KR20150018271A

KR20150018271A - 압축 센싱 지원 mmme 시퀀스를 이용한 초고속 3d 스핀 에코 영상법 및 그 영상장치

Info

Publication number: KR20150018271A
Application number: KR1020130094962A
Authority: KR
Inventors: 조형준; 한소현
Original assignee: 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단
Priority date: 2013-08-09
Filing date: 2013-08-09
Publication date: 2015-02-23
Also published as: KR101549184B1

Abstract

본 발명은 다중 스핀 에코 영상법에 관한 것으로 압축 센싱(compressed sensing) 가속 인자를 설정하는 단계, 하나의 여기(excitation) 당 적용할 스핀 에코의 수를 할당하는 단계, 상기 할당된 스핀 에코를 이용하여 상기 설정된 압축 센싱 가속 인자에 따라 압축 센싱 지원 다중변조 다중에코(CS-MMME) 시퀀스를 수행하는 단계, 상기 압축 센싱 지원 다중변조 다중에코 시퀀스를 수행한 스핀 에코의 위상 및 진폭을 보정하는 단계, 및 상기 보정된 스핀 에코를 이용하여 이미지를 복원하는 단계를 포함함으로써, 3D 스핀 에코 MRI 영상을 획득할 수 있다.

Description

압축 센싱 지원 MMME 시퀀스를 이용한 초고속 3D 스핀 에코 영상법 및 그 영상장치 {Highly accelerated 3D spin-echo MR image acquisition method using a compressed sensing-assisted MMME sequence and apparatus thereof}

본 발명은 3D 스핀 에코 영상법에 관한 것으로서, 압축 센싱 지원 MMME 시퀀스를 이용하여 3D 스핀 에코 영상을 획득하는 다중 스핀 에코 영상법 및 다중 스핀 에코 영상장치에 관한 것이다.

자기 공명 영상(Magnetic Resonance Imaging: MRI) 영상법은 자기장과 고주파 인가에 따른 생체를 구성하는 물질의 자기적 특성을 영상화하는 방법로, 임상적으로 가장 많이 이용되고 있는 방법 중 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.

본 발명이 해결하고자 하는 첫 번째 과제는 압축 센싱 지원 MMME 시퀀스를 이용하여 3D 스핀 에코 영상을 획득하는 다중 스핀 에코 영상법을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 두 번째 과제는 압축 센싱 지원 MMME 시퀀스를 이용하여 3D 스핀 에코 영상을 획득하는 다중 스핀 에코 영상장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 상기 첫 번째 과제를 해결하기 위하여, 압축 센싱(compressed sensing) 가속 인자를 설정하는 단계; 한 번의 여기(excitation) 당 스핀 에코들의 수인 다중 에코 인자를 설정하고, 상기 압축 센싱 가속 인자에 따라 스핀 에코들을 위상 부호화에 할당하는 단계; 상기 할당된 스핀 에코들을 이용하여 k-space를 획득하는 단계; 상기 획득된 k-space를 형성하는 스핀 에코들의 위상 및 진폭을 보정하는 단계; 및 압축 센싱 알고리듬을 이용하여 상기 보정된 스핀 에코들로부터 이미지를 복원하는 단계를 포함하는 다중 스핀 에코 영상법을 제공한다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 k-space를 획득하는 단계; 상기 k-space의 진폭 및 위상 부호화에 대한 부분 샘플링을 수행함으로써 상기 k-space 열을 획득하고, 상기 k-space는 주파수, 진폭, 및 위상을 축으로 구성되는 공간이고, 상기 k-space의 중심은 항상 샘플링하고, 다른 점들은 가우시안 가중치를 적용하여 샘플링하는 것을 특징으로 하는 다중 스핀 에코 영상법일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 스핀 에코들을 위상 부호화에 할당하는 단계는, MMME(Multiple-Modulation-Multiple-Echo)에 의해 생성되는 스핀 에코들 중, 강도가 높은 스핀 에코들을 선택하여 상기 위상 부호화에 할당하고, 상기 MMME(Multiple-Modulation-Multiple-Echo)에 의해 생성되는 스핀 에코들 중, 먼저 생성되는 스핀 에코가 후에 생성되는 스핀 에코보다 강도가 높은 것을 특징으로 하는 다중 스핀 에코 영상법일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 스핀 에코들의 위상 및 진폭을 보정하는 단계는, 각 스핀 에코의 최대 값과 스핀 에코의 진폭 중 최대 값의 비율인 진폭 비율을 각 스핀 에코에 적용함으로써 상기 스핀 에코의 진폭을 보정하고, 주파수 방향으로만 경사자장이 걸린 스핀 에코를 푸리에 변환을 수행하여 위상을 산출하고, 위상 또는 진폭 방향으로도 경사자장이 걸린 스핀 에코들의 위상에서 상기 산출된 위상을 감산함으로써 상기 스핀 에코의 위상을 보정하는 것을 특징으로 하는 다중 스핀 에코 영상법일 수 있다.

본 발명은 상기 두 번째 과제를 해결하기 위하여, 압축 센싱(compressed sensing) 가속 인자를 설정하고, 한 번의 여기(excitation) 당 스핀 에코들의 수인 다중 에코 인자를 설정하고, 상기 압축 센싱 가속 인자에 따라 스핀 에코들을 위상 부호화에 할당하는 설정부; 상기 할당된 스핀 에코들을 이용하여 k-space를 획득하는 k-space 획득부; 상기 획득된 k-space를 형성하는 스핀 에코들의 위상 및 진폭을 보정하는 보정부; 및 압축 센싱 알고리듬을 이용하여 상기 보정된 스핀 에코들로부터 이미지를 복원하는 이미지 복원부를 포함하는 다중 스핀 에코 장치를 제공한다.

본 발명에 따르면, 높은 해상도를 가지며, 여기(excitation)의 수를 감소시킬 수 있다. 따라서, MMME 영상화 방법의 제한된 매트릭스 사이즈의 한계를 극복하고, 가속화된 스핀-에코 양자밀도 영상 획득이 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 스핀 에코 영상법의 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 스핀 에코 영상법의 흐름도이다.
도 3 및 4는 본 발명의 실시예에 따른 다중 스핀 에코 영상법의 스핀 에코를 선택하는 것을 도시한 것이다.
도 5는 보정 전후의 k-space 및 이미지를 도시한 것이다.
도 6은 물, 오일, 및 가돌리듐이 첨가된 팬텀을 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 다중 스핀 에코 영상법의 특성을 확인한 것이다.
도 7은 탄제린귤 팬텀을 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 다중 스핀 에코 영상법의 특성을 확인한 것이다.
도 8은 키위 팬텀을 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 다중 스핀 에코 영상법의 특성을 확인한 것이다.
도 9는 쥐 팬텀을 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 다중 스핀 에코 영상법의 특성을 확인한 것이다.

