WO2015167307A1 - Magnetic resonance imaging device and method for generating magnetic resonance image - Google Patents

Magnetic resonance imaging device and method for generating magnetic resonance image Download PDF

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WO2015167307A1
WO2015167307A1 PCT/KR2015/004446 KR2015004446W WO2015167307A1 WO 2015167307 A1 WO2015167307 A1 WO 2015167307A1 KR 2015004446 W KR2015004446 W KR 2015004446W WO 2015167307 A1 WO2015167307 A1 WO 2015167307A1
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recovery
magnetic resonance
sparse
space
image
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세르기비치 미구킨아르헴
알렉산드로비치 코로브첸코드미트리
유리에비치 시로텐코미하일
알투로비치 가브릴유크키릴
굴라카프라빈
최상천
니콜라예비치 리차고브미하일
최양림
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삼성전자 주식회사
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    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/05Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves 
    • A61B5/055Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves  involving electronic [EMR] or nuclear [NMR] magnetic resonance, e.g. magnetic resonance imaging

Definitions

  • the present invention relates to medical imaging. More specifically, the present invention relates to a method and system for recovering a subject image from undersampled data.
  • the present invention can be applied to an MRI scanner that accelerates image acquisition, and can be implemented as software or hardware component of a medical device.
  • Magnetic resonance imaging is a non-invasive and non-ionized imaging technique that can visualize both anatomical structures and physiological functions and is widely used for diagnosis.
  • the MRI imaging technique is a relatively slow imaging modality that sequentially acquires the data used, the so-called k-space samples of the spatial Fourier transform of the object in time.
  • the target patient in the magnetic resonance imaging apparatus may feel psychological anxiety in an enclosed space, and acquire an image uneconomically. Therefore, there is a need for a technique for acquiring images at high speed in a magnetic resonance imaging apparatus.
  • a magnetic resonance imaging apparatus aims to acquire a magnetic resonance image in a shortened time.
  • Magnetic resonance imaging apparatus includes an acquirer for obtaining an undersampled spectrum on the k-space; And a recovery unit generating a target image through the undersampled spectrum, wherein the recovery unit is configured to perform segmented Braggman or approximate sparse coding on data corresponding to the non-sampled position on the k-space.
  • a first sub recovery unit performing initial recovery; Multiband decomposition the initial recovered spectrum on the k-space into a plurality of individual spectra, and sparse approximating and restoring the measured frequency for the images corresponding to the resolved band in advance
  • a second sub recovery unit performing dictionary learing recovery; And an image generator for merging the restored images of the respective frequency bands to generate a target image.
  • the first sub-recovery unit collects a data set of full sampled k-spaces, applies a sampling mask, obtains undersampled data according to an index of the sampling mask, and Train the model to predict the sparse code for the undersampled data using the full sampled data for error calculation, and approximate from the undersampled data using the trained model
  • the approximated sparse coding may be performed by predicting the sparse code.
  • the sparse approximation extracts overlapping patches of non-uniform size from an input image corresponding to an input magnetic resonance signal, performs a sparse decomposition of the patches into sparse codes using a dictionary, and Patches may be restored by sparse code and dictionary, and the image may be restored by the recovered patch.
  • the dictionary may be learned in advance based on patches extracted from a set of full sampled training magnetic resonance images.
  • the dictionary can be learned individually for each frequency band.
  • the sparse decomposition can be performed by minimizing non-zero components in a patch representation as a linear combination of dictionary elements.
  • the aspect ratio of the patches of non-uniform size may be determined according to the amount of anisotropy of the sampling scheme.
  • the patches may have a rectangular shape for orthogonal one-dimensional sampling and other anisotropic schemes, and have the longest dimension in the direction of most information loss in the undersampled k-space.
  • the patches may have a square shape of an isotropic sampling method.
  • the pre-based recovery may be performed for each k-space corresponding to a different frequency band.
  • the decomposed k-spaces corresponding to the frequency bands consist of frequencies taken from the initially recovered k-space corresponding to the current band, and the other frequencies are filled with zero and marked as measured. Can be.
  • a method of generating a magnetic resonance image from undersampled data by a magnetic resonance apparatus comprising: obtaining, by a receiver coil, an undersampled spectrum in k-space; Initial retrieval by initial guessing the unsampled position in the k-space; Multiband decomposition the initial recovered spectrum into a plurality of individual spectra; Performing dictionary-based recovery on the images corresponding to each of the decomposed bands; And merging the recovered images through the dictionary-based recovery to generate a target image: a.
  • the initial restoring comprises optimizing a cost function including a simplified LO norm; b.
  • Said multiband decomposition step applies to the spectrum initially recovered in k-space to obtain the number of individual spectra for various frequency bands; c.
  • the pre-based recovery step includes alternating sparse approximation and recovery of the measured frequency; d.
  • the generating of the target image may generate the target image as a sum of the restoration results of the respective frequency bands.
  • the normalization of the L0 norm can be simplified through optimization of the L1 norm.
  • the optimization of the l1 norm may be implemented through a split Bregman technique or an approximate sparse coding method.
  • a magnetic resonance imaging system comprising: an acquirer configured to acquire an undersampled spectrum in k-space by a receiver coil; And receive and store the undersampled k-space transmitted from the acquisition unit, perform initial recovery by initially charging a non-sampled location in the k-space, and store the plurality of initial recovered spectra.
  • the initial recovery is performed by optimizing a cost function including a simplified LO norm; b.
  • the multiband decomposition is applied to the spectrum initially recovered in k-space to obtain the number of individual spectra for various frequency bands, c.
  • the pre-based recovery is performed by alternating sparse approximation and recovery of the measured frequency, d.
  • the target image may be generated by adding the recovery results of the respective frequency bands.
  • the magnetic resonance system may further include an operator console configured to receive a merge result from the recovery server and display the merge result through a display.
  • the operator console receives an input from an operator to perform an image recovery, generates an image recovery command, sends the image recovery command to the recovery server, and the recovery server receives a command from the operator console. To restore the image.
  • the present invention can quickly recover MRI from undersampled Fourier spectral data.
  • the present invention performs sparse normalization by a precomputed dictionary with patches of non-uniform size, thereby accelerating the calculation algorithm and improving recovery accuracy.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a magnetic resonance apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating a method for fast recovery of an MR image according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a flowchart specifically illustrating split Bregman based initialization according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating an approximate sparse coding method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a pre-based recovery method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 illustrates a system in which an exemplary embodiment of the present invention may be implemented.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a magnetic resonance imaging system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a magnetic resonance imaging system which communicates through a communication unit according to an embodiment of the present invention.
  • the acquisition unit for obtaining the undersampled spectrum on the k-space; And a recovery unit generating a target image through the undersampled spectrum, wherein the recovery unit is configured to perform segmented Braggman or approximate sparse coding on data corresponding to the non-sampled position on the k-space.
  • a first sub recovery unit performing initial recovery; Alternately multi-band decomposition the initial recovered spectrum on the k-space into a plurality of individual spectra, sparse approximating and restoring the measured frequency for the images corresponding to the resolved band
  • a second sub recovery unit performing dictionary learing recovery; And an image generator for merging the restored images of the respective frequency bands and generating a target image.
  • the first sub-recovery unit collects a data set of full-sampled k-spaces, applies a sampling mask, prepares undersampled data according to an index of the sampling mask, and an error. Train the model to predict the sparse code for the undersampled data using the full sampled data for calculation, and approximate the sparse from the undersampled data using the trained model.
  • the sparse coding may be performed by predicting a sparse code.
  • the sparse approximation extracts overlapping patches of non-uniform size from an input image corresponding to an input magnetic resonance signal, performs sparse decomposition of the patches into sparse codes using a dictionary, and the sparse Repairing patches by code and dictionary, and restoring an image by the restored patch.
  • the dictionary may be learned in advance based on patches extracted from a set of full sampled training magnetic resonance images.
  • the dictionary can be learned individually for each frequency band.
  • the sparse decomposition can also be performed by minimizing non-zero components in a patch representation as a linear combination of dictionary elements.
  • the aspect ratio of the patches of non-uniform size may be determined according to the amount of anisotropy of the sampling scheme.
  • the patches have a rectangular shape for orthogonal one-dimensional sampling and other anisotropic schemes and may have the longest dimension in most information loss directions in the undersampled k-space.
  • the patches may have a square shape of an isotropic sampling method.
  • the pre-based recovery may be performed for each k-space corresponding to a different frequency band.
  • the decomposed k-spaces corresponding to the major band may consist of frequencies taken from the initially restored k-space corresponding to the current band, and the other frequencies may be marked as zero filled and measured. .
  • a second aspect of the invention includes the steps of: obtaining a spectrum in which a receiver coil is undersampled in k-space; Initial retrieval by initial guessing the unsampled position in the k-space; Multiband decomposition the initial recovered spectrum into a plurality of individual spectra; Performing dictionary-based recovery on the images corresponding to each of the decomposed bands; And merging the recovered images through the dictionary-based recovery to generate a target image: a.
  • the initial restoring comprises optimizing a cost function including a simplified LO norm; b.
  • Said multiband decomposition step applies to the spectrum initially recovered in k-space to obtain the number of individual spectra for various frequency bands; c.
  • the pre-based recovery step includes alternating sparse approximation and recovery of the measured frequency; d.
  • the generating of the target image may provide a method for generating a magnetic resonance image, wherein the target image is generated as a sum of the restoration results of the respective frequency bands.
  • the normalization of the L0 norm can be simplified through optimization of the L1 norm.
  • optimization of the l1 norm may be implemented through a split Bregman technique or an approximate sparse coding method.
  • the split Bregman technique can recover measured k-space samples of the spectrum recovered during the inner Bregman iteration.
  • the method may further include recovering k-space samples measured in the recovered spectrum.
  • the approximate sparse coding method includes: a. Collecting a data set of full sampled k-spaces; b. Applying a sampling mask and preparing undersampled data according to an index of the sampling mask; c. Training the model to predict the sparse code for the undersampled data using the full sampled data for error calculation; d. Predicting the approximated sparse code from the undersampled data using the trained model.
  • the sparse approximation extracts overlapping patches of non-uniform size from an input image corresponding to an input magnetic resonance signal, performs sparse decomposition of the patches into sparse codes using a dictionary, and the sparse Repairing patches by code and dictionary, and restoring an image by the restored patch.
  • the dictionary may be learned in advance based on patches extracted from a set of full sampled training magnetic resonance images.
  • the dictionary can be learned individually for each frequency band.
  • the sparse decomposition can also be performed by minimizing a number of non-zero components in a patch representation as a linear combination of dictionary elements.
  • the aspect ratio of the patches of non-uniform size may be determined according to the amount of anisotropy of the sampling scheme.
  • the patches have a rectangular shape for orthogonal one-dimensional sampling and other anisotropic schemes and may have the longest dimension in most information loss directions in the undersampled k-space.
  • the patches may have a square shape of an isotropic sampling method.
  • the pre-based recovery may be performed for each k-space corresponding to a different frequency band.
  • the decomposed k-spaces corresponding to the frequency band may consist of frequencies taken from the initially restored k-space corresponding to the current band, and the other frequencies may be filled with zero and marked as measured. .
  • the method may further include displaying a target image on a display.
  • an apparatus comprising: an acquirer for obtaining an undersampled spectrum in k-space by a receiver coil; And receive and store the undersampled k-space transmitted from the acquisition unit, perform initial recovery by initially charging a non-sampled location in the k-space, and store the plurality of initial recovered spectra.
  • the initial recovery is performed by optimizing a cost function including a simplified LO norm; b.
  • the multiband decomposition is applied to the spectrum initially recovered in k-space to obtain the number of individual spectra for various frequency bands, c.
  • the pre-based recovery is performed by alternating sparse approximation and recovery of the measured frequency, d.
  • a magnetic resonance imaging system may be provided by adding the recovery results of the respective frequency bands to generate a target image.
  • the magnetic resonance system may further include an operator console configured to receive a merge result from the recovery server and to display the merge result through a display.
  • the operator console receives an input from an operator to execute an image recovery, generates an image recovery command, transmits the image recovery command to the recovery server, and the recovery server receives the command from the operator console You can perform video recovery.
  • part refers to a hardware component, such as software, FPGA or ASIC, and “part” plays certain roles. However, “part” is not meant to be limited to software or hardware.
  • the “unit” may be configured to be in an addressable storage medium and may be configured to play one or more processors.
  • a “part” refers to components such as software components, object-oriented software components, class components, and task components, processes, functions, properties, procedures, Subroutines, segments of program code, drivers, firmware, microcode, circuits, data, databases, data structures, tables, arrays and variables.
  • the functionality provided within the components and “parts” may be combined into a smaller number of components and “parts” or further separated into additional components and “parts”.
  • image may mean multi-dimensional data composed of discrete image elements (eg, pixels in a 2D image and voxels in a 3D image).
  • the image may include a medical image of an object obtained by an X-ray apparatus, a CT apparatus, an MRI apparatus, an ultrasound diagnostic apparatus, and another medical imaging apparatus.
  • an "object” may include a person or an animal, or a part of a person or an animal.
  • the subject may include organs such as the liver, heart, uterus, brain, breast, abdomen, or blood vessels.
  • the "object” may include a phantom. Phantom means a material having a volume very close to the density and effective atomic number of an organism, and may include a sphere phantom having properties similar to the body.
  • the "user” may be a doctor, a nurse, a clinical pathologist, a medical imaging expert, or the like, and may be a technician who repairs a medical device, but is not limited thereto.
  • MR image Magnetic Resonance image
  • magnetic Resonance image means an image of an object acquired using the principle of nuclear magnetic resonance.
  • the "pulse sequence” means a continuation of a signal repeatedly applied in a magnetic resonance imaging system.
  • the pulse sequence may vary according to a time parameter of the RF pulse, for example, a repetition time (TR) and an echo time (Time to Echo, TE).
  • TR repetition time
  • TE Time to Echo
  • the pulse sequence schematic diagram describes the order of signal generation occurring in the magnetic resonance imaging system.
  • the pulse sequence schematic diagram may be a schematic diagram showing an order in which RF pulses, gradient magnetic fields, magnetic resonance signals, etc. are applied over time.
  • a magnetic resonance imaging system is an apparatus for obtaining an image of a tomography region of an object by expressing intensity of a magnetic resonance signal (MR) with respect to a radio frequency (RF) signal generated in a magnetic field of a specific intensity in contrast. For example, if a subject is placed in a strong magnetic field and then irradiates the subject with an RF signal that resonates only a particular nucleus (e.g., hydrogen nucleus, etc.), the magnetic resonance signal is emitted from the particular nucleus.
  • the imaging system may receive this magnetic resonance signal to obtain an MR image.
  • the magnetic resonance signal refers to an RF signal emitted from the object.
  • the magnitude of the magnetic resonance signal may be determined by the concentration of predetermined atoms (eg, hydrogen, etc.) included in the object, a relaxation time T1, a relaxation time T2, and a flow of blood flow.
  • k-space may mean a spatial frequency matrix having a mathematical relationship with an image.
  • each point in k-space represents a spatial frequency, and signal strength may be added and used.
  • the under-sampled k-spatial data may refer to k-spatial data that does not satisfy the Nyquist criterion.
  • Full-sampled k-spatial data may refer to k-spatial data that satisfies the Nyquist criterion.
  • a magnetic resonance imaging apparatus may apply a signal having a certain ratio of frequency and energy to an atomic nucleus inside a patient in a space where a magnetic field is applied, and examine an internal structure of the human body using energy induced by a resonance reaction. .
  • Landmark compression sensing (CS) technology which was initiated in US patent application (US 2006/0029279, Donoho), suggests that sparse imaging techniques can recover magnetic resonance (MR) images from small sampling data. Proved. That is, for the recovery of magnetic resonance (MR) images, the k-space does not need to be sampled completely according to the phase encoding phase of the pulse sequence.
  • compressed sensing (CS) is the keynote for hardware-based acceleration of MRI.
  • the compressed sensing (CS) recovery algorithm includes Total Variaton [B. Liu et al., Compression Sensing MRI with Normalized Sensitivity Encoding (SENSE) Recovery, Magnetic Resonance in Medicine 61, 145-152 (2009)] or L1-normalized Optimization, Recomputing Using Bregman Iteration [S. Ravishankar and Y. Bresler, Image Recovery from Highly Undersampled k-Spatial Data by Prior Learning, IEEE Trans. On Med. Imag. 30, 1028-1041 (2011)] or a precomputed dictionary [A. Migukin et al., 4f optical phase search: background correction and sparse normalization of objects with binary amplitude, Appl. Opt. 52, A269-A280 (2013).
  • US patent application US 2006/0029279 is a breakthrough in compression sensing.
  • U.S. Patent Application (US 2006/0029279) describes a technique that can recover signals / images with acceptable quality using fewer measurements than the unknown. The main idea is to find a sparse representation of the object of interest on an overcomplete basis.
  • the US patent application (US 2006/0029279) needs to specify a sparsifying transform, due to the too general variational formulation of the optimization problem.
  • US 2007/0110290 describes a technique for recovering medical images from undersampled data measured in k-space by an iterative minimization algorithm.
  • recovery is forced optimization of formulated and / or preformulated functions, including sparse representation norms of test images derived from datasets and / or data fidelity terms. (constrained optimization). It is important to note that the minimization algorithm can include conjugate gradient sub-algorithm and / or Bregman Iteration.
  • US patent application (US 2012/0177128) describes an adaptation procedure for designing a dictionary for sparse representation of a signal / image by the K-SVD algorithm. Based on one or more training signals, the described signal processing system provides one dictionary comprising reference signals-atoms-so that each training signal is represented as a sparse linear combination of signal-atoms of the dictionary. To be possible.
  • efficient methods include Maxium A Posteriori (MAP) estimation, Maximum Likelihood (ML) method, independent.
