 함께 자기 공명 신호들을 획득함으로써, 신호 획득부(도 2의 1150)는 보다 많은 양의 자기 공명 신호를 수신할 수 있다.
그리고, 리시브 코일(1140)을 피검체(2000) 상에 배치하는 경우, 자기 공명 신호가 발생되는 피검체(2000)와 자기 공명 신호를 획득하는 코일 간의 거리가 줄어들게 됨으로써, 신호 획득부(도 2의 1150)는 왜곡이 적은 자기 공명 신호를 수신할 수 있다. 구체적으로, RF 코일부(도 2의 1113)만이 자기 공명 신호들을 획득하는 경우, 피검체(2000)와 트랜스시브 코일(1113) 사이의 빈 공간으로 인하여 획득된 자기 공명 신호의 왜곡이 발생할 수 있다. 따라서, 신호 획득부(도 2의 1150)는 RF 코일부(도 2의 1113)뿐 만 아니라 피검체(2000)에 더 가깝게 배치된 리시브 코일부(도 2의 1140)가 획득한 자기 공명 신호를 수신함으로써, 왜곡이 적은 자기 공명 신호를 획득할 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 신호 획득부(1150)는 RF 코일부(1113) 및 리시브 코일부(1140)가 획득한 자기 공명 신호들을 입력받아, 디지털 데이터로 처리할 수 있다. 예를 들어, 신호 획득부(1150)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) 등을 포함할 수 있다.
한편, 신호 획득부(1150)는 RF 코일부(1113) 및 리시브 코일부(1140)가 획득한 자기 공명 신호들 중에서 소정의 코일이 획득한 자기 공명 신호들을 선택할 수도 있다. 구체적으로, 신호 획득부(1150)는 RF 코일부(1113)에 포함된 트랜스시브 코일 및 리시브 코일부(1140)에 포함된 리시브 코일들 중 소정의 코일들을 선택하는 코일 셀렉터(coil selector)(미도시)를 포함하여, 그 코일 셀렉터(미도시)가 선택한 코일들이 획득한 자기 공명 신호들만을 디지털 데이터로 처리할 수도 있다.
한편, RF 코일 구동부(1130)와 신호 획득부(1150)는 트랜스시버(transceiver)와 같이 통합된 형태일 수도 있다.
신호 획득부(1150)는 RF 코일부(1113)가 획득한 자기 공명 신호들에 대한 정보를 RF 코일 구동부(1130)로 전송하고, 리시브 코일부(1140)가 획득한 자기 공명 신호들에 대한 정보를 위상 보정부(1160)로 전송한다.
위상 보정부(1160)는 리시브 코일들이 획득한 자기 공명 신호들의 위상 오프셋(offset)을 보정(calibration)한다. 구체적으로, 위상 보정부(1160)는 하나 이상의 오일 팬텀(oil phantom)들을 이용하여 자기 공명 신호들의 참조 위상 값들을 획득하고, 획득된 참조 위상 값들을 이용하여 리시브 코일들이 획득한 자기 공명 신호들의 위상 오프셋을 보정할 수 있다.
B1 자기장 쉬밍을 수행하기 위하여 이용되는 자기 공명 신호들의 정보는 자기 공명 신호의 크기(magnitude) 및 위상(phase)이 포함된 복소(complex) 데이터이다. 한편, 본 발명의 일 실시예에 따라 신호 획득부(1150)는 RF 코일부(1113)가 획득한 자기 공명 신호들 뿐만 아니라, 리시브 코일부(1140)가 획득한 자기 공명 신호들도 수신함으로써, 신호 획득부(1150)는 보다 많은 양의 자기 공명 신호들을 수신할 수 있음은 전술한 바와 같다. 그러나 자기 공명 영상 장치(1100)의 내부적인 문제 등으로 인하여 리시브 코일부(1140)에 포함된 하나 이상의 리시브 코일들이 각각 수신한 자기 공명 신호들은 위상 오프셋(phase offset)이 발생할 수 있다. 특히, 리시브 코일부(1140)가 멀티 채널 코일로 동작할 경우에 자기 공명 신호들의 위상 오프셋이 발생할 수 있다. 자기 공명 신호들에 위상 오프셋이 발생할 경우, B1 자기장 쉬밍에 사용되는 데이터에 오차가 발생할 수 있고, 이로 인하여 정확한 쉬밍이 이루어지지 않을 수도 있다.
