KR20210095526A - Apparatus and method for reconstructing mr parameter map - Google Patents

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Abstract

Provided are an apparatus for reconstructing a magnetic resonance (MR) parameter map, which reconstructs a high-quality MR parameter map from undersampled k-space data, and a method thereof. According to the present invention, the apparatus comprises: an initial parameter mapping unit receiving and converting undersampled k-space data obtained according to a predetermined sequence into a sparse MR contrast image in a predetermined manner and estimating a pattern of the sparse MR contrast image according to a pre-learned pattern estimation method to obtain an initial MR parameter map; an MR signal modeling unit storing an MR signal model in which a relationship between a predetermined reference MR parameter map and the required MR parameter map to be reconstructed; and a parameter map reconstruction unit receiving the initial MR parameter map or a previously reconstructed MR parameter map to remove artifacts according to the pre-learned pattern estimation method, reconstructing the artifact-removed MR parameter map according to the MR signal model to obtain a reconstructed MR parameter map, and repeating reconstruction until the obtained reconstructed MR parameter map satisfies a predetermined condition.

Description

자기 공명 파라미터 맵 재구성 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR RECONSTRUCTING MR PARAMETER MAP}Magnetic resonance parameter map reconstruction apparatus and method {APPARATUS AND METHOD FOR RECONSTRUCTING MR PARAMETER MAP}

본 발명은 자기 공명 파라미터 맵 재구성 장치 및 방법에 관한 것으로, 과소 샘플링되어 획득된 k-스페이스 데이터로부터 자기 공명 파라미터 맵을 생성할 수 있는 자기 공명 파라미터 맵 재구성 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for reconstructing a magnetic resonance parameter map, and to a magnetic resonance parameter map reconstruction apparatus and method capable of generating a magnetic resonance parameter map from k-space data obtained by being undersampled.

자기 공명 영상(Magnetic Resonance Imaging, 이하 MRI)은 인체 내부 영상을 비 침습적이면서 고화질로 얻을 수 있는 대표적인 의료 영상으로, 뼈를 비롯한 신체의 여러 기관들을 요구하는 각도에서 입체적으로 표현할 수 있다는 장점이 있다. 이에 다양한 질병이나 질환에 대한 진단을 위해 이용되고 있으며, 특히 연부조직에 대한 대조도(contrast)가 우수하여 뼈, 근육, 인대, 힘줄 및 연골 등의 근골격계에 대한 진단에 유용하게 이용되고 있다.Magnetic Resonance Imaging (MRI) is a representative medical image that can obtain non-invasive and high-quality images of the inside of the human body. Accordingly, it is used for diagnosis of various diseases or disorders, and in particular, it is useful for diagnosis of musculoskeletal systems such as bones, muscles, ligaments, tendons and cartilage due to excellent contrast with respect to soft tissues.

그리고 MRI를 이용하여 T1, T2 또는 T* 2 이완 특성과 같은 인체의 정량적 조직 특성을 나타내어 진단 정보를 제공하는 자기 공명 파라미터 맵(Magnetic Resonance Parameter Maps: 이하 MR 파라미터 맵)(또는 자기 공명 특성 상수라고도 함)을 획득할 수 있다. MR 파라미터 맵은 환자의 질병 진단에 관한 유용한 정보를 제공하기 때문에 정밀 의학에서 사용될 수 있다.And magnetic resonance parameter maps (hereinafter referred to as MR parameter maps) that provide diagnostic information by indicating quantitative tissue characteristics of the human body such as T 1 , T 2 or T * 2 relaxation characteristics using MRI (or magnetic resonance characteristics) Also called constant) can be obtained. MR parameter maps can be used in precision medicine because they provide useful information about a patient's disease diagnosis.

MR 파라미터 맵을 획득하기 위한 기존의 방법으로는 T1 맵 재구성을 위한 반전 복구(inversion recovery), 룩-로커(look-locker) 및 VFA (variable flip angle) 방법 등이 제안되었고, T2 맵 재구성을 위한 다중 에코 스핀 에코(multi-echo spin-echo) 방법이 제안되었으며, T* 2 맵 재구성을 위한 다중 에코 그래디언트 에코(multi-echo gradient-echo) 방법과 같은 몇 가지 방법이 제안되었다.A conventional method for obtaining the MR parameter map is reverse recovery (inversion recovery), look for a reorganization T 1 map-been proposed such as the rocker (look-locker) and VFA (variable flip angle) method, reconstruction T 2 map A multi-echo spin-echo method has been proposed for , and several methods such as a multi-echo gradient-echo method for T * 2 map reconstruction have been proposed.

그러나 기존의 방법들은 정량적 MR 파라미터 맵을 획득하기 위해, 서로 상이한 스캔 파라미터를 적용하여 반복적으로 MRI 스캔 작업을 수행해야 하므로 스캔 시간이 증가한다. 그리고 스캔 시간이 길어지게 되면, 환자의 불편함을 유발할 뿐만 아니라 재구성된 이미지에서 모션 관련 아티팩트가 발생할 가능성이 높아지므로 실제 임상 프로토콜에는 정량적 MR 파라미터 맵이 용이하게 적용되지 못한다는 한계가 있다.However, the existing methods have to repeatedly perform an MRI scan by applying different scan parameters in order to obtain a quantitative MR parameter map, so that the scan time increases. In addition, if the scan time becomes longer, it not only causes patient discomfort, but also increases the possibility of motion-related artifacts in the reconstructed image, so there is a limitation in that quantitative MR parameter maps cannot be easily applied to actual clinical protocols.

한국 등록 특허 제10-1886575호 (2018.08.01 등록)Korean Patent Registration No. 10-1886575 (Registered on August 1, 2018)

본 발명의 목적은 과소 샘플링된 k-공간 데이터로부터 고화질의 MR 파라미터 맵을 재구성하기 위한 자기 공명 파라미터 맵 재구성 장치 및 방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a magnetic resonance parameter map reconstruction apparatus and method for reconstructing a high-quality MR parameter map from undersampled k-space data.

본 발명의 다른 목적은 인공 신경망과 모델 기반 데이터 유지 기법을 이용하여 고속으로 MR 파라미터 맵을 재구성할 수 있는 자기 공명 파라미터 맵 재구성 장치 및 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide an apparatus and method for reconstructing a magnetic resonance parameter map capable of reconstructing an MR parameter map at high speed using an artificial neural network and a model-based data maintenance technique.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 공명 파라미터 맵 재구성 장치는 기지정된 시퀀스에 따라 과소 샘플링되어 획득된 k-공간 데이터를 인가받아 기지정된 방식으로 희소 MR 대조도 영상으로 변환하고, 미리 학습된 패턴 추정 방식에 따라 희소 MR 대조도 영상의 패턴을 추정하여 초기 MR 파라미터 맵을 획득하는 초기 파라미터 매핑부; 기지정된 기준 MR 파라미터 맵과 재구성이 요구되는 요구 MR 파라미터 맵 사이의 관계가 모델링된 MR 신호 모델이 미리 저장되는 MR 신호 모델링부; 및 상기 초기 MR 파라미터 맵 또는 이전 재구성된 재구성 MR 파라미터 맵을 인가받아 미리 학습된 패턴 추정 방식에 따라 아티팩트를 제거하고, 아티팩트가 제거된 MR 파라미터 맵을 상기 MR 신호 모델에 따라 재구성하여, 재구성 MR 파라미터 맵을 획득하며, 획득되는 재구성 MR 파라미터 맵이 기지정된 조건을 만족할 때까지 재구성을 반복하는 파라미터 맵 재구성부를 포함한다.The magnetic resonance parameter map reconstruction apparatus according to an embodiment of the present invention for achieving the above object receives k-space data obtained by under-sampled according to a predetermined sequence and converts it into a sparse MR contrast image in a predetermined manner, , an initial parameter mapping unit configured to obtain an initial MR parameter map by estimating a pattern of a sparse MR contrast image according to a pre-learned pattern estimation method; an MR signal modeling unit storing in advance an MR signal model in which a relationship between a predetermined reference MR parameter map and a required MR parameter map requiring reconstruction is modeled; and the initial MR parameter map or the previously reconstructed reconstructed MR parameter map is applied, artifacts are removed according to a pre-learned pattern estimation method, and the artifact-removed MR parameter map is reconstructed according to the MR signal model, reconstructed MR parameters and a parameter map reconstruction unit that acquires a map and repeats reconstruction until the obtained reconstruction MR parameter map satisfies a predetermined condition.

상기 파라미터 맵 재구성부는 미리 학습된 인공 신경망으로 구현되어 초기 MR 파라미터 맵 또는 이전 재구성된 재구성 MR 파라미터 맵을 인가받고, 인가된 초기 MR 파라미터 맵 또는 이전 재구성된 재구성 MR 파라미터 맵에서 학습된 패턴 추정 방식에 따라 앨리어싱 아티팩트를 제거하여 MR 파라미터 맵을 재구성하는 학습 기반 재구성부; 아티팩트가 제거된 MR 파라미터 맵을 인가받고, 아티팩트가 제거된 MR 파라미터 맵의 데이터 관계가 MR 신호 모델에 따라 유지되도록 MR 파라미터 맵을 재구성하는 모델 기반 재구성부; 및 재구성된 재구성 MR 파라미터 맵이 기지정된 조건을 만족하는지 판별하여 반복하는 것으로 판별되면, 재구성된 재구성 MR 파라미터 맵을 상기 모델 기반 재구성부로 전달하는 반복 판별부를 포함할 수 있다.The parameter map reconstruction unit is implemented as a pre-trained artificial neural network to receive an initial MR parameter map or a previously reconstructed reconstructed MR parameter map, and a pattern estimation method learned from the applied initial MR parameter map or the previously reconstructed reconstructed MR parameter map. a learning-based reconstruction unit that reconstructs the MR parameter map by removing aliasing artifacts accordingly; a model-based reconstruction unit that receives the artifact-removed MR parameter map and reconstructs the MR parameter map so that a data relationship of the artifact-free MR parameter map is maintained according to the MR signal model; and a repetition determining unit that transmits the reconstructed reconstructed MR parameter map to the model-based reconstruction unit when it is determined that the reconstructed reconstructed MR parameter map satisfies a predetermined condition to be repeated.

상기 학습 기반 재구성부는 인가된 초기 MR 파라미터 맵 또는 이전 재구성된 재구성 MR 파라미터 맵을 상기 기준 MR 파라미터 맵과 요구되는 적어도 하나의 요구 MR 파라미터 맵으로 구분하여, 상기 기준 MR 파라미터 맵 또는 상기 적어도 하나의 요구 MR 파라미터 맵 중 대응하는 MR 파라미터 맵의 아티팩트를 제거하는 다수의 신경망; 및 상기 다수의 신경망의 출력을 결합하여 출력하는 결합부를 포함할 수 있다.The learning-based reconstruction unit divides the applied initial MR parameter map or the previously reconstructed reconstructed MR parameter map into the reference MR parameter map and at least one required MR parameter map, the reference MR parameter map or the at least one request a plurality of neural networks for removing artifacts of corresponding MR parameter maps in the MR parameter maps; and a combiner for combining and outputting the outputs of the plurality of neural networks.

상기 모델 기반 재구성부는 상기 MR 신호 모델과 상기 k-공간 데이터와 함께 상기 k-공간 데이터를 획득하기 위해 이용된 시퀀스를 수행하기 위해 지정된 파라미터인 코일 민감도 맵, 무선주파수 전송 필드 맵을 적용하여, MR 파라미터 맵을 재구성할 수 있다.The model-based reconstruction unit applies a coil sensitivity map and a radio frequency transmission field map, which are parameters specified for performing a sequence used to obtain the k-space data together with the MR signal model and the k-space data, to obtain MR The parameter map can be reconstructed.

상기 반복 판별부는 반복하여 재구성되는 재구성 MR 파라미터 맵이 수렴하는 것으로 판별되거나, 현재 획득된 재구성 MR 파라미터 맵과 이전 재구성 MR 파라미터 맵 사이의 차이가 기지정된 기준값 미만이면 현재 재구성 MR 파라미터 맵을 출력할 수 있다.The iterative determination unit may output the current reconstructed MR parameter map if it is determined that the iteratively reconstructed reconstructed reconstructed MR parameter map converges, or the difference between the currently acquired reconstructed MR parameter map and the previous reconstructed MR parameter map is less than a predetermined reference value. there is.

상기 초기 파라미터 매핑부는 상기 k-공간 데이터를 인가받아 기지정된 방식에 따라 상기 k-공간 데이터에서 누락된 데이터에 대응하는 영역을 0으로 채워 상기 희소 MR 대조도 영상으로 변환하는 파라미터 맵 변환부; 및 인공 신경망으로 구현되어 희소 MR 대조도 영상에서 미리 학습된 패턴 추정 방식에 따라 상기 초기 MR 파라미터 맵을 획득하는 초기 파라미터 맵 획득부를 포함할 수 있다.The initial parameter mapping unit may include: a parameter map conversion unit that receives the k-space data and converts it into the sparse MR contrast image by filling a region corresponding to the missing data in the k-space data with 0 according to a predetermined method; and an initial parameter map acquisition unit implemented as an artificial neural network to acquire the initial MR parameter map according to a pattern estimation method previously learned from a sparse MR contrast image.