본 발명에 관한 구체적인 내용의 설명에 앞서 이해의 편의를 위해 본 발명이 해결하고자 하는 과제의 해결 방안의 개요 혹은 기술적 사상의 핵심을 우선 제시한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 다중 스핀 에코 영상법은 압축 센싱(compressed sensing) 가속 인자를 설정하는 단계, 한 번의 여기(excitation) 당 스핀 에코들의 수인 다중 에코 인자를 설정하고, 상기 압축 센싱 가속 인자에 따라 스핀 에코들을 위상 부호화에 할당하는 단계, 상기 할당된 스핀 에코들을 이용하여 k-space를 획득하는 단계, 상기 획득된 k-space를 형성하는 스핀 에코들의 위상 및 진폭을 보정하는 단계, 및 압축 센싱 알고리듬을 이용하여 상기 보정된 스핀 에코들로부터 이미지를 복원하는 단계를 포함한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 의하여 제한되지 않는다는 것은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제의 해결 방안을 명확하게 하기 위한 발명의 구성을 본 발명의 바람직한 실시예에 근거하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하되, 당해 도면에 대한 설명시 필요한 경우 다른 도면의 구성요소를 인용할 수 있음을 미리 밝혀둔다. 아울러 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명 그리고 그 이외의 제반 사항이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 다중 스핀 에코 영상법은 다중변조 다중에코(MMME, Multiple-Modulation-Multiple-Echo) 영상법에 압축센싱을 적용함으로써 빠르고 이미지 오류가 적은 스핀에코 영상을 생성하는 다중 스핀 에코 영상법이다.

볼류메트릭(volumetric) 3D 스핀-에코 양자밀도 강조영상(3D spin-echo proton density weighted image)은 장점들을 가지고 있다. 슬라이스들 간의 갭 또는 간섭없이 연속적인 볼륨을 획득할 수 있고, 자화율 인공음영에 의한 영향을 적게 받고, T1, T2 또는 디퓨션 조영(diffusion contrast)에 독립적인 내인성 함수량을 제공할 수 있다. 종래 고속 3D 스핀-에코 영상법(FSE, RARE)은 에코 트레인을 생성하기 위하여 많은 재초점 RF 펄스를 이용하고, 여기(excitation)에 필요한 수(NEX)를 줄인다. 반면, 에코 트레인 길이는 양자밀도 영상을 얻기 위하여 짧아야 하고, 따라서, 증가된 NEX가 긴 반복 시간동안 3D k-space에 대한 완전한 커버리지(coverage)를 위해 필요하다.

다중변조 다중에코(MMME) 영상법은 하나의 여기 당 50 ms 보다 짧은 시간 동안 5개의 RF 펄스를 이용하여 57개의 스핀 에코를 생성하고, T1, T2와 발산 가중치를 최소화하면서 필요한 NEX를 줄일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 스핀 에코 영상법은 RF 펄스에 대한 스핀 에코의 비율을 더 높이고, 3D 양자밀도 강조영상에 필요한 NEX를 최소화하기 위하여, 압축 센싱을 통해 k-space 샘플링이 가속화된 압축 센싱 지원 다중변조 다중에코 영상법(CS-MMME)이다. MMME 방법의 다중 스핀 에코는 각 여기(excitation)에 대한 카르테시안(cartesian) k-space 열을 빠르게 채우기 위하여 사용된다. 나아가, 압축 센싱 지원 k-space 샘플링을 통해 위상 부호화 열의 희소 샘플링(sparse sampling)을 수행한다.

상기 영상을 생성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 스핀 에코 영상법은 압축 센싱(compressed sensing) 가속 인자를 설정하는 단계, 한 번의 여기(excitation) 당 스핀 에코들의 수인 다중 에코 인자를 설정하고, 상기 압축 센싱 가속 인자에 따라 스핀 에코들을 위상 부호화에 할당하는 단계, 상기 할당된 스핀 에코들을 이용하여 k-space를 획득하는 단계, 상기 획득된 k-space를 형성하는 스핀 에코들의 위상 및 진폭을 보정하는 단계, 및 압축 센싱 알고리듬을 이용하여 상기 보정된 스핀 에코들로부터 이미지를 복원하는 단계를 포함한다.

110단계는 압축 센싱(compressed sensing) 가속 인자를 설정하는 단계이다.

보다 구체적으로, MMME 시퀀스에 압축 센싱을 적용하기 위하여, 우선 압축 센싱의 압축 센싱 가속 인자를 설정한다. 압축 센싱은 적은 샘플링을 통해 원래의 정보를 복원하는 방법으로, 스파스 샘플링(sparse sampling)이라고도 한다. 신호는 어떤 특별한 공간으로 변화했을 때 특정 성분만이 큰 값을 가지며 나머지는 매우 작은 값으로 분류될 수 있고, 이러한 신호는 해당 공간에 성긴(sparse) 신호라고 한다. 전체 성분에 대해 샘플링하지 않고, 압축가능한 신호, 즉, 특정 성분만을 압축하여 샘플링하는 방법이다. 즉, 모든 k-space 열을 샘플링하지 않고, 특정 k-space 열만을 압축적으로 샘플링함으로써 전체 k-space를 획득하기 위한 여기(excitation)의 수를 줄일 수 있다. 압축 센싱은 MR 이미지의 희박성을 이용하는 집단 k-space 샘플링 전략을 이용한다. 이는 여기(excitation)의 수를 증가시키지 않으면서 높은 공간 해상도의 구현을 가능하게 한다. MMME 영상법에서 압축 센싱을 수행함으로써, 3D 스핀 에코 이미지를 얻기 위한 여기(excitation)의 수를 대폭 줄일 수 있다. 상기 다중 스핀 에코는 각 여기(excitation)에 대한 카르테시안 k-space 열을 빠르게 채우는데 사용된다.

압축 센싱을 적용하여 얼마나 압축을 수행할지를 결정하는 인자가 상기 압축 센싱 가속 인자이다. 상기 압축 센싱 가속 인자는 4 배 내지 8 배일 수 있다. 상기 압축 센싱 가속 인자가 커질수록 압축이 샘플링의 시간은 줄어든다. 하지만, 복원된 이미지의 해상도가 낮아질 수 있다. 따라서, 목표하는 샘플링 시간과 해상도에 따라 최적화된 압축 센싱 가속 인자를 설정한다. 이는 미리 설정되어 있거나, 사용자에 의해 설정될 수 있다. 또는 영상화하고자 하는 대상물에 따라 달라질 수 있다.

120단계는 한 번의 여기(excitation) 당 스핀 에코들의 수인 다중 에코 인자를 설정하고, 상기 압축 센싱 가속 인자에 따라 스핀 에코들을 위상 부호화에 할당하는 단계이다.