  • MP Matching Pursuit
  • OMP Orthogonal Matching Pursuit
  • ICA Fundamental Pursuit with Independent Component Analysis
  • MOD Method of Optimal Direction
  • BP Basis Pursuit
  • FOCUSS Focal Under-determined System Solver
  • US patent application US 2012/0259590 describes a CS technique for recovering one signal / image from a plurality of measurement vectors when a signal jointly corresponds to a plurality of sparse vectors.
  • This patent application jointly extracts information from a plurality of measurement vectors of sparse signals and calculates a subset having at least one element of a joint support based on the plurality of measurement vectors. to provide.
  • Sparse recovering is formed by computing a succinct representation or sparse approximation of a given vector by a linear combination of prime numbers from a collection of known vectors.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a magnetic resonance apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the magnetic resonance apparatus 100 may include an acquisition unit 110 and a recovery unit 120.
  • the recovery unit 120 may include a first sub recovery unit 130, a second sub recovery unit 140, and an image generator 150.
  • the acquirer 110 may acquire an undersampled spectrum on k-space.
  • the acquirer 110 may acquire the undersampled data on the k-space through the magnetic resonance signal received by the receiving coil.
  • the acquirer 110 obtains a magnetic resonance signal from an object by applying an RF signal of a specific frequency to the object, but does not obtain a magnetic resonance signal for some spatial frequencies, and obtains a magnetic resonance signal for some spatial frequencies. Can be obtained.
  • Magnetic resonance imaging is a time consuming procedure and is therefore important for speeding up the acquisition of magnetic resonance imaging.
  • the magnetic resonance signal is sampled in spectral space representing the two-dimensional Fourier transform of the magnetic resonance image.
  • the total acquisition time depends on the number of samples, so one of the ways of facilitating the acquisition of magnetic resonance images is to narrow the sampled frequency and recover the magnetic resonance images only by the observed frequency. will be.
  • the present invention describes a method for rapid recovery of magnetic resonance images in an undersampled k-space.
  • the method of generating a magnetic resonance image requires one sampling mask, which is one undersampled k-space and a binary matrix, where "1" of the sampling mask is at that frequency (at that location). Means that the point in k-space is sampled, and "0" means that the frequency (point in k-space at that location) is not sampled.
  • the recovered image is generated and output.
  • the acquirer 110 may shorten the data acquisition time by acquiring an undersampled spectrum on k-space corresponding to some spatial frequencies.
  • the recovery unit 120 may generate the target image through the undersampled spectrum.
  • the recovery unit 120 may include a first sub recovery unit 130, a second sub recovery unit 140, and an image generation unit 150.
  • the first sub recovery unit 130 may perform the initial recovery described in step 102 of FIG. 2.
  • the first sub-recovery unit 130 may perform initial recovery through the split-bragman technique described with reference to FIG. 3 or the approximate sparse encoding technique described with reference to FIG. 4.
  • the first sub-recovery unit 130 may perform initial recovery on the data corresponding to the non-sampled position on the k-space through a split Bregman technique or an approximate sparse encoding technique.
  • a split Bregman technique or an approximate sparse encoding technique A detailed description of the split Braggman technique or the approximate sparse encoding technique will be given later.
  • the second sub recovery unit 140 may perform multi-band decomposition described in step 103 of FIG. 2. In addition, the second sub recovery unit 140 may perform dictionary learning reconstruction described with reference to step 104 of FIG. 2 and FIG. 5.
  • the second sub recovery unit 140 may multi-band decompose the initial recovered spectrum on k-space into a plurality of individual spectra.
  • the second sub recovery unit 140 may perform dictionary learing recovery on the images corresponding to the decomposed band.
  • the second sub recovery unit 140 alternately performs sparse approximation and recovery of the measured frequency to perform dictionary learing recovery.
  • the image generator 150 may generate the target image by merging the restored images of the respective frequency bands.
  • the image generator 150 may receive a restored image of each frequency band decomposed from the second sub-recovery unit 140 and merge the recovered images to generate a target image.
  • the image generator 150 may transmit the target image to the display unit.
  • the magnetic resonance apparatus according to an embodiment of the present invention combines the characteristics of the high performance and fast convergence of the split-bragman iteration algorithm with the advantages of and dictionary learning. Hereinafter, specific operations will be described.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating a method for fast recovery of an MR image according to an embodiment of the present invention.
  • the magnetic resonance apparatus may obtain the undersampled K-spatial data.
  • the magnetic resonance apparatus may obtain the spectral data in k-space by the receiver coil in accordance with a sampling scheme defined as a sampling mask to form the undersampling spectrum to be processed.
  • the magnetic resonance scanner may perform initial recovery.
  • the magnetic resonance scanner may perform initial reconstruction by filling an empty guess (ie, an unsampled position) of k-space with an initial guess.
  • the magnetic resonance apparatus may perform decomposition into a plurality of frequency bands.
  • the magnetic resonance apparatus may decompose the k-space initial spectrum (the first recovered spectrum) into frequency bands to generate a plurality of individual spectra corresponding to each frequency band.
  • the magnetic resonance scanner may perform pre-based recovery for each frequency band.
  • the magnetic resonance scanner may recover each of the obtained spectra using a pre-based compression sensing algorithm.
  • the magnetic resonance scanner may merge recovered images corresponding to different frequency bands.
  • a magnetic resonance apparatus merges all recovered images corresponding to different frequency bands using a sum operator, and the recovered final result, that is, one blurring and denoised )
  • a full spectrum of k-space may be generated in response to the MR signal.
  • a learning-based approach is used to generate the dictionary used for image reconstruction.
  • the dictionary described above is pre-learned based on a set of fully sampled training MR images.
  • Naive object recovery refers to the inverse Fourier transform of the undersampled spectral data without preprocessing. However, this recovery is strongly impaired by aliasing effects, especially due to zeros in the measurement in the case of general under sampling. A simple way to avoid aliasing and help the recovery algorithm for fast convergence is to fill those empty samples in the Fourier domain by some non-zero value. This procedure is called initialization or initial recovery.
  • the blank samples are taken from the Fourier spectrum of the aliased object preprocessed in the image region anyway, for example as a normalized deconvolution, blind deconvolution using split Braggman iteration algorithm or approximate sparse coding. It can be achieved by deblurring, noise reduction, smoothing, and sharpening, which are recovered by some complex methods. It significantly suppresses the intrinsic aliasing effect and increases both convergence speed and recovery quality.
  • some conventional information about the object, or object model, or data acquisition model may be used.
  • a split Braggman algorithm [T. Goldstein and S. Osher, l1-Segmented Bregman Method for Normalized Problems, Imag. Sciences 2, SIAM J. 323-343 (2009), can be used in the initialization step 102.
  • This algorithm provides an efficient and fast convergence speed for the method according to the invention.
  • Equation 1 is related to a general CS and is a result derived from a convex cost function that is minimized.
  • x is a vector of the object image to be recovered
  • F u is a partially sampled Fourier transform
  • y is a vector of measured undersampled spectra
  • is a sparsifying transform
  • is a normalization parameter variable and
  • l1 gambling (norm) ⁇ .. ⁇ 1 is defined as the sum of the absolute values of the items (items) of the vector
  • l2 gambling (norm) ⁇ .. ⁇ 2 is defined as the square root of the sum of squares of the vector entries do.
  • is a normalization parameter and b k is an update of the Bregman parameter.
  • FIG. 3 A flowchart of the split Braggman initialization algorithm is shown in FIG. 3. [T. Goldstein and S. Osher, l1-Segmented Bregman Method for Normalized Problems, Imag. As described in Sciences 2, SIAM J. 323-343 (2009)], this algorithm includes two nested loops.
  • FIG. 3 is a flowchart specifically illustrating split Bregman based initialization according to an embodiment of the present invention.
  • the magnetic resonance scanner may initialize auxiliary variables.
  • the magnetic resonance apparatus initializes auxiliary variables of the sparse object approximation d 0 and the Bregman parameter b 0 with a zero vector.
  • the magnetic resonance scanner may determine whether the outer loop is executed. That is, the magnetic resonance scanner may determine whether the outer loop is completed. If the outer loop has not been performed, the magnetic resonance apparatus may proceed to step 203 and if the outer loop has been performed, the magnetic resonance apparatus may proceed to step 209.
  • the magnetic resonance apparatus may determine whether the inner loop is executed. In other words, the magnetic resonance scanner may determine whether the inner loop is complete. If the inner loop has not been performed, the magnetic resonance apparatus proceeds to the inner loop algorithm, and if so, the magnetic resonance apparatus can proceed to step 208.
  • the magnetic resonance scanner can update the solution image by minimizing the l2 norm.
  • the magnetic resonance scanner may recover the measured k-space sample in the recovered spectrum.
  • the magnetic resonance scanner may reduce the l1 norm (TV) of the solution.
  • the magnetic resonance scanner may update the Bragman parameter.
  • the above-described split Braggman routines (Equation 3.1 to Equation 3.3) may be performed, and the inner loop may include:
  • Step 207 Updating the Begman parameter b k + 1 .
  • the l1 norm optimization can be realized via a soft threshold with a 1 / 2 ⁇ equal threshold (step 206).
  • the recovered object can be further updated by recovering the k-space sample measured in the recovered Fourier spectrum of x k + 1 (step 205).
  • the magnetic resonance scanner may update the auxiliary inner loop independent variable used to recomput the object estimate (step 204).
  • the algorithm may return to step 202.
  • step 209 the recovered object can be updated again by recovering the k-space samples measured in the recovered Fourier spectrum. Thereafter, a split Braggman based initialization algorithm is completed.
  • the derivative operator can be used as sparsifying transform ⁇ . In such cases, the overall variation is usually normalized.
  • the initial guess may be calculated by an approximate sparse encoding method in the initialization step 102.
  • the main idea of this method is to use a trainable model for prediction of sparse codes with fewer calculations than real algorithms.
  • a Learned Coordinate Descent algorithm (LCoD) can be used.
  • the Learned Coordinate Descent algorithm (LCoD) is the same as that disclosed in Karol Gregor and Yann LeCun, Fast Approximation of Sparse Coding, ICML 2010.
  • FIG. 4 is a flow diagram illustrating an algorithm of model training for sparse code prediction.
  • the training set should contain fully sampled data.
  • the magnetic resonance scanner can secure a full sampled k-space from the training dataset.
  • the full sampled k-space may be patched from the data set.
  • the magnetic resonance apparatus may apply a sampling mask to obtain undersampled data that matches an index of the sampling mask, and fill missing values with zero.
  • a predefined sampling mask is applied to the k-space to obtain an undersampled k-space, so that missing values are filled with zeros.
  • the magnetic resonance apparatus may recover the two images by applying an inverse Fourier transform to the undersampled k-space and the k-space obtained in step 301.
  • an inverse Fourier transform For example, in step 303, two images are recovered by applying an inverse Fourier transform: one in the undersampled k-space (with artifacts with zero filling), the other in full sampling Image in k-space.
  • the magnetic resonance scanner may extract a patch with an inverse Fourier transform from the two recovered images.
  • the magnetic resonance apparatus can recover two images by applying an inverse Fourier transform to the undersampled k-space and the full sampled k-space. For example, at step 304, a small image patch can be extracted from both of these images. The size of the extracted patch may be the same as the size of the dictionary element.
  • Steps 305 to 308 the loop executes for all patches.
  • the magnetic resonance apparatus may perform sparse code prediction on each patch extracted from the undersampled image using the releasable model. That is, at step 305, the sparse code can be predicted by a trainable model.
  • the magnetic resonance scanner may perform recovery of the image patch from the predicted code using a predefined dictionary.
  • the image patch can be recovered using this predicted code and a predefined dictionary.
  • the magnetic resonance apparatus may calculate an error between the recovered patch and the patch extracted from the sampling data image acquired in operation 301. For example, in step 307 this recovered image patch is used to calculate the error compared to the image patch extracted from the fully sampled image.
  • the magnetic resonance scanner may update the trainable model parameters using the calculated error.
  • the model parameters are updated with some optimization method, such as, for example, a gradient descent method. This process is repeated until the training process converges.
  • step 104 of FIG. 2 based on the sparse approximation of one input signal using the learned dictionary.
  • the optimization equation of Equation 4 is used:
  • l0 norm is 0
  • 0 is defined as a number of nonzero elements of a vector.
  • the magnetic resonance apparatus obtains an image 403 by applying an inverse Fourier transform (step 402) to the input undersampled k-space (step 401). Then, until the solution converges (step 404), the next step is performed.
  • the duplicate patch set 407 is extracted from the image (step 406). Sparse decomposition (step 408) is then performed for each of the patches.
  • the optimization equation of Equation 5 is used:
  • the columns of X are vectorized patches
  • the columns of z are sparse code vectors
  • D is a pre-transformation matrix
  • is a normalization parameter
  • the elements of dictionary 409 are represented as columns of matrix D, and each column of X aims to be represented as a linear combination of only a small number of non-zero components and dictionary elements (thus, Heat is sparse). This problem can be solved by a greedy orthogonal matching tracking algorithm.
  • Sparse code z 410 is obtained for each patch, and the recovered patches 412 are computed as a linear combination of sparse code and dictionary elements computed with coefficients 411.
  • the intermediate recovered image 414 is then obtained by merging the recovered patch with the overlap (step 413).
  • the intermediate recovered image 414 is transformed back into frequency space by applying a Fourier transform (step 415), and the intermediate k-spatial data 416 is obtained.
  • the recovered frequencies are then recovered (step 417) in the intermediate k-space (step 416) by the measured data.
  • the k-space with the recovered observation frequency (step 418) is transformed into image space by an inverse Fourier transform (step 402).
  • the image (step 403) is output as a recovery result (step 405), otherwise a new iteration begins.
  • the method according to the invention operates with various sampling techniques.
  • the procedure of extracting a patch from an input image creates a set of square pieces of the image.
  • the optimal aspect ratio (relative ratio of width to height) of the patch depends on the k-space sampling scheme.
  • a common method of sampling in an MRI apparatus is to acquire a phase encoding line. These lines represent rows in k-space.
  • a covering strategy such as a fixed amount of information per patch, can be performed by applying rectangular patches of non-uniform size.
  • a rectangular patch of non-uniform size can be applied by increasing the patch height while reducing the patch width.
  • Non-square rectangular patches can achieve better recovery quality than square patches, in which case the number of pixels of the rectangular patch is the same or less than the square patches.
  • the aspect ratio of the patch depends on the proportion of missing information along the x direction and the y direction (amount of anistropy).
  • one of the methods for utilizing multiple structures of data is to recover, at step 103, a plurality of image components corresponding to multiple frequency bands.
  • the initially recovered spectrum in step 102 is divided, corresponding to a group of several subbands.
  • the initially recovered spectrum in step 102 is divided corresponding to a group of low, middle and high frequency bands.
  • This truncated k-space is treated as input to the main loop of pre-based recovery in step 104 and processed in parallel.
  • the final recovered image is obtained at step 105 by summing the recovered images of all bands.
  • each training image is decomposed into frequency bands in the same way, and a unique dictionary is learned for each of these bands separately.
  • each band is recovered using the corresponding dictionary.
  • recovery of the band is performed simply by applying an inverse Fourier transform.
  • the choice of band shape depends on the sampling method.
  • the band is rectangular stripes in one k-space aligned with the sampling lines.
  • the band is represented by a concentric ring band around zero frequency.
  • FIG. 6 is a view for explaining a magnetic resonance imaging system according to an embodiment of the present invention.
  • the MRI system 500 may include an acquisition unit 501, a recovery server 502, and an operator console 503.
  • the acquirer 501 may acquire the undersampled k-space.
  • the acquirer 501 may acquire spectral data of k-space according to a sampling scheme defined as a sampling mask.
  • the acquirer 501 may be obtained through a receiver coil.
  • the acquirer 501 may be implemented by separate medical equipment that is distinct from the recovery server 502 or the operator console 503.
  • the recovery server 502 can include a processor 504 and a memory 505.
  • the processor 504 may include a recovery unit 508.
  • the recovery unit 508 may recover the undersampled MRI data.
  • the recovery unit 508 may perform initial reconstruction by filling an empty position of the k-space with an initial guess.
  • the recovery unit 508 may decompose the k-space initialization spectrum into frequency bands to generate a plurality of individual spectrums corresponding to each frequency band.
  • the recovery unit 508 may recover each of the plurality of individual spectra using a pre-based compression sensing algorithm.
  • the recovery unit 508 merges all recovered images corresponding to different frequency bands using a sum operator, and k in response to the restored final result, that is, one smear-free and noise-reduced MR signal. Generate full spectrum of space
  • the processor 504 may perform various operations for implementing the present invention in addition to the recovery unit 508.
  • the memory 505 may store a file including k-space data obtained by obtaining the under-sampled k-space through the acquirer 501.
  • the operator console 503 can include a display 506 and a controller 507.
  • the controller 507 may execute a program for performing image recovery.
  • the result of the program can be output to the display 506.
  • the magnetic resonance imaging system 500 may acquire k-spatial data in a shortened time.
  • the magnetic resonance imaging system may include a gantry 20, a signal transceiver 30, a monitor 40, a system controller 50, and an operating unit 60.
  • the gantry 20 blocks electromagnetic radiation generated by the main magnet 22, the gradient coil 24, the RF coil 26, and the like from radiating to the outside.
  • a static magnetic field and a gradient magnetic field are formed in the bore in the gantry 20, and an RF signal is irradiated toward the object 10.
  • the main magnet 22, the gradient coil 24 and the RF coil 26 may be disposed along a predetermined direction of the gantry 20.
  • the predetermined direction may include a coaxial cylindrical direction or the like.
  • the object 10 may be positioned on a table 28 that can be inserted into the cylinder along the horizontal axis of the cylinder.
  • the main magnet 22 generates a static magnetic field or a static magnetic field for aligning the directions of the magnetic dipole moments of the nuclei contained in the object 10 in a constant direction. As the magnetic field generated by the main magnet is stronger and more uniform, a relatively precise and accurate MR image of the object 10 may be obtained.