상기 초기 파라미터 맵 획득부는 상기 기준 MR 파라미터 맵과 상기 요구 MR 파라미터 맵을 포함하는 초기 MR 파라미터 맵을 획득할 수 있다.The initial parameter map obtaining unit may obtain an initial MR parameter map including the reference MR parameter map and the requested MR parameter map.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 자기 공명 파라미터 맵 재구성 방법은 기지정된 시퀀스에 따라 과소 샘플링되어 획득된 k-공간 데이터를 인가받아 기지정된 방식으로 희소 MR 대조도 영상으로 변환하고, 미리 학습된 패턴 추정 방식에 따라 희소 MR 대조도 영상의 패턴을 추정하여 초기 MR 파라미터 맵을 획득하는 단계; 상기 초기 MR 파라미터 맵 또는 이전 재구성된 재구성 MR 파라미터 맵을 인가받아 미리 학습된 패턴 추정 방식에 따라 아티팩트를 제거하고, 아티팩트가 제거된 MR 파라미터 맵을 기지정된 기준 MR 파라미터 맵과 재구성이 요구되는 요구 MR 파라미터 맵 사이의 관계가 모델링된 MR 신호 모델에 따라 재구성하여, 재구성 MR 파라미터 맵을 획득하며, 획득되는 재구성 MR 파라미터 맵이 기지정된 조건을 만족할 때까지 재구성을 반복하는 단계를 포함한다.In a magnetic resonance parameter map reconstruction method according to another embodiment of the present invention for achieving the above other object, k-space data obtained by under-sampling according to a predetermined sequence is applied and converted into a sparse MR contrast image in a predetermined manner. and obtaining an initial MR parameter map by estimating a pattern of a sparse MR contrast image according to a pre-learned pattern estimation method; The initial MR parameter map or the previously reconstructed reconstructed MR parameter map is received, artifacts are removed according to a pre-learned pattern estimation method, and the artifact-removed MR parameter map is combined with a predetermined reference MR parameter map and the required MR that requires reconstruction. reconstructing the relationship between the parameter maps according to the modeled MR signal model to obtain a reconstructed MR parameter map, and repeating the reconstruction until the obtained reconstructed MR parameter map satisfies a predetermined condition.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 자기 공명 파라미터 맵 재구성 장치 및 방법은 목적은 인공 신경망과 모델 기반 데이터 유지 기법을 이용하여, 짧은 시간 동안 과소 샘플링되어 획득된 k-공간 데이터로부터 고화질의 MR 파라미터 맵을 재구성할 수 있어, 촬영 시간을 단축시켜 환자의 편의성을 크게 향상시킬 수 있으며, 촬영 비용을 저감할 수 있을 뿐만 아니라 촬영 시간 차 등에 의해 발생되는 다양한 오차를 저감시킬 수 있다.Therefore, an apparatus and method for reconstructing a magnetic resonance parameter map according to an embodiment of the present invention is to use an artificial neural network and a model-based data retention technique to obtain a high-quality MR parameter map from k-space data obtained by under-sampling for a short time. can be reconstructed, shortening the imaging time, greatly improving patient convenience, and reducing imaging costs as well as various errors caused by a difference in imaging time.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 공명 파라미터 맵 재구성 장치의 개략적 구조를 나타낸다.
도 2는 도 1의 자기 공명 파라미터 맵 재구성 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 1의 초기 파라미터 맵 획득부를 구성하는 인공 신경망의 일 예를 나타낸다.
도 4는 도 1의 학습 기반 재구성부를 구성하는 인공 신경망의 일 예를 나타낸다.
도 5는 도 4의 학습 기반 재구성부를 포함하는 파라미터 맵 재구성부의 상세 구성을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 공명 파라미터 맵 재구성 방법을 설명하기 위한 도면이다.
1 shows a schematic structure of an apparatus for reconstructing a magnetic resonance parameter map according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view for explaining the operation of the magnetic resonance parameter map reconstruction apparatus of FIG. 1 .
FIG. 3 shows an example of an artificial neural network constituting the initial parameter map acquisition unit of FIG. 1 .
4 shows an example of an artificial neural network constituting the learning-based reconstruction unit of FIG. 1 .
FIG. 5 shows a detailed configuration of a parameter map reconstruction unit including the learning-based reconstruction unit of FIG. 4 .
6 is a diagram for explaining a method for reconstructing a magnetic resonance parameter map according to an embodiment of the present invention.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다. In order to fully understand the present invention, the operational advantages of the present invention, and the objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings illustrating preferred embodiments of the present invention and the contents described in the accompanying drawings.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다. Hereinafter, the present invention will be described in detail by describing preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. However, the present invention may be embodied in various different forms, and is not limited to the described embodiments. In addition, in order to clearly describe the present invention, parts irrelevant to the description are omitted, and the same reference numerals in the drawings indicate the same members.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "...기", "모듈", "블록" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. Throughout the specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included, rather than excluding other components unless otherwise stated. In addition, terms such as "... unit", "... group", "module", and "block" described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which is hardware, software, or hardware. and a combination of software.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 공명 파라미터 맵 재구성 장치의 개략적 구조를 나타내고, 도 2는 도 1의 자기 공명 파라미터 맵 재구성 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.1 shows a schematic structure of an apparatus for reconstructing a magnetic resonance parameter map according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a view for explaining an operation of the apparatus for reconstructing a magnetic resonance parameter map of FIG. 1 .

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 자기 공명 파라미터 맵 재구성 장치는 데이터 획득부(100), 초기 파라미터 매핑부(200), 파라미터 맵 재구성부(300), MR 신호 모델링부(400)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , the magnetic resonance parameter map reconstruction apparatus according to the present embodiment includes a data acquisition unit 100 , an initial parameter mapping unit 200 , a parameter map reconstruction unit 300 , and an MR signal modeling unit 400 . can do.

데이터 획득부(100)는 MRI 장치를 이용하여, MR 파라미터 맵에 대응하는 기지정된 시퀀스(sequence)에 따라 촬영 대상에 대해 촬영하여 과소 샘플링된 다채널 k-공간 데이터(b)를 획득한다. 초기 파라미터 매핑부(200)는 과소 샘플링된 다채널 k-공간 데이터(b)를 기지정된 방식으로 변환하여 희소 MR 대조도 영상(H*b)을 획득하고, 미리 학습된 패턴 추정 방식에 따라 획득된 희소 MR 대조도 영상(H*b)으로부터 초기 MR 파라미터 맵(x0)을 획득한다. 그리고 파라미터 맵 재구성부(300)는 미리 학습된 패턴 추정 방식과 기지정된 자기 공명 신호 모델(이하 MR 신호 모델)에 따라 초기 MR 파라미터 맵(x0) 또는 이전 획득된 MR 파라미터 맵(xk)의 앨리어싱 아티팩트(aliasing artifacts)나 노이즈등과 같은 아티팩트를 제거하고, 아티팩트가 제거된 MR 파라미터 맵(DR(xk))을 MR 신호 모델을 기반으로 재구성하는 과정을 반복하여 재구성된 MR 파라미터 맵(xk+1)을 출력한다.The data acquisition unit 100 acquires undersampled multi-channel k-space data (b) by imaging an imaging target according to a predetermined sequence corresponding to the MR parameter map using the MRI apparatus. The initial parameter mapping unit 200 obtains a sparse MR contrast image (H * b) by transforming the undersampled multi-channel k-space data (b) in a predetermined method, and obtains it according to a pre-learned pattern estimation method An initial MR parameter map (x 0 ) is obtained from the sparse MR contrast image (H * b). And the parameter map reconstruction unit 300 according to the pre-learned pattern estimation method and a predetermined magnetic resonance signal model (hereinafter referred to as MR signal model) the initial MR parameter map (x 0 ) or the previously obtained MR parameter map (x k ) of aliasing artifacts (aliasing artifacts) and the MR parameter map reconstructed by repeating the process of removing artifacts, such as noise or the like, and reconstruct the MR parameter map the artifact is removed (D R (x k)) based on the MR signal model ( x k+1 ).

도 1의 자기 공명 파라미터 맵 재구성 장치의 각 구성을 도 2를 참조하여 상세하게 설명하면, 우선 데이터 획득부(100)는 자기 공명 영상 장치(이하 MRI 장치)로 구현되어 기지정된 다양한 시퀀스 이용하여, 과소 샘플링(undersampling)된 k-공간 데이터(k-space data)(b)를 획득한다. 데이터 획득부(100)는 MR 파라미터 맵의 스캔 시간을 줄이기 위해, k 공간에 대한 모든 데이터를 획득하는 대신 나이퀴스트 비율(Nyquist rate)보다 낮은 주파수로 샘플링하여 과소 샘플링된 k-공간 데이터(b)를 획득할 수 있다. 또한 데이터 획득부(100)는 MRI 장치의 다중 코일(multi-coil)을 통해 감지되는 신호를 기반으로, 과소 샘플링된 다채널 k-공간 데이터(multi-channel k-space data)를 획득할 수 있다.Each configuration of the magnetic resonance parameter map reconstruction apparatus of FIG. 1 will be described in detail with reference to FIG. 2 . First, the data acquisition unit 100 is implemented as a magnetic resonance imaging apparatus (hereinafter referred to as an MRI apparatus) and uses various predetermined sequences, Undersampling k-space data (b) is obtained. In order to reduce the scan time of the MR parameter map, the data acquisition unit 100 samples the undersampled k-space data (b) at a frequency lower than the Nyquist rate instead of acquiring all data for the k-space. ) can be obtained. Also, the data acquisition unit 100 may acquire undersampled multi-channel k-space data based on a signal sensed through a multi-coil of the MRI apparatus. .

도 2에서는 데이터 획득부(100)가 다양한 MR 파라미터 맵 중 VFA (variable flip angle) MR 신호 모델에 따라 획득되는 스포일드 그래디언트 에코(Spoiled gradient echo: 이하 SPGR) T1(T1 SPGR) k-공간 데이터를 일 예로 도시하였다. 여기서 SPGR T1 k-공간 데이터(b)는 도 2에 도시된 바와 같이, 다수의 스캔 횟수(n)에서 서로 다른 플립 각도(α1 ~ αn) 각각에 대해 다중 코일을 통해 획득된 다채널 k-공간 데이터로 나타나며, 과소 샘플링됨에 따라 k-공간 데이터 각각에는 누락된 데이터(또는 미싱 데이터(Missing data))가 발생하여 누락된 라인 또는 영역이 발생됨을 알 수 있다. In FIG. 2 , a spoiled gradient echo (SPGR) T 1 (T 1 SPGR) k-space obtained by the data acquisition unit 100 according to a variable flip angle (VFA) MR signal model among various MR parameter maps. Data is shown as an example. Here, the SPGR T 1 k-spatial data (b) is multi-channel obtained through multiple coils for different flip angles (α 1 to α n ) at a plurality of scan times (n), respectively, as shown in FIG. 2 . It appears as k-space data, and it can be seen that missing data (or missing data) is generated in each of the k-space data as the undersampling is performed, thereby generating a missing line or region.

초기 파라미터 매핑부(200)는 과소 샘플링된 다채널 k-공간 데이터(b)를 희소 MR 대조도 영상(H*b)으로 변환하고, 변환된 희소 MR 대조도 영상(H*b)으로부터 미리 학습된 패턴 추정 방식에 따라 초기 MR 파라미터 맵(x0)을 획득한다.The initial parameter mapping unit 200 converts the undersampled multi-channel k-space data (b) into a sparse MR contrast image (H * b), and learns in advance from the transformed sparse MR contrast image (H * b) An initial MR parameter map (x 0 ) is obtained according to the obtained pattern estimation method.

초기 파라미터 매핑부(200)는 대조도 영상 변환부(210) 및 초기 파라미터 맵 획득부(220)를 포함할 수 있다.The initial parameter mapping unit 200 may include a contrast image converting unit 210 and an initial parameter map obtaining unit 220 .