따라서, 위상 보정부(1160)는 하나 이상의 오일 팬텀(oil phantom)들을 이용하여 자기 공명 신호들의 참조 위상 값을 획득하고, 획득된 참조 위상 값을 이용하여 리시브 코일들이 획득한 자기 공명 신호들의 위상 오프셋을 보정한다. 이하에서, 자기 공명 신호들의 참조 위상 값을 획득하기 위하여 이용되는 팬텀은 오일 팬텀을 예로서 설명하겠으나,이에 한정되지 않는다. 구체적으로, 팬텀을 구성하는 물질의 특성을 완벽하게 알고 있는 동질 팬텀(homogeneous phantom)이라면, 제한 없이 오일 팬텀을 대체할 수 있다. 여기에서 물질의 특성은 T1, T2, 유전율(permitttivity), 도전율(conductivity) 등의 물질의 물리적 또는 화학적 특성을 의미한다.
도 4는 피검체(도 2의 2000), RF 코일부(도 2의 1113)에 포함되는 트랜스시브 코일, 리시브 코일부(도 2의 1140)에 포함되는 리시브 코일 및 오일 팬텀(410) 간의 위치 관계의 일 예를 도시한 도면이다.
도 4는 트랜스시브 코일(1113)이 원통 형상이며, 피검체(2000)가 트랜스시브 코일(1113)의 내부에 위치한다고 가정한 상태에서의 피검체(2000)와 트랜스시브 코일(1113)의 단면 형상이다.
오일 팬텀(410)은 피검체(2000) 상에서 소정의 위치에 배치될 수 있다. 예를 들어, 피검체(2000)가 환자이고, 자기 공명 영상 시스템(도 1의 1000)이 환자의 복부를 나타내는 영상을 획득한다면, 오일 팬텀(410)은 환자의 복부 상에 배치될 수 있다.
도 4에서는 오일 팬텀(410)이 리시브 코일(1140)과 교대하여 배치되는 것으로 도시되었으나, 이에 한정되지 않는다. 그리고, 오일 팬텀(410)의 개수 또한, 도 4에 도시된 바에 한정되지 않는다.
한편, 오일 팬텀(410)은 피검체(2000)의 외부에 배치되는 것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 오일 팬텀(410)은 피검체(2000)의 내부에 배치될 수도 있고, 트랜스시브 코일(1113)의 내부 또는 리시브 코일(1140)의 내부에 배치될 수도 있다.
다시 도 2를 참조하면, 위상 보정부(1160)는 참조 위상 값을 이용하여 리시브 코일들이 획득한 자기 공명 신호들의 위상 오프셋을 보정한다. 구체적으로, 위상 보정부(1160)는 오일 팬텀이 획득한 자기 공명 신호의 위상을 측정하여 참조 위상 값을 구한다. 그리고 위상 보정부(1160)는 리시브 코일들이 획득한 자기 공명 신호들의 위상이 일정한 값을 갖도록 보정한다. 여기에서 위상 보정부(1160)가 오일 팬텀을 이용하여 참조 위상 값을 구하고, 리시브 코일들이 획득한 자기 공명 신호들의 위상 오프셋을 보정하는 구체적인 방법은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 잘 알려진 것이므로, 이하 구체적인 설명은 생략한다.
위상 보정부(1160)는 위상 오프셋이 보정된 자기 공명 신호들에 대한 정보를 RF 코일 구동부(1130)로 전송한다.
RF 코일 구동부(1130)는 트랜스시브 코일이 획득한 자기 공명 신호들 및 상기 보정된 자기 공명 신호들을 이용하여 상기 트랜스시브 코일이 인가할 RF 신호들을 생성한다. 구체적으로, RF 코일 구동부(1130)는 신호 획득부(1150)로부터 전송받은 트랜스시브 코일이 수신한 자기 공명 신호들 및 위상 보정부(1160)로부터 전송받은 위상 오프셋이 보정된 자기 공명 신호들을 이용하여, 트랜스시브 코일이 피검체에 인가할 RF 신호들이 형성하는 자기장의 특성을 예측한다. 그리고 RF 코일 구동부(1130)는 예측된 자기장의 특성을 이용하여 RF 신호들의 파라미터들을 계산하고, 계산된 파라미터들을 적용한 RF 신호들을 생성한다.