보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 스핀 에코 영상법은 MMMME 영상법에 기초하고 있다. 상기 MMME 영상법을 수행하기 위해 한 번의 여기 당 위상 부호화에 이용할 스핀 에코의 수인 다중 에코 인자를 설정하고, 상기 설정된 다중 에코 인자에 해당하는 스핀 에코들을 위상 부호화에 할당한다. 상기 할당되는 스핀 에코의 수에 따라 공간을 샘플링하는 속도가 달라지며, 할당되는 스핀 에코의 수가 많을수록 더 빠르게 샘플링을 수행할 수 있다. 상기 다중 에코 인자는 16 개 내지 32 개일 수 있다.

MMME에 의해 생성되는 스핀 에코들 중, 강도가 높은 스핀 에코들을 선택하여 상기 위상 부호화에 할당한다. 상기 선택되는 스핀 에코는, 임계치 이상의 강도를 갖을 수 있다. 상기 강도는 신호 대 잡음비(SNR)일 수 있다. RF 펄스를 이용하여 다수의 스핀 에코를 생성하고, 생성된 스핀 에코 중, 강도가 높은 스핀 에코를 위상 부호화에 할당한다. 상기 MMME에 의해 생성되는 스핀 에코들 중, 먼저 생성되는 스핀 에코가 후에 생성되는 스핀 에코보다 강도가 높을 수 있는바, 먼저 생성되는 스핀 에코들을 선택할 수 있다.

도 2의 CS-MMME 시퀀스는 [54°-71°-71°-71°-110°] 다섯개의 RF filp 앵글의 결합을 이용하여, 에코 진폭 변조와 각 에코 스펙트럼에서의 부호 변화점을 최소화하였다. 에코 시간(τ1)은 디지털화 시간 및 매트릭스의 사이즈를 고려하여 정해지며, τ2 = 3τ1, τ3 = 9τ1, and τ4 = 17τ1 는 각 에코를 충분히 분리시킬 수 있는 시간으로 사용된다.

MMME 영상법은 일정한 판독 그레디언트(gradient)를 가지는 소수의 RF 펄스 열로 구성되며, 독립적으로 일관성이 있는 경로로부터 각 스핀 에코의 중심점을 분리할 수 있다. n개의 RF 펄스를 갖는 최대 에코의 수는 RF 펄스를 이용함으로써 생성될 수 있다. RF 펄스의 수의 증가는 에코의 수를 증가시키고, 단일 여기(excitation)에서 고해상도의 이미지를 이끌어낼 수 있다. 하지만, T2 이완과 그래디언트에서의 분자 확산은 각 에코의 강도를 다르게 약화시키고, 말미의 낮은 품질의 스핀 에코들이 이미지 복원에 포함될 때 낮은 신호 대 잡음비(SNR)를 갖는 이미지를 얻게 된다. 나아가, 각 스핀 에코의 서로 다르게 일치하는 경로로부터 각 에코의 진폭과 위상에서 변형이 발생하고, 푸리에 복원 전에 적합한 보정 과정이 이루어지지 않으면, 이미지 음영이 발생한다. 따라서, MMME를 이용하는 고속 이미징을 위해서, 스핀 에코를 생성하는데 두가지 중요한 것을 고려하여야 한다. 하나는 높은 품질의 이미지를 보장하는 높은 강도를 갖는 스핀 에코를 선택하는 것이고, 다른 하나는 복원 단계에서 스핀 에코들의 진폭 및 위상의 변형을 보정하는 것이다. 스핀 에코들의 진폭 및 위상의 보정에 대해서는 140단계에서 자세히 다루도록 한다. 높은 강도를 가진 에코를 선택하기 위하여, 위상 부호화 그래디언트 없이 x 방향에 따른 일정한 위상으로 부호화된 9 G/cm의 그래디언트만을 이용하여 참조 스캔을 수행하고, 그 이후, 상기 참조 스캔으로부터 얻어진 각 에코의 1D 특성 이미지를 y와 z 방향으로 위상 부호화을 위하여, 도 1에서 보이는 바와 같이, 여기(excitation)마다 16 또는 32개의 스핀 에코를 선택할 수 있다.

130단계는 상기 할당된 스핀 에코들을 이용하여 k-space를 획득하는 단계이다.

보다 구체적으로, 120단계에서 할당된 스핀 에코를 이용하여 위상 부호화를 수행함으로써 k-space를 획득하는 단계이다. 110단계에서 설정된 압축 센싱 가속 인자 및 120단계에서 설정된 다중 에코 인자에 따라 k-space를 획득하는데 필요한 총 여기(excitation)의 수가 달라진다. 압축 센싱 가속 인자가 클수록 샘플링해야 하는 k-space 열의 수가 적어지고, 다중 에코 인자가 클수록 한 번의 여기 당 샘플링할 수 있는 k-space 열의 수가 많아진다. 따라서, 압축 센싱 가속 인자 및 다중 에코 인자가 클수록 k-space를 획득하는데 필요한 총 여기(excitation)의 수는 줄어든다. 즉, 샘플링하는 공간의 매트릭스 사이즈에 따라 CS-MMME 시퀀스를 반복하는 수가 결정된다. 압축 센싱 가속 인자와 다중 에코 인자에 따라 CS-MMME의 가속 인자가 정해지며, 이미지의 손실은 있으나, 상기 두 인자의 곱에 따라 전체 필요 여기 수를 줄일 수 있다.

상기 k-space는 주파수, 진폭, 및 위상을 축으로 구성되는 공간이고, 상기 k-space의 진폭 및 위상 부호화에 대한 부분 샘플링을 수행함으로써 상기 k-space 열을 획득할 수 있다. 주파수는 부분 샘플링하지 않고, 진폭 및 위상을 부분 샘플링한다. 상기 k-space의 중심은 항상 샘플링하고, 다른 점들은 가우시안 가중치를 적용하여 샘플링한다.

압축센싱은 희소 도메인에 걸친 신호의 l₁-norm을 최소화함으로써 부분샘플링된 데이터로부터 얻어지는 신호를 복원하는 것으로 표현할 수 있다. 이는 다음의 제한되는 최소화 문제를 해결함으로써 이뤄질 수 있다.