대조도 영상 변환부(210)는 데이터 획득부(100)에서 획득된 과소 샘플링된 다채널 k-공간 데이터(b)를 인가받고, 인가된 과소 샘플링된 k-공간 데이터(b)를 역 푸리에 변환 등의 기지정된 변환 기법에 따라 변환하여 희소 MR 대조도 영상(H*b)을 획득한다. 이 때, 희소 MR 대조도 영상(H*b)은 과소 샘플링된 다채널 k-공간 데이터(b)를 변환함에 따라 k-공간에서 샘플링 되지 않은 데이터가 0으로 채워진(Zero-filled) 영상이다.The contrast image conversion unit 210 receives the undersampled multi-channel k-space data (b) obtained by the data acquisition unit 100, and performs an inverse Fourier transform on the applied undersampled k-space data (b). A sparse MR contrast image (H * b) is obtained by transforming according to a predetermined transformation technique such as et al. In this case, the sparse MR contrast image (H * b) is an image in which unsampled data in k-space is zero-filled as the undersampled multi-channel k-space data (b) is transformed.

그리고 대조도 영상 변환부(210)는 데이터 획득부(100)에서 설정된 파라미터 중 다중 코일(multi-coil)의 민감도를 나타내는 코일 민감도 맵(coil sensitivity maps)(C)을 적용하여 과소 샘플링된 다채널 k-공간 데이터(b)로부터 정밀한 희소 MR 대조도 영상(H*b)을 획득할 수 있다.In addition, the contrast image conversion unit 210 applies coil sensitivity maps (C) indicating the sensitivity of multi-coils among the parameters set by the data acquisition unit 100 to undersampled multi-channels. A precise sparse MR contrast image (H * b) can be obtained from the k-space data (b).

도 2에서는 획득되는 희소 MR 대조도 영상(H*b)이 SPGR T1 k-공간 데이터(b)를 변환하여 획득되므로, SPGR T1 파라미터 맵으로 표현되어 있다.In FIG. 2 , since the obtained sparse MR contrast image (H * b) is obtained by transforming the SPGR T 1 k-space data (b), it is expressed as an SPGR T 1 parameter map.

초기 파라미터 맵 획득부(220)는 미리 학습된 패턴 추정 방식에 따라 대조도 영상 변환부(210)에서 획득된 희소 MR 대조도 영상(H*b)의 패턴을 추정하여, 초기 MR 파라미터 맵(x0 또는 xk=0)을 획득한다. 초기 파라미터 맵 획득부(220)는 도 2에 도시된 바와 같이, CNN 등의 패턴 추정 방식이 미리 학습된 인공 신경망으로 구현될 수 있다.The initial parameter map obtaining unit 220 estimates the pattern of the sparse MR contrast image (H * b) obtained by the contrast image conversion unit 210 according to a pre-learned pattern estimation method, and the initial MR parameter map (x 0 or x k=0 ). As shown in FIG. 2 , the initial parameter map acquisition unit 220 may be implemented as an artificial neural network in which a pattern estimation method such as CNN has been previously learned.

그리고 초기 파라미터 맵 획득부(220)가 획득하는 초기 MR 파라미터 맵(x0)은 k-공간 데이터(b)를 획득하는 시퀀스에 대응하는 MR 파라미터 맵과 다른 종류의 적어도 하나 MR 파라미터 맵이 결합된 형태 또는 서로 다른 MR 파라미터 맵 사이의 관계를 나타내는 맵핑 맵 형태로 획득될 수 있다. 일 예로 여기서는 초기 MR 파라미터 맵(x0)이 k-공간 데이터(b)를 획득하는 시퀀스에 대응하여 요구되는 T1 MR 파라미터 맵과 이와 상이한 M0 MR 파라미터 맵이 결합된 경우를 가정하여 도시하였다. 여기서, T1 MR 파라미터 맵은 요구되는 MR 파라미터 맵으로서 요구 MR 파라미터 맵이라고 할 수 있고, M0 MR 파라미터 맵은 가장 기본이 되는 MR 파라미터 맵으로, 후술하는 MR 신호 모델(S)에 따른 MR 파라미터 맵 간의 관계를 유지하도록 하기 위한 기준 MR 파라미터 맵이라고 할 수 있다. 도 2에서는 일 예로 초기 MR 파라미터 맵(x0)에서 T1과 M0의 2개의 MR 파라미터 맵이 획득되는 것으로 도시하였으나, T2, T2 * 과 같은 다른 MR 파라미터 맵이 획득되거나, 다수의 MR 파라미터 맵이 획득되도록 구성될 수도 있다. In addition, the initial MR parameter map x 0 obtained by the initial parameter map acquisition unit 220 is an MR parameter map corresponding to a sequence for acquiring k-space data b and at least one MR parameter map of a different type. It may be obtained in the form of a mapping map indicating a shape or a relationship between different MR parameter maps. As an example, here, it is assumed that the initial MR parameter map (x 0 ) is combined with a T 1 MR parameter map required in response to a sequence for acquiring k-space data (b) and a different M 0 MR parameter map. . Here, the T 1 MR parameter map is a required MR parameter map and may be referred to as a required MR parameter map, and the M 0 MR parameter map is the most basic MR parameter map, and an MR parameter according to an MR signal model (S) to be described later It may be referred to as a reference MR parameter map for maintaining a relationship between maps. In FIG. 2 , as an example, two MR parameter maps of T 1 and M 0 are obtained from the initial MR parameter map (x 0 ), but other MR parameter maps such as T 2 and T 2 * are obtained, or a plurality of An MR parameter map may be configured to be obtained.

한편 파라미터 맵 재구성부(300)는 미리 학습된 패턴 추정 방식에 기반하여 아티팩트를 제거하고, 기지정된 MR 신호 모델에 따라 요구 MR 파라미터 맵과 기준 MR 파라미터 맵 사이의 관계가 유지되도록 재구성하는 과정을 반복하여 재구성된 MR 파라미터 맵(xk+1)을 출력한다. 파라미터 맵 재구성부(300)는 학습 기반 재구성부(310), 모델 기반 재구성부(320) 및 반복 판별부(330)를 포함할 수 있다.Meanwhile, the parameter map reconstruction unit 300 removes artifacts based on the pre-learned pattern estimation method, and repeats the process of reconstructing so that the relationship between the required MR parameter map and the reference MR parameter map is maintained according to a predetermined MR signal model. to output the reconstructed MR parameter map (x k+1). The parameter map reconstruction unit 300 may include a learning-based reconstruction unit 310 , a model-based reconstruction unit 320 , and an iteration determining unit 330 .

학습 기반 재구성부(310)는 초기 파라미터 맵 획득부(220)에서 획득된 초기 MR 파라미터 맵(x0) 또는 이전 재구성된 MR 파라미터 맵(xk)을 인가받고, 인가된 초기 MR 파라미터 맵(x0) 또는 이전 재구성된 MR 파라미터 맵(xk)에서 미리 학습된 패턴 추정 방식에 따라 아티팩트를 제거한다. 이때, 학습 기반 재구성부(310)는 초기 MR 파라미터 맵(x0) 또는 이전 재구성된 MR 파라미터 맵(xk)을 구성하는 요구 MR 파라미터 맵과 기준 MR 파라미터 맵을 구분하고, 구분된 요구 MR 파라미터 맵과 기준 MR 파라미터 맵 각각에서 아티팩트를 제거한 후 다시 결합하여 출력할 수 있다.The learning-based reconstruction unit 310 receives the initial MR parameter map (x 0 ) or the previously reconstructed MR parameter map (x k ) obtained by the initial parameter map obtainer 220 , and receives the applied initial MR parameter map (x k ). 0 ) or the previously reconstructed MR parameter map (x k ) to remove artifacts according to a pre-learned pattern estimation scheme. At this time, the learning-based reconstruction unit 310 distinguishes the required MR parameter map and the reference MR parameter map constituting the initial MR parameter map (x 0 ) or the previously reconstructed MR parameter map (x k ), and divides the required MR parameter After removing artifacts from each of the map and the reference MR parameter map, they can be combined and output.

그리고 모델 기반 재구성부(320)는 아티팩트가 제거된 MR 파라미터 맵(DR(xk))을 인가받고, 데이터 획득부(100)에서 획득된 과소 샘플링된 k-공간 데이터(b)와 데이터 획득부(100)에 설정된 파라미터들(C, B1 +) 및 MR 신호 모델링부(400)에서 모델링된 MR 신호 모델(S)을 기반으로 아티팩트가 제거된 MR 파라미터 맵(DR(xk))을 재구성하여, 재구성 MR 파라미터 맵(xk+1)을 획득한다.Then, the model-based reconstruction unit 320 receives the artifact-removed MR parameter map D R (x k ), and acquires the undersampled k-space data (b) and the data obtained by the data acquisition unit 100 . part of the parameters set on the (100) (C, B 1 +) and the MR signal modeling unit 400, the MR parameter map (D R (x k)), the artifacts are removed based on the MR signal model (s) model in by reconstructing to obtain a reconstructed MR parameter map (x k+1 ).

여기서 학습 기반 재구성부(310)가 초기 MR 파라미터 맵(x0)에 포함된 아티팩트를 제거하는 것은 초기 파라미터 맵 획득부(220)는 희소 MR 대조도 영상(H*b)의 여백 공간을 추정하여 초기 MR 파라미터 맵(x0)을 획득하므로, 획득된 초기 MR 파라미터 맵(x0)에는 다수의 아티팩트가 포함되기 때문이고, 이전 재구성된 MR 파라미터 맵(xk)에서 아티팩트를 제거하는 것은 반복적으로 아티팩트를 제거하여 MR 파라미터 맵의 품질을 개선하기 위해서일 뿐만 아니라, 모델 기반 재구성부(320)에 의해 MR 파라미터 맵(DR(xk))이 재구성되는 과정에서 아티팩트가 추가적으로 발생할 수 있기 때문이다. 뿐만 아니라 학습 기반 재구성부(310)가 아티팩트를 제거함으로써, 모델 기반 재구성부(320)가 더욱 용이하게 MR 파라미터 맵(DR(xk))을 재구성할 수 있도록 하기 위함이다.Here, the learning-based reconstruction unit 310 removes artifacts included in the initial MR parameter map (x 0 ) by estimating the blank space of the sparse MR contrast image (H * b) by the initial parameter map acquisition unit 220 . Since the initial MR parameter map (x 0 ) is obtained, the obtained initial MR parameter map (x 0 ) includes a large number of artifacts, and removing artifacts from the previously reconstructed MR parameter map (x k ) is iteratively this is because by removing the artifact as well as to improve the quality of the MR parameter map, artifacts may additionally occur in the process of reconfiguring the MR parameter map (D R (x k)) by the model-based reconstruction unit 320 . Not only is it intended to be able to reconstruct a learning-based reconstruction unit 310 by removing the artifact, the model-based reconstruction unit 320 is more easily MR parameter map (D R (x k)).

그리고 모델 기반 재구성부(320)가 MR 신호 모델링부(400)에서 인가되는 MR 신호 모델(S)을 기반으로 MR 파라미터 맵(DR(xk))을 재구성하는 것은 k-공간 데이터를 획득하는 MR 시퀀스에 따른 요구 MR 파라미터 맵과 기준 MR 파라미터 맵이 서로 MR 신호 모델(S)에 따른 데이터 관계를 유지하면서 재구성 MR 파라미터 맵(xk+1)을 획득하기 위해서이다.And a model-based reconstruction unit 320 is reconstructing the MR parameter map (D R (x k)) based on the MR signal model (S) being applied to the MR signal modeling unit (400) for obtaining the k- space data This is to obtain a reconstructed MR parameter map (x k+1 ) while the required MR parameter map according to the MR sequence and the reference MR parameter map maintain a data relationship according to the MR signal model S.