  • the gradient coil 24 includes X, Y, and Z coils that generate gradient magnetic fields in the X-, Y-, and Z-axis directions that are perpendicular to each other.
  • the gradient coil 24 may provide the location information of each part of the object 10 by inducing resonance frequencies differently for each part of the object 10.
  • the RF coil 26 may radiate an RF signal to the patient and receive an MR signal emitted from the patient. Specifically, the RF coil 26, after transmitting the RF signal of the same frequency as the frequency of the precession toward the atomic nucleus existing in the precession patient, stops transmitting the RF signal, and in the nucleus existing in the patient It can receive the MR signal emitted from.
  • the RF coil 26 generates an electromagnetic signal, for example, an RF signal having a radio frequency corresponding to the type of the nuclear nucleus, such as an RF signal, in order to transition a nuclear nucleus from a low energy state to a high energy state. 10) can be applied.
  • an electromagnetic signal generated by the RF coil 26 is applied to a certain nucleus, the nucleus can transition from a low energy state to a high energy state.
  • the electromagnetic wave generated by the RF coil 26 disappears, the atomic nucleus to which the electromagnetic wave is applied may radiate an electromagnetic wave having a Lamor frequency while transitioning from a high energy state to a low energy state.
  • the RF coil 26 may receive an electromagnetic wave signal radiated from atomic nuclei inside the object 10.
  • the RF coil 26 may be implemented as one RF transmission / reception coil having a function of generating an electromagnetic wave having a radio frequency corresponding to a type of atomic nucleus and a function of receiving an electromagnetic wave radiated from the atomic nucleus. Further, it may be implemented as a transmitting RF coil having a function of generating an electromagnetic wave having a radio frequency corresponding to the type of atomic nucleus and a receiving RF coil having a function of receiving electromagnetic waves radiated from the atomic nucleus.
  • the RF coil 26 may be fixed to the gantry 20, it may be a removable form.
  • the detachable RF coil 26 may include RF coils for portions of the object, including head RF coils, chest RF coils, leg RF coils, neck RF coils, shoulder RF coils, wrist RF coils and ankle RF coils, and the like. have.
  • the RF coil 26 may communicate with an external device in a wired and / or wireless manner, and may also perform dual tune communication according to a communication frequency band.
  • the RF coil 26 may include a birdcage coil, a surface coil, and a transverse electromagnetic coil (TEM coil) according to the structure of the coil.
  • TEM coil transverse electromagnetic coil
  • the RF coil 26 may include a transmission-only coil, a reception-only coil, and a transmission / reception combined coil according to an RF signal transmission / reception method.
  • the RF coil 26 may include various types of RF coils, such as 16 channels, 32 channels, 72 channels, and 144 channels.
  • the gantry 20 may further include a display 29 located outside the gantry 20 and a display (not shown) located inside the gantry 20. Predetermined information may be provided to the user or the object through the displays located inside and outside the gantry 20.
  • the signal transceiver 30 may control the gradient magnetic field formed in the gantry 20, that is, the bore according to a predetermined MR sequence, and control transmission and reception of the RF signal and the MR signal.
  • the signal transceiver 30 may include a gradient magnetic field amplifier 32, a transmission / reception switch 34, an RF transmitter 36, and an RF receiver 38.
  • the gradient amplifier 32 drives the gradient coil 24 included in the gantry 20, and outputs a pulse signal for generating the gradient magnetic field under the control of the gradient magnetic field controller 54. Can be supplied to By controlling the pulse signal supplied from the gradient amplifier 32 to the gradient coil 24, gradient magnetic fields in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions can be synthesized.
  • the RF transmitter 36 and the RF receiver 38 may drive the RF coil 26.
  • the RF transmitter 36 may supply an RF pulse of a Lamore frequency to the RF coil 26, and the RF receiver 38 may receive an MR signal received by the RF coil 26.
  • the RF receiver 38 may include the acquirer 110 of FIG. 1, and acquire the undersampled spectrum on the k-space through the acquirer 110.
  • the acquirer 110 may shorten the data acquisition time by acquiring an undersampled spectrum on k-space corresponding to some spatial frequencies.
  • the transmit / receive switch 34 may adjust the transmit / receive direction of the RF signal and the MR signal.
  • the RF signal may be irradiated to the object 10 through the RF coil 26 during the transmission mode, and the MR signal from the object 10 may be received through the RF coil 26 during the reception mode.
  • the transmission / reception switch 34 may be controlled by a control signal from the RF controller 56.
  • the monitoring unit 40 may monitor or control the gantry 20 or devices mounted on the gantry 20.
  • the monitoring unit 40 may include a system monitoring unit 42, an object monitoring unit 44, a table control unit 46, and a display control unit 48.
  • the system monitoring unit 42 includes a state of a static magnetic field, a state of a gradient magnetic field, a state of an RF signal, a state of an RF coil, a state of a table, a state of a device measuring body information of an object, a state of a power supply, a state of a heat exchanger, It can monitor and control the condition of the compressor.
  • the object monitoring unit 44 monitors the state of the object 10.
  • the object monitoring unit 44 may include a camera for observing the movement or position of the object 10, a respiratory meter for measuring the respiration of the object 10, an ECG meter for measuring the electrocardiogram of the object 10, Or it may include a body temperature measuring instrument for measuring the body temperature of the object (10).
  • the table controller 46 controls the movement of the table 28 in which the object 10 is located.
  • the table controller 46 may control the movement of the table 28 according to the sequence control of the sequence controller 50.
  • the table controller 46 may continuously or intermittently move the table 28 according to the sequence control by the sequence controller 50, thereby.
  • the object may be photographed with an FOV larger than the field of view (FOV) of the gantry.
  • FOV field of view
  • the display controller 48 controls the displays located on the outside and the inside of the gantry 20.
  • the display controller 48 may control on / off of a display located on the outside and the inside of the gantry 20 or a screen to be output to the display.
  • the display controller 48 may control on / off of the speaker or sound to be output through the speaker.
  • the system controller 50 includes a sequence controller 52 for controlling a sequence of signals formed in the gantry 20, and a gantry controller 58 for controlling the gantry 20 and devices mounted on the gantry 20. can do.
  • the sequence controller 52 includes a gradient magnetic field controller 54 that controls the gradient magnetic field amplifier 32, and an RF controller 56 that controls the RF transmitter 36, the RF receiver 38, and the transmit / receive switch 34. can do.
  • the sequence controller 52 may control the gradient amplifier 32, the RF transmitter 36, the RF receiver 38, and the transmit / receive switch 34 according to a pulse sequence received from the operating unit 60.
  • the pulse sequence includes all information necessary for controlling the gradient magnetic field amplifier 32, the RF transmitter 36, the RF receiver 38, and the transmit / receive switch 34, for example, the gradient.
  • Information on the intensity of the pulse signal applied to the coil 24, the application time, the application timing (timing) and the like may be included.
  • the operating unit 60 may command pulse sequence information to the system controller 50 and control the operation of the entire magnetic resonance imaging system.
  • the operating unit 60 may include an image processor 62, an output unit 64, and an input unit 66 that receive and process an MR signal received by the RF receiver 38.
  • the image processor 62 may process MR signals received from the RF receiver 38 to generate MR image data of the object 10.
  • the image processor 62 receives the MR signal received by the RF receiver 38 and applies various signal processing such as amplification, frequency conversion, phase detection, low frequency amplification, filtering, and the like to the received MR signal.
  • the image processor 62 for example, arranges digital data in a k space of a memory (also referred to as a Fourier space or a frequency space), and performs the two-dimensional or three-dimensional Fourier transform on the data to perform an image. Can be reconstructed with data.
  • a memory also referred to as a Fourier space or a frequency space
  • the image processor 62 may perform a composition process, a difference calculation process, or the like on the reconstructed image data.
  • the composition process may be an addition process for pixels, a maximum projection (MIP) process, or the like.
  • the image processor 62 may store not only the image data to be reconstructed, but also image data subjected to the synthesis process or the difference calculation process to a memory (not shown) or an external server.
  • various signal processings applied to the MR signal by the image processor 62 may be performed in parallel.
  • signal processing may be applied in parallel to a plurality of MR signals received by the multi-channel RF coil to reconstruct the plurality of MR signals into image data.
  • the image processor 62 may include the recovery unit 120 of FIG. 1 to generate the target image through the undersampled spectrum.
  • the recovery unit 120 may include the first sub recovery unit 130, the second sub recovery unit 140, and the image generator 150 of FIG. 1.
  • the first sub-recovery unit 130 may perform initial recovery on the data corresponding to the non-sampled position on the k-space through a split Bregman technique or an approximate sparse encoding technique.
  • the second sub recovery unit 140 may multi-band decompose the initial recovered spectrum on k-space into a plurality of individual spectra.
  • the second sub recovery unit 140 may perform dictionary learing recovery on the images corresponding to the decomposed band.
  • the magnetic resonance image may be obtained at high speed through the image processor 62.
  • the output unit 64 may output the image data or the reconstructed image data generated by the image processor 62 to the user.
  • the output unit 64 may output information necessary for the user to operate the MRI system, such as a user interface (UI), user information, or object information.
  • the output unit 64 is a speaker, a printer, a CRT display, an LCD display, a PDP display, an OLED display, a FED display, an LED display, a VFD display, a digital light processing (DLP) display, a flat panel display (PFD), 3D Display, transparent display, and the like.
  • the user may input object information, parameter information, scan conditions, pulse sequences, information on image composition or difference calculation, etc. using the input unit 66.
  • Examples of the input unit 66 may include a keyboard, a mouse, a trackball, a voice recognition unit, a gesture recognition unit, a touch screen, and the like.
  • FIG. 7 illustrates the signal transceiver 30, the monitor 40, the system controller 50, and the operating unit 60 as separate objects, the signal transceiver 30, the monitor 40, and the system. Functions performed by each of the controller 50 and the operating unit 60 may be performed in another object.
  • the image processing unit 62 described above converts the MR signal received by the RF receiver 38 into a digital signal, the conversion to the digital signal is performed by the RF receiver 38 or the RF coil 26 directly. It can also be done.
  • the gantry 20, the RF coil 26, the signal transmitting and receiving unit 30, the monitoring unit 40, the system control unit 50, and the operating unit 60 may be connected to each other wirelessly or by wire.
  • the apparatus may further include an apparatus (not shown) for synchronizing clocks with each other.
  • Communication between the gantry 20, the RF coil 26, the signal transmitting and receiving unit 30, the monitoring unit 40, the system control unit 50, and the operating unit 60 is performed at a high speed such as low voltage differential signaling (LVDS).
  • LVDS low voltage differential signaling
  • Asynchronous serial communication such as a digital interface, a universal asynchronous receiver transmitter (UART), mistaken serial communication, or a low-delay network protocol such as a controller area network (CAN), optical communication, or the like may be used.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a magnetic resonance imaging system which communicates through a communication unit according to an embodiment of the present invention.
  • the communication unit 70 may be connected to at least one of the gantry 20, the signal transmission and reception unit 30, the monitoring unit 40, the system control unit 50, and the operating unit 60 shown in FIG. 7.
  • the communication unit 70 may exchange data with a hospital server or another medical device in the hospital connected through a picture archiving and communication system (PACS), and use digital imaging and communications (DICOM). Medicine) can communicate data according to the standard.
  • PACS picture archiving and communication system
  • DIOM digital imaging and communications
  • the communication unit 70 may be connected to the network 80 by wire or wirelessly to communicate with the server 92, the medical device 94, or the portable device 96.
  • the communication unit 70 may transmit and receive data related to diagnosis of the object through the network 80, and may also transmit and receive medical images photographed by the medical device 94, such as CT, MRI, and X-ray.
  • the communication unit 70 may receive a diagnosis history or a treatment schedule of the patient from the server 92 and use the same to diagnose the object.
  • the communication unit 70 may perform data communication with not only the server 92 and the medical device 94 in the hospital, but also a portable device 96 such as a mobile phone, a PDA, a notebook or the like of a doctor or a customer.
  • the communication unit 70 may transmit an abnormality or medical image quality information of the magnetic resonance imaging system to the user through the network 80 and receive feedback from the user.
  • the communication unit 70 may include one or more components that enable communication with an external device, and may include, for example, a short range communication module 72, a wired communication module 74, and a wireless communication module 76. have.
  • the short range communication module 72 refers to a module for performing short range communication with a device located within a predetermined distance.
  • Local area communication technology includes wireless LAN, Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee, WFD (Wi-Fi Direct), UWB (ultra wideband), infrared communication (IrDA) , Infrared Data Association (BLE), Bluetooth Low Energy (BLE), Near Field Communication (NFC), and the like, but are not limited thereto.
  • the wired communication module 74 refers to a module for performing communication using an electrical signal or an optical signal, and a wired communication technology according to an embodiment of the present invention uses a pair cable, a coaxial cable, an optical fiber cable, or the like. Wired communication technology may be included.
  • the wireless communication module 76 transmits and receives a wireless signal with at least one of a base station, an external device, and a server on a mobile communication network.
  • the wireless signal may include various types of data according to transmission and reception of a voice call signal, a video call call signal, or a text / multimedia message.
  • the above-described embodiments of the present invention can be written as a program that can be executed in a computer, and can be implemented in a general-purpose digital computer that operates the program using a computer-readable recording medium.
  • the computer-readable recording medium may be a magnetic storage medium (for example, a ROM, a floppy disk, a hard disk, etc.), an optical reading medium (for example, a CD-ROM, a DVD, etc.) and a carrier wave (for example, the Internet). Storage medium).
  • a magnetic storage medium for example, a ROM, a floppy disk, a hard disk, etc.
  • an optical reading medium for example, a CD-ROM, a DVD, etc.
  • carrier wave for example, the Internet.

Abstract

A magnetic resonance imaging device comprises: an acquisition unit for acquiring an undersampled spectrum on a k-space; and a recovery unit for generating a target image through the undersampled spectrum, wherein the recovery unit can comprise: a first sub recovery unit for performing an initial recovery for data corresponding to a non-sampled position on the k-space through a slit Bregman technique or an approximation sparse encoding technique; a second sub recovery unit which decomposes, in multiple bands, the initially recovered spectrum on the k-space into a plurality of individual spectra, and which carries out a dictionary learning recovery by alternating a sparse approximation and recovery of frequencies measured for images corresponding to the decomposed bands; and an image generation unit for merging the recovered images of the respective frequency bands so as to generate the target image.

Description

자기 공명 영상 장치 및 자기 공명 영상의 생성 방법Magnetic resonance imaging apparatus and method of generating magnetic resonance imaging
본 발명은 의료 영상에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 언더샘플링된(undersampled) 데이터로부터 대상 영상을 복구하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to medical imaging. More specifically, the present invention relates to a method and system for recovering a subject image from undersampled data.
본 발명은 영상 획득을 가속화하는 MRI 스캐너에 적용할 수 있으며, 의료 기기의 소프트웨어 또는 하드웨어 부품으로서 구현될 수 있다.The present invention can be applied to an MRI scanner that accelerates image acquisition, and can be implemented as software or hardware component of a medical device.
자기 공명 영상(MRI)은 비침습적 및 비이온화 영상 기법으로, 해부 구조와 생리적인 기능 모두를 시각화할 수 있어서, 진단에 널리 이용되고 있다. 그러나, MRI 영상 기법은 사용된 데이터, 객체의 공간적 푸리에 변환의 소위 k-공간 내 샘플들을 시간상 순차적으로 획득하는 상대적으로 느린 영상 기법(modality)이다. Magnetic resonance imaging (MRI) is a non-invasive and non-ionized imaging technique that can visualize both anatomical structures and physiological functions and is widely used for diagnosis. However, the MRI imaging technique is a relatively slow imaging modality that sequentially acquires the data used, the so-called k-space samples of the spatial Fourier transform of the object in time.
즉, 자기 공명 영상 장치 내의 대상 환자가 밀폐된 공간에서 심리적인 불안감을 느낄 수 있으며, 비경제적으로 영상을 획득하게 된다. 따라서, 자기 공명 영상 장치에서 고속으로 영상을 획득하기 위한 기법이 요구된다. That is, the target patient in the magnetic resonance imaging apparatus may feel psychological anxiety in an enclosed space, and acquire an image uneconomically. Therefore, there is a need for a technique for acquiring images at high speed in a magnetic resonance imaging apparatus.
본 발명의 일 실시예에 따른 자기 공명 영상 장치는 단축된 시간으로 자기 공명 영상을 획득하는 것을 목적으로 한다. A magnetic resonance imaging apparatus according to an embodiment of the present invention aims to acquire a magnetic resonance image in a shortened time.
본 발명의 일 실시예에 따른 자기 공명 영상 장치는 k-공간 상의 언더샘플링된 스펙트럼을 획득하는 획득부; 및 상기 언더샘플링된 스펙트럼을 통하여 목적 영상을 생성하는 복구부를 포함하고, 상기 복구부는, 상기 k-공간 상의 비-샘플링된 위치에 대응하는 데이터에 대해서 분할 브레그먼 기법 또는 근사 스파스 부호화 기법을 통하여 초기 복구를 수행하는 제1 서브 복구부; 상기 k-공간 상의 상기 초기 복구된 스펙트럼을 다수의 개별 스펙트럼들로 다중 대역 분해하고, 상기 분해된 대역에 대응하는 영상들에 대해서 측정된 주파수를 스파스(sparse) 근사화하고 복구하는 것을 교번하여 사전-기반(dictionary learing) 복구를 하는 제2 서브 복구부; 및 상기 각 주파수 대역의 복구된 영상을 병합하여, 목적 영상을 생성하는 영상 생성부를 포함할 수 있다. Magnetic resonance imaging apparatus according to an embodiment of the present invention includes an acquirer for obtaining an undersampled spectrum on the k-space; And a recovery unit generating a target image through the undersampled spectrum, wherein the recovery unit is configured to perform segmented Braggman or approximate sparse coding on data corresponding to the non-sampled position on the k-space. A first sub recovery unit performing initial recovery; Multiband decomposition the initial recovered spectrum on the k-space into a plurality of individual spectra, and sparse approximating and restoring the measured frequency for the images corresponding to the resolved band in advance A second sub recovery unit performing dictionary learing recovery; And an image generator for merging the restored images of the respective frequency bands to generate a target image.