여기서, 벡터 s는 복원하는 이미지이고, Ψ 는 웨이브렛 변환과 같은 희소 변환자이다. k는 얻어진 부분샘플링된 k-space 데이터이고, F는 k-space로의 이미지를 변환하는 푸리에 변환자이며, ε은 정확도뿐만 아니라 복원의 속도를 제어하는 인지이다. 보통, ε은 k-space 데이터의 잡음 정도에 따라 설정된다. 압축센싱 기법을 MMME 영상기법에 적용하기 위하여, 부분샘플링을 최적화할 수 있다. 위상 부호화의 부분샘플링은 랜덤 샘플링 방법을 따른다. 이 방법은 높은 신호대 잡음비를 가지며 작은 k값으로 편향된 샘플링을 보증하는 반면, 압축 센싱을 위한 일관성 없는 샘플링을 유지하는 것과 같이, 영상의 디테일을 복원하기 위한 더 큰 k값을 위한 충분한 데이터의 수집이 필요하다. 위상 부호화는 부분샘플링될 수 없기 때문에, 오직 위상 (y)- 및 슬라이스 (z)- 부호화 단계만이 부분샘플링되고, 도 2에서 보이는 바와 같이, 검은 점들이 실제로 샘플링된 점을 나타내는 3D k-space를 커버하기 위해 4, 8, 16, and 32의 가속 팩터로 다음 중심 2D 가우신안 모양의 마스크로 부분샘플링된다.

140단계는 상기 획득된 k-space를 형성하는 스핀 에코들의 위상 및 진폭을 보정하는 단계이다.

보다 구체적으로, 다중 에코를 생성하기 위하여, RF 펄스의 수를 증가하는 것은 에코의 수를 증가시키고, 여기(excitation)에서 고해상도의 이미지를 도출할 수 있다. 하지만, T2 이완과 그래디언트 분자 확산은 각 에코의 강도를 다르게 약화시키고, 말미의 에코들이 이미지 복원에 포함될 때 낮은 신호 대 잡음비를 갖는 이미지를 얻게 된다. 나아가, 각 에코의 서로 다른 경로로부터 각 에코의 진폭과 위상의 변형이 발생하고, 복원과정에서 이미지 인공음영이 발생한다. 따라서, 복원단계에서 각 에코들의 위상 및 진폭을 보정이 필요하다. 각 스핀 에코의 최대 값과 스핀 에코의 진폭 중 최대 값의 비율인 진폭 비율을 각 스핀 에코에 적용함으로써 상기 스핀 에코의 진폭을 보정한다.

스핀 에코의 진폭 보정을 위하여, 각 스핀 에코의 최대 값과 스핀 에코의 진폭 중 최대 값의 비율인 진폭 비율을 각 스핀 에코에 적용함으로써 상기 스핀 에코의 진폭을 보정한다. i번째 에코의 진폭 비율 wi를 wi = Am/Ai 와 같이 산출할 수 있다. 여기서, Ai 는 각 에코의 최대 값이고, Am 는 모든 에코 중 가장 넓은 진폭이다. 각 원 에코에 상기 해당 가중치 팩터인 wi를 곱함으로써 보정을 수행할 수 있다. 이러한 보정을 이용하여 T2 이완과 발산에 의한 진폭의 감소를 포함하여, 에코 진폭의 변형이 보상된다.

스핀 에코의 위상 보정을 위하여, 주파수 방향으로만 경사자장이 걸린 스핀 에코를 푸리에 변환을 수행하여 위상을 산출하고, 위상 또는 진폭 방향으로도 경사자장이 걸린 스핀 에코들의 위상에서 상기 산출된 위상을 감산함으로써 상기 스핀 에코의 위상을 보정한다. 참조 스캔으로부터 얻어진 에코들을 주파수 부호화 방향에서 푸리에 변환하고, 각 에코의 상대적인 위상은 산출한다. 상기 산출된 위상들을 위상 부호화 방향을 따라 푸리에 변환을 수행하기 전에 완전히 부호화된 에코들의 위상으로부터 감산한다. MMME 방법으로부터 얻어지는 에코들이 k-space에 정확히 일치하지 않기 때문에 이러한 보정이 필요하다.

150단계는 압축 센싱 알고리듬을 이용하여 상기 보정된 스핀 에코들로부터 이미지를 복원하는 단계이다.

보다 구체적으로, 140단계에서 보정된 스핀 에코들을 이용하여 이미지를 복원한다. 압축 센싱을 적용하여 k-space를 획득한바, k-space 전체에 대한 이미지를 복원하여야 한다. 상기 전체 이미지를 복원하기 위하여, 압축 센싱 알고리듬을 이용한다. 140 단계에서 보정된 스핀 에코를 이용하여 복원된 이미지는 보정되지 않은 스핀 에코를 이용하여 복원된 이미지보다 이미지 오류가 적다.

도 2는 3D CS-assisted MMME 방법의 획득과 복원 방법의 플로우차트를 나타낸다. 64 × 256 × 256 (frequency × phase × slice)의 매트릭스 사이즈를 갖는 3D 이미지가 복원을 위해 선택되었다. 종래의 방법을 이용하는 경우, 여기(excitation)의 필요수는 256×256이고, 고속 스핀 에코 버전은 8 개의 ETL을 갖는 256×32번의 여기(excitation)가 필요하다. 도 4와 같이, 5개의 RF 펄스를 이용한 MMME5 방법으로부터 생성되는 에코들 중, 32개의 좋은 에코를 선택함으로써 압축센싱 가속인자 8을 구현할 수 있다. 도 3과 같이, 상기 선택된 에코들 중, 1 내지 16 에코들은 낮은 주파수 영역에 적용되고, 17 내지 32 에코들은 높은 주파수 영역에 적용될 수 있다. 압축센싱에 선택된 위상/슬라이스 부호화 단계(256 × 256/8)는 전체 그래디언트 세기에 따라 정렬되고, 각 여기(excitation)에 대해 상기 선택된 32개의 에코들이 할당되며, 필요한 부호화(256 × 256)를 모두 커버하기 위하여 256번 반복한다. MMME에서 초기에 형성되는 에코는 일반적으로 더 높은 신호 대 잡음비를 갖기 때문에, k-space의 낮은 그래디언트 세기 영역은 초기의 에코들로 채워진다.

이하, 다양한 팬텀을 통해 본 발명의 실시예에 따른 다중 스핀 에코 영상법에 대해 자세히 살펴보도록 한다.

먼저, 자화율인공음영에 대하여 EPI에 대한 CS-MMME 방법의 장점을 유리-물 팬텀을 이용하여 확인하였다. 둘째, T1, T2 및 발산 음영 최소화에서의 CS-MMME 방법의 장점을 안정도(물-오일-Gd가 첨가된) 팬텀을 이용하여 고속 스핀 에코 방법과 비교하였다. 가변적인 TR을 이용한 T1 측정은 Gd가 다르게 첨가된 아가로스(agarose)를 이용하여 CS-MMME 방법을 수행되었다. 마지막으로, 영상 품질은 MMME 에코 수, 에코 시간, 미세 형태학에 따른 다양한 팬텀에 대한 압축 센싱 가속 인자를 다양하게 적용함으로써 특정하였고, 마지막으로, 생체 내 동물 모델을 위한 3D CS-MMME 영상을 얻었다. 상기의 결과, 813 x 203 x 203 μm3의 해상도를 갖는 생체 내 3D 양자밀도 가중 스핀에코 이미지 획득을 위해 필요한 여기(excitation)의 수를 256배 감소시킬 수 있음을 확인하였고, 이로써, 다중 에코와 압축 센싱 가속 인자의 결합 가능성이 입증되었다. 짧은 전체 에코 트레인 시간(최소 TR은 30ms 만큼 짧을 수 있다.)과 가속화(256배)의 장점을 취하면서, CS-MMME의 3D 스캔 시간은 EPI의 스캔 시간에 필적한다.