한편 반복 판별부(330)는 모델 기반 재구성부(320)에서 획득된 재구성 MR 파라미터 맵(xk+1)을 다시 학습 기반 재구성부(310)로 인가할지 여부를 판별한다. 비록 학습 기반 재구성부(310)에서 아티팩트가 제거되고, 모델 기반 재구성부(320)에서 재구성되어 재구성 MR 파라미터 맵(xk+1)이 획득될지라도, 단지 1회의 아티팩트의 제거 및 재구성만으로는 요구되는 수준의 고화질 MR 파라미터 맵을 획득하기 어렵다. 이에 반복 판별부(330)는 재구성 MR 파라미터 맵(xk+1)을 분석하여, 재구성 MR 파라미터 맵(xk+1)을 학습 기반 재구성부(310)로 반복하여 인가할지 여부를 판별한다. 이때 반복 판별부(330)는 미리 지정된 조건에 따라 반복 여부를 판별할 수 있다. 일 예로 반복 판별부(330)는 모델 기반 재구성부(320)에서 인가되는 재구성 MR 파라미터 맵이 수렴할 때까지 재구성 MR 파라미터 맵(xk+1)을 학습 기반 재구성부(310)로 반복하여 인가할 수 있다. 다만 재구성 MR 파라미터 맵이 완전히 수렴하기에는 매우 오랜 시간이 소요될 수 있으므로, 반복 판별부(330)는 현재 획득된 재구성 MR 파라미터 맵(xk+1)과 이전 획득된 재구성 MR 파라미터 맵(xk) 사이의 차이가 기지정된 기준값 이상이면 재구성 MR 파라미터 맵(xk+1)을 학습 기반 재구성부(310)로 인가하는 과정을 반복하고, 기준값 미만이면 획득된 재구성 MR 파라미터 맵(xk+1)을 출력하도록 구성될 수도 있다.Meanwhile, the iteration determining unit 330 determines whether to apply the reconstruction MR parameter map (x k+1 ) obtained from the model-based reconstruction unit 320 again to the learning-based reconstruction unit 310 . Although the artifacts are removed in the learning-based reconstruction unit 310 and reconstructed in the model-based reconstruction unit 320 to obtain the reconstruction MR parameter map (x k+1 ), only one time of removal and reconstruction of the artifacts is required. It is difficult to obtain high-quality MR parameter maps. The repeat the determining unit 330 determines whether or not by analyzing the reconstructed MR parameter map (x k + 1), reconstructed MR parameter map (x k + 1) to what is applied repeatedly to a learning-based reconstruction unit (310). In this case, the repetition determining unit 330 may determine whether to repeat according to a predetermined condition. For example, the iteration determining unit 330 repeatedly applies the reconstructed MR parameter map (x k+1 ) to the learning-based reconstructor 310 until the reconstructed MR parameter map applied from the model-based reconstructor 320 converges. can do. However, since it may take a very long time for the reconstructed MR parameter map to completely converge, the iterative determining unit 330 may determine between the currently obtained reconstructed MR parameter map (x k+1 ) and the previously obtained reconstructed MR parameter map (x k ). If the difference of is greater than or equal to a predetermined reference value, the process of applying the reconstruction MR parameter map (x k+1 ) to the learning-based reconstruction unit 310 is repeated, and if it is less than the reference value, the obtained reconstruction MR parameter map (x k+1 ) It may be configured to output.

여기서 파라미터 맵 재구성부(300)는 반복 경사 하강법(iterative gradient descent)에 기반하여, 반복적으로 재구성 MR 파라미터 맵(xk+1)을 획득할 수 있다.Here, the parameter map reconstruction unit 300 may iteratively obtain a reconstructed MR parameter map (x k+1) based on iterative gradient descent.

MR 신호 모델링부(400)는 재구성이 요구되는 MR 파라미터 맵에 대응하는 MR 신호 모델(S)을 저장한다. 여기서는 요구 MR 파라미터 맵으로서 T1 맵을 획득하기 위해 SPGR 이미지를 획득하는 VFA 모델을 이용하는 경우를 가정하였으므로, MR 신호 모델링부(400)는 T1 맵핑에 대응하여 T1과 M0 를 매개변수로 하는 MR 신호 모델(S)을 미리 획득하여 저장할 수 있다.The MR signal modeling unit 400 stores the MR signal model S corresponding to the MR parameter map requiring reconstruction. Here, required of the MR parameter map hayeoteumeuro the case of using the VFA model for obtaining SPGR image to obtain a T 1 map home, MR signal modeling unit 400 is to T 1 and the M 0 parameter corresponding to T 1 mapping It is possible to obtain and store the MR signal model (S) in advance.

이하에서는 도 1의 MR 파라미터 맵 재구성 장치의 목적에 따른 각 구성의 동작 의미를 설명한다.Hereinafter, the operational meaning of each configuration according to the purpose of the MR parameter map reconstruction apparatus of FIG. 1 will be described.

도 1과 같은 MR 파라미터 맵 재구성 장치는 획득된 과소 샘플링된 k-공간 데이터(b)로부터 요구되는 MR 파라미터 맵(여기서는 일예로 T1 맵)(x)을 재구성하는 것을 목적으로 한다. 우선 과소 샘플링된 k-공간 데이터(b)와 MR 파라미터 맵(x) 사이의 관계를 연산자(A)를 이용하여 표현하면, 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.The MR parameter map reconstruction apparatus as shown in FIG. 1 aims to reconstruct a required MR parameter map (here, a T 1 map as an example) (x) from the acquired undersampled k-space data (b). First, if the relationship between the undersampled k-space data (b) and the MR parameter map (x) is expressed using the operator (A), it can be expressed as in Equation (1).

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서 연산자(A)는 도 1의 MR 파라미터 맵 재구성 장치가 k-공간 데이터(b)로부터 MR 파라미터 맵(x)을 획득하기 위해 이용하는 자기 공명 신호 모델(S), 코일 민감도 맵(C), 퓨리에 변환(Fourier transform) 함수(F), k-공간 샘플링 매트릭스(M)를 모두 포함하여 구성되는 함수로서 수학식 2로 표현될 수 있다.Here, the operator (A) is the magnetic resonance signal model (S), the coil sensitivity map (C), the Fourier used by the MR parameter map reconstruction apparatus of FIG. 1 to obtain the MR parameter map (x) from the k-space data (b). As a function configured to include both a Fourier transform function (F) and a k-space sampling matrix (M), it can be expressed by Equation (2).

Figure pat00002
Figure pat00002

다만 상기한 바와 같이, 데이터 획득부(100)에서 획득되는 k-공간 데이터는 과소 샘플링된 다채널 k-공간 데이터(b)이므로, 과소 샘플링된 다채널 k-공간 데이터(b)로부터 MR 파라미터 맵(x)을 재구성하는 것은 불량조건 문제 (ill-posed problem)이므로, k-공간 데이터(b)로부터 MR 파라미터 맵(x)을 재구성하기 위한 명확한 연산자(A)를 규정하기 어렵다는 한계가 있다. 이에 수학식 1의 연산자(A)를 최소 자승 문제(least-squares problem)로 접근하여, 정규화항(regularization term)(R)과 함께 최소화화는 방식으로 수학식 3으로 표현될 수 있다.However, as described above, since the k-space data obtained by the data acquisition unit 100 is undersampled multi-channel k-space data (b), the MR parameter map is obtained from the undersampled multi-channel k-space data (b). Since reconstructing (x) is an ill-posed problem, there is a limit in that it is difficult to define an explicit operator (A) for reconstructing the MR parameter map (x) from the k-space data (b). Accordingly, by approaching the operator (A) of Equation 1 as a least-squares problem, it can be expressed by Equation 3 in a way of minimizing together with a regularization term (R).

Figure pat00003
Figure pat00003

여기서 ∥∥2는 L2-norm 함수이고, λ는 데이터 일관성과 정규화항(R) 사이의 균형을 조절하기 위한 정규화 변수이다.where ≫ 2 is an L2-norm function, and λ is a regularization variable for adjusting the balance between data consistency and the regularization term (R).

일반적으로 정규화항(R)은 일 예로 웨이블릿(wavelet) 변환, 총 변이(total variation) 및 일반적 총 변이(total generalized variation) 등으로 변환된 도메인(transformed domain)에서 희소성(sparsity)을 이용하여 재구성하도록 고안된다. 그러나 이러한 사전 정의된 특징(features)을 이용하는 정규화 함수들을 이용하여 과소 샘플링된 k-공간 데이터로부터 MRI를 재구성하는 경우, 과도한 정규화로 인한 과도 평탄화(over-smoothing) 문제 또는 잔여 에일리어싱 아티팩트 문제 등으로 인해 한계가 있다.In general, the normalization term (R) is, for example, a wavelet transform, a total variation and a total generalized variation in a transformed domain to reconstruct using sparsity. is devised However, in the case of reconstructing MRI from undersampled k-space data using normalization functions using these predefined features, due to over-smoothing problems or residual aliasing artifacts due to excessive normalization, There are limits.

상기한 한계를 극복하고자, 도 1에 도시된 본 실시예에 따른 MR 파라미터 맵 재구성 장치는 학습 기반 인공 신경망을 이용한 정규화를 적용하여, 과소 샘플링 된 k-공간 데이터로부터 MR 파라미터 맵으로 재구성한다.In order to overcome the above limitation, the apparatus for reconstructing an MR parameter map according to the present embodiment shown in FIG. 1 applies regularization using a learning-based artificial neural network to reconstruct an MR parameter map from undersampled k-space data.

학습 기반 인공 신경망을 이용한 정규화항(R(x))은 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.The regularization term (R(x)) using the learning-based artificial neural network can be expressed as Equation (4).

Figure pat00004
Figure pat00004

여기서 DR(x)는 아티팩트가 제거된 MR 파라미터 맵을 획득하는 인공 신경망의 동작을 나타내는 함수이다.Here, D R (x) is a function representing the operation of the artificial neural network to obtain the artifact-free MR parameter map.

수학식 4에서 MR 파라미터 맵(x)과 아티팩트가 제거된 MR 파라미터 맵(DR(x)) 사이의 차이(subtraction)(R(x))는 잔여 에일리어싱 및 노이즈 같은 인공물을 의미한다. 따라서 수학식 4의 MR 파라미터 맵(x)과 아티팩트가 제거된 MR 파라미터 맵(DR(x)) 사이의 차로 계산되는 정규화항(R(x))을 대입하여 수학식 3을 수학식 5로 다시 표현할 수 있다. In Equation 4, the subtraction (R (x)) between the MR parameter map (x) and the de-artifacted MR parameter map (DR (x)) means artifacts such as residual aliasing and noise. Therefore, by substituting the normalization term (R (x)) is calculated as the difference between mathematical MR parameter maps of the formula 4 (x) and the MR parameter map the artifact is removed (D R (x)) for equation (3) to equation (5) can be expressed again.

Figure pat00005
Figure pat00005

그리고 수학식 5의 최소 자승 문제는 수학식 6과 같이 반복 경사 하강법에 의해 풀 수 있다.And the least-squares problem of Equation 5 can be solved by iterative gradient descent as in Equation 6.

Figure pat00006
Figure pat00006

수학식 6에서 rk 는 반복 횟수(k)에 따른 MR 파라미터 맵(xk)을 연산자(A)에 적용하여 획득되는 k-공간 데이터와 과소 샘플링된 k-공간 데이터(b) 사이의 차를 나타내며, JA 는 연산자(A)에 대한 자코비안 행렬(Jacobian matrix)로서, 수학식 7과 같이 표현될 수 있다.In Equation 6, r k denotes the difference between the k-space data obtained by applying the MR parameter map (x k ) according to the number of iterations (k) to the operator (A) and the undersampled k-space data (b). , and J A is a Jacobian matrix for the operator (A), and may be expressed as in Equation 7.

Figure pat00007
Figure pat00007

여기서 xk는 k(k = 0, … , Nk)번째 반복(iteration)일 때, 재구성된 영상, μk는 k일 때의 증감 크기(step size), αn은 n번째 플립 각도(flip angle), n은 파라미터 매핑을 위한 MRI 스캔 횟수이고, vk m은 xk의 m번째 변수이며, m은 재구성하고자 하는 파라미터 맵 개수이다. 여기서는 일 예로 T1 맵을 가정하였으므로, xk의 변수(v1, v2)는 T1 맵과 MRI로 (v1, v2) = (T1 ,M0)이다.where x k is the reconstructed image at the k (k = 0, …, N k )th iteration, μ k is the step size at k, and α n is the nth flip angle (flip). angle), n is the number of MRI scans for parameter mapping, v k m is the m-th variable of x k , and m is the number of parameter maps to be reconstructed. Since the T 1 map is assumed as an example here, the variables (v 1 , v 2 ) of x k are (v 1 , v 2 ) = (T 1 ,M 0 ) with the T1 map and MRI.

한편, 무선주파수 전송 필드 맵인 B1 + 맵이 추가적으로 고려된다면, 플립 각도(αn)는 αn (x,y)= αn(x,y)

Figure pat00008
B1 +(x,y)로 보정될 수 있다. 여기서 x와 y는 영상의 공간적 좌표를 의미한다. 또한 상기한 바와 같이, SPGR을 획득하는 VFA 자기 공명 신호 모델의 경우, MR 신호 모델(S)은 수학식 8과 같이 나타낸다. On the other hand, if the B 1 + map, which is a radio frequency transmission field map, is additionally considered, the flip angle (α n ) is α n (x,y)=α n (x,y)
Figure pat00008
It can be corrected as B 1 + (x,y). Here, x and y mean the spatial coordinates of the image. Also, as described above, in the case of the VFA magnetic resonance signal model for obtaining the SPGR, the MR signal model (S) is expressed as in Equation (8).

Figure pat00009
Figure pat00009

여기서 TR은 반복 시간(repetition time)을 의미한다.Here, TR means a repetition time.

그리고 수학식 8의 MR 신호 모델(S)을 xk 의 변수인 T1과 M0로 각각 미분하면, 수학식 9로 표현될 수 있다.And if the MR signal model S of Equation 8 is differentiated by T 1 and M 0 , which are variables of x k , respectively, it can be expressed as Equation 9.