여기에서, 피검체에 인가할 RF 신호들이 형성하는 자기장의 특성은 쉬밍이 완료되어 균일한 자장이 형성된 자기장의 특성을 의미한다. 부연하면, RF 코일 구동부(1130)가 생성한 RF 신호들은 쉬밍이 완료된 자기장을 형성한다. 즉, 트랜스시브 코일이 피검체에 인가할 RF 신호들이 형성하는 자기장은 쉬밍이 완료된 자기장을 의미한다. 한편, RF 신호들의 파라미터는 RF 신호의 진폭(amplitude), 위상(phase), 주파수(frequency) 등을 의미한다.
전술한 바와 같이, RF 코일 구동부(1130)는 위상 보정부(1160)로부터 전송받은 위상 오프셋이 보정된 자기 공명 신호들을 이용하여, 트랜스시브 코일이 피검체에 인가할 RF 신호들이 형성하는 자기장의 특성(즉, 쉬밍된 자기장의 특성)을 예측한다. 이에 따라, 트랜스시브 코일이 피검체(2000)에 인가할 RF 신호들은 위상 보정부(1160)가 리시브 코일들이 획득한 자기 공명 신호들을 보정한 결과에 따라 변경될 수 있다.
제어부(1170)는 자기 공명 영상 장치(1100) 내의 구성들을 제어하여 자기 공명 신호를 획득한다. 제어부(1170)는 오퍼레이팅 콘솔(도 1의 1500)로부터 전송되는 제어 신호를 입력받아 자기 공명 영상 장치(도 1의 1100)를 제어한다.
도 5는 일 실시예에 따른 자기장의 쉬밍 방법의 일 예를 설명하기 위한 흐름도이다. 도 5를 참조하면, 자기장의 쉬밍 방법은 도 1 및 도 2에 도시된 자기 공명 영상 시스템(도 1의 1000) 또는 자기 공명 영상 장치(도 2의 1100)에서 시계열적으로 처리되는 단계들로 구성된다. 따라서, 이하에서 생략된 내용이라 하더라도 도 1 및 도 2에 도시된 자기 공명 영상 시스템(도 1의 1000) 또는 자기 공명 영상 장치(도 2의 1100)에 관하여 이상에서 기술된 내용은 도 5의 자기장의 쉬밍 방법에도 적용됨을 알 수 있다.
510 단계에서, RF 코일부(도 2의 1113)는 트랜스시브 코일을 이용하여 피검체를 향하여 RF 신호들을 인가한다. 여기에서, 트랜스시브 코일은 멀티 채널 코일일 수 있다.
520 단계에서, RF 코일부(도 2의 1113)는 트랜스시브 코일을 이용하여 피검체에서 발생되는 자기 공명 신호들을 획득한다.
530 단계에서, 리시브 코일부(도 2의 1140)는 하나 이상의 리시브 코일을 이용하여 피검체에서 발생되는 자기 공명 신호들을 획득한다. 여기에서, 리시브 코일은 멀티 채널 코일일 수 있다. 한편, 520 단계와 530 단계는 동시에 진행될 수 있다.
540 단계에서, 위상 보정부(도 2의 1160)는 리시브 코일들이 획득한 자기 공명 신호들의 위상 오프셋을 보정한다. 여기에서 위상 보정부(도 2의 1160)는 하나 이상의 오일 팬텀들을 이용하여 자기 공명 신호들의 참조 위상 값을 획득하고, 획득된 참조 위상 값을 이용하여 자기 공명 신호들의 위상 오프셋을 보정할 수 있다.
550 단계에서, RF 코일 구동부(도 2의 1130)는 트랜스시브 코일이 획득한 자기 공명 신호들 및 보정된 자기 공명 신호들을 이용하여 트랜스시브 코일이 인가할 RF 신호들을 생성한다. 여기에서, 트랜스시브 코일이 인가할 RF 신호들은, 540 단계에서 위상 보정부(도 2의 1160)가 수행한 자기 공명 신호들의 보정 결과에 따라 변경될 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 자기장의 쉬밍 방법의 다른 예를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 자기장의 쉬밍 방법은 도 1 및 도 2에 도시된 자기 공명 영상 시스템(도 1의 1000) 또는 자기 공명 영상 장치(도 2의 1100)에서 시계열적으로 처리되는 단계들로 구성된다. 따라서, 이하에서 생략된 내용이라 하더라도 도 1 및 도 2에 도시된 자기 공명 영상 시스템(도 1의 1000) 또는 자기 공명 영상 장치(도 2의 1100)에 관하여 이상에서 기술된 내용은 도 6의 자기장의 쉬밍 방법에도 적용됨을 알 수 있다.