먼저, CS-MMME 방법을 적용한 그래디언트 에코와 스핀 에코 평면 이미지 방법로부터 얻어지는 이미지의 비교는, CS-MMME 방법의 견고성을 종래의 EPI 습득에 따른 자화율인공음영과 비교하기 위하여, 민감성(유리-물) 팬텀을 이용하여 수행되었다. EPI의 이미징 파라미터는 다음과 같다. TR = 3 s, NR = 1, FOV = 2.59 × 2.59 cm², 해상도 = 405 × 405 μm2, ST= 3s, SL=1, 및 SE-EPI와 GE-EPI에 대한 TE = 17과 15 ms.

두 번째, 서로 다른 ETL에 따른 고속 스핀 에코 이미지와 CS-MMME를 이용한 이미지는 효율적인 에코 시간(TE) 의존 음영과 비교하기 위하여 이완도(물-오일-Gd가 첨가된) 팬텀에서 수행하였다. 고속 스핀 에코 방법을 위한 이미징 파라미터는 다음과 같다. TR = 5 s (ETL= 8), TR = 8.7 s (ETL=32), NR = 1, FOV = 5 × 5 cm2, 해상도 = 195 × 195 μm2, ST=5m 20s (ETL=8), ST=2m 18s (ETL=32), SL=1, effective TE = 89.38 ms (ETL= 8), and effective TE = 309.72 ms (ETL=32). CS-MMME 방법의 이미징 파라미터는 표 1에 요약되어 있다. 압축 센싱 가속 인자는 슬라이스당 12.8s의 효율적인 스캔 시간을 얻기 위하여 8로 설정하였다.

셋째, CS-MMME를 위한 에코 타임, 다중 에코의 수와 압축 센싱 가속 인자를 최적화하기 위하여 좋은 씨를 갖는 탄제린과 키위를 이미지 복원에 이용하였다. 이는 상기 표 1에 요약되어 있다. 마지막으로, 생체 동물 실험은 가상 연구로부터 최적화된 파라미터를 이용하여 수행되었고, 이 또한, 표 1에 요약되어 있다. CS-MMME 영상법의 각 익사이테이션 간의 TR은 가변적인 TR 측정이 없는 경우, 본 발명의 모든 실험에서 3s로 설정되었다.

NR은 모든 MMME 실험에서 1로 설정되었다. 오일과 물의 분명한 발산 계수는 0.04 x 10-5 cm2/s and 2 x 10-5 cm2/s였다. 오일, 물, 그리고 Gd가 첨가된 샘플의 T2는 안정성 패텀에 대해 각각 76ms, 900ms, 및 51ms였다.

셋째, Gd 농도 0.3mM (T1=542ms), 1mM(T1=210ms) and 1.5mM(T1=159ms)를 갖는 0.05%의 아가로스 젤 샘플은 짧은 TR에서의 MMME 방법의 T1 가중치 적용된 음영를 확인하기 위하여, 오일(T1=335ms) 샘플에 따라 가변적인 TR CS-MMME 방법으로 이미지화되었다.

상기 실험들의 결과는 다음과 같다.

CS-MMME 영상화를 위한 진폭과 위상 보정을 입증하기 위하여, 압축 센싱을 적용하기 전에, 2D MMME 영상법을 실린더의 이완도(물-오일-지디가 첨가된) 팬텀으로 수행하였다. MMME 방법은 256 × 256 (frequency × phase)의 2D 매트릭스 사이즈를 샘플링하기 위하여 여기(excitation)마다 32 에코의 선택을 수행하면서 8번 반복하였다. 상기 방법의 초기에 형성된 에코는 k-space의 중앙 영역에 위치한다.

도 5A는 k-space의 원 데이터(삽입도)와 보정없이 푸리에 변환된 이미지를 보인다. 상기 이미지는 에코의 위상 및 진폭에서의 변형으로부터 발생되는 고스팅 인조음영을 보인다. 이와 비교하여 진폭 및 위상 보정을 적용하면, 각 에코에 대한 k-space 데이터는 도 5B에서 보이는 바와 같이, 위치가 변경되고(삽입도), 복원된 이미지 인조음영은 상당히 감소하는 것을 볼 수 있다.

민감도 팬텀(유리-물 샘플)을 위한 SE-EPI 및 GE-EPI 획득은 도 6A-2 및 6A-3 각각에 보인다. 중요한 민감도 유도된 인공음영은 EPI 획득에서 관찰되며, 고스팅과 왜곡을 포함하여 GE-EPI 획득에서 더욱 심각하다. 그에 반해서, CS-MMME 영상법은 도 6A-1에서 보이는 바와 같이, 스핀-에코 획득의 장점과 더불어 T2^* 영향에 덜 민감한 것을 알 수 있다.

이완도(물-오일-Gd가 첨가된 샘플) 팬텀에 대한 고속 스핀 에코 획득로부터 얻어진 이미지는 8 및 32의 ETL은 각각 도 6B-2 및 6B-3에 나타난다. Gd가 첨가된 샘플은 고속 스핀 에코 획득에 따른 가장 짧은 T2 안정성으로부터 발생하는 가장 빠른 저하를 보인다. 반면에, CS-MMME에 의한 이미지는 도 6B-1에서 보이는 바와 같이, T2 및 발산 값에 독립적으로, 세 개의 샘플에서 가장 유사한 조명도를 보인다. 고속 스핀 에코와 CS-MMME 간의 정규화된 신호 조명도의 양적인 비교는 도 6B-4와 같다. 이를 통해 CS-MMME가 T2와 발산 가중치를 최소화하며, CS-MMME로 복원되는 이미지의 양자밀도 정확성을 확인할 수 있다. ADC의 넓은 범위와 안정성 샘플의 T2 안정성 값을 고려하면, 위상 부호화없이 참조 스캔을 측면에서의 에코 진폭 정규화는 공간적으로 해상된 양자밀도 음영을 제공하는 것처럼 보인다. 서로 다른 Gd 농도와 오일을 갖는 아가로스 젤로부터 얻어지는 가변적인 TR에서의 신호는 도 6C-1와 같다. 305ms에서 최대 강도로 감산되고, 대수의 스케일로 그려 선을 도출하고, 상기 선의 기울기를 각 1/T1의 값으로 적용한다. 가변적인 TR CS-MMME 영상법으로부터 얻어지는 측정된 T1 값은 도 6C-2에서 보이는 바와 같이, CS-MMME 방법의 T1 음영을 반영하기 위하여, 종래의 RAREVTR 방법으로 얻어지는 값과 비교하였다.