Figure pat00010
Figure pat00010

그러나 여기서 MR 신호 모델(S)과 xk 의 변수는 k-공간 데이터를 획득하는 MR 시퀀스와 획득하고자 하는 MR 파라미터 맵에 따라 변경될 수 있다. 일 예로 T2 맵이나 T2 * 맵을 획득하고자 하는 경우, xk의 변수(v1, v2)는 (T2, M0) 또는 (T2 *, M0)이고, MR 신호 모델(S)은 멀티 스핀 에코(multi spin-echo) 또는 그래디언트 에코(gradient-echo) 시퀀스 일 수 있다.However, here, the MR signal model S and the variables of x k may be changed according to the MR sequence for acquiring k-space data and the MR parameter map to be acquired. For example, if you want to acquire a T 2 map or a T 2 * map, the variables (v 1 , v 2 ) of x k are (T 2 , M 0 ) or (T 2 * , M 0 ), and the MR signal model ( S) may be a multi spin-echo or gradient-echo sequence.

도 1의 MR 파라미터 맵 재구성 장치는 수학식 6에 기반하여 구성된 장치로서, 파라미터 맵 재구성부(300)는 매 반복시마다 k-공간 데이터로부터 인공 신경망 기반의 정규화, 코일 민감도 맵(C), 추가적인 무선주파수 전송 필드 맵(B1 +), MR 신호 모델(S)을 이용하여 자기 공명 파라미터 맵을 재구성하도록 구성된다.The MR parameter map reconstruction apparatus of FIG. 1 is a device configured based on Equation 6, and the parameter map reconstruction unit 300 performs artificial neural network-based normalization from k-space data at every iteration, a coil sensitivity map (C), and additional radio The frequency transmission field map (B 1 + ) is configured to reconstruct the magnetic resonance parameter map using the MR signal model (S).

다만 수학식 6에 따른 해를 찾기 위해서는 적절한 초기 파라미터 맵(x0 또는 xk=0)이 획득되어야 하며, 이에 도 1에서는 초기 파라미터 매핑부(200)가 초기 파라미터 맵(x0)을 획득한다.However, in order to find a solution according to Equation 6, an appropriate initial parameter map (x 0 or x k=0 ) must be obtained, and thus, in FIG. 1 , the initial parameter mapping unit 200 obtains the initial parameter map (x 0 ) .

과소 샘플링된 k-공간 데이터(b)로부터 MRI를 획득하고자 하는 경우, 수학식 1의 연산자(A)의 역인 연산자(A*)에 k-공간 데이터(b)를 대입하여, k-공간에서 샘플링 되지 않은 데이터가 0으로 채워진(Zero-filled) 희소 MRI가 용이하게 획득할 수 있다. 그러나 MR 파라미터 맵에서는 MR 신호 모델(S)의 복잡성과 비선형성으로 인해, 직접적으로 역 연산자(A*)에 k-공간 데이터(b)를 대입하여 희소 MR 대조도 영상을 획득할 수 없다. 이에 도 1에서 초기 파라미터 매핑부(200)의 대조도 영상 변환부(210)는 과소 샘플링된 k-공간 데이터(b)에 코일 민감도 맵(C)을 적용하여 희소 MR 대조도 영상(H*b)을 획득한다.In the case of obtaining MRI from the undersampled k-space data (b), the k-space data (b) is substituted for the operator (A * ), which is the inverse of the operator (A) in Equation 1, and is sampled in the k-space A sparse MRI with zero-filled data can be easily obtained. However, in the MR parameter map, sparse MR contrast images cannot be obtained by directly substituting k-space data (b) into the inverse operator (A * ) due to the complexity and nonlinearity of the MR signal model (S). Accordingly, in FIG. 1 , the contrast image conversion unit 210 of the initial parameter mapping unit 200 applies a coil sensitivity map (C) to the undersampled k-space data (b) to obtain a sparse MR contrast image (H * b). ) is obtained.

여기서 대조도 영상 변환부(210)의 동작을 나타내는 연산자(H*)는 자기 공명 파라미터 맵 재구성 장치가 획득하고자 하는 MR 대조도 영상으로부터 다채널 k-공간 데이터를 생성하는 연산자(H)의 역함수로서, 연산자(H)는 수학식 10으로 표현될 수 있다. Here, the operator (H * ) representing the operation of the contrast image conversion unit 210 is an inverse function of the operator (H) for generating multi-channel k-space data from the MR contrast image to be acquired by the magnetic resonance parameter map reconstruction apparatus. , operator (H) may be expressed by Equation (10).

Figure pat00011
Figure pat00011

여기서 C는 코일 민감도 맵을 나타내고, F는 퓨리에 변환 (Fourier transform)을 나타내며, M은 k-공간 샘플링 매트릭스(k-space sampling matrix)를 나타낸다.Here, C denotes a coil sensitivity map, F denotes a Fourier transform, and M denotes a k-space sampling matrix.

그리고 희소 MR 대조도 영상(H*b)으로부터 초기 MR 파라미터 맵(x0)을 추정하여 획득하는 초기 파라미터 맵 획득부(220)의 동작을 함수(DM)로 표현하는 경우, 희소 MR 대조도 영상(H*b)과 초기 MR 파라미터 맵(xk=0) 사이의 관계는 수학식 11과 같이 표현될 수 있다.And when the operation of the initial parameter map obtainer 220 obtained by estimating the initial MR parameter map (x 0 ) from the sparse MR contrast image (H * b) is expressed as a function (D M ), the sparse MR contrast The relationship between the image (H * b) and the initial MR parameter map (x k = 0 ) may be expressed as in Equation (11).

Figure pat00012
Figure pat00012

도 3은 도 1의 초기 파라미터 맵 획득부를 구성하는 인공 신경망의 일 예를 나타낸다.FIG. 3 shows an example of an artificial neural network constituting the initial parameter map acquisition unit of FIG. 1 .

상기한 바와 같이, 초기 파라미터 맵 획득부(220)는 인공 신경망으로 구현될 수 있으며, 도 3에서는 일예로 CNN(Convolutional Neural Network)으로 구현되는 경우를 도시하였다. 도 3에 도시된 바와 같이, 초기 파라미터 맵 획득부(220)는 직렬로 연결되는 다수의 컨볼루션 블록(Conv Block)을 포함하고, 다수의 컨볼루션 블록(Conv Block) 각각은 컨볼루션 레이어(CL), 정규화 레이어(RL) 및 비선형 활성화 함수 레이어(AL)를 포함할 수 있다.As described above, the initial parameter map acquisition unit 220 may be implemented as an artificial neural network, and FIG. 3 illustrates a case in which it is implemented as a convolutional neural network (CNN) as an example. As shown in FIG. 3 , the initial parameter map acquisition unit 220 includes a plurality of convolution blocks connected in series, and each of the plurality of convolution blocks is a convolution layer CL. ), a normalization layer (RL), and a nonlinear activation function layer (AL).

초기 파라미터 맵 획득부(220)는 희소 MR 대조도 영상(H*b)을 인가받아 학습된 패턴 추정 방식에 따라 초기 MR 파라미터 맵(xk=0)을 추정하며, 이 때 초기 MR 파라미터 맵(xk=0)은 요구되는 MR 파라미터 맵의 초기 변수(xk=0 = (T1, M0)k=0가 함께 설정될 수 있다. 즉 요구 MR 파라미터 맵과 기준 MR 파라미터 맵이 지정될 수 있다.The initial parameter map obtaining unit 220 estimates the initial MR parameter map (x k=0 ) according to the learned pattern estimation method by receiving the sparse MR contrast image (H * b), and in this case, the initial MR parameter map ( x k=0 ) may be set together with an initial variable (x k=0 = (T 1 , M 0 ) k=0 of the required MR parameter map, that is, the required MR parameter map and the reference MR parameter map are to be designated. can

도 4는 도 1의 학습 기반 재구성부를 구성하는 인공 신경망의 일 예를 나타내고, 도 5는 도 4의 학습 기반 재구성부를 포함하는 파라미터 맵 재구성부의 상세 구성을 나타낸다.4 shows an example of an artificial neural network constituting the learning-based reconstruction unit of FIG. 1 , and FIG. 5 shows a detailed configuration of the parameter map reconstruction unit including the learning-based reconstruction unit of FIG. 4 .

도 4를 참조하면, 이전 획득된 MR 파라미터 맵(xk)에서 아티팩트를 제거하는 학습 기반 재구성부(310)는 MR 파라미터 맵(xk)을 변수(T1, M0)k에 따라 구분하여, 대응하는 각 변수에 대한 아티팩트를 제거하도록 구성되는 다수의 신경망(311, 312)을 포함할 수 있다. 이 경우, 다수의 신경망(311, 312)을 포함하여 아티팩트를 제거하는 학습 기반 재구성부(310)는

Figure pat00013
로 표현될 수 있다. 여기서는 2개의 변수(T1, M0)만을 고려하여, 2개의 신경망(311, 312)만을 도시하였으나, 요구 파라미터 맵의 종류가 증가되면, 즉 변수의 개수가 증가되면 신경망의 개수 또한 증가될 수 있다.Referring to FIG. 4 , the learning-based reconstruction unit 310 for removing artifacts from the previously obtained MR parameter map (x k ) divides the MR parameter map (x k ) according to the variables (T 1 , M 0 ) k by dividing the , may include a number of neural networks 311 and 312 configured to remove artifacts for each corresponding variable. In this case, the learning-based reconstruction unit 310 that removes artifacts including a plurality of neural networks 311 and 312 is
Figure pat00013
can be expressed as Here, only the two neural networks 311 and 312 are shown in consideration of only the two variables (T 1 , M 0 ). However, if the type of the required parameter map is increased, that is, if the number of variables is increased, the number of neural networks can also be increased. there is.

학습 기반 재구성부(310)가 도 4와 같이, MR 파라미터 맵(xk)을 변수((T1, M0)k)에 따라 구분하고, 구분된 변수((T1, M0)k)에 대해 서로 다른 신경망(311, 312)을 이용하여 아티팩트를 제거하는 것은 각 변수에 따른 MR 파라미터 맵(T1 맵, M0 맵)이 서로 다른 조직 속성을 가지기 때문이다. 2개의 신경망(311, 312) 각각은 도 3의 초기 파라미터 맵 획득부(220)와 유사하게 직렬로 연결된 다수의 컨볼루션 블록(Conv Block)을 포함하고, 각 컨볼루션 블록(Conv Block)은 컨볼루션 레이어(CL), 정규화 레이어(RL) 및 비선형 활성화 함수 레이어(AL)를 포함할 수 있다. 또한 잔여 학습(residual learning) 구조를 가지도록 다수의 컨볼루션 블록(Conv Block)을 통해 앨리어스가 제거되어 출력되는 출력에 입력되는 변수((T1, M0)k)를 다시 가산하는 가산기(AD)를 포함할 수 있다. The learning-based reconstruction unit 310 classifies the MR parameter map (x k ) according to the variable ((T 1 , M 0 ) k ) as shown in FIG. 4 , and the divided variable ((T 1 , M 0 ) k ) The reason why artifacts are removed by using different neural networks 311 and 312 for ? is because the MR parameter maps (T 1 map, M 0 map) according to each variable have different tissue properties. Each of the two neural networks 311 and 312 includes a plurality of convolution blocks connected in series similarly to the initial parameter map acquisition unit 220 of FIG. 3 , and each convolution block is a convolution block. It may include a solution layer (CL), a normalization layer (RL), and a nonlinear activation function layer (AL). In addition, an adder (AD) that adds the variables ((T 1 , M 0 ) k ) input to the output after aliases are removed through a plurality of convolution blocks to have a residual learning structure ) may be included.

그리고 학습 기반 재구성부(310)는 2개의 신경망(311, 312)의 출력을 결합(Concatenate)하여 MR 파라미터 맵(DR(xk))을 출력하는 결합부(313)를 더 포함할 수 있다.And learning-based reconstruction unit 310 combines (Concatenate) the output of the two neural networks 311, 312 may further include a coupling portion 313 for outputting the MR parameter map (D R (x k)) .

학습 기반 재구성부(310)에서 아티팩트가 제거된 MR 파라미터 맵(DR(xk))에 대해 MR 신호 모델(S)을 적용하여 반복 경사 하강법을 수행하는 경우, 수학식 6은 수학식 12로 다시 작성될 수 있다.When performing learning based reconstruction unit 310, the artifacts are removed the MR parameter map (D R (x k)) to repeat gradient descent by applying the MR signal model (S) for in the method, equation (6) is Equation (12) can be rewritten as

Figure pat00014
Figure pat00014

수학식 12에 나타난 바와 같이, 파라미터 맵 재구성부(300)는 이전 재구성된 MR 파라미터 맵(xk)과 학습 기반 재구성부(310)가 아티팩트 제거한 MR 파라미터 맵(DR(xk)) 및 (A(xk)-b)를 이용하여 재구성된다. 여기서 λk 와 μk 는 반복 횟수(k)에 따른 학습 가능한 정규화 및 증감 크기 변수이다. 그리고 (A(xk)-b)는 수학식 7과 수학식 8에 따라 MR 신호 모델(S)을 적용하여 계산될 수 있다.As shown in equation (12), the parameter map reconstruction unit 300 includes a previous reconstructed MR parameter map (x k) and a learning-based reconstruction unit 310, the MR parameter map (D R (x k)), remove artifacts, and ( Reconstructed using A(x k )-b). where λ k and μ k are learnable regularization and increase/decrease magnitude variables according to the number of iterations (k). And (A(x k )-b) may be calculated by applying the MR signal model (S) according to Equations 7 and 8.