610 단계에서, RF 코일부(도 2의 1113)는 트랜스시브 코일을 이용하여 피검체를 향하여 RF 신호들을 인가한다. 여기에서, 트랜스시브 코일은 멀티 채널 코일일 수 있다.
620 단계에서, RF 코일부(도 2의 1113)는 트랜스시브 코일을 이용하여 피검체에서 발생되는 자기 공명 신호들을 획득한다.
630 단계에서, 리시브 코일부(도 2의 1140)는 하나 이상의 리시브 코일을 이용하여 피검체에서 발생되는 자기 공명 신호들을 획득한다. 여기에서, 리시브 코일은 멀티 채널 코일일 수 있다. 한편, 620 단계와 630 단계는 동시에 진행될 수 있다.
640 단계에서, 위상 보정부(도 2의 1160)는 리시브 코일들이 획득한 자기 공명 신호들의 위상 오프셋을 보정한다. 여기에서 위상 보정부(도 2의 1160)는 하나 이상의 오일 팬텀들을 이용하여 자기 공명 신호들의 참조 위상 값을 획득하고, 획득된 참조 위상 값을 이용하여 자기 공명 신호들의 위상 오프셋을 보정할 수 있다.
650 단계에서, RF 코일 구동부(도 2의 1130)는 트랜스시브 코일이 획득한 자기 공명 신호들 및 위상 오프셋이 보정된 자기 공명 신호들을 이용하여 트랜스시브 코일이 피검체에 인가할 RF 신호들이 형성하는 자기장의 특성을 예측한다. 여기에서 트랜스시브 코일이 피검체에 인가할 RF 신호들이 형성하는 자기장은 쉬밍된 자기장을 의미한다.
660 단계에서, RF 코일 구동부(도 2의 1130)는 예측된 자기장의 특성을 이용하여 RF 신호들의 파라미터를 계산한다. 여기에서 RF 신호들의 파리미터는 RF 신호의 진폭(amplitude), 위상(phase), 주파수(frequency) 등을 의미한다.
670 단계에서, RF 코일 구동부(도 2의 1130)는 계산된 파라미터들을 적용한 RF 신호들을 생성한다.
전술한 바에 따르면, 자기 공명 영상 장치(도 2의 1100)는 자기 공명 신호를 수신하는 과정에서 리시브 코일을 추가로 이용함으로써, 고품질의 쉬밍 결과를 획득할 수 있고, 쉬밍을 위한 영상을 획득하는 시간을 단축시킬 수 있다.
또한, RF 송수신 채널 코일을 추가하지 않고 기존에 사용되고 있는 멀티 채널 전송 시스템을 이용할 수 있어, 추가 비용의 발생 없이 고품질의 자기 공명 영상을 획득할 수 있다.
한편, 전술한 본 발명의 실시예에 따른 자기장의 쉬밍 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
1111: 메인 마그네트
1112: 그레디언트 코일부
1113: RF 코일부
1120: 그레디언트 코일 구동부
1130: RF 코일 구동부
1140: 리시브 코일부
1150: 신호 획득부
1160: 위상 보정부
1170: 제어부
1200: 카우치
1300: 컴퓨터 시스템
1500: 오퍼레이팅 콘솔
2000: 피검체

Claims (14)

  1. 트랜스시브(transceive) 코일을 이용하여 피검체를 향하여 RF 신호들을 인가하고, 상기 피검체에서 발생되는 자기 공명 신호들을 획득하는 단계;
    하나 이상의 리시브(receive) 코일들을 이용하여 상기 피검체에서 발생되는 자기 공명 신호들을 획득하는 단계;
    상기 리시브 코일들이 획득한 상기 자기 공명 신호들의 위상 오프셋(offset)을 보정(calibration)하는 단계; 및
    상기 트랜스시브 코일이 획득한 자기 공명 신호들 및 상기 보정된 자기 공명 신호들을 이용하여 상기 트랜스시브 코일이 인가할 RF 신호들을 생성하는 단계;를 포함하는 자기장의 쉬밍(shimming) 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 보정하는 단계는
    하나 이상의 오일 팬텀(oil phantom)들을 이용하여 상기 자기 공명 신호들의 참조 위상 값을 획득하고, 상기 획득된 참조 위상 값을 이용하여 상기 자기 공명 신호들의 위상 오프셋을 보정하는 자기장의 쉬밍 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 트랜스시브 코일이 인가할 RF 신호들은 상기 리시브 코일들이 획득한 자기 공명 신호들의 보정 결과에 따라 변경되는 것을 특징으로 하는 자기장의 쉬밍 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 리시브 코일은 상기 피검체 상에 배치되고, 상기 자기 공명 신호들을 획득하는 기능만을 수행하는 것을 특징으로 하는 자기장의 쉬밍 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 트랜스시브 코일은 멀티 채널(multi-channel) 코일을 특징으로 하는 자기장의 쉬밍 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 RF 신호들을 생성하는 단계는