예를 들어, 상기 제1 서브 복구부는, 풀(full) 샘플링된 k-공간의 데이터 집합을 수집하고, 샘플링 마스크를 적용하고, 상기 샘플링 마스크의 인덱스(index)에 따라서 언더샘플링된 데이터를 획득하고, 에러 계산을 위한 풀(full) 샘플링된 데이터를 사용하여 언더샘플링된(undersampled) 데이터를 위한 스파스 코드를 예측하도록 모델을 훈련하고, 훈련된 모델을 사용하여 언더샘플링된(undersampled) 데이터로부터 근사화된 스파스 코드를 예측하여 상기 근사 스파스 부호화를 수행할 수 있다. For example, the first sub-recovery unit collects a data set of full sampled k-spaces, applies a sampling mask, obtains undersampled data according to an index of the sampling mask, and Train the model to predict the sparse code for the undersampled data using the full sampled data for error calculation, and approximate from the undersampled data using the trained model The approximated sparse coding may be performed by predicting the sparse code.
예를 들어, 상기 스파스 근사는 입력 자기 공명 신호에 대응하는 입력 영상에서 불균일한 크기의 중첩 패치들을 추출하고, 사전을 이용하여 상기 패치들의 스파스 코드들로의 스파스 분해를 수행하고, 상기 스파스 코드와 사전에 의해 패치들을 복구하고, 상기 복구된 패치에 의해 영상을 복구할 수 있다. For example, the sparse approximation extracts overlapping patches of non-uniform size from an input image corresponding to an input magnetic resonance signal, performs a sparse decomposition of the patches into sparse codes using a dictionary, and Patches may be restored by sparse code and dictionary, and the image may be restored by the recovered patch.
예를 들어, 상기 사전은 풀(full) 샘플링된 훈련 자기 공명 영상들의 집합으로부터 추출된 패치들에 기초하여 미리 학습될 수 있다. For example, the dictionary may be learned in advance based on patches extracted from a set of full sampled training magnetic resonance images.
예를 들어, 상기 사전은 각 주파수 대역에 대해 개별적으로 학습될 수 있다. For example, the dictionary can be learned individually for each frequency band.
예를 들어, 상기 스파스 분해는 사전 요소의 선형 조합으로서 패치 표현으로 비-제로 성분을 최소화함으로써 수행될 수 있다. For example, the sparse decomposition can be performed by minimizing non-zero components in a patch representation as a linear combination of dictionary elements.
예를 들어, 상기 불균일한 크기의 패치들은 샘플링 방식의 이방성의 양에 따라 종횡비가 결정될 수 있다. For example, the aspect ratio of the patches of non-uniform size may be determined according to the amount of anisotropy of the sampling scheme.
예를 들어, 상기 패치들은 직교 일차원 샘플링 및 다른 이방성 방식에 대한 직사각형 형상을 가지고, 언더샘플링된(undersampled) k-공간에서 대부분의 정보 손실 방향으로 가장 긴 치수를 가질 수 있다. For example, the patches may have a rectangular shape for orthogonal one-dimensional sampling and other anisotropic schemes, and have the longest dimension in the direction of most information loss in the undersampled k-space.
예를 들어, 상기 패치들은 등방성 샘플링 방식의 정사각형 형상을 가질 수 있다. For example, the patches may have a square shape of an isotropic sampling method.
예를 들어, 상기 사전-기반 복구는 다른 주파수 대역에 대응하는 각각의 k-공간에 대해 수행될 수 있다. For example, the pre-based recovery may be performed for each k-space corresponding to a different frequency band.
예를 들어, 주파수 대역에 대응하는 상기 분해된 k-공간들은 현재의 대역에 대응하는 초기에 복구된 k-공간에서 취한 주파수들로 구성되고, 상기 다른 주파수들은 제로로 채워지고 측정된 것으로 표시될 수 있다. For example, the decomposed k-spaces corresponding to the frequency bands consist of frequencies taken from the initially recovered k-space corresponding to the current band, and the other frequencies are filled with zero and marked as measured. Can be.
본 발명의 다른 실시예에 따른 자기 공명 장치가 언더샘플링된(undersampled) 데이터로부터 자기 공명 영상을 생성하는 방법에 있어서, 수신기 코일이 k-공간에서 언더샘플링된(undersampled) 스펙트럼을 획득하는 단계; 상기 k-공간에서 샘플링되지 않은 위치를 초기 추측으로 충전하여 초기 복구하는 단계; 상기 초기 복구된 스펙트럼를 다수의 개별 스펙트럼들로 다중대역 분해하는 단계; 상기 분해된 각각의 대역에 대응하는 영상들에 대해서 사전-기반(dictionary learning) 복구를 수행하는 단계; 및 상기 사전-기반(dictionary learning) 복구를 통하여 복구된 영상을 병합하여 목적 영상을 생성하는 단계를 포함하고: a. 상기 초기 복구하는 단계는 단순화된 ℓ0 노름(norm)을 포함한 비용 함수를 최적화하는 단계를 포함하고; b. 상기 다중대역 분해 단계는 k-공간에서 초기에 복구된 스펙트럼에 적용하여, 다양한 주파수 대역에 대한 개별 스펙트럼의 개수를 획득하고; c. 상기 사전-기반 복구 단계는 측정된 주파수를 스파스(sparse) 근사화하고 복구하는 것을 교번함하는 단계를 포함하고; d. 상기 목적 영상을 생성하는 단계는 상기 각 주파수 대역의 상기 복구 결과의 합으로서 목적 영상을 생성할 수 있다. A method of generating a magnetic resonance image from undersampled data by a magnetic resonance apparatus according to another embodiment of the present invention, the method comprising: obtaining, by a receiver coil, an undersampled spectrum in k-space; Initial retrieval by initial guessing the unsampled position in the k-space; Multiband decomposition the initial recovered spectrum into a plurality of individual spectra; Performing dictionary-based recovery on the images corresponding to each of the decomposed bands; And merging the recovered images through the dictionary-based recovery to generate a target image: a. The initial restoring comprises optimizing a cost function including a simplified LO norm; b. Said multiband decomposition step applies to the spectrum initially recovered in k-space to obtain the number of individual spectra for various frequency bands; c. The pre-based recovery step includes alternating sparse approximation and recovery of the measured frequency; d. The generating of the target image may generate the target image as a sum of the restoration results of the respective frequency bands.
예를 들어, 상기 ℓ0 노름의 정규화는 ℓ1 노름의 최적화를 통해 단순화될 수 있다. For example, the normalization of the L0 norm can be simplified through optimization of the L1 norm.
예를 들어, 상기 ℓ1 노름의 최적화는 분할 브레그먼 기법 또는 근사 스파스 부호화 방법을 통하여 구현될 수 있다. For example, the optimization of the l1 norm may be implemented through a split Bregman technique or an approximate sparse coding method.
본 발명의 다른 실시예에 따른 자기 공명 영상 시스템은, 수신기 코일에 의해 k-공간에서 언더샘플링된 스펙트럼을 획득하는 획득부; 및 상기 획득부로부터 전송되는 상기 언더샘플링된 k-공간을 수신하여 저장하고, 상기 k-공간에서 비-샘플링된 위치를 초기 추측으로 충전하여 초기 복구를 수행하고, 상기 초기 복구된 스펙트럼을 다수의 개별 스펙트럼들로 다중대역 분해하고, 상기 분해된 대역에 대응하는 영상의 사전-기반 복구를 수행하고, 상기 복구된 영상을 병합하여, 목적 영상을 생성하는 복구 서버 포함하고, a. 상기 초기 복구는 단순화된 ℓ0 노름(norm)을 포함한 비용 함수를 최적화함으로써 수행되고, b. 상기 다중대역 분해는 다양한 주파수 대역에 대한 개별 스펙트럼의 개수를 얻기 위해 k-공간에서 초기에 복구된 스펙트럼에 적용되고, c. 상기 사전-기반 복구는 측정된 주파수를 스파스(sparse) 근사화하고 복구하는 것을 교번함으로써 수행되고, d. 상기 각 주파수 대역의 복구 결과를 합하여, 목적 영상을 생성할 수 있다. According to another aspect of the present invention, there is provided a magnetic resonance imaging system comprising: an acquirer configured to acquire an undersampled spectrum in k-space by a receiver coil; And receive and store the undersampled k-space transmitted from the acquisition unit, perform initial recovery by initially charging a non-sampled location in the k-space, and store the plurality of initial recovered spectra. A recovery server for multiband decomposition into individual spectra, performing pre-based recovery of an image corresponding to the resolved band, merging the recovered images, and generating a destination image, a. The initial recovery is performed by optimizing a cost function including a simplified LO norm; b. The multiband decomposition is applied to the spectrum initially recovered in k-space to obtain the number of individual spectra for various frequency bands, c. The pre-based recovery is performed by alternating sparse approximation and recovery of the measured frequency, d. The target image may be generated by adding the recovery results of the respective frequency bands.
예를 들어, 상기 자기 공명 시스템은 상기 복구 서버로부터 병합 결과를 수신하고, 디스플레이를 통하여 병합 결과를 표시하도록 구성된 운영자 콘솔을 더 포함할 수 있다. For example, the magnetic resonance system may further include an operator console configured to receive a merge result from the recovery server and display the merge result through a display.
예를 들어, 상기 운영자 콘솔은 영상 복구를 실행하기 위해 운영자로부터 입력을 수신하여 영상 복구 명령을 생성하고, 상기 영상 복구 명령을 상기 복구 서버에 전송하고, 상기 복구 서버는 상기 운영자 콘솔로부터 명령을 수신하여 상기 영상 복구를 실행할 수 있다. For example, the operator console receives an input from an operator to perform an image recovery, generates an image recovery command, sends the image recovery command to the recovery server, and the recovery server receives a command from the operator console. To restore the image.
본 발명은 언더샘플링 된 푸리에 스펙트럼 데이터로부터 MRI를 빠르게 복구할 수 있다. 또한, 본 발명은 스파스 정규화를 비 균일 크기의 패치로 미리 계산된 사전에 의해 수행하는바, 계산 알고리즘을 가속시키고, 복구 정확도를 향상시킬 수 있다. The present invention can quickly recover MRI from undersampled Fourier spectral data. In addition, the present invention performs sparse normalization by a precomputed dictionary with patches of non-uniform size, thereby accelerating the calculation algorithm and improving recovery accuracy.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 공명 장치(100)를 도시하는 도면이다. 1 is a diagram illustrating a magnetic resonance apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 MR 영상을 고속 복구하기 위한 방법에 대한 흐름도이다. 2 is a flowchart illustrating a method for fast recovery of an MR image according to an embodiment of the present invention.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 분할 브레그먼 기반 초기화를 구체적으로 설명하는 흐름도이다. 3 is a flowchart specifically illustrating split Bregman based initialization according to an embodiment of the present invention.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 근사 스파스 코딩 방법을 설명하는 흐름도이다. 4 is a flowchart illustrating an approximate sparse coding method according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 사전-기반의 복구 방법을 설명하는 흐름도 이다. 5 is a flowchart illustrating a pre-based recovery method according to an embodiment of the present invention.
도 6는 본 발명의 예시적인 실시예가 구현될 수 있는 시스템을 도시한다. 6 illustrates a system in which an exemplary embodiment of the present invention may be implemented.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 공명 영상 시스템을 도시하는 도면이다.7 is a diagram illustrating a magnetic resonance imaging system according to an embodiment of the present invention.
도 8는 본발명의 실시예에 따른 통신부를 통하여 통신하는 자기 공명 영상 시스템을 도시하는 도면이다.8 is a diagram illustrating a magnetic resonance imaging system which communicates through a communication unit according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 제1 측면은, k-공간 상의 언더샘플링된 스펙트럼을 획득하는 획득부; 및 상기 언더샘플링된 스펙트럼을 통하여 목적 영상을 생성하는 복구부를 포함하고, 상기 복구부는, 상기 k-공간 상의 비-샘플링된 위치에 대응하는 데이터에 대해서 분할 브레그먼 기법 또는 근사 스파스 부호화 기법을 통하여 초기 복구를 수행하는 제1 서브 복구부; 상기 k-공간 상의 상기 초기 복구된 스펙트럼을 다수의 개별 스펙트럼들로 다중 대역 분해하고, 상기 분해된 대역에 대응하는 영상들에 대해서 측정된 주파수를 스파스(sparse) 근사화하고, 복구하는 것을 교번하여 사전-기반(dictionary learing) 복구를 하는 제2 서브 복구부; 및 상기 각 주파수 대역의 복구된 영상을 병합하여, 목적 영상을 생성하는 영상 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 공명 영상 장치를 제공할 수 있다.A first aspect of the invention, the acquisition unit for obtaining the undersampled spectrum on the k-space; And a recovery unit generating a target image through the undersampled spectrum, wherein the recovery unit is configured to perform segmented Braggman or approximate sparse coding on data corresponding to the non-sampled position on the k-space. A first sub recovery unit performing initial recovery; Alternately multi-band decomposition the initial recovered spectrum on the k-space into a plurality of individual spectra, sparse approximating and restoring the measured frequency for the images corresponding to the resolved band A second sub recovery unit performing dictionary learing recovery; And an image generator for merging the restored images of the respective frequency bands and generating a target image.
또한, 상기 제1 서브 복구부는, 풀(full) 샘플링된 k-공간의 데이터 집합을 수집하고, 샘플링 마스크를 적용하고, 상기 샘플링 마스크의 인덱스(index)에 따라서 언더샘플링된 데이터를 준비하고, 에러 계산을 위한 풀(full) 샘플링된 데이터를 사용하여 언더샘플링된(undersampled) 데이터를 위한 스파스 코드를 예측하도록 모델을 훈련하고, 훈련된 모델을 사용하여 언더샘플링된(undersampled) 데이터로부터 근사화된 스파스 코드를 예측하여 상기 근사 스파스 부호화를 수행할 수 있다.In addition, the first sub-recovery unit collects a data set of full-sampled k-spaces, applies a sampling mask, prepares undersampled data according to an index of the sampling mask, and an error. Train the model to predict the sparse code for the undersampled data using the full sampled data for calculation, and approximate the sparse from the undersampled data using the trained model. The sparse coding may be performed by predicting a sparse code.
또한, 상기 스파스 근사는 입력 자기 공명 신호에 대응하는 입력 영상에서 불균일한 크기의 중첩 패치들을 추출하고, 사전을 이용하여 상기 패치들의 스파스 코드들로의 스파스 분해를 수행하고, 상기 스파스 코드와 사전에 의해 패치들을 복구하고, 상기 복구된 패치에 의해 영상을 복구하는 것을 포함할 수 있다.In addition, the sparse approximation extracts overlapping patches of non-uniform size from an input image corresponding to an input magnetic resonance signal, performs sparse decomposition of the patches into sparse codes using a dictionary, and the sparse Repairing patches by code and dictionary, and restoring an image by the restored patch.
또한, 상기 사전은 풀(full) 샘플링된 훈련 자기 공명 영상들의 집합으로부터 추출된 패치들에 기초하여 미리 학습될 수 있다.In addition, the dictionary may be learned in advance based on patches extracted from a set of full sampled training magnetic resonance images.
또한, 상기 사전은 각 주파수 대역에 대해 개별적으로 학습될 수 있다.In addition, the dictionary can be learned individually for each frequency band.
또한, 상기 스파스 분해는 사전 요소의 선형 조합으로서 패치 표현으로 비-제로 성분을 최소화함으로써 수행될 수 있다.The sparse decomposition can also be performed by minimizing non-zero components in a patch representation as a linear combination of dictionary elements.
또한, 상기 불균일한 크기의 패치들은 샘플링 방식의 이방성의 양에 따라 종횡비가 결정될 수 있다.In addition, the aspect ratio of the patches of non-uniform size may be determined according to the amount of anisotropy of the sampling scheme.
또한, 상기 패치들은 직교 일차원 샘플링 및 다른 이방성 방식에 대한 직사각형 형상을 가지고, 언더샘플링된(undersampled) k-공간에서 대부분의 정보 손실 방향으로 가장 긴 치수를 가질 수 있다.In addition, the patches have a rectangular shape for orthogonal one-dimensional sampling and other anisotropic schemes and may have the longest dimension in most information loss directions in the undersampled k-space.
또한, 상기 패치들은 등방성 샘플링 방식의 정사각형 형상을 가질 수 있다.In addition, the patches may have a square shape of an isotropic sampling method.
또한, 상기 사전-기반 복구는 다른 주파수 대역에 대응하는 각각의 k-공간에 대해 수행될 수 있다.In addition, the pre-based recovery may be performed for each k-space corresponding to a different frequency band.
또한, 주수 대역에 대응하는 상기 분해된 k-공간들은 현재의 대역에 대응하는 초기에 복구된 k-공간에서 취한 주파수들로 구성되고, 상기 다른 주파수들은 제로로 채워지고 측정된 것으로 표시될 수 있다.Further, the decomposed k-spaces corresponding to the major band may consist of frequencies taken from the initially restored k-space corresponding to the current band, and the other frequencies may be marked as zero filled and measured. .