여기(excitation)에 필요한 수와 이미지 해상도의 균형을 갖는 적합한 압축 센싱 가속 인자는 탄제린 샘플에 대한 full 3D MMME와 CS-MMME(압축 센싱 가속 인자 4와 8에서) 획득의 이미지 질을 비교함으로써 결정할 수 있다. 테스트 매트릭스 사이즈는 128 × 128 × 128 (frequency × phase × slice)였다. 다른 실험 이미징 파라미터는 표 1에 요약되어 있다. MMME 여기(excitation)마다 16 및 32 다중 에코로 얻어진 full 3D MMME 이미지는 압축 센싱에 따른 가속이 없는 경우와의 비교를 위한 참조 이미지로 사용되었다. 도 7A-1 및 7B-1은 압축 센싱 적용 없는 16의 MMME 다중 에코 인자에서 얻어진 3D 이미지상의 탄제린의 세로면과 가로면 이미지이다. 도 7C-1 및 7D-1은 압축 센싱 적용 없는 32의 MMME 다중 에코 인자에 대응하는 이미지이다. 압축 센싱 가속 인자 4 (도 7A-2, 7B-2, 7C-2, 및 7D-2) 및 압축 센싱 가속 인자 8 (도 7A-3, 7B-3, 7C-3, 및 7D-3)에 따른 CS-MMME 이미지를 대응하는 상기 참조 이미지와 비교하면, 압축 센싱에 의해 이미지 번짐이 유도되는 것을 볼 수 있다. 압축 센싱 가속 인자 4 및 8에서의 이미지 복원의 질은 표 1의 높은 CCC(>0.92) 값을 백으로 함으로써, 얻어진 3D-MMME 이미지의 질과 일치한다. 하지만, 탄제린의 경계선의 저하가 압축 센싱 가속 인자가 증가할수록 관찰되고, 이는 압축 센싱을 MMME 영상법에 적용하는데 발생하는 손실에 해당한다. 여기(excitation) 당 다중 에코의 수는 이미지 오류와 여기(excitation)의 전체 필요 수에 영향을 미친다. 예를 들어, 적은 다중 에코가 할당되면, 저질의 에코는 부호화에 대해 선택되지 않을 수 있어 더 나은 이미지 질로 연결될 수 있으나, 여기(excitation)의 필요 수를 증가시킨다. 16 및 32의 MMME 다중 에코의 수를 이용한 실험은 다중 에코 인자의 기능으로써 복원된 이미지의 질의 변화를 조사하기 위하여, 고정된 압축 센싱 가속 인자를 이용하여 수행하였다. 16개의 에코들로 복원된 이미지는 참조이미지에서 32개의 에코들로 복원된 이미지보다 적은 배경 노이즈를 보인다. 다중 에코 인자 16에서의 실험은 도 4의 첫 번째 및 두 번째 열에서의 압축 센싱 가속 인자 4 및 8에서 볼 수 있다. 다중 에코 팩터 32에서의 대응하는 실험은 도 4의 세 번째 및 네 번째 열에서 볼 수 있다. 32개의 다중 에코 인자에서의 압축 센싱 가속 인자 4배 및 8배 가속화된 이미지는 압축 센싱을 적용하지 않은 이미지 번짐보다 상당히 나쁘지는 않다는 것을 알 수 있다.

MMME 에코 시간(τ1)은 단일 여기(excitation)의 필요한 스캔 시간(최소의 TR)을 결정하고, MMME 영상법에서 각 에코의 신호에 영향을 미친다. 예를 들어, 긴 에코 시간은 발산 및 T2 완화의 결과로써 각 에코의 SNR을 감소시킨다. 에코 시간의 감소는 여기 당 스캔 시간을 감소시키고, 각 에코의 SNR을 증가시킨다. 하지만, 요구되는 디지털화 시간 및 위상 부호화 방향(x)에 따른 매트릭스의 사이즈는 적용가능한 최소의 에코 시간을 제한한다. 이러한 고려사항들에 기초하여, 에코 타임 800 μs 및 500 μs 에서의 CS-MMME에서의 이미지 질은 이미징 파라미터의 다양한 형태에 대한 도 8에서 보이는 바와 같이, 키위 샘플에서의 미세 형태학적 씨의 번짐을 관찰함으로써 비교될 수 있다.

첫 번째, 압축 센싱 가속 인자 8 및 16에서의 고 해상도 이미지(64 × 256 × 256)는 32 다중 에코 인자에서의 800 μs의 에코 시간에서, 도 8A-1 및 8A-2에서 각각 보이는 바와 같이 얻어진다. 낮은 압축 센싱 가속 인자(8배)에서의 이미지는 적은 번짐을 갖는바, 미세 씨의 더 좋은 선명도를 보인다. 압축 센싱 가속 인자 4 및 8에서 64 × 128 × 128의 작은 매트릭스 사이즈에서 800 μs의 에코 타임에서 얻어지는 이미지는 도 8B-1 및 8B-2에서 각각 보이는 바와 같다. 낮은 해상도 이미지는 상부 칼럼에서 보이는 대응하는 고해상도 이미지와의 비교되는 미세 씨에서의 나쁜 선명도를 보인다. 마지막으로, 샘플링 시간 500 μs , 매트릭스 사이즈 64 × 128 × 128, 및 압축 센싱 가속 인자 4 및 8를 이용한 이미지는 도 8C-1 및 8D-2에서 보이는 바와 같다. 같은 해상도와 압축 센싱 가속 인자에 대해, 세 번째 칼럼에서의 짧은 에코 시간 이미지는 두 번째 칼럼에 있는 대응하는 긴 에코 시간 이미지와 비교하여 적은 씨의 번짐을 보인다.

쥐의 생체 내 CS-MMME 이미지는 도 9와 같이 얻었다. 64 × 128 × 128 (압축 센싱 가속 인자 4 및 8) 와 64 × 256 × 256 (압축 센싱 가속 인자 8 및 16)의 매트릭스 사이즈를 갖는 3D 이미지의 두개골의 슬라이스는 도 9B-1,9B-2,9C-1, 및 9C-2에 보인다. 500 μs의 MMME 에코 시간에서의 여기(excitation) 당 다중 에코 인자는 32이고, 전체 익사이테이션 수는 도 9에서 각 라벨에 명시된 바와 같이, 이미징 파라미터에 의존하는 64 내지 256의 범위를 갖는다. 압축 센싱 가속 인자 8에서의 복원된 더 높은 해상도의 이미지는 도 9C-1에 보이는 바와 같이, 서로 다른 이미징 파라미터에서 얻어지는 다른 이미지들보다 적은 번짐을 갖는 정확한 해부학적 정보를 제공하는 것으로 보인다. 하지만, 더 높은 해상도 이미지에서의 전체 여기(excitation) 수는 낮은 해상도 이미지의(128) 두 배(256)이다. 압축 센싱 가속 인자의 증가는 여기(excitation)의 전체 수를 줄이나 더 많은 번짐 음영을 만들어내는바, 이를 통해 이미지 해상도와 생채 내 전체 여기(excitation)의 수 간의 관계를 알 수 있다. 압축 센싱을 적용하지 않은 full MMME 이미지에 대한 압축 센싱 지원 이미지의 CCC, 및 관련된 이미지의 SNR은 표 2에 요약되어 있고, 적당한 CCC(>0.92) 및 SNR (~30, in vivo) 값을 보인다.