    상기 트랜스시브 코일이 획득한 자기 공명 신호들 및 상기 위상 오프셋이 보정된 자기 공명 신호들을 이용하여 상기 트랜스시브 코일이 상기 피검체에 인가할 RF 신호들이 형성하는 자기장의 특성을 예측하는 단계; 및
    상기 예측된 자기장의 특성을 이용하여 상기 RF 신호들의 파라미터들을 계산하고, 상기 계산된 파라미터들을 적용한 상기 RF 신호들을 생성하는 단계;인 자기장의 쉬밍 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중에 어느 한 항의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
  8. 트랜스시브(transceive) 코일을 이용하여 피검체를 향하여 RF 신호들을 인가하고, 상기 피검체에서 발생되는 자기 공명 신호들을 획득하는 RF 코일부;
    하나 이상의 리시브(receive) 코일들을 이용하여 상기 피검체에서 발생되는 자기 공명 신호들을 획득하는 리시브 코일부;
    상기 리시브 코일들이 획득한 상기 자기 공명 신호들의 위상 오프셋(offset)을 보정(calibration)하는 위상 보정부; 및
    상기 트랜스시브 코일이 획득한 자기 공명 신호들 및 상기 보정된 자기 공명 신호들을 이용하여 상기 트랜스시브 코일이 인가할 RF 신호들을 생성하는 RF 코일 구동부;를 포함하는 자기장의 쉬밍(shimming) 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 위상 보정부는
    하나 이상의 오일 팬텀(oil phantom)들을 이용하여 상기 자기 공명 신호들의 참조 위상 값을 획득하고, 상기 획득된 참조 위상 값을 이용하여 상기 자기 공명 신호들의 위상 오프셋을 보정하는 자기장의 쉬밍 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 트랜스시브 코일이 인가할 RF 신호들은 상기 리시브 코일들이 획득한 자기 공명 신호들의 보정 결과에 따라 변경되는 것을 특징으로 하는 자기장의 쉬밍 장치.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 리시브 코일은 상기 피검체 상에 배치되고, 상기 자기 공명 신호들을 획득하는 기능만을 수행하는 것을 특징으로 하는 자기장의 쉬밍 장치.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 트랜스시브 코일은 멀티 채널(multi-channel) 코일을 특징으로 하는 자기장의 쉬밍 장치.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 RF 코일 구동부는
    상기 트랜스시브 코일이 획득한 자기 공명 신호들 및 상기 위상 오프셋이 보정된 자기 공명 신호들을 이용하여 상기 트랜스시브 코일이 상기 피검체에 인가할 RF 신호들이 형성하는 자기장의 특성을 예측하고,
    상기 예측된 자기장의 특성을 이용하여 상기 RF 신호들의 파라미터들을 계산하고, 상기 계산된 파라미터들을 적용한 상기 RF 신호들을 생성하는 자기장의 쉬밍 장치.
  14. 트랜스시브 코일 및 하나 이상의 리시브(receive) 코일들을 이용하여 피검체에서 발생되는 자기 공명 신호들을 획득하고, 상기 리시브 코일들이 획득한 상기 자기 공명 신호들의 위상 오프셋(offset)을 보정(calibration)하고, 상기 트랜스시브 코일이 획득한 자기 공명 신호들 및 상기 보정된 자기 공명 신호들을 이용하여 상기 트랜스시브 코일이 인가할 RF 신호들을 생성하는 자기 공명 영상 장치;
    상기 자기 공명 영상 장치로부터 입력받은 영상 신호를 재구성하여 상기 피검체에 대한 자기 공명 영상을 생성하는 컴퓨터 시스템; 및
    상기 컴퓨터 시스템으로부터 생성된 자기 공명 영상을 디스플레이하는 오퍼레이팅 콘솔;을 포함하는 자기 공명 영상 시스템.
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