본 발명의 제2 측면은, 수신기 코일이 k-공간에서 언더샘플링된(undersampled) 스펙트럼을 획득하는 단계; 상기 k-공간에서 샘플링되지 않은 위치를 초기 추측으로 충전하여 초기 복구하는 단계; 상기 초기 복구된 스펙트럼를 다수의 개별 스펙트럼들로 다중대역 분해하는 단계; 상기 분해된 각각의 대역에 대응하는 영상들에 대해서 사전-기반(dictionary learning) 복구를 수행하는 단계; 및 상기 사전-기반(dictionary learning) 복구를 통하여 복구된 영상을 병합하여 목적 영상을 생성하는 단계를 포함하고: a. 상기 초기 복구하는 단계는 단순화된 ℓ0 노름(norm)을 포함한 비용 함수를 최적화하는 단계를 포함하고; b. 상기 다중대역 분해 단계는 k-공간에서 초기에 복구된 스펙트럼에 적용하여, 다양한 주파수 대역에 대한 개별 스펙트럼의 개수를 획득하고; c. 상기 사전-기반 복구 단계는 측정된 주파수를 스파스(sparse) 근사화하고 복구하는 것을 교번함하는 단계를 포함하고; d. 상기 목적 영상을 생성하는 단계는 상기 각 주파수 대역의 상기 복구 결과의 합으로서 목적 영상을 생성하는 것을 특징으로 하는 자기 공명 영상 생성 방법을 제공할 수 있다.A second aspect of the invention includes the steps of: obtaining a spectrum in which a receiver coil is undersampled in k-space; Initial retrieval by initial guessing the unsampled position in the k-space; Multiband decomposition the initial recovered spectrum into a plurality of individual spectra; Performing dictionary-based recovery on the images corresponding to each of the decomposed bands; And merging the recovered images through the dictionary-based recovery to generate a target image: a. The initial restoring comprises optimizing a cost function including a simplified LO norm; b. Said multiband decomposition step applies to the spectrum initially recovered in k-space to obtain the number of individual spectra for various frequency bands; c. The pre-based recovery step includes alternating sparse approximation and recovery of the measured frequency; d. The generating of the target image may provide a method for generating a magnetic resonance image, wherein the target image is generated as a sum of the restoration results of the respective frequency bands.
또한, 상기 ℓ0 노름의 정규화는 ℓ1 노름의 최적화를 통해 단순화될 수 있다.In addition, the normalization of the L0 norm can be simplified through optimization of the L1 norm.
또한, 상기 ℓ1 노름의 최적화는 분할 브레그먼 기법 또는 근사 스파스 부호화 방법을 통하여 구현될 수 있다.In addition, the optimization of the l1 norm may be implemented through a split Bregman technique or an approximate sparse coding method.
또한, 상기 분할 브레그먼 기법은 내측 브레그먼 반복 중에 복구된 스펙트럼의 측정 k-공간 샘플들을 복구할 수 있다.In addition, the split Bregman technique can recover measured k-space samples of the spectrum recovered during the inner Bregman iteration.
또한, 상기 분할 브레그먼 기법의 절차가 완료되면, 복구된 스펙트럼에서 측정된 k-공간 샘플들을 복구하는 단계를 더 포함할 수 있다.In addition, when the procedure of the split Bregman technique is completed, the method may further include recovering k-space samples measured in the recovered spectrum.
또한, 상기 근사 스파스 부호화 방법은: a. 풀(full) 샘플링된 k-공간의 데이터 집합을 수집하는 단계; b. 샘플링 마스크를 적용하고, 상기 샘플링 마스크의 인덱스(index)에 따라서 언더샘플링된 데이터를 준비하는 단계; c. 에러 계산을 위한 풀(full) 샘플링된 데이터를 사용하여 언더샘플링된(undersampled) 데이터를 위한 스파스 코드를 예측하도록 모델을 훈련하는 단계; d. 훈련된 모델을 사용하여 언더샘플링된(undersampled) 데이터로부터 근사화된 스파스 코드를 예측하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, the approximate sparse coding method includes: a. Collecting a data set of full sampled k-spaces; b. Applying a sampling mask and preparing undersampled data according to an index of the sampling mask; c. Training the model to predict the sparse code for the undersampled data using the full sampled data for error calculation; d. Predicting the approximated sparse code from the undersampled data using the trained model.
또한, 상기 스파스 근사는 입력 자기 공명 신호에 대응하는 입력 영상에서 불균일한 크기의 중첩 패치들을 추출하고, 사전을 이용하여 상기 패치들의 스파스 코드들로의 스파스 분해를 수행하고, 상기 스파스 코드와 사전에 의해 패치들을 복구하고, 상기 복구된 패치에 의해 영상을 복구하는 것을 포함할 수 있다.In addition, the sparse approximation extracts overlapping patches of non-uniform size from an input image corresponding to an input magnetic resonance signal, performs sparse decomposition of the patches into sparse codes using a dictionary, and the sparse Repairing patches by code and dictionary, and restoring an image by the restored patch.
또한, 상기 사전은 풀(full) 샘플링된 훈련 자기 공명 영상들의 집합으로부터 추출된 패치들에 기초하여 미리 학습될 수 있다.In addition, the dictionary may be learned in advance based on patches extracted from a set of full sampled training magnetic resonance images.
또한, 상기 사전은 각 주파수 대역에 대해 개별적으로 학습될 수 있다.In addition, the dictionary can be learned individually for each frequency band.
또한, 상기 스파스 분해는 사전 요소의 선형 조합으로서 패치 표현으로 다수의 비-제로 성분을 최소화함으로써 수행될 수 있다.The sparse decomposition can also be performed by minimizing a number of non-zero components in a patch representation as a linear combination of dictionary elements.
또한, 상기 불균일한 크기의 패치들은 샘플링 방식의 이방성의 양에 따라 종횡비가 결정될 수 있다.In addition, the aspect ratio of the patches of non-uniform size may be determined according to the amount of anisotropy of the sampling scheme.
또한, 상기 패치들은 직교 일차원 샘플링 및 다른 이방성 방식에 대한 직사각형 형상을 가지고, 언더샘플링된(undersampled) k-공간에서 대부분의 정보 손실 방향으로 가장 긴 치수를 가질 수 있다.In addition, the patches have a rectangular shape for orthogonal one-dimensional sampling and other anisotropic schemes and may have the longest dimension in most information loss directions in the undersampled k-space.
또한, 상기 패치들은 등방성 샘플링 방식의 정사각형 형상을 가질 수 있다.In addition, the patches may have a square shape of an isotropic sampling method.
또한, 상기 사전-기반 복구는 다른 주파수 대역에 대응하는 각각의 k-공간에 대해 수행될 수 있다.In addition, the pre-based recovery may be performed for each k-space corresponding to a different frequency band.
또한, 주파수 대역에 대응하는 상기 분해된 k-공간들은 현재의 대역에 대응하는 초기에 복구된 k-공간에서 취한 주파수들로 구성되고, 상기 다른 주파수들은 제로로 채워지고 측정된 것으로 표시될 수 있다.Further, the decomposed k-spaces corresponding to the frequency band may consist of frequencies taken from the initially restored k-space corresponding to the current band, and the other frequencies may be filled with zero and marked as measured. .
또한, 상기 방법은, 디스플레이를 통하여 목적 영상을 표시하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include displaying a target image on a display.
본 발명의 제3 측면은, 수신기 코일에 의해 k-공간에서 언더샘플링된 스펙트럼을 획득하는 획득부; 및 상기 획득부로부터 전송되는 상기 언더샘플링된 k-공간을 수신하여 저장하고, 상기 k-공간에서 비-샘플링된 위치를 초기 추측으로 충전하여 초기 복구를 수행하고, 상기 초기 복구된 스펙트럼을 다수의 개별 스펙트럼들로 다중대역 분해하고, 상기 분해된 대역에 대응하는 영상의 사전-기반 복구를 수행하고, 상기 복구된 영상을 병합하여, 목적 영상을 생성하는 복구 서버 포함하고, a. 상기 초기 복구는 단순화된 ℓ0 노름(norm)을 포함한 비용 함수를 최적화함으로써 수행되고, b. 상기 다중대역 분해는 다양한 주파수 대역에 대한 개별 스펙트럼의 개수를 얻기 위해 k-공간에서 초기에 복구된 스펙트럼에 적용되고, c. 상기 사전-기반 복구는 측정된 주파수를 스파스(sparse) 근사화하고 복구하는 것을 교번함으로써 수행되고, d. 상기 각 주파수 대역의 복구 결과를 합하여, 목적 영상을 생성함을 특징으로 하는 자기 공명 영상 시스템을 제공할 수 있다.According to a third aspect of the present invention, there is provided an apparatus, comprising: an acquirer for obtaining an undersampled spectrum in k-space by a receiver coil; And receive and store the undersampled k-space transmitted from the acquisition unit, perform initial recovery by initially charging a non-sampled location in the k-space, and store the plurality of initial recovered spectra. A recovery server for multiband decomposition into individual spectra, performing pre-based recovery of an image corresponding to the resolved band, merging the recovered images, and generating a destination image, a. The initial recovery is performed by optimizing a cost function including a simplified LO norm; b. The multiband decomposition is applied to the spectrum initially recovered in k-space to obtain the number of individual spectra for various frequency bands, c. The pre-based recovery is performed by alternating sparse approximation and recovery of the measured frequency, d. A magnetic resonance imaging system may be provided by adding the recovery results of the respective frequency bands to generate a target image.
또한, 상기 자기 공명 시스템은 상기 복구 서버로부터 병합 결과를 수신하고, 디스플레이를 통하여 병합 결과를 표시하도록 구성된 운영자 콘솔을 더 포함할 수 있다.The magnetic resonance system may further include an operator console configured to receive a merge result from the recovery server and to display the merge result through a display.
또한, 상기 운영자 콘솔은 영상 복구를 실행하기 위해 운영자로부터 입력을 수신하여 영상 복구 명령을 생성하고, 상기 영상 복구 명령을 상기 복구 서버에 전송하고, 상기 복구 서버는 상기 운영자 콘솔로부터 명령을 수신하여 상기 영상 복구를 실행할 수 있다.In addition, the operator console receives an input from an operator to execute an image recovery, generates an image recovery command, transmits the image recovery command to the recovery server, and the recovery server receives the command from the operator console You can perform video recovery.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Advantages and features of the present invention, and methods of achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but can be implemented in various different forms, and only the embodiments make the disclosure of the present invention complete, and the general knowledge in the art to which the present invention belongs. It is provided to fully inform the person having the scope of the invention, which is defined only by the scope of the claims.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.Terms used herein will be briefly described and the present invention will be described in detail.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.The terms used in the present invention have been selected as widely used general terms as possible in consideration of the functions in the present invention, but this may vary according to the intention or precedent of the person skilled in the art, the emergence of new technologies and the like. In addition, in certain cases, there is also a term arbitrarily selected by the applicant, in which case the meaning will be described in detail in the description of the invention. Therefore, the terms used in the present invention should be defined based on the meanings of the terms and the contents throughout the present invention, rather than the names of the simple terms.
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 있음을 의미한다. 또한, 명세서에서 사용되는 "부"라는 용어는 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, "부"는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 "부"는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. "부"는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 "부"는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 "부"들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 "부"들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 "부"들로 더 분리될 수 있다.When any part of the specification is to "include" any component, this means that it may further include other components, except to exclude other components unless otherwise stated. In addition, the term "part" as used herein refers to a hardware component, such as software, FPGA or ASIC, and "part" plays certain roles. However, "part" is not meant to be limited to software or hardware. The “unit” may be configured to be in an addressable storage medium and may be configured to play one or more processors. Thus, as an example, a "part" refers to components such as software components, object-oriented software components, class components, and task components, processes, functions, properties, procedures, Subroutines, segments of program code, drivers, firmware, microcode, circuits, data, databases, data structures, tables, arrays and variables. The functionality provided within the components and "parts" may be combined into a smaller number of components and "parts" or further separated into additional components and "parts".
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention.
본 명세서에서 "영상"는 이산적인 영상 요소들(예를 들어, 2차원 영상에 있어서의 픽셀들 및 3차원 영상에 있어서의 복셀들)로 구성된 다차원(multi-dimensional) 데이터를 의미할 수 있다. 예를 들어, 영상은 X-ray 장치, CT 장치, MRI 장치, 초음파 진단 장치, 및 다른 의료 영상 장치에 의해 획득된 대상체의 의료 영상 등을 포함할 수 있다.As used herein, “image” may mean multi-dimensional data composed of discrete image elements (eg, pixels in a 2D image and voxels in a 3D image). For example, the image may include a medical image of an object obtained by an X-ray apparatus, a CT apparatus, an MRI apparatus, an ultrasound diagnostic apparatus, and another medical imaging apparatus.
또한, 본 명세서에서 "대상체(object)"는 사람 또는 동물, 또는 사람 또는 동물의 일부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 대상체는 간, 심장, 자궁, 뇌, 유방, 복부 등의 장기, 또는 혈관을 포함할 수 있다. 또한, "대상체"는 팬텀(phantom)을 포함할 수도 있다. 팬텀은 생물의 밀도와 실효 원자 번호에 아주 근사한 부피를 갖는 물질을 의미하는 것으로, 신체와 유사한 성질을 갖는 구형(sphere)의 팬텀을 포함할 수 있다.Also, as used herein, an "object" may include a person or an animal, or a part of a person or an animal. For example, the subject may include organs such as the liver, heart, uterus, brain, breast, abdomen, or blood vessels. Also, the "object" may include a phantom. Phantom means a material having a volume very close to the density and effective atomic number of an organism, and may include a sphere phantom having properties similar to the body.
또한, 본 명세서에서 "사용자"는 의료 전문가로서 의사, 간호사, 임상 병리사, 의료 영상 전문가 등이 될 수 있으며, 의료 장치를 수리하는 기술자가 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.In addition, in the present specification, the "user" may be a doctor, a nurse, a clinical pathologist, a medical imaging expert, or the like, and may be a technician who repairs a medical device, but is not limited thereto.
또한, 본 명세서에서 "자기 공명 영상 (MR image: Magnetic Resonance image)"이란 핵자기 공명 원리를 이용하여 획득된 대상체에 대한 영상을 의미한다.In addition, in the present specification, "MR image: Magnetic Resonance image" means an image of an object acquired using the principle of nuclear magnetic resonance.
또한, 본 명세서에서 "펄스 시퀀스"란, 자기 공명 영상 시스템에서 반복적으로 인가되는 신호의 연속을 의미한다. 펄스 시퀀스는 RF 펄스의 시간 파라미터, 예를 들어, 반복 시간(Repetition Time, TR) 및 에코 시간(Time to Echo, TE) 등에 따라서 달라질 수 있다.In addition, in the present specification, the "pulse sequence" means a continuation of a signal repeatedly applied in a magnetic resonance imaging system. The pulse sequence may vary according to a time parameter of the RF pulse, for example, a repetition time (TR) and an echo time (Time to Echo, TE).
또한, 본 명세서에서 "펄스 시퀀스 모식도"란, 자기 공명 영상 시스템 내에서 일어나는 신호 발생 순서를 설명한다. 예컨대, 펄스 시퀀스 모식도란 RF 펄스, 경사 자장, 자기 공명 신호 등을 시간에 따라 인가되는 순서를 보여주는 모식도일 수 있다.In addition, in this specification, the "pulse sequence schematic diagram" describes the order of signal generation occurring in the magnetic resonance imaging system. For example, the pulse sequence schematic diagram may be a schematic diagram showing an order in which RF pulses, gradient magnetic fields, magnetic resonance signals, etc. are applied over time.
자기 공명 영상 시스템은 특정 세기의 자기장에서 발생하는 RF(Radio Frequency) 신호에 대한 MR(Magnetic Resonance) 신호의 세기를 명암 대비로 표현하여 대상체의 단층 부위에 대한 영상을 획득하는 기기이다. 예를 들어, 대상체를 강력한 자기장 속에 눕힌 후 특정의 원자핵(예컨대, 수소 원자핵 등)만을 공명시키는 RF 신호를 대상체에 순간적으로 조사했다가 중단하면 상기 특정의 원자핵에서 자기 공명 신호가 방출되는데, 자기 공명 영상 시스템은 이 자기 공명 신호를 수신하여 MR 영상을 획득할 수 있다. 자기 공명 신호는 대상체로부터 방사되는 RF 신호를 의미한다. 자기 공명 신호의 크기는 대상체에 포함된 소정의 원자(예컨대, 수소 등)의 농도, 이완시간 T1, 이완시간 T2 및 혈류 등의 흐름에 의해 결정될 수 있다.A magnetic resonance imaging system is an apparatus for obtaining an image of a tomography region of an object by expressing intensity of a magnetic resonance signal (MR) with respect to a radio frequency (RF) signal generated in a magnetic field of a specific intensity in contrast. For example, if a subject is placed in a strong magnetic field and then irradiates the subject with an RF signal that resonates only a particular nucleus (e.g., hydrogen nucleus, etc.), the magnetic resonance signal is emitted from the particular nucleus. The imaging system may receive this magnetic resonance signal to obtain an MR image. The magnetic resonance signal refers to an RF signal emitted from the object. The magnitude of the magnetic resonance signal may be determined by the concentration of predetermined atoms (eg, hydrogen, etc.) included in the object, a relaxation time T1, a relaxation time T2, and a flow of blood flow.
본 명세서에서 k-공간이란 영상과 수학적 관계를 갖는 공간 주파수 메트릭스를 의미할 수 있다. 디지털화된 MRI 신호 데이터의 경우, k-공간의 각각의 포인트들은 공간 주파수를 나타내고, 신호 세기가 추가되어 사용될 수 있다. 언더 샘플링된 k-공간 데이터는 나이퀴스트 기준을 만족시키지 못하는 k-공간 데이터를 의미할 수 있다. 풀 샘플링된 k-공간 데이터는 나이퀴스트 기준을 만족시키는 k-공간 데이터를 의미할 수 있다.In this specification, k-space may mean a spatial frequency matrix having a mathematical relationship with an image. In the case of digitized MRI signal data, each point in k-space represents a spatial frequency, and signal strength may be added and used. The under-sampled k-spatial data may refer to k-spatial data that does not satisfy the Nyquist criterion. Full-sampled k-spatial data may refer to k-spatial data that satisfies the Nyquist criterion.