낮은 MMME 다중 에코 인자의 선택은 이미지 복원 인공음영 및 배경 잡음을 줄일 수 있으나, 3D k-space를 효율적으로 커버하기 위해 필요한 여기(excitation)의 수를 증가시키고, 이는 3D 이미지 획득에 대한 더 긴 스캔 시간을 가져온다. 압축 센싱 가속 인자의 증가는 여기(excitation)의 필요 수를 줄이나, 복원된 이미지의 번짐 인공음영을 유도하는 경향이 있다. 짧은 에코 시간이 각 에코의 T2 완화와 발산을 최소화함으로써, MMME 에코 시간의 감소는 이미징 적용에 이득이된다. 하지만, 에코는 에코 시간이 감소하면서 겹쳐지기 시작하고, 강한 그래디언트가 적당한 부호화를 위해 에코들을 충분히 떨어뜨리기 위하여 필요하며, 이는 발산 저하의 증가로 나타난다. 여기(excitation) 당 32에코를 갖는 매트릭스 사이즈 64 × 256 × 256 (echo time, 500~800 μs; 압축 센싱 가속 인자, 8; total excitations, 256)와 128(64) × 128 × 128 (echo time, 500 μs; 압축 센싱 가속 인자, 4; total excitations, 128)는 양자밀도 음영에 대한 생체 내 실험을 포함하여, 형태상으로 정확한 3D 스핀 에코 이미지를 제공하는 것을 상기 실험들에 의해 입증되었다.

CS-MMME 방법의 또 다른 직접적인 이득은 단일 여기(excitation)에서의 에코 진폭과 위상 변화를 보정함으로써 TE 의존적인 가중치를 최소화하는 사실에 있다. 3D 스핀 강도 및 T1 가중치 이미지는 상대적으로 길고, 짧은 TR에서 각각 얻어질 수 있다. CS-MMME에서의 변화하는 TR 측정은 최소 T2 가중치에 따른 고속 T1 측정을 수행하기 위한 가능성이 있는 스핀 에코 방법을 대표한다. CS-MMME 방법을 이용한 동적인 T1-관류 획득은 종래 그래디언트 에코 기반 관류 이미지보다 더 약한 T2 영향을 받으며, 대조 작용제 및 넓은 범위의 주사 투여량에 대한 나은 추정을 제공할 수 있다.

최소로 필요한 전체 획득 시간 역시 파라미터들의 선택에 의존한다. 예를 들어, 3D CS-MMME 획득의 시간적 해상도는 ~4s (matrix, 64 × 128 × 128; acquisition time, 128 × TR (30 ms))까지 다다를 수 있고, 이는 3D 볼륨 커버리지의 이득을 갖는 대응하는 그래디언트 에코 기반 고속 이미징 기술과 가깝다. 각 펄스는 슬라이스의 선택이 가능하도록 하고, 포화 펄스는 MMME 이미징 방법에서 사용되는 다중 RF 펄스에 앞설 수 있다. 2D 동적 MMME 이미징에 대한 압축 센싱의 적용은 50 ms 보다 적은 시간에서 고 해상도 스핀 에코 이미지의 획득이 가능하도록 하고, 따라서, 유사한 이미징 파라미터에서의 EPI 획득의 시간에 필적된다. CS-MMME 방법의 에코 시간의 감소 및 TR시간의 최소화를 위하여, 몇가지 인자를 고려하여야 한다. 펄스 간의 지연(τ, echo time)의 감소는 주파수 부호화를 위한 가능한 디지털화 시간, 위상 부호화를 위한 최소의 그래디언트 변화, 및 인접한 에코들과의 겹침에 의해 제한된다. 주파수 및 위상 부호화 시간의 감소는 대응하는 방향에 따른 이미지 해상의 저하를 가져온다. 주파수 및 최소 위상 부호화 그래디언트 둘 다의 세기의 증가는 부호화 시간에서의 감소를 보상하나, 높은 그래디언트 값에서의 넓은 발산적인 저하로부터 신호 감소가 유도될 수 있다. 그 결과로, 이미지 파라미터들 간의 균형은 앞으로의 최적화에서 만들어져야 하고, 이해관계의 개별적인 적용에 맞도록 될 수 있다. 결론적으로, 자화율인공음영, TE 저하, 발산 가중 및 과도한 RF 여기(excitation)을 최소화하면서, 매우 적은 여기(excitation)을 필요로하는 고해상도 3D 이미지를 얻기 위한 CS-MMME 방법의 가능성은 다양한 팬텀과 생체 동물에서 입증되었다. 3D EPI에서의 시간과 비교되는 시간에서 3D 스핀에코 양자밀도 또는 T1 가중치 이미지를 얻을 수 있는 가능성이 있다. 평면 내 200 μm 이미지 해상도를 유지하면서 여기(excitation)의 전체 수를 줄이는 것을 달성함으로써, CS-MMME 방법은 MMME 이미징 방법의 제한된 매트릭스 사이즈의 이전 한계를 극복하고, 다중 가속으로부터 적당히 번지는 이미지의 희생이 있는 긴 TR에서 상당히 가속화된 3D 양자밀도 스핀 에코 이미지를 획득할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 다중 스핀 에코 영상 장치는 압축 센싱(compressed sensing) 가속 인자를 설정하고, 한 번의 여기(excitation) 당 스핀 에코들의 수인 다중 에코 인자를 설정하고, 상기 압축 센싱 가속 인자에 따라 스핀 에코들을 위상 부호화에 할당하는 설정부, 상기 할당된 스핀 에코들을 이용하여 k-space를 획득하는 k-space 획득부, 상기 획득된 k-space를 형성하는 스핀 에코들의 위상 및 진폭을 보정하는 보정부, 및 압축 센싱 알고리듬을 이용하여 상기 보정된 스핀 에코들로부터 이미지를 복원하는 이미지 복원부를 포함한다.