수학식 12에 따라 파라미터 맵 재구성부(300)에서 모델 기반 재구성부(320)는 도 5에 도시된 바와 같이, 구성될 수 있다.According to Equation 12, the model-based reconstruction unit 320 in the parameter map reconstruction unit 300 may be configured as shown in FIG. 5 .

MR 파라미터 맵 재구성 장치에서 k-공간 데이터(b)로부터 희소 MR 대조도 영상이 획득되면, 획득된 희소 MR 대조도 영상을 모델 기반 재구성부(320)를 통해 반복 판별부(330)에서 반복 경사 하강법에 따라 반복하도록 함으로써 MR 파라미터 맵을 획득하도록 구성할 수도 있으나, 이 경우 상기한 바와 같이, MR 신호 모델(S)의 복잡성과 비선형성으로 인해 MR 파라미터 맵(DR(xk+1))을 재구성하지 못하는 경우가 발생할 수 있을 뿐만 아니라, 요구되는 수준의 MR 파라미터 맵(DR(xk+1))을 획득하기까지 매우 긴 시간이 소요된다.When the sparse MR contrast image is obtained from the k-space data (b) in the MR parameter map reconstruction apparatus, the iterative gradient descent unit 330 repeats the obtained sparse MR contrast image through the model-based reconstruction unit 320 . by making repeated in accordance with the law MR, but also be configured to obtain the parameter map, in this case, (D R (x k + 1)) MR parameter map because of the complexity and nonlinearity of the MR signal model (S), as described above the not only can occur if not reconstructed, a very long time it takes to obtain the MR parameter maps of the required level (D R (x k + 1 )).

그에 비해 MR 파라미터 맵 재구성 장치는 모델 기반 재구성부(320)가 매 반복시마다 앨리어싱 아티팩트를 제거하도록 하여, MR 신호 모델(S)의 복잡성과 비선형성에도 연산이 가능하도록 하고 연산 시간을 크게 저감 시킬 수 있다. 초기 파라미터 맵 획득부(220) 또한 희소 MR 대조도 영상(H*b)으로부터 초기 MR 파라미터 맵(x0)을 획득하여 파라미터 맵 재구성부(300)로 전달함으로써, 파라미터 맵 재구성부(300)에서 반복 횟수(k)를 크게 저감할 수 있도록 함으로써, MR 파라미터 맵(DR(xk+1))을 용이하게 획득할 수 있도록 한다.On the other hand, the MR parameter map reconstruction apparatus allows the model-based reconstruction unit 320 to remove the aliasing artifact at every iteration, so that the calculation is possible even in the complexity and nonlinearity of the MR signal model S, and the calculation time can be greatly reduced. there is. The initial parameter map obtaining unit 220 also obtains an initial MR parameter map (x 0 ) from the sparse MR contrast image (H * b) and transmits it to the parameter map reconstructor 300, so that the parameter map reconstruction unit 300 By making it possible to greatly reduce the number of repetitions k, it is possible to easily obtain the MR parameter map D R (x k+1 ).

다만 본 실시예에 따른 MR 파라미터 맵 재구성 장치에서는 초기 파라미터 매핑부(200)의 초기 파라미터 맵 획득부(220)와 파라미터 맵 재구성부(300)의 학습 기반 재구성부(310)가 인공 신경망으로 구현되므로, 사전 학습이 요구된다.However, in the MR parameter map reconstruction apparatus according to the present embodiment, the initial parameter map acquisition unit 220 of the initial parameter mapping unit 200 and the learning-based reconstruction unit 310 of the parameter map reconstruction unit 300 are implemented as artificial neural networks. , prior learning is required.

이에 MR 파라미터 맵 재구성 장치는 도 1에 도시된 바와 같이 학습부(500)를 더 포함할 수 있다. 학습부(500)는 MR 파라미터 맵 재구성 장치의 학습 시에만 이용되고, MR 파라미터 맵 재구성 장치의 실제 사용 시에는 제거될 수 있다.Accordingly, the MR parameter map reconstruction apparatus may further include a learning unit 500 as shown in FIG. 1 . The learner 500 is used only when the MR parameter map reconstruction apparatus is trained, and may be removed when the MR parameter map reconstruction apparatus is actually used.

여기서 학습부(500)는 초기 파라미터 맵 획득부(220)의 초기 손실(LM)과 학습 기반 재구성부(310)를 포함하는 파라미터 맵 재구성부(300)의 재구성 손실(LR)을 각각 계산하여 총 손실(LT)을 획득하고, 획득된 총 손실(LT)을 역전파하여, 초기 파라미터 맵 획득부(220)와 학습 기반 재구성부(310)를 학습시킬 수 있다.Here, the learning unit 500 calculates the initial loss (L M ) of the initial parameter map acquisition unit 220 and the reconstruction loss (L R ) of the parameter map reconstruction unit 300 including the learning-based reconstruction unit 310 , respectively. to obtain a total loss L T , and backpropagating the obtained total loss L T , the initial parameter map obtainer 220 and the learning-based reconstruction unit 310 may be trained.

우선 초기 손실(LM)은 수학식 13에 따라 획득될 수 있다.First, the initial loss (L M ) may be obtained according to Equation (13).

Figure pat00015
Figure pat00015

여기서 NS는 학습 데이터의 개수이다. 수학식 13에 따르면, 초기 손실(LM)은 초기 파라미터 맵 획득부(220)가 희소 MR 대조도 영상(H*b)으로부터 추정한 초기 MR 파라미터 맵(x0)을 연산자(

Figure pat00016
)에 대입하여 획득된 희소 MR 대조도 영상 사이의 평균 절대 오차(mean absolute error)로 계산될 수 있다.Here, N S is the number of training data. According to Equation 13, the initial loss (L M ) is the initial MR parameter map (x 0 ) estimated by the initial parameter map obtainer 220 from the sparse MR contrast image (H * b) using the operator (
Figure pat00016
) can be calculated as the mean absolute error between the obtained sparse MR contrast images.

한편, 재구성 손실(LR)은 수학식 14에 따라 계산될 수 있다.Meanwhile, the reconstruction loss (L R ) may be calculated according to Equation (14).

Figure pat00017
Figure pat00017

여기서 lL과 lS는 각각 l1과의 구조적 유사성(Structural Similarity; SSIM) 손실 함수의 가중치를 의미하며, mt는 학습 데이터인 기준 MR 파라미터 맵이다. 재구성 손실(LR)은 기준 MR 파라미터 맵과 재구성된 기준 MR 파라미터 맵 사이의 평균 절대 오차와 구조적 유사성 손실 함수를 계산하여 더한다. 평균 절대 오차와 구조적 유사성 손실 함수를 결합함으로써 MR 파라미터 맵의 상세한 부분을 보존하면서 오차 또한 줄일 수 있게 된다.Here, l L and l S mean the weight of a structural similarity (SSIM) loss function with l1, respectively, and m t is a reference MR parameter map that is training data. The reconstruction loss (L R ) is added by calculating the mean absolute error and the structural similarity loss function between the reference MR parameter map and the reconstructed reference MR parameter map. By combining the mean absolute error and the structural similarity loss function, it is possible to reduce the error while preserving the detail of the MR parameter map.

수학식 13 및 14로부터 총 손실(LT)은 수학식 15로 계산될 수 있다.From Equations 13 and 14, the total loss L T can be calculated as Equation 15.

Figure pat00018
Figure pat00018

수학식 15에 따라 총 손실(LT)이 획득되면, 획득된 총 손실(LT)을 역전파하여 초기 파라미터 맵 획득부(220)와 학습 기반 재구성부(310)를 학습시킨다.When the total loss L T is obtained according to Equation 15, the initial parameter map obtainer 220 and the learning-based reconstruction unit 310 are trained by backpropagating the obtained total loss L T .

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 공명 파라미터 맵 재구성 방법을 설명하기 위한 도면이다.6 is a diagram for explaining a method for reconstructing a magnetic resonance parameter map according to an embodiment of the present invention.

도 1 내지 도 5를 참조하여, 도 6의 MR 파라미터 맵 재구성 방법을 설명하면, 우선 MRI 장치가 기지정된 시퀀스에 따라 촬영 대상에 대해 촬영하여 과소 샘플링된 다채널 k-공간 데이터(b)를 획득한다(S10). 그리고 획득된 과소 샘플링된 다채널 k-공간 데이터(b)를 역 푸리에 변환 등의 기지정된 변환 기법에 따라 희소 MR 대조도 영상(H*b)으로 변환한다(S20). 희소 MR 대조도 영상(H*b)이 획득되면, 미리 학습된 패턴 추정 방식에 따라 획득된 희소 MR 대조도 영상(H*b)의 패턴을 추정하여 초기 MR 파라미터 맵(x0)을 획득한다(S30).1 to 5, the MR parameter map reconstruction method of FIG. 6 will be described. First, the MRI apparatus acquires undersampled multi-channel k-spatial data (b) by imaging a subject according to a predetermined sequence. do (S10). Then, the obtained undersampled multi-channel k-space data (b) is converted into a sparse MR contrast image (H * b) according to a predetermined transformation technique such as an inverse Fourier transform (S20). When the sparse MR contrast image (H * b) is obtained, an initial MR parameter map (x 0 ) is obtained by estimating the pattern of the obtained sparse MR contrast image (H * b) according to a pre-learned pattern estimation method. (S30).

초기 MR 파라미터 맵(x0)이 획득되면, 미리 학습된 패턴 추정 방식에 따라 MR 파라미터 맵(x0)에 포함된 아티팩트를 제거한다(S40). 그리고 아티팩트가 제거된 MR 파라미터 맵(DR(x0))에 대해 기지정된 MR 신호 모델(S)을 기반으로 정규화하여 MR 파라미터 맵(x1)을 재구성한다(S50). MR 파라미터 맵(x1)이 재구성되면, 재구성된 MR 파라미터 맵(x1)이 최소 자승법에 따른 조건을 만족하는지 판별하여 반복 여부를 추정한다(S60). 즉 재구성된 MR 파라미터 맵(x1)이 수렴되거나, 이전 재구성된 MR 파라미터 맵(x0)과 비교하여 차이기 기지정된 기준값 미만인지 판별하여 반복 여부를 결정할 수 있다.When the initial MR parameter map (x 0 ) is obtained, artifacts included in the MR parameter map (x 0 ) are removed according to a pre-learned pattern estimation method ( S40 ). And normalizing the MR signal model (S) for a given period MR parameter map (D R (x 0)) to remove the artifacts are based reconstructs the MR parameter map (x 1) (S50). If the MR parameter map (x 1 ) is reconstructed, it is determined whether the reconstructed MR parameter map (x 1 ) satisfies a condition according to the least squares method, and whether or not repetition is estimated ( S60 ). That is, whether the reconstructed MR parameter map (x 1 ) converges or whether the difference is less than a predetermined reference value compared with the previously reconstructed MR parameter map (x 0 ) may be determined to determine whether to repeat.

만일 반복해야 하는 것으로 판별되면, 재구성된 MR 파라미터 맵(xk)에 대해 다시 미리 학습된 패턴 추정 방식에 따라 아티팩트를 제거하고(S40), MR 신호 모델(S)을 기반으로 정규화하여 다음 MR 파라미터 맵(xk+1)을 재구성한다(S50).If it is determined that it needs to be repeated, artifacts are removed according to the pattern estimation method learned in advance for the reconstructed MR parameter map (x k ) again (S40), and the next MR parameter is normalized based on the MR signal model (S). The map (x k+1 ) is reconstructed (S50).

그러나 반복하지 않는 것으로 판별되면, 재구성된 MR 파라미터 맵을 출력한다(S70).However, if it is determined not to repeat, the reconstructed MR parameter map is output (S70).

본 발명에 따른 방법은 컴퓨터에서 실행시키기 위한 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램으로 구현될 수 있다. 여기서 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스 될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 또한 컴퓨터 저장 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함하며, ROM(판독 전용 메모리), RAM(랜덤 액세스 메모리), CD(컴팩트 디스크)-ROM, DVD(디지털 비디오 디스크)-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등을 포함할 수 있다.The method according to the present invention may be implemented as a computer program stored in a medium for execution by a computer. Here, the computer-readable medium may be any available medium that can be accessed by a computer, and may include all computer storage media. Computer storage media includes both volatile and nonvolatile, removable and non-removable media implemented in any method or technology for storage of information such as computer readable instructions, data structures, program modules or other data, and read dedicated memory), RAM (Random Access Memory), CD (Compact Disk)-ROM, DVD (Digital Video Disk)-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage, and the like.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiment shown in the drawings, which is merely exemplary, those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom.