일반적으로 자기 공명 영상 장치는 자기장이 인가된 공간에서 환자 내부의 원자핵에 일정비율의 주파수 및 에너지를 갖는 신호를 인가하여, 공명 반응으로 유도되는 에너지를 사용하여, 인체의 내부 구조를 진찰할 수 있다. In general, a magnetic resonance imaging apparatus may apply a signal having a certain ratio of frequency and energy to an atomic nucleus inside a patient in a space where a magnetic field is applied, and examine an internal structure of the human body using energy induced by a resonance reaction. .
미국 특허 출원(US 2006/0029279, Donoho)에서 시작된 랜드 마크 압축 센싱(compressed sensing; CS) 기술은, 스파스(Sparse) 이미징 기법은 적은 샘플링 데이터에서 자기 공명 (MR) 영상을 복구할 수 있음을 증명하였다. 즉, 자기 공명 (MR) 영상의 복구를 위하여, k-공간이 펄스 시퀀스의 위상 인코딩 단계에 따라 완전히 샘플링 될 필요가 없다. 따라서, CS(compressed sensing)는 MRI의 하드웨어-기반 가속에 대한 시발점(keynote)이다. Landmark compression sensing (CS) technology, which was initiated in US patent application (US 2006/0029279, Donoho), suggests that sparse imaging techniques can recover magnetic resonance (MR) images from small sampling data. Proved. That is, for the recovery of magnetic resonance (MR) images, the k-space does not need to be sampled completely according to the phase encoding phase of the pulse sequence. Thus, compressed sensing (CS) is the keynote for hardware-based acceleration of MRI.
다양한 알고리즘들이 CS(compressed sensing) 복구에 사용될 수 있다. 예를 들면 CS(compressed sensing) 복구 알고리즘에는 전체 변동(Total Variaton) [B. Liu et al., 브레그먼 반복을 사용하여 정규화된 감도 인코딩 (SENSE) 복구, Magnetic Resonance in Medicine 61, 145-152 (2009)] 또는 ℓ1-정규화된 최적화, 재계산(recomputing)을 통한 압축 센싱 MRI [S. Ravishankar 및 Y. Bresler, 사전 학습에 의해 고도로 언더 샘플링된 (undersampled) k-공간 데이터로부터의 영상 복구, IEEE Trans. On Med. Imag. 30, 1028-1041 (2011)] 또는 미리 계산된 사전 [A. Migukin et al., 4f 광학계 위상 검색: 이진 진폭을 가진 객체의 백그라운드 보정 및 스파스(sparse) 정규화, Appl. Opt. 52, A269-A280 (2013)]과 같은 다양한 알고리즘이 있다.Various algorithms can be used for compressed sensing (CS) recovery. For example, the compressed sensing (CS) recovery algorithm includes Total Variaton [B. Liu et al., Compression Sensing MRI with Normalized Sensitivity Encoding (SENSE) Recovery, Magnetic Resonance in Medicine 61, 145-152 (2009)] or L1-normalized Optimization, Recomputing Using Bregman Iteration [S. Ravishankar and Y. Bresler, Image Recovery from Highly Undersampled k-Spatial Data by Prior Learning, IEEE Trans. On Med. Imag. 30, 1028-1041 (2011)] or a precomputed dictionary [A. Migukin et al., 4f optical phase search: background correction and sparse normalization of objects with binary amplitude, Appl. Opt. 52, A269-A280 (2013).
전술한 바와 같이, 미국 특허 출원(US 2006/0029279)는 압축 센싱의 획기적인 작업이다. 미국 특허 출원(US 2006/0029279)은 미지수의 개수보다 적은 수의 측정치를 사용하여 허용 품질을 가지고 신호들/영상들을 복구할 수 있는 기술을 설명하고 있다. 주된 아이디어는 오버컴플리트(overcomplete) 기반으로 관심 물체의 스파스(Sparse) 표현을 찾는 것이다. 그러나, 미국 특허 출원(US 2006/0029279)은 최적화 문제의 너무 일반적인 변형 공식(variational formulation)으로 인해, 희박화 변환(sparsifying transform)을 지정할 필요가 있다.As mentioned above, US patent application US 2006/0029279 is a breakthrough in compression sensing. U.S. Patent Application (US 2006/0029279) describes a technique that can recover signals / images with acceptable quality using fewer measurements than the unknown. The main idea is to find a sparse representation of the object of interest on an overcomplete basis. However, the US patent application (US 2006/0029279) needs to specify a sparsifying transform, due to the too general variational formulation of the optimization problem.
미국 특허 출원(US 2007/0110290)은 반복적 최소화 알고리즘에 의해 k-공간에서 측정된 언더 샘플링된 데이터로부터 의료 영상을 복구하기 위한 기술을 설명한다. 이 특허 출원에서, 복구는 데이터 집합 및/또는 데이터 충실도 항으로부터 유래된 시험 영상의 스파스(sparse) 표현 노름(norm)을 포함하는 제형화된 및/또는 선제형화된(preformulated) 기능의 강제 최적화(constrained optimization)에 의해 수행된다. 중요한 점은 최소화 알고리즘이 공액 경사 서브-알고리즘(conjugate gradient sub-algorithm) 및/또는 브레그먼 반복(Bregman Iteration)을 포함할 수 있다는 것이다. US 2007/0110290 describes a technique for recovering medical images from undersampled data measured in k-space by an iterative minimization algorithm. In this patent application, recovery is forced optimization of formulated and / or preformulated functions, including sparse representation norms of test images derived from datasets and / or data fidelity terms. (constrained optimization). It is important to note that the minimization algorithm can include conjugate gradient sub-algorithm and / or Bregman Iteration.
미국 특허 출원(US 2012/0177128)은 K-SVD 알고리즘에 의한 신호/영상의 스파스 표현용 사전을 설계하는 적응 절차를 설명한다. 하나 이상의 트레이닝 신호에 기초하여, 설명된 신호 처리 시스템은 기준 신호들-원자들-을 포함하는 하나의 사전을 제공하여, 각 트레이닝 신호는 상기 사전의 신호-원자들의 저밀도(sparse) 선형 조합으로서 표현될 수 있도록 한다. 오버컴플리트(overcomplete) 및 스파스 표현의 사용은 여러 가지 효율적인 방법을 통해 입증되고, 예를 들면, 효율적인 방법들은 최대 사후(MAP; Maxium A Posteriori) 추정, 최대 우도(ML; Maximum Likelihood) 방법, 독립적인 구성 요소 분석(ICA; Independent Component Analysis) 알고리즘, 및 최적 방향 방법 (MOD; Method of Optimal Direction)과 함께 연결된 매칭 추구 (MP; Matching Pursuit), 직교 매칭 추구(OMP; Orthogonal Matching Pursuit), 기초 추구(BP; Basis Pursuit), 및 초점의 하위-결정된 시스템 솔버 (FOCUSS; Focal Under-determined System Solver) 알고리즘들이다. US patent application (US 2012/0177128) describes an adaptation procedure for designing a dictionary for sparse representation of a signal / image by the K-SVD algorithm. Based on one or more training signals, the described signal processing system provides one dictionary comprising reference signals-atoms-so that each training signal is represented as a sparse linear combination of signal-atoms of the dictionary. To be possible. The use of overcomplete and sparse representations has been demonstrated through several efficient methods, for example, efficient methods include Maxium A Posteriori (MAP) estimation, Maximum Likelihood (ML) method, independent. Matching Pursuit (MP), Orthogonal Matching Pursuit (OMP), Fundamental Pursuit with Independent Component Analysis (ICA) Algorithm, and Method of Optimal Direction (MOD) Basis Pursuit (BP), and Focal Under-determined System Solver (FOCUSS) algorithms.
미국 특허 출원(US 2012/0259590)은 신호가 공동으로 복수의 스파스 벡터들에 대응할 때 복수의 측정 벡터들로부터 하나의 신호/영상을 복구하기 위한 CS 기법을 설명한다. 본 특허 출원은 공동으로 스파스 신호들의 복수의 측정 벡터로부터 정보를 추출하고 그 복수의 측정 벡터에 기초하여 관절 지지체(joint support)의 적어도 하나의 원소를 가지는 부집합(subset)을 계산하는 방법을 제공한다. 스파스 복구(sparse recovering)는 사전으로 알려진 벡터의 모음(컬렉션)으로부터 소수의 벡터들의 선형 조합에 의해 주어진 벡터에 간결한 표현(succinct representation) 또는 스파스 근사(sparse approximation)를 계산함으로써 형성된다.US patent application US 2012/0259590 describes a CS technique for recovering one signal / image from a plurality of measurement vectors when a signal jointly corresponds to a plurality of sparse vectors. This patent application jointly extracts information from a plurality of measurement vectors of sparse signals and calculates a subset having at least one element of a joint support based on the plurality of measurement vectors. to provide. Sparse recovering is formed by computing a succinct representation or sparse approximation of a given vector by a linear combination of prime numbers from a collection of known vectors.
상술한 방법의 단점은 여러 측면이 언급될 수 있다. 일부 기법은 매우 좁은 특정 작업으로 편향되어 있다: 대상 객체에 사전 정보(prior information), 사용되는 데이터의 그 속성 및/또는 유형이 알려져 있다. 각 CS 알고리즘의 중요한 점은 초기화이다: 거의 모든 저자들(authors)은 기본값 제로-충전 케이스(default zero-filling case)에 대한 결과를 게시하고 있다. 일반적으로, 균일한 크기의 패치들로 사전은 반복적으로 계산된다. Disadvantages of the aforementioned method can be mentioned in various aspects. Some techniques are biased towards very narrow specific tasks: prior information, target attributes and / or types of data used are known to the target object. An important point of each CS algorithm is initialization: almost all authors publish results for the default zero-filling case. In general, the dictionary is calculated repeatedly with patches of uniform size.
[언더샘플링된(undersampled) 데이터에서 자기공명영상 복구를 위한 자기 공명 장치][Magnetic Resonance Device for MRI Recovery from Undersampled Data]
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 공명 장치(100)를 도시하는 도면이다. 1 is a diagram illustrating a magnetic resonance apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.
자기 공명 장치(100)는 획득부(110) 및 복구부(120)을 포함할 수 있다. 복구부(120)는 제1 서브 복구부(130), 제2 서브 복구부(140) 및 영상 생성부(150)을 포함할 수 있다. The magnetic resonance apparatus 100 may include an acquisition unit 110 and a recovery unit 120. The recovery unit 120 may include a first sub recovery unit 130, a second sub recovery unit 140, and an image generator 150.
획득부(110)는 k-공간 상의 언더샘플링된 스펙트럼을 획득할 수 있다. 획득부(110)는 수신 코일로 수신되는 자기 공명 신호를 통하여 k-공간 상의 언더샘플링된 데이터를 획득할 수 있다. 구체적으로, 획득부(110)는 특정 주파수의 RF 신호를 대상체에 인가하여, 대상체로부터 자기 공명 신호를 획득하되, 일부 공간 주파수에 대해서는 자기 공명 신호를 획득하지 않고, 일부 공간 주파수에 대해서는 자기 공명 신호를 획득할 수 있다. The acquirer 110 may acquire an undersampled spectrum on k-space. The acquirer 110 may acquire the undersampled data on the k-space through the magnetic resonance signal received by the receiving coil. In detail, the acquirer 110 obtains a magnetic resonance signal from an object by applying an RF signal of a specific frequency to the object, but does not obtain a magnetic resonance signal for some spatial frequencies, and obtains a magnetic resonance signal for some spatial frequencies. Can be obtained.
자기 공명 영상은 많은 시간이 소요되는 절차이고, 따라서 자기 공명 영상의 획득 속도를 올리기 위해 중요하다. 자기 공명 신호는, 자기 공명 영상의 이차원 푸리에 변환을 나타내는 스펙트럼 공간에서 샘플링된다. 샘플을 순차적으로 획득하는 경우, 획득 총 시간은 샘플의 개수에 의존하고, 그래서 자기 공명 영상의 획득을 촉진하는 방식 중의 하나는 샘플링된 주파수를 좁게 하고, 관측된 주파수에 의해서만 자기 공명 영상을 복구하는 것이다. Magnetic resonance imaging is a time consuming procedure and is therefore important for speeding up the acquisition of magnetic resonance imaging. The magnetic resonance signal is sampled in spectral space representing the two-dimensional Fourier transform of the magnetic resonance image. In the case of acquiring samples sequentially, the total acquisition time depends on the number of samples, so one of the ways of facilitating the acquisition of magnetic resonance images is to narrow the sampled frequency and recover the magnetic resonance images only by the observed frequency. will be.
본 발명은 언더샘플링된(undersampled) k-공간에서 자기 공명 영상을 빠르게 복구하기 위한 방법을 설명한다. 자기 공명 영상 생성 방법(또는 자기 공명 영상 복구 방법)은 하나의 언더 샘플링된(undersampled) k-공간과 이진 행렬인 하나의 샘플링 마스크를 요하며, 샘플링 마스크의 "1"은 해당 주파수(해당 위치에서의 k-공간에서 포인트)가 샘플링되는 것을 의미하고, "0"은 해당 주파수(해당 위치에서의 k-공간에서 포인트)가 샘플링되지 않는 것을 의미한다. 이러한 방법을 통하여 복구된 영상을 생성하여 출력한다. The present invention describes a method for rapid recovery of magnetic resonance images in an undersampled k-space. The method of generating a magnetic resonance image (or magnetic resonance image recovery method) requires one sampling mask, which is one undersampled k-space and a binary matrix, where "1" of the sampling mask is at that frequency (at that location). Means that the point in k-space is sampled, and "0" means that the frequency (point in k-space at that location) is not sampled. Through this method, the recovered image is generated and output.
본 발명의 일 실시예에 따른 획득부(110)는 일부 공간 주파수에 대응하는 k-공간 상의 언더샘플링된 스펙트럼을 획득하여 데이터 획득 시간을 단축할 수 있다. The acquirer 110 according to an exemplary embodiment may shorten the data acquisition time by acquiring an undersampled spectrum on k-space corresponding to some spatial frequencies.
복구부(120)는 언더샘플링된 스펙트럼을 통하여 목적 영상을 생성할 수 있다. The recovery unit 120 may generate the target image through the undersampled spectrum.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 복구부(120)는 제1 서브 복구부(130), 제2 서브 복구부(140) 및 영상 생성부(150)를 포함할 수 있다. In detail, the recovery unit 120 according to an embodiment of the present invention may include a first sub recovery unit 130, a second sub recovery unit 140, and an image generation unit 150.
제1 서브 복구부(130)는 도 2의 단계(102)에서 설명하는 초기 복구를 수행할 수 있다. 제1 서브 복구부(130)는 도 3에서 설명하는 분할 브레그먼 기법 또는 도 4에서 설명하는 근사 스파스 부호화 기법을 통하여 초기 복구를 수행할 수 있다. The first sub recovery unit 130 may perform the initial recovery described in step 102 of FIG. 2. The first sub-recovery unit 130 may perform initial recovery through the split-bragman technique described with reference to FIG. 3 or the approximate sparse encoding technique described with reference to FIG. 4.
제1 서브 복구부(130)는 k-공간 상의 비-샘플링된 위치에 대응하는 데이터에 대해서 분할 브레그먼 기법 또는 근사 스파스 부호화 기법을 통하여 초기 복구를 수행할 수 있다. 분할 브레그먼 기법 또는 근사 스파스 부호화 기법에 대한 자세한 설명은 후술한다. The first sub-recovery unit 130 may perform initial recovery on the data corresponding to the non-sampled position on the k-space through a split Bregman technique or an approximate sparse encoding technique. A detailed description of the split Braggman technique or the approximate sparse encoding technique will be given later.
제2 서브 복구부(140)는 도 2의 단계(103)에 설명하는 다중 대역 분해를 수행할 수 있다. 또한, 제2 서브 복구부(140)는 도 2의 단계(104) 및 도 5에 설명하는 사전-기반 복구(dictionary learning reconstruction)를 수행할 수 있다. The second sub recovery unit 140 may perform multi-band decomposition described in step 103 of FIG. 2. In addition, the second sub recovery unit 140 may perform dictionary learning reconstruction described with reference to step 104 of FIG. 2 and FIG. 5.
제2 서브 복구부(140)는 k-공간 상의 상기 초기 복구된 스펙트럼을 다수의 개별 스펙트럼들로 다중 대역 분해할 수 있다. The second sub recovery unit 140 may multi-band decompose the initial recovered spectrum on k-space into a plurality of individual spectra.
또한, 제2 서브 복구부(140)는 분해된 대역에 대응하는 영상들에 대해서 사전-기반(dictionary learing) 복구를 수행할 수 있다. 예를 들어, 제2 서브 복구부(140)는 측정된 주파수를 스파스(sparse) 근사화하고 복구하는 것을 교번하여 수행하여, 사전-기반(dictionary learing) 복구를 수행할 수 있다.In addition, the second sub recovery unit 140 may perform dictionary learing recovery on the images corresponding to the decomposed band. For example, the second sub recovery unit 140 alternately performs sparse approximation and recovery of the measured frequency to perform dictionary learing recovery.
영상 생성부(150)는 각 주파수 대역의 복구된 영상을 병합하여, 목적 영상을 생성할 수 있다. 영상 생성부(150)는 제2 서브 복구부(140)로부터 분해된 각각의 주파수 대역에 대한 복구된 영상을 수신하고 각각의 복구된 영상들을 병합하여, 목적 영상을 생성할 수 있다. 영상 생성부(150)는 디스플레이부로 목적 영상을 송신할 수 있다. The image generator 150 may generate the target image by merging the restored images of the respective frequency bands. The image generator 150 may receive a restored image of each frequency band decomposed from the second sub-recovery unit 140 and merge the recovered images to generate a target image. The image generator 150 may transmit the target image to the display unit.
본 발명의 일 실시예에 따른 자기 공명 장치는 분할 브레그먼 반복 알고리즘의 고성능 및 고속 수렴의 특성과 과 사전 학습(Dictionary Learning)의 장점들을 결합하고 있다. 이하, 구체적인 동작을 설명한다. The magnetic resonance apparatus according to an embodiment of the present invention combines the characteristics of the high performance and fast convergence of the split-bragman iteration algorithm with the advantages of and dictionary learning. Hereinafter, specific operations will be described.