상기 설정부는, 상기 k-space의 진폭 및 위상 부호화에 대한 부분 샘플링을 수행함으로써 상기 k-space 열을 획득하고, 상기 k-space는 주파수, 진폭, 및 위상을 축으로 구성되는 공간이며, MMME(Multiple-Modulation-Multiple-Echo)에 의해 생성되는 스핀 에코들 중, 강도가 높은 스핀 에코들을 선택하여 상기 위상 부호화에 할당하고, 상기 MMME(Multiple-Modulation-Multiple-Echo)에 의해 생성되는 스핀 에코들 중, 먼저 생성되는 스핀 에코가 후에 생성되는 스핀 에코보다 강도가 높은 것을 특징으로 한다. 상기 보정부는, 각 스핀 에코의 최대 값과 스핀 에코의 진폭 중 최대 값의 비율인 진폭 비율을 각 스핀 에코에 적용함으로써 상기 스핀 에코의 진폭을 보정하고, 주파수 방향으로만 경사자장이 걸린 스핀 에코를 푸리에 변환을 수행하여 위상을 산출하고, 위상 또는 진폭 방향으로도 경사자장이 걸린 스핀 에코들의 위상에서 상기 산출된 위상을 감산함으로써 상기 스핀 에코의 위상을 보정한다.

다중 스핀 에코 영상 장치에 대한 상세한 설명은 도 1 내지 도 9의 다중 스핀 에코 영상법에 대한 상세한 설명에 대응하는바, 도 1 내지 도 9의 다중 스핀 에코 영상법에 대한 상세한 설명으로 대신한다.

본 발명의 실시예들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims

압축 센싱(compressed sensing) 가속 인자를 설정하는 단계;
한 번의 여기(excitation) 당 스핀 에코들의 수인 다중 에코 인자를 설정하고, 상기 압축 센싱 가속 인자에 따라 스핀 에코들을 위상 부호화에 할당하는 단계;
상기 할당된 스핀 에코들을 이용하여 k-space를 획득하는 단계;
상기 획득된 k-space를 형성하는 스핀 에코들의 위상 및 진폭을 보정하는 단계; 및
압축 센싱 알고리듬을 이용하여 상기 보정된 스핀 에코들로부터 이미지를 복원하는 단계를 포함하는 다중 스핀 에코 영상법.
제 1 항에 있어서,
상기 k-space를 획득하는 단계;
상기 k-space의 진폭 및 위상 부호화에 대한 부분 샘플링을 수행함으로써 상기 k-space 열을 획득하고,
상기 k-space는 주파수, 진폭, 및 위상을 축으로 구성되는 공간인 것을 특징으로 하는 다중 스핀 에코 영상법.
제 2 항에 있어서,
상기 k-space를 획득하는 단계;
상기 k-space의 중심은 항상 샘플링하고, 다른 점들은 가우시안 가중치를 적용하여 샘플링하는 것을 특징으로 하는 다중 스핀 에코 영상법.
제 1 항에 있어서,
상기 스핀 에코들을 위상 부호화에 할당하는 단계는,
MMME(Multiple-Modulation-Multiple-Echo)에 의해 생성되는 스핀 에코들 중, 강도가 높은 스핀 에코들을 선택하여 상기 위상 부호화에 할당하는 것을 특징으로 하는 다중 스핀 에코 영상법.
제 4 항에 있어서,
상기 MMME(Multiple-Modulation-Multiple-Echo)에 의해 생성되는 스핀 에코들 중, 먼저 생성되는 스핀 에코가 후에 생성되는 스핀 에코보다 강도가 높은 것을 특징으로 하는 다중 스핀 에코 영상법.
제 1 항에 있어서,
상기 스핀 에코들의 위상 및 진폭을 보정하는 단계는,
각 스핀 에코의 최대 값과 스핀 에코의 진폭 중 최대 값의 비율인 진폭 비율을 각 스핀 에코에 적용함으로써 상기 스핀 에코의 진폭을 보정하는 것을 특징으로 하는 다중 스핀 에코 영상법.
제 1 항에 있어서,
상기 스핀 에코들의 위상 및 진폭을 보정하는 단계는,
주파수 방향으로만 경사자장이 걸린 스핀 에코를 푸리에 변환을 수행하여 위상을 산출하고, 위상 또는 진폭 방향으로도 경사자장이 걸린 스핀 에코들의 위상에서 상기 산출된 위상을 감산함으로써 상기 스핀 에코의 위상을 보정하는 것을 특징으로 하는 다중 스핀 에코 영상법.
제 1 항 내지 제 7 항 중에 어느 한 항의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
압축 센싱(compressed sensing) 가속 인자를 설정하고, 한 번의 여기(excitation) 당 스핀 에코들의 수인 다중 에코 인자를 설정하고, 상기 압축 센싱 가속 인자에 따라 스핀 에코들을 위상 부호화에 할당하는 설정부;
상기 할당된 스핀 에코들을 이용하여 k-space를 획득하는 k-space 획득부;
상기 획득된 k-space를 형성하는 스핀 에코들의 위상 및 진폭을 보정하는 보정부; 및
압축 센싱 알고리듬을 이용하여 상기 보정된 스핀 에코들로부터 이미지를 복원하는 이미지 복원부를 포함하는 다중 스핀 에코 장치.
제 9 항에 있어서,
상기 설정부는,
상기 k-space의 진폭 및 위상 부호화에 대한 부분 샘플링을 수행함으로써 상기 k-space 열을 획득하고,
상기 k-space는 주파수, 진폭, 및 위상을 축으로 구성되는 공간인 것을 특징으로 하는 다중 스핀 에코 영상 장치.
제 9 항에 있어서,
상기 설정부는,
MMME(Multiple-Modulation-Multiple-Echo)에 의해 생성되는 스핀 에코들 중, 강도가 높은 스핀 에코들을 선택하여 상기 위상 부호화에 할당하고,
상기 MMME(Multiple-Modulation-Multiple-Echo)에 의해 생성되는 스핀 에코들 중, 먼저 생성되는 스핀 에코가 후에 생성되는 스핀 에코보다 강도가 높은 것을 특징으로 하는 다중 스핀 에코 영상 장치.
제 9 항에 있어서,
상기 보정부는,
각 스핀 에코의 최대 값과 스핀 에코의 진폭 중 최대 값의 비율인 진폭 비율을 각 스핀 에코에 적용함으로써 상기 스핀 에코의 진폭을 보정하는 것을 특징으로 하는 다중 스핀 에코 영상 장치.
제 9 항에 있어서,
상기 보정부는,
주파수 방향으로만 경사자장이 걸린 스핀 에코를 푸리에 변환을 수행하여 위상을 산출하고, 위상 또는 진폭 방향으로도 경사자장이 걸린 스핀 에코들의 위상에서 상기 산출된 위상을 감산함으로써 상기 스핀 에코의 위상을 보정하는 것을 특징으로 하는 다중 스핀 에코 영상 장치.