따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Accordingly, the true technical protection scope of the present invention should be defined by the technical spirit of the appended claims.

100: 데이터 획득부 200: 초기 파라미터 매핑부
210: 대조도 영상 변환부 220: 초기 파라미터 맵 획득부
300: 파라미터 맵 재구성부 310: 학습 기반 재구성부
320: 모델 기반 재구성부 330: 반복 판별부
400: MR 신호 모델링부 500: 학습부
100: data acquisition unit 200: initial parameter mapping unit
210: contrast image conversion unit 220: initial parameter map acquisition unit
300: parameter map reconstruction unit 310: learning-based reconstruction unit
320: model-based reconstruction unit 330: iteration discrimination unit
400: MR signal modeling unit 500: learning unit

Claims (20)

기지정된 시퀀스에 따라 과소 샘플링되어 획득된 k-공간 데이터를 인가받아 기지정된 방식으로 희소 MR 대조도 영상으로 변환하고, 미리 학습된 패턴 추정 방식에 따라 희소 MR 대조도 영상의 패턴을 추정하여 초기 MR 파라미터 맵을 획득하는 초기 파라미터 매핑부;
기지정된 기준 MR 파라미터 맵과 재구성이 요구되는 요구 MR 파라미터 맵 사이의 관계가 모델링된 MR 신호 모델이 미리 저장되는 MR 신호 모델링부; 및
상기 초기 MR 파라미터 맵 또는 이전 재구성된 재구성 MR 파라미터 맵을 인가받아 미리 학습된 패턴 추정 방식에 따라 아티팩트를 제거하고, 아티팩트가 제거된 MR 파라미터 맵을 상기 MR 신호 모델에 따라 재구성하여, 재구성 MR 파라미터 맵을 획득하며, 획득되는 재구성 MR 파라미터 맵이 기지정된 조건을 만족할 때까지 재구성을 반복하는 파라미터 맵 재구성부를 포함하는 자기 공명 파라미터 맵 재구성 장치.
The k-space data obtained by being undersampled according to a predetermined sequence is received and converted into a sparse MR contrast image in a predetermined manner, and the pattern of the sparse MR contrast image is estimated according to a pre-learned pattern estimation method to estimate the initial MR an initial parameter mapping unit for obtaining a parameter map;
an MR signal modeling unit storing in advance an MR signal model in which a relationship between a predetermined reference MR parameter map and a required MR parameter map requiring reconstruction is modeled; and
Reconstructed MR parameter map by receiving the initial MR parameter map or the previously reconstructed reconstructed MR parameter map, removing artifacts according to a pre-learned pattern estimation method, and reconstructing the artifact-removed MR parameter map according to the MR signal model A magnetic resonance parameter map reconstruction apparatus comprising: a parameter map reconstruction unit that obtains , and repeats reconstruction until the obtained reconstruction MR parameter map satisfies a predetermined condition.
제1항에 있어서, 상기 파라미터 맵 재구성부는
미리 학습된 인공 신경망으로 구현되어 초기 MR 파라미터 맵 또는 이전 재구성된 재구성 MR 파라미터 맵을 인가받고, 인가된 초기 MR 파라미터 맵 또는 이전 재구성된 재구성 MR 파라미터 맵에서 학습된 패턴 추정 방식에 따라 앨리어싱 아티팩트를 제거하여 MR 파라미터 맵을 재구성하는 학습 기반 재구성부;
아티팩트가 제거된 MR 파라미터 맵을 인가받고, 아티팩트가 제거된 MR 파라미터 맵의 데이터 관계가 MR 신호 모델에 따라 유지되도록 MR 파라미터 맵을 재구성하는 모델 기반 재구성부; 및
재구성된 재구성 MR 파라미터 맵이 기지정된 조건을 만족하는지 판별하여 반복하는 것으로 판별되면, 재구성된 재구성 MR 파라미터 맵을 상기 모델 기반 재구성부로 전달하는 반복 판별부를 포함하는 자기 공명 파라미터 맵 재구성 장치.
The method of claim 1, wherein the parameter map reconstruction unit
Implemented as a pre-trained artificial neural network to receive an initial MR parameter map or a previously reconstructed reconstructed MR parameter map, and remove aliasing artifacts according to a pattern estimation method learned from the applied initial MR parameter map or previously reconstructed reconstructed MR parameter map a learning-based reconstruction unit to reconstruct the MR parameter map;
a model-based reconstruction unit that receives the artifact-removed MR parameter map and reconstructs the MR parameter map so that a data relationship of the artifact-free MR parameter map is maintained according to the MR signal model; and
A magnetic resonance parameter map reconstruction apparatus comprising a repetition determining unit that passes the reconstructed reconstruction MR parameter map to the model-based reconstruction unit when it is determined that the reconstructed reconstruction MR parameter map satisfies a predetermined condition to be repeated.
제2항에 있어서, 상기 학습 기반 재구성부는
인가된 초기 MR 파라미터 맵 또는 이전 재구성된 재구성 MR 파라미터 맵을 상기 기준 MR 파라미터 맵과 요구되는 적어도 하나의 요구 MR 파라미터 맵으로 구분하여, 상기 기준 MR 파라미터 맵 또는 상기 적어도 하나의 요구 MR 파라미터 맵 중 대응하는 MR 파라미터 맵의 아티팩트를 제거하는 다수의 신경망; 및
상기 다수의 신경망의 출력을 결합하여 출력하는 결합부를 포함하는 자기 공명 파라미터 맵 재구성 장치.
The method of claim 2, wherein the learning-based reconstruction unit
By dividing the applied initial MR parameter map or the previously reconstructed reconstructed MR parameter map into the reference MR parameter map and at least one required MR parameter map, a corresponding one of the reference MR parameter map or the at least one required MR parameter map multiple neural networks that remove artifacts of the MR parameter map; and
Magnetic resonance parameter map reconstruction apparatus comprising a combiner for outputting by combining the outputs of the plurality of neural networks.
제3항에 있어서, 상기 모델 기반 재구성부는
상기 MR 신호 모델과 상기 k-공간 데이터와 함께 상기 k-공간 데이터를 획득하기 위해 이용된 시퀀스를 수행하기 위해 지정된 파라미터인 코일 민감도 맵, 무선주파수 전송 필드 맵을 적용하여, MR 파라미터 맵을 재구성하는 자기 공명 파라미터 맵 재구성 장치.
The method of claim 3, wherein the model-based reconstruction unit
Reconstructing the MR parameter map by applying the coil sensitivity map, the radio frequency transmission field map, which are parameters specified to perform the sequence used to acquire the k-space data together with the MR signal model and the k-space data Magnetic resonance parameter map reconstruction device.
제3항에 있어서, 상기 반복 판별부는
반복하여 재구성되는 재구성 MR 파라미터 맵이 수렴하는 것으로 판별되거나, 현재 획득된 재구성 MR 파라미터 맵과 이전 재구성 MR 파라미터 맵 사이의 차이가 기지정된 기준값 미만이면 현재 재구성 MR 파라미터 맵을 출력하는 자기 공명 파라미터 맵 재구성 장치.
The method of claim 3, wherein the repetition determining unit
If the reconstructed reconstructed MR parameter map is determined to converge or the difference between the currently acquired reconstructed MR parameter map and the previous reconstructed MR parameter map is less than a predetermined reference value, the magnetic resonance parameter map reconstruction outputting the current reconstructed MR parameter map Device.
제5항에 있어서, 상기 파라미터 맵 재구성부는
재구성 MR 파라미터 맵(xk+1)을 이전 재구성된 MR 파라미터 맵(xk)과 아티팩트 제거된 MR 파라미터 맵(DR(xk)) 및 반복 횟수(k)에 따른 MR 파라미터 맵(xk)을 연산자(A)에 적용하여 획득되는 k-공간 데이터와 과소 샘플링된 k-공간 데이터(b) 사이의 차(A(xk)-b)를 이용하여 반복 경사 하강법에 따라 수학식
Figure pat00019

(여기서 λk 와 μk 는 반복 횟수(k)에 따른 학습 가능한 정규화 및 증감 크기 변수이다.)
에 따라 계산되고,
A는 MR 파라미터 맵을 k-공간 데이터로 변환하기 위한 연산자로서, 수학식
Figure pat00020

(여기서 S는 MR 신호 모델, C는 코일 민감도 맵, F는 퓨리에 변환 함수, M은 k-공간 샘플링 매트릭스를 나타낸다)
로 표현되며,
JA 는 연산자(A)에 대한 자코비안 행렬(Jacobian matrix)로서, 수학식
Figure pat00021

(여기서 αn은 n번째 플립 각도(flip angle), n은 파라미터 매핑을 위한 MRI 스캔 횟수이고, vk m은 xk의 m번째 변수로서 기준 MR 파라미터 맵과 요구 파라미터 맵이며, m은 재구성하고자 하는 파라미터 맵 개수이다.)
에 따라 계산되는 자기 공명 파라미터 맵 재구성 장치.
The method of claim 5, wherein the parameter map reconstruction unit
Reconstructed MR parameter map (x k + 1) the previous reconstructed MR parameter map (x k) and the MR parameter map remove artifacts (D R (x k)) and the MR parameter map according to the number of iterations (k) (x k ) to the operator (A) and the difference (A(x k )-b) between the undersampled k-space data and the k-space data obtained by applying the equation according to the iterative gradient descent method
Figure pat00019

(Where λ k and μ k are learnable regularization and increase/decrease magnitude variables according to the number of iterations (k).)
is calculated according to
A is an operator for transforming the MR parameter map into k-space data,
Figure pat00020

(where S is the MR signal model, C is the coil sensitivity map, F is the Fourier transform function, and M is the k-space sampling matrix)
is expressed as
J A is a Jacobian matrix for the operator (A),
Figure pat00021

(where α n is the nth flip angle, n is the number of MRI scans for parameter mapping, v k m is the mth variable of x k , which is the reference MR parameter map and the required parameter map, and m is the It is the number of parameter maps to be used.)
A magnetic resonance parameter map reconstruction device calculated according to
제6항에 있어서, 상기 MR 신호 모델은
상기 요구 MR 파라미터 맵이 T1 파라미터 맵이고, 상기 기준 MR 파라미터 맵이 M0 파라미터 맵이면, 수학식
Figure pat00022

(여기서 여기서 TR은 반복 시간(repetition time)이다.)
에 따라 획득되는 자기 공명 파라미터 맵 재구성 장치.
7. The method of claim 6, wherein the MR signal model is
If the requested MR parameter map is a T 1 parameter map and the reference MR parameter map is an M 0 parameter map, the equation
Figure pat00022

(Where TR is the repetition time.)
A magnetic resonance parameter map reconstruction device obtained according to
제3항에 있어서, 상기 초기 파라미터 매핑부는
상기 k-공간 데이터를 인가받아 기지정된 방식에 따라 상기 k-공간 데이터에서 누락된 데이터에 대응하는 영역을 0으로 채워 상기 희소 MR 대조도 영상으로 변환하는 파라미터 맵 변환부; 및
인공 신경망으로 구현되어 희소 MR 대조도 영상에서 미리 학습된 패턴 추정 방식에 따라 상기 초기 MR 파라미터 맵을 획득하는 초기 파라미터 맵 획득부를 포함하는 자기 공명 파라미터 맵 재구성 장치.
The method of claim 3, wherein the initial parameter mapping unit
a parameter map conversion unit that receives the k-space data and converts it into the sparse MR contrast image by filling a region corresponding to the missing data in the k-space data with zeros according to a predetermined method; and
A magnetic resonance parameter map reconstruction apparatus comprising: an initial parameter map acquisition unit implemented as an artificial neural network and acquiring the initial MR parameter map according to a pattern estimation method previously learned from a sparse MR contrast image.
제8항에 있어서, 상기 초기 파라미터 맵 획득부는
상기 기준 MR 파라미터 맵과 상기 요구 MR 파라미터 맵을 포함하는 초기 MR 파라미터 맵을 획득하는 자기 공명 파라미터 맵 재구성 장치.
The method of claim 8, wherein the initial parameter map acquisition unit
A magnetic resonance parameter map reconstruction apparatus for obtaining an initial MR parameter map including the reference MR parameter map and the desired MR parameter map.
제6항에 있어서, 상기 자기 공명 파라미터 맵 재구성 장치는
상기 초기 파라미터 매핑부와 상기 파라미터 맵 재구성부를 학습시키기 위한 학습부를 더 포함하고, 상기 학습부는 수학식
Figure pat00023