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 MR 영상을 고속 복구하기 위한 방법에 대한 흐름도이다. 2 is a flowchart illustrating a method for fast recovery of an MR image according to an embodiment of the present invention.
단계(101)에서, 자기 공명 장치는 언더샘플링된 K-공간 데이터를 획득할 수 있다. 예를 들어, 자기 공명 장치는 k-공간의 스펙트럼 데이터는 처리될 언더샘플링 스펙트럼을 형성하는 샘플링 마스크로 정의된 샘플링 방식에 따라 수신기 코일에 의해 획득될 수 있다. In step 101, the magnetic resonance apparatus may obtain the undersampled K-spatial data. For example, the magnetic resonance apparatus may obtain the spectral data in k-space by the receiver coil in accordance with a sampling scheme defined as a sampling mask to form the undersampling spectrum to be processed.
단계(102)에서, 자기 공명 장치는 초기 복구를 수행할 수 있다. 예를 들어, 자기 공명 장치는 k-공간의 빈(empty) 위치(즉, 샘플링되지 않은 위치)를 초기 추측(initial guess)으로 채움으로써 초기 복구(initial reconstruction)를 수행할 수 있다. In step 102, the magnetic resonance scanner may perform initial recovery. For example, the magnetic resonance scanner may perform initial reconstruction by filling an empty guess (ie, an unsampled position) of k-space with an initial guess.
단계(103)에서, 자기 공명 장치는 복수의 주파수 대역으로 분해를 수행할 수 있다. 자기 공명 장치는 k-공간의 초기화 스펙트럼(처음 복구된 스펙트럼)을 주파수 대역들로 분해하여, 각 주파수 대역에 대응하는 복수의 개별 스펙트럼을 생성할 수 있다. In step 103, the magnetic resonance apparatus may perform decomposition into a plurality of frequency bands. The magnetic resonance apparatus may decompose the k-space initial spectrum (the first recovered spectrum) into frequency bands to generate a plurality of individual spectra corresponding to each frequency band.
단계(104)에서, 자기 공명 장치는 각각의 주파수 대역에 대한 사전-기반 복구를 수행할 수 있다. 예를 들어, 자기 공명 장치는 얻어진 스펙트럼들 각각을 사전-기반 압축 센싱 알고리즘을 사용하여 복구할 수 있다. In step 104, the magnetic resonance scanner may perform pre-based recovery for each frequency band. For example, the magnetic resonance scanner may recover each of the obtained spectra using a pre-based compression sensing algorithm.
단계(105)에서, 자기 공명 장치는 상이한 주파수 대역에 대응하는 복구된 이미지들을 병합할 수 있다. 예를 들어, 자기 공명 장치는 서로 다른 주파수 대역에 대응하는 모든 복구된 영상들을 합 연산자(sum operator)를 사용하여 병합하고, 복구된 최종 결과, 즉 하나의 번짐 제거되고 노이즈 제거된(deblurred and denoised) MR 신호에 대응하여 k-공간의 전체 스펙트럼을 생성할 수 있다. In step 105, the magnetic resonance scanner may merge recovered images corresponding to different frequency bands. For example, a magnetic resonance apparatus merges all recovered images corresponding to different frequency bands using a sum operator, and the recovered final result, that is, one blurring and denoised ) A full spectrum of k-space may be generated in response to the MR signal.
설명된 절차에서, 학습-기반 접근법은 영상 복구를 위해 사용된 사전을 생성하는 데 사용된다. 상술한 사전은 완전히 샘플링된 훈련용 MR 영상의 집합을 기반으로 미리 학습된다. In the described procedure, a learning-based approach is used to generate the dictionary used for image reconstruction. The dictionary described above is pre-learned based on a set of fully sampled training MR images.
이하, 더욱 상세하게 각각의 단계를 설명한다. Hereinafter, each step will be described in more detail.
[초기 복구(initial reconstruction)] [Initial reconstruction]
나이브(naive) 객체 복구는 전처리 없는 언더샘플링된(undersampled) 스펙트럼 데이터의 역 푸리에 변환을 의미한다. 그러나 이러한 복구는 앨리어싱 효과(aliasing effects)에 의해 강하게 손상되는데, 특히 일반적인 언더 샘플링의 경우에 측정시 제로들에 기인한다. 빠른 수렴을 위해 앨리어싱을 피하고 복구 알고리즘을 돕기 위한 간단한 방법은 일부 비-제로 값에 의해 푸리에 도메인에서 그 빈 샘플들을 채우는 것이다. 이 절차는 초기화 또는 초기 복구라고 한다. Naive object recovery refers to the inverse Fourier transform of the undersampled spectral data without preprocessing. However, this recovery is strongly impaired by aliasing effects, especially due to zeros in the measurement in the case of general under sampling. A simple way to avoid aliasing and help the recovery algorithm for fast convergence is to fill those empty samples in the Fourier domain by some non-zero value. This procedure is called initialization or initial recovery.
초기 데이터, 즉: 상수 값, 변화하는 그래디언트(기울기), 또는 임의의 복소 값을 취할 수 있는 많은 방법이 있다. 빈 샘플들을 영상 영역에서 어쨌든 전처리된 앨리어싱된 객체의 푸리에 스펙트럼으로부터, 예를 들면, 분할 브레그먼 반복 알고리즘 또는 근사 스파스 코딩 (approximate sparse coding)을 사용하는 정규화된 디컨볼루션, 블라인드 디컨볼루션으로서 일부 복잡한 방법에 의해 복구된 번짐 제거(deblurring), 잡음 제거, 평활화, 선명화에 의해 얻을 수 있다. 그것은 본질적 앨리어싱 효과를 현저하게 억제하고 수렴 속도 및 복구 품질을 모두 증가시킨다. 또한, 객체, 또는 객체 모델, 또는 데이터 획득 모델에 대한 일부 종래 정보가 이용될 수 있다. There are many ways to take initial data: constant values, changing gradients, or any complex value. The blank samples are taken from the Fourier spectrum of the aliased object preprocessed in the image region anyway, for example as a normalized deconvolution, blind deconvolution using split Braggman iteration algorithm or approximate sparse coding. It can be achieved by deblurring, noise reduction, smoothing, and sharpening, which are recovered by some complex methods. It significantly suppresses the intrinsic aliasing effect and increases both convergence speed and recovery quality. In addition, some conventional information about the object, or object model, or data acquisition model may be used.
본 발명의 실시예들 중 하나에서, 분할 브레그먼 알고리즘 [T. Goldstein 및 S. Osher, ℓ1-정규화된 문제를 위한 분할 브레그먼 방법, Imag. Sciences 2 에 SIAM J. 323-343 (2009)]은 초기화 단계(102)에서 사용될 수 있다. 이 알고리즘은 본 발명에 따른 방법에 대한 효율 및 빠른 수렴 속도를 제공한다. In one of the embodiments of the present invention, a split Braggman algorithm [T. Goldstein and S. Osher, l1-Segmented Bregman Method for Normalized Problems, Imag. Sciences 2, SIAM J. 323-343 (2009), can be used in the initialization step 102. This algorithm provides an efficient and fast convergence speed for the method according to the invention.
[D. L. Donoho, 압축 센싱, IEEE Trans. Inf. Theory 52, 1289-1306 (2006)] 에서와 같이, CS 복구 문제가 다음의 기본 추구 잡음 제거 문제로 처음 단순화되고 공식화된다:[D. L. Donoho, Compression Sensing, IEEE Trans. Inf. Theory 52, 1289-1306 (2006)], the CS recovery problem is first simplified and formulated into the following basic seeking noise cancellation problem:
<수식 1><Equation 1>
Figure PCTKR2015004446-appb-I000001
Figure PCTKR2015004446-appb-I000001
<수식 1>은 일반적인 CS에 관련된 것이고, 최소화되는 볼록 비용 함수(convex cost function)에서 파생되는 결과이다. 여기서 x는 복구되는 객체 영상의 벡터이고, Fu는 부분적으로 샘플링한 푸리에 변환이고, y는 측정된 언더샘플링된(undersampled) 스펙트럼의 벡터, Ψ는 희박화(sparsifying) 변환이고, λ는 정규화 매개변수이고, ℓ1 노름(norm) ∥..∥1은 벡터의 항목들(items)의 절대 값들의 합으로 정의되고, ℓ2 노름(norm) ∥..∥2은 벡터 항목들의 제곱의 합의 제곱근으로 정의된다. Equation 1 is related to a general CS and is a result derived from a convex cost function that is minimized. Where x is a vector of the object image to be recovered, F u is a partially sampled Fourier transform, y is a vector of measured undersampled spectra, Ψ is a sparsifying transform, and λ is a normalization parameter variable and, ℓ1 gambling (norm) ∥..∥ 1 is defined as the sum of the absolute values of the items (items) of the vector, ℓ2 gambling (norm) ∥..∥ 2 is defined as the square root of the sum of squares of the vector entries do.
[Y. Wang et al., 전체 변동 정규화와 영상 디블러링을 위한 빠른 알고리즘, CAAM 기술 보고서(2007)]에 따르는 ℓ1 및 ℓ2 노름들(norms)은 다음과 같이 분리될 수 있다. [Y. The l1 and l2 norms according to Wang et al., Fast Algorithm for Total Variation Normalization and Image Deblurring, CAAM Technical Report (2007)] can be separated as follows.
<수식 2><Formula 2>
Figure PCTKR2015004446-appb-I000002
Figure PCTKR2015004446-appb-I000002
여기서, d는 스파스 객체 근사치이다. 또한, d는 x의 근사치이다. 따라서 그것은 분할 브레그먼 반복 알고리즘을 따른다: Where d is a sparse object approximation. D is an approximation of x. Thus it follows the split Braggman iteration algorithm:
<수식 3.1>Equation 3.1
Figure PCTKR2015004446-appb-I000003
Figure PCTKR2015004446-appb-I000003
<수식 3.2>Equation 3.2
Figure PCTKR2015004446-appb-I000004
Figure PCTKR2015004446-appb-I000004
<수식 3.3>Equation 3.3
Figure PCTKR2015004446-appb-I000005
Figure PCTKR2015004446-appb-I000005
여기서, μ는 정규화 매개변수이며, bk는 브레그먼 매개변수의 업데이트이다. Where μ is a normalization parameter and b k is an update of the Bregman parameter.
분할 브레그먼 초기화 알고리즘의 흐름도는 도 3에 제시되어 있다. [T. Goldstein 및 S. Osher, ℓ1-정규화된 문제를 위한 분할 브레그먼 방법, Imag. Sciences 2 에 SIAM J. 323-343 (2009)]과 같이, 이 알고리즘은 2개의 중첩 루프(nested loops)를 포함한다. A flowchart of the split Braggman initialization algorithm is shown in FIG. 3. [T. Goldstein and S. Osher, l1-Segmented Bregman Method for Normalized Problems, Imag. As described in Sciences 2, SIAM J. 323-343 (2009)], this algorithm includes two nested loops.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 분할 브레그먼 기반 초기화를 구체적으로 설명하는 흐름도이다. 3 is a flowchart specifically illustrating split Bregman based initialization according to an embodiment of the present invention.
도 3를 참조하면, 단계(201)에서, 자기 공명 장치는 보조 변수들을 초기화할 수 있다. 예를 들어, 자기 공명 장치는 스파스 객체 근사 d0 및 브레그먼 매개변수 b0의 보조 변수들을 제로 벡터에 의해 초기화한다. Referring to FIG. 3, in step 201, the magnetic resonance scanner may initialize auxiliary variables. For example, the magnetic resonance apparatus initializes auxiliary variables of the sparse object approximation d 0 and the Bregman parameter b 0 with a zero vector.
단계(202)에서, 자기 공명 장치는 외부 루프가 실행되는지 판단할 수 있다. 즉, 자기 공명 장치는 외부 루프가 완료되었는지 여부를 판단할 수 있다. 외부 루프가 수행되지 않았다면, 자기 공명 장치는 알고리즘을 단계(203)로 진행하고, 외부 루프가 수행되었다면 자기 공명 장치는 단계(209)로 진행할 수 있다. In step 202, the magnetic resonance scanner may determine whether the outer loop is executed. That is, the magnetic resonance scanner may determine whether the outer loop is completed. If the outer loop has not been performed, the magnetic resonance apparatus may proceed to step 203 and if the outer loop has been performed, the magnetic resonance apparatus may proceed to step 209.
단계(203)에서, 자기 공명 장치는 내부 루프가 실행되는지 판단할 수 있다. 즉, 자기 공명 장치는 내부 루프가 완료되었는지 여부를 판정할 수 있다. 내부 루프가 수행되지 않았다면, 자기 공명 장치는 알고리즘을 내부 루프로 진행하고, 수행되었다면 자기 공명 장치는 단계(208)로 진행할 수 있다. In step 203, the magnetic resonance apparatus may determine whether the inner loop is executed. In other words, the magnetic resonance scanner may determine whether the inner loop is complete. If the inner loop has not been performed, the magnetic resonance apparatus proceeds to the inner loop algorithm, and if so, the magnetic resonance apparatus can proceed to step 208.
단계(204)에서, 자기 공명 장치는 ℓ2 노름(norm)을 최소화함으로써 솔루션 이미지를 갱신할 수 있다. 단계(205)에서, 자기 공명 장치는 복구된 스펙트럼에서 측정된 k-공간 샘플을 복구할 수 있다. 단계(206)에서, 자기 공명 장치는 솔루션의 ℓ1 노름(norm)(TV)을 감소할 수 있다. 단계(207)에서, 자기 공명 장치는 브레그먼 매개변수를 갱신할 수 있다. In step 204, the magnetic resonance scanner can update the solution image by minimizing the l2 norm. In step 205, the magnetic resonance scanner may recover the measured k-space sample in the recovered spectrum. In step 206, the magnetic resonance scanner may reduce the l1 norm (TV) of the solution. In step 207, the magnetic resonance scanner may update the Bragman parameter.
예를 들어, 내부 루프 과정 동안, 상술한 분할 브레그먼 루틴<수식 3.1 내지 수식 3.3>이 수행될 수 있으며, 내부 루프는 다음을 포함할 수 있다 : For example, during the inner loop process, the above-described split Braggman routines (Equation 3.1 to Equation 3.3) may be performed, and the inner loop may include:
ℓ2 노름(norm)을 최적화하여 대상 객체 추정 xk+1을 다시 계산하는 단계; (단계 204)recalculating the target object estimate x k + 1 by optimizing the norm norm; (Step 204)
ℓ1-정규화 문제를 해결하여 스파스 객체 근사 dk+1을 다시 계산하는 단계; (단계 205) 및recalculating the sparse object approximation d k + 1 by solving the l1-normalization problem; (Step 205) and
브레그먼 매개변수 bk+1을 업데이트하는 단계. (단계 207). Updating the Begman parameter b k + 1 . (Step 207).
ℓ1 노름(norm) 최적화는 1/2μ 동일한 임계치와의 소프트 임계 값을 통해 실현될 수 있다(단계 206). The l1 norm optimization can be realized via a soft threshold with a 1 / 2μ equal threshold (step 206).
복구 정확도를 증가시키고 반복 횟수를 감소시키기 위해, 복구된 객체는 xk+1 의 복구된 푸리에 스펙트럼에서 측정된 k-공간 샘플을 복구하여(단계 205) 추가적으로 업데이트 될 수 있다. In order to increase the recovery accuracy and reduce the number of iterations, the recovered object can be further updated by recovering the k-space sample measured in the recovered Fourier spectrum of x k + 1 (step 205).
단계 (208)에서, 자기 공명 장치는 객체 추정치(단계 204)를 재계산(recomputed)하는데 사용되는 보조 내부 루프 독립 변수를 갱신할 수 있다. In step 208, the magnetic resonance scanner may update the auxiliary inner loop independent variable used to recomput the object estimate (step 204).
알고리즘은 단계(208)을 수행한 후에, 단계(202)로 복귀할 수 있다. After performing the step 208, the algorithm may return to step 202.
상술한 바와 같이, 일단 외부 루프(단계 202)가 완료되면, 알고리즘은 단계(209)로 진행하여, 복구된 객체는 복구된 푸리에 스펙트럼에서 측정된 k-공간 샘플을 복구하여 다시 갱신될 수 있다. 그 후, 분할 브레그먼 기반 초기화 알고리즘이 완성된다. As discussed above, once the outer loop (step 202) is complete, the algorithm proceeds to step 209 where the recovered object can be updated again by recovering the k-space samples measured in the recovered Fourier spectrum. Thereafter, a split Braggman based initialization algorithm is completed.
미분 연산자는 희박화 변환 (sparsifying transform) Ψ 으로서 사용될 수 있다. 이러한 경우, 일반적으로 전체 변동 정규화된다. The derivative operator can be used as sparsifying transform Ψ. In such cases, the overall variation is usually normalized.
[초기 추측 계산을 위한 근사 스파스 코딩][Approximate Sparse Coding for Initial Guess Calculation]
본 발명의 한 실시예에 따라서, 초기 추측(initial guess)은 초기화 단계(102)에서 근사 스파스 부호화 방법에 의해 계산될 수 있다. 이러한 방법의 주 아이디어는 실제 알고리즘 보다 더 적은 계산으로 스파스 코드들의 예측을 위해 학습 가능한 모델을 사용하는 데 있다. 스파스 코드 예측을 위한 학습 가능한 모델의 변형 중 하나로서, 학습된 좌표 하강 알고리즘 (LCoD; Learned Coordinate Descent algorithm)를 사용할 수 있다. 예를 들면, 학습된 좌표 유래 알고리즘 (LCoD; Learned Coordinate Descent algorithm)은 [Karol Gregor와 Yann LeCun, 스파스 코딩의 학습 빠른 근사, ICML 2010]에 개시된 내용과 같은 것이다.According to one embodiment of the invention, the initial guess may be calculated by an approximate sparse encoding method in the initialization step 102. The main idea of this method is to use a trainable model for prediction of sparse codes with fewer calculations than real algorithms. As one of the variations of the learnable model for sparse code prediction, a Learned Coordinate Descent algorithm (LCoD) can be used. For example, the Learned Coordinate Descent algorithm (LCoD) is the same as that disclosed in Karol Gregor and Yann LeCun, Fast Approximation of Sparse Coding, ICML 2010.
도 4은 스파스 코드 예측을 위한 모델 훈련의 알고리즘을 설명하는 흐름도이다.4 is a flow diagram illustrating an algorithm of model training for sparse code prediction.
모델 스파스 코딩 사전을 훈련시키기 위하여, 훈련 세트와 샘플링 마스크를 미리 정의해야 한다. 훈련 세트는 완전히 샘플링된 데이터를 포함해야 한다. To train the model sparse coding dictionary, we need to pre-define the training set and sampling mask. The training set should contain fully sampled data.
단계(301)에서, 자기 공명 장치는 훈련 데이터집합으로부터 풀 샘플링된 k-공간을 확보할 수 있다. 예를 들어, 단계(301)에서, 풀 샘플링된 k-공간은 데이터 집합으로부터 패치될 수 있다. In step 301, the magnetic resonance scanner can secure a full sampled k-space from the training dataset. For example, at step 301, the full sampled k-space may be patched from the data set.
단계(302)에서, 자기 공명 장치는 샘플링 마스크를 적용하여 샘플링 마스크의 인덱스(index)에 맞는 언더 샘플링된 데이터를 획득하고, 실종된 값들을 제로로 채울 수 있다. 예를 들어, 단계(302)에서, 미리 정의된 샘플링 마스크는 언더 샘플링된 k-공간을 얻기 위해 k-공간에 적용되어, 누락된 값들이 제로들로 채워진다. In operation 302, the magnetic resonance apparatus may apply a sampling mask to obtain undersampled data that matches an index of the sampling mask, and fill missing values with zero. For example, in step 302, a predefined sampling mask is applied to the k-space to obtain an undersampled k-space, so that missing values are filled with zeros.
단계(303)에서, 자기 공명 장치는 역 푸리에 변환을 언더샘플링된 k-공간과 단계 301 에서 획득한 k-공간에 적용시킴으로써 2 개의 이미지들을 복구할 수 있다. 예를 들어, 단계(303)에서, 2 개의 영상이 역 푸리에 변환을 적용하여 복구된다: 하나는 언더샘플링된(undersampled) k-공간(제로 충전에 의한 아티팩트를 가지는)에서, 다른 하나는 풀 샘플링된 k-공간에서의 영상이다. In step 303, the magnetic resonance apparatus may recover the two images by applying an inverse Fourier transform to the undersampled k-space and the k-space obtained in step 301. For example, in step 303, two images are recovered by applying an inverse Fourier transform: one in the undersampled k-space (with artifacts with zero filling), the other in full sampling Image in k-space.
단계(304)에서, 자기 공명 장치는 상기 복구된 2개의 이미지로부터 역푸리에 변환으로 패치를 추출할 수 있다. 자기 공명 장치는 역 푸리에 변환을 언더샘플링된 k-공간과 풀 샘플링된 k-공간에 적용시킴으로써 2개의 이미지들을 복구할 수 있다. 예를 들어, 단계(304)에서, 작은 영상 패치는 이 두 영상 모두로부터 추출될 수 있다. 추출된 패치의 크기는 사전 요소의 크기와 동일할 수 있다. In step 304, the magnetic resonance scanner may extract a patch with an inverse Fourier transform from the two recovered images. The magnetic resonance apparatus can recover two images by applying an inverse Fourier transform to the undersampled k-space and the full sampled k-space. For example, at step 304, a small image patch can be extracted from both of these images. The size of the extracted patch may be the same as the size of the dictionary element.
단계(305) 내지 단계(308)은 루프는 모든 패치들에 대해 실행된다. Steps 305 to 308 the loop executes for all patches.
단계(305)에서, 자기 공명 장치는 언더샘플링된 이미지로부터 추출된 각각의 패치에 대해서, 훈현 가능 모델을 사용하여 스파스 코드의 예측을 수행할 수 있다. 즉, 단계(305)에서, 스파스 코드는 훈련 가능한 모델에 의해 예측될 수 있다. In step 305, the magnetic resonance apparatus may perform sparse code prediction on each patch extracted from the undersampled image using the releasable model. That is, at step 305, the sparse code can be predicted by a trainable model.
단계(306)에서, 자기 공명 장치는 미리 정의된 사전을 사용하여 예측된 코드로부터 이미지 패치의 복구를 수행할 수 있다. 예를 들어, 단계(306)에서, 영상 패치는 이 예측된 코드와 미리 정의된 사전을 사용하여 복구될 수 있다.In step 306, the magnetic resonance scanner may perform recovery of the image patch from the predicted code using a predefined dictionary. For example, in step 306, the image patch can be recovered using this predicted code and a predefined dictionary.
단계(307)에서, 자기 공명 장치는 복구된 패치와 단계 301 로부터 획득한 샘플링 데이터 이미지로부터 추출된 패치 사이의 오차를 계산할 수 있다. 예를 들어, 단계(307)에서, 이 복구된 영상 패치는 완전히 샘플링된 영상으로부터 추출된 영상 패치와 비교하여 오차를 계산하기 위해 사용된다.In operation 307, the magnetic resonance apparatus may calculate an error between the recovered patch and the patch extracted from the sampling data image acquired in operation 301. For example, in step 307 this recovered image patch is used to calculate the error compared to the image patch extracted from the fully sampled image.
단계(308)에서, 자기 공명 장치는 계산된 오차를 사용하여 훈련가능 모델 매개변수를 갱신할 수 있다. 예를 들어, 단계(308)에서, 계산된 오차를 이용하여, 모델 매개변수는, 예를 들어, 기울기 하강 방법과 같은, 어떤 최적화 방법을 구비하여 갱신한다. 훈련 프로세스가 수렴할 때까지 이러한 과정은 반복된다.In step 308, the magnetic resonance scanner may update the trainable model parameters using the calculated error. For example, at step 308, using the calculated error, the model parameters are updated with some optimization method, such as, for example, a gradient descent method. This process is repeated until the training process converges.
[사전-기반의 복구] [Pre-Based Recovery]
도 2의 단계(104)에서, 학습된 사전을 사용하여 한 입력 신호의 스파스 근사에 기초한다. 도 2의 단계(104) 단계에서, <수식 4>의 최적화 방정식을 사용한다: In step 104 of FIG. 2, based on the sparse approximation of one input signal using the learned dictionary. In step 104 of FIG. 2, the optimization equation of Equation 4 is used:
<수식 4><Equation 4>
Figure PCTKR2015004446-appb-I000006
Figure PCTKR2015004446-appb-I000006
여기서 ℓ0 노름(norm) ∥..∥0은 벡터가 다수의 0이 아닌 요소로서 정의된다. Where l0 norm is 0 , where 0 is defined as a number of nonzero elements of a vector.
사전-기반의 접근법에서, 희박화 변환(sparsifying transform)은 사전에서 기초 요소로의 입력의 스파스 분해(sparse decomposition)에 의해 표현된다. <수식 4>의 최적화 방정식에 대한 솔루션은 도 5에 도시된 단계(401) 내지 단계(408)의 반복 알고리즘에 의해 수행된다. In a dictionary-based approach, sparsifying transforms are represented by sparse decomposition of inputs from dictionaries to elementary elements. The solution to the optimization equation of Equation 4 is performed by the iterative algorithm of steps 401 to 408 shown in FIG.
자기 공명 장치는 입력된 언더샘플링된 k-공간(단계 401)에 역 푸리에 변환(단계 402)을 적용함으로써 영상(403)을 얻는다. 그리고 나서 솔루션이 수렴할 때까지(단계 404), 다음 단계가 수행된다. 중복 패치 세트(407)가 해당 영상에서 추출된다(단계 406). 그 다음, 스파스 분해(단계 408)는 각각의 패치들에 대해서 수행된다. 단계 (408)에서, <수식 5>의 최적화 방정식을 사용한다: The magnetic resonance apparatus obtains an image 403 by applying an inverse Fourier transform (step 402) to the input undersampled k-space (step 401). Then, until the solution converges (step 404), the next step is performed. The duplicate patch set 407 is extracted from the image (step 406). Sparse decomposition (step 408) is then performed for each of the patches. In step 408, the optimization equation of Equation 5 is used:
<수식 5><Equation 5>
Figure PCTKR2015004446-appb-I000007
Figure PCTKR2015004446-appb-I000007
여기서, X의 열은 벡터화된 패치들이고, z의 열은 스파스 코드 벡터들이고, D 는 사전 변환 행렬이고, δ는 정규화 매개변수이다. Where the columns of X are vectorized patches, the columns of z are sparse code vectors, D is a pre-transformation matrix, and δ is a normalization parameter.
상기 과제에서, 사전(409)의 요소들은 행렬 D의 열로서 표현되고, X의 각 열은 단지 적은 수의 비-제로 성분과 사전 요소들의 선형 조합으로서 표현될 것을 목표로 한다 (따라서, z의 열은 스파스이다). 이러한 문제는 그리디(greedy) 직교 매칭 추적 알고리즘에 의해 해결될 수 있다. In this task, the elements of dictionary 409 are represented as columns of matrix D, and each column of X aims to be represented as a linear combination of only a small number of non-zero components and dictionary elements (thus, Heat is sparse). This problem can be solved by a greedy orthogonal matching tracking algorithm.
스파스 코드 z(410)는 각각의 패치에 대해 얻어지고, 복구되는 패치들(412)은 계수들(411)로 계산된 스파스 코드와 사전 요소들의 선형 조합으로서 계산된다. 그 다음, 중간 복구 영상(414)은 복구된 패치를 오버랩(단계 413)과 병합하여 얻어진다. 다음 단계에서, 중간 복구 영상(414)은 푸리에 변환(단계 415)을 적용함으로써 다시 주파수 공간으로 변환되고, 중간 k-공간 데이터(416)가 획득된다. Sparse code z 410 is obtained for each patch, and the recovered patches 412 are computed as a linear combination of sparse code and dictionary elements computed with coefficients 411. The intermediate recovered image 414 is then obtained by merging the recovered patch with the overlap (step 413). In the next step, the intermediate recovered image 414 is transformed back into frequency space by applying a Fourier transform (step 415), and the intermediate k-spatial data 416 is obtained.
이어서, 복구된 주파수들은 측정된 데이터에 의해 중간 k-공간(단계 416)에서 복구 (단계 417)된다. 복구된 관측 주파수(단계 418)를 구비한 k-공간은 역 푸리에 변환(단계 402)에 의해 영상 공간으로 변환된다. 솔루션이 수렴되면(단계 404), 영상(단계 403)는 복구 결과로서 출력되고(단계 405), 그렇지 않으면 새로운 반복이 시작된다.The recovered frequencies are then recovered (step 417) in the intermediate k-space (step 416) by the measured data. The k-space with the recovered observation frequency (step 418) is transformed into image space by an inverse Fourier transform (step 402). Once the solution has converged (step 404), the image (step 403) is output as a recovery result (step 405), otherwise a new iteration begins.
[비 균일한 크기의 패치] [Non-uniform size patch]
본 발명에 따른 방법은 다양한 샘플링 기술로 동작한다. 입력 영상으로부터 패치를 추출하는 절차는 영상의 사각형 조각의 세트를 생성한다. 패치의 최적 종횡비(폭과 높이의 상대적 비율)는 k-공간 샘플링 방식에 의존한다. MRI 장치에 있어서의 샘플링의 일반적인 방법은 위상 인코딩 라인을 획득하는 것이다. 이러한 라인은 k-공간에서 행을 나타낸다. The method according to the invention operates with various sampling techniques. The procedure of extracting a patch from an input image creates a set of square pieces of the image. The optimal aspect ratio (relative ratio of width to height) of the patch depends on the k-space sampling scheme. A common method of sampling in an MRI apparatus is to acquire a phase encoding line. These lines represent rows in k-space.
따라서, 주파수에 대한 정보는 y 방향(세로 좌표)을 따라 손실된다. 이러한 손실은 수직 앨리어싱 아티팩트 내에서 (언더샘플링된(undersampled) k-공간에서 얻은) 영상에 영향을 미친다. 사전 요소의 수가 고정되어 있는 경우는 단지 적은 수의 요소들을 갖는 그런 양의 정보를 인코딩하기 어려운 것이기 때문에, 패치의 크기는 양쪽 모두의 차원에서 매우 큰 사이즈이어서는 아니된다. Thus, information about the frequency is lost along the y direction (vertical coordinates). This loss affects the image (obtained in the undersampled k-space) within the vertical aliasing artifact. Since the fixed number of dictionary elements is difficult to encode such an amount of information with only a small number of elements, the size of the patch should not be very large in both dimensions.
패치 내의 고정된 양의 정보(고정된 수 픽셀)의 사용은 하나의 패치를 사용하여 수직 방향으로 더 많은 데이터를 포함(cover)하는 것이 더 최적일 수 있다. 이는 앨리어싱 아티팩트가 위상 부호화 라인을 생략하면서(skipping), 직교 샘플링 방식(Cartesian sampling scheme)으로, 수직 방향으로 분포되어 있기 때문에 적용 가능하다. 패치 당 고정된 양의 정보와 같은 피복 전략(covering strategy)은 불균일한 크기의 사각형 패치를 적용하여 수행될 수 있다. The use of a fixed amount of information (fixed few pixels) in a patch may be more optimal to cover more data in the vertical direction using one patch. This is applicable because aliasing artifacts are distributed in a vertical direction with a Cartesian sampling scheme while skipping a phase coded line. A covering strategy, such as a fixed amount of information per patch, can be performed by applying rectangular patches of non-uniform size.
예를 들어 패치 폭을 감소시키면서 패치 높이를 증가시킴으로써 불균일한 크기의 사각형 패치를 적용할 수 있다. 정사각형이 아닌 직사각형 패치는 정사각형 패치에 비해 나은 복구 품질을 달성할 수 있으며, 이 경우 직사각형 패치의 화소 수는 정사각형 패치보다 동일하거나 더 적은 수를 갖는다. For example, a rectangular patch of non-uniform size can be applied by increasing the patch height while reducing the patch width. Non-square rectangular patches can achieve better recovery quality than square patches, in which case the number of pixels of the rectangular patch is the same or less than the square patches.
비 직교 등방성 무작위 샘플링 방식의 경우는 정사각형 패치를 사용하는 것이 좋다. 복구 품질이 높을 것이다. 일반적인 경우에, 패치의 종횡비는 x 방향 및 y 방향 (이방성 양; amount of anistropy)을 따라 유실 정보의 비율에 의존한다. For non-orthogonal isotropic random sampling, square patches are recommended. The recovery quality will be high. In the general case, the aspect ratio of the patch depends on the proportion of missing information along the x direction and the y direction (amount of anistropy).
[다중대역 분해] [Multiband Decomposition]
본 발명에 따른 방법에서, 데이터의 다중 구조를 이용하기 위한 방법 중 하나는 단계(103)에서, 다중 주파수 대역에 대응하는 복수의 영상 성분을 복구하는 것이다. 이 방법에서, 단계(102)에서 초기에 복구된 스펙트럼은 여러 부분 대역의 그룹에 대응하여, 분할된다. In the method according to the invention, one of the methods for utilizing multiple structures of data is to recover, at step 103, a plurality of image components corresponding to multiple frequency bands. In this method, the initially recovered spectrum in step 102 is divided, corresponding to a group of several subbands.
예를 들면, 단계(102)에서 초기에 복구된 스펙트럼은 낮은, 중간 및 높은 주파수 대역의 그룹에 대응하여 분할된다. For example, the initially recovered spectrum in step 102 is divided corresponding to a group of low, middle and high frequency bands.
그러한 분할에서, 몇 가지 새로운 (분해된) k-공간들이 등장되며, 그 각각은 대응하는 대역으로부터의 주파수만을 포함하고, 다른 주파수들은 0으로 채워지고 측정치로서 표시된다. MR 신호를 주파수 대역으로 분해하면 대역 내 신호의 다양한 수축을 산출하고 (각 대역 내에서 신호는 간단한 형태를 갖는다), 결과적으로 신호의 희소성과 최종 복구의 품질을 증가시킨다. In such division, several new (dissolved) k-spaces emerge, each containing only frequencies from the corresponding band, and the other frequencies are filled with zeros and displayed as measurements. Decomposing the MR signal into frequency bands yields various contractions of the in-band signal (within each band, the signal has a simple form), which in turn increases the signal's sparsity and quality of final recovery.
이러한 절두된(truncated) k-공간은 단계(104)에서 사전-기반 복구의 메인 루프로의 입력으로 취급되고 병렬로 처리됩니다. 각 대역 영상이 복구되면, 최종 복구된 영상은 모든 대역의 복구된 영상을 합산하여 단계(105)에서 얻어진다. 사전(dictionary) 학습 단계에서, 각각의 훈련 영상은 같은 방식으로 주파수 대역으로 분해되고, 고유 사전은 별도로 이러한 대역들 각각에 대해 학습된다. This truncated k-space is treated as input to the main loop of pre-based recovery in step 104 and processed in parallel. Once each band image is recovered, the final recovered image is obtained at step 105 by summing the recovered images of all bands. In the dictionary learning phase, each training image is decomposed into frequency bands in the same way, and a unique dictionary is learned for each of these bands separately.
복구 단계에서, 각 대역은 대응하는 사전을 이용하여 복구된다. 현 대역의 모든 주파수를 측정하는 경우, 대역의 복구는 단순히 역 푸리에 변환을 적용함으로써 수행된다. 대역 모양의 선택은 샘플링 방식에 따라 달라진다. In the recovery phase, each band is recovered using the corresponding dictionary. In the case of measuring all frequencies of