(NS는 학습 데이터의 개수이고, lL과 lS는 각각 l1과의 구조적 유사성(Structural Similarity; SSIM) 손실 함수의 가중치를 의미하며, mt는 학습 데이터인 기준 MR 파라미터 맵이다.)
에 따라 손실을 획득하여 역전파하는 자기 공명 파라미터 맵 재구성 장치.
According to claim 6, The magnetic resonance parameter map reconstruction apparatus
Further comprising a learning unit for learning the initial parameter mapping unit and the parameter map reconstruction unit, wherein the learning unit
Figure pat00023

(N S is the number of training data, l L and l S mean the weight of the structural similarity (SSIM) loss function with l1, respectively, and m t is the reference MR parameter map that is the training data.)
A magnetic resonance parameter map reconstruction device that backpropagates by acquiring a loss according to
기지정된 시퀀스에 따라 과소 샘플링되어 획득된 k-공간 데이터를 인가받아 기지정된 방식으로 희소 MR 대조도 영상으로 변환하고, 미리 학습된 패턴 추정 방식에 따라 희소 MR 대조도 영상의 패턴을 추정하여 초기 MR 파라미터 맵을 획득하는 단계;
상기 초기 MR 파라미터 맵 또는 이전 재구성된 재구성 MR 파라미터 맵을 인가받아 미리 학습된 패턴 추정 방식에 따라 아티팩트를 제거하고, 아티팩트가 제거된 MR 파라미터 맵을 기지정된 기준 MR 파라미터 맵과 재구성이 요구되는 요구 MR 파라미터 맵 사이의 관계가 모델링된 MR 신호 모델에 따라 재구성하여, 재구성 MR 파라미터 맵을 획득하며, 획득되는 재구성 MR 파라미터 맵이 기지정된 조건을 만족할 때까지 재구성을 반복하는 단계를 포함하는 자기 공명 파라미터 맵 재구성 방법.
The k-space data obtained by being undersampled according to a predetermined sequence is received and converted into a sparse MR contrast image in a predetermined manner, and the pattern of the sparse MR contrast image is estimated according to a pre-learned pattern estimation method to estimate the initial MR obtaining a parameter map;
The initial MR parameter map or the previously reconstructed reconstructed MR parameter map is received, artifacts are removed according to a pre-learned pattern estimation method, and the artifact-removed MR parameter map is combined with a predetermined reference MR parameter map and the required MR that requires reconstruction. Reconstructing the relationship between the parameter maps according to the modeled MR signal model to obtain a reconstructed MR parameter map, and repeating the reconstruction until the obtained reconstructed MR parameter map satisfies a predetermined condition. Reconstruction method.
제11항에 있어서, 상기 재구성을 반복하는 단계는
미리 학습된 인공 신경망으로 구현되어 초기 MR 파라미터 맵 또는 이전 재구성된 재구성 MR 파라미터 맵을 인가받고, 인가된 초기 MR 파라미터 맵 또는 이전 재구성된 재구성 MR 파라미터 맵에서 학습된 패턴 추정 방식에 따라 앨리어싱 아티팩트를 제거하는 단계;
아티팩트가 제거된 MR 파라미터 맵을 인가받고, 아티팩트가 제거된 MR 파라미터 맵의 데이터 관계가 MR 신호 모델에 따라 유지되도록 MR 파라미터 맵을 재구성하는 단계; 및
재구성된 재구성 MR 파라미터 맵이 기지정된 조건을 만족하는지 판별하여 반복하는 것으로 판별되면, 재구성된 재구성 MR 파라미터 맵을 상기 아티팩트를 제거하는 단계로 전달하는 단계를 포함하는 자기 공명 파라미터 맵 재구성 방법.
The method of claim 11, wherein repeating the reconstruction comprises:
Implemented as a pre-trained artificial neural network to receive an initial MR parameter map or a previously reconstructed reconstructed MR parameter map, and remove aliasing artifacts according to a pattern estimation method learned from the applied initial MR parameter map or previously reconstructed reconstructed MR parameter map to do;
receiving the de-artifacted MR parameter map, and reconstructing the MR parameter map so that a data relationship of the de-artifacted MR parameter map is maintained according to the MR signal model; and
When it is determined that the reconstructed reconstructed MR parameter map satisfies a predetermined condition and it is determined to be repeated, the magnetic resonance parameter map reconstruction method comprising the step of transferring the reconstructed reconstructed MR parameter map to the step of removing the artifact.
제12항에 있어서, 상기 아티팩트를 제거하는 단계는
인가된 초기 MR 파라미터 맵 또는 이전 재구성된 재구성 MR 파라미터 맵을 상기 기준 MR 파라미터 맵과 요구되는 적어도 하나의 요구 MR 파라미터 맵으로 구분하는 단계;
패턴 추정 방식이 미리 학습된 다수의 신경망을 이용하여 상기 기준 MR 파라미터 맵 또는 상기 적어도 하나의 요구 MR 파라미터 맵 각각의 아티팩트를 제거하는 단계; 및
아티팩트가 제거된 기준 파라미터 맵과 적어도 하나의 요구 MR 파라미터 맵을 결합하여 출력하는 단계를 포함하는 자기 공명 파라미터 맵 재구성 방법.
13. The method of claim 12, wherein removing the artifact comprises:
dividing the applied initial MR parameter map or the previously reconstructed reconstructed MR parameter map into the reference MR parameter map and at least one required required MR parameter map;
removing each artifact of the reference MR parameter map or the at least one required MR parameter map by using a plurality of neural networks in which a pattern estimation method has been previously learned; and
A method for reconstructing a magnetic resonance parameter map, comprising the step of combining and outputting an artifact-removed reference parameter map and at least one required MR parameter map.
제13항에 있어서, 상기 MR 파라미터 맵을 재구성하는 단계는
상기 MR 신호 모델과 상기 k-공간 데이터와 함께 상기 k-공간 데이터를 획득하기 위해 이용된 시퀀스를 수행하기 위해 지정된 파라미터인 코일 민감도 맵, 무선주파수 전송 필드 맵을 적용하여, MR 파라미터 맵을 재구성하는 자기 공명 파라미터 맵 재구성 방법.
The method of claim 13, wherein reconstructing the MR parameter map comprises:
Reconstructing the MR parameter map by applying the coil sensitivity map, the radio frequency transmission field map, which are parameters specified to perform the sequence used to acquire the k-space data together with the MR signal model and the k-space data Magnetic resonance parameter map reconstruction method.
제13항에 있어서, 상기 전달하는 단계는
반복하여 재구성되는 재구성 MR 파라미터 맵이 수렴하는 것으로 판별되거나, 현재 획득된 재구성 MR 파라미터 맵과 이전 재구성 MR 파라미터 맵 사이의 차이가 기지정된 기준값 미만이면 현재 재구성 MR 파라미터 맵을 출력하는 자기 공명 파라미터 맵 재구성 방법.
14. The method of claim 13, wherein the delivering comprises:
If the reconstructed reconstructed MR parameter map is determined to converge or the difference between the currently acquired reconstructed MR parameter map and the previous reconstructed MR parameter map is less than a predetermined reference value, the magnetic resonance parameter map reconstruction outputting the current reconstructed MR parameter map method.
제15항에 있어서, 상기 MR 파라미터 맵을 재구성하는 단계는
재구성 MR 파라미터 맵(xk+1)을 이전 재구성된 MR 파라미터 맵(xk)과 아티팩트 제거된 MR 파라미터 맵(DR(xk)) 및 반복 횟수(k)에 따른 MR 파라미터 맵(xk)을 연산자(A)에 적용하여 획득되는 k-공간 데이터와 과소 샘플링된 k-공간 데이터(b) 사이의 차(A(xk)-b)를 이용하여 반복 경사 하강법에 따라 수학식
Figure pat00024

(여기서 λk 와 μk 는 반복 횟수(k)에 따른 학습 가능한 정규화 및 증감 크기 변수이다.)
에 따라 계산되고,
A는 MR 파라미터 맵을 k-공간 데이터로 변환하기 위한 연산자로서, 수학식
Figure pat00025

(여기서 S는 MR 신호 모델, C는 코일 민감도 맵, F는 퓨리에 변환 함수, M은 k-공간 샘플링 매트릭스를 나타낸다)
로 표현되며,
JA 는 연산자(A)에 대한 자코비안 행렬(Jacobian matrix)로서, 수학식
Figure pat00026

(여기서 αn은 n번째 플립 각도(flip angle), n은 파라미터 매핑을 위한 MRI 스캔 횟수이고, vk m은 xk의 m번째 변수로서 기준 MR 파라미터 맵과 요구 파라미터 맵이며, m은 재구성하고자 하는 파라미터 맵 개수이다.)
에 따라 계산되는 자기 공명 파라미터 맵 재구성 방법.
The method of claim 15, wherein reconstructing the MR parameter map comprises:
Reconstructed MR parameter map (x k + 1) the previous reconstructed MR parameter map (x k) and the MR parameter map remove artifacts (D R (x k)) and the MR parameter map according to the number of iterations (k) (x k ) to the operator (A) and the difference (A(x k )-b) between the undersampled k-space data and the k-space data obtained by applying the equation according to the iterative gradient descent method
Figure pat00024

(Where λ k and μ k are learnable regularization and increase/decrease magnitude variables according to the number of iterations (k).)
is calculated according to
A is an operator for transforming the MR parameter map into k-space data,
Figure pat00025

(where S is the MR signal model, C is the coil sensitivity map, F is the Fourier transform function, and M is the k-space sampling matrix)
is expressed as
J A is a Jacobian matrix for the operator (A),
Figure pat00026

(where α n is the nth flip angle, n is the number of MRI scans for parameter mapping, v k m is the mth variable of x k , which is the reference MR parameter map and the required parameter map, and m is the It is the number of parameter maps to be used.)
The magnetic resonance parameter map reconstruction method calculated according to
제16항에 있어서, 상기 MR 신호 모델은
상기 요구 MR 파라미터 맵이 T1 파라미터 맵이고, 상기 기준 MR 파라미터 맵이 M0 파라미터 맵이면, 수학식
Figure pat00027

(여기서 여기서 TR은 반복 시간(repetition time)이다.)
에 따라 획득되는 자기 공명 파라미터 맵 재구성 방법.
17. The method of claim 16, wherein the MR signal model is
If the requested MR parameter map is a T 1 parameter map and the reference MR parameter map is an M 0 parameter map, the equation
Figure pat00027

(Where TR is the repetition time.)
A magnetic resonance parameter map reconstruction method obtained according to
제13항에 있어서, 상기 초기 MR 파라미터 맵을 획득하는 단계는
상기 k-공간 데이터를 인가받아 기지정된 방식에 따라 상기 k-공간 데이터에서 누락된 데이터에 대응하는 영역을 0으로 채워 상기 희소 MR 대조도 영상으로 변환하는 단계; 및
상기 초기 MR 파라미터 맵을 패턴 추정 방식이 미리 학습된 인공 신경망을 이용하여 희소 MR 대조도 영상에서 획득하는 단계를 포함하는 자기 공명 파라미터 맵 재구성 방법.
14. The method of claim 13, wherein obtaining the initial MR parameter map comprises:
receiving the k-space data and converting it into the sparse MR contrast image by filling a region corresponding to the missing data in the k-space data with zeros according to a predetermined method; and
and acquiring the initial MR parameter map from a sparse MR contrast image using an artificial neural network in which a pattern estimation method has been previously learned.
제18항에 있어서, 상기 희소 MR 대조도 영상에서 획득하는 단계는
상기 기준 MR 파라미터 맵과 상기 요구 MR 파라미터 맵을 포함하는 초기 MR 파라미터 맵을 획득하는 자기 공명 파라미터 맵 재구성 방법.
The method of claim 18, wherein the acquiring from the sparse MR contrast image comprises:
A magnetic resonance parameter map reconstruction method for obtaining an initial MR parameter map including the reference MR parameter map and the desired MR parameter map.
제16항에 있어서, 상기 자기 공명 파라미터 맵 재구성 방법은
학습 단계를 더 포함하고, 상기 학습 단계는 수학식
Figure pat00028

(NS는 학습 데이터의 개수이고, lL과 lS는 각각 l1과의 구조적 유사성(Structural Similarity; SSIM) 손실 함수의 가중치를 의미하며, mt는 학습 데이터인 기준 MR 파라미터 맵이다.)
에 따라 손실을 획득하여 역전파하는 자기 공명 파라미터 맵 재구성 방법.
The method of claim 16 , wherein the magnetic resonance parameter map reconstruction method comprises:
Further comprising a learning step, wherein the learning step is
Figure pat00028

(N S is the number of training data, l L and l S mean the weight of the structural similarity (SSIM) loss function with l1, respectively, and m t is the reference MR parameter map that is the training data.)
A magnetic resonance parameter map reconstruction method that backpropagates by acquiring losses according to
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Multiscale reconstruction for MR fingerprinting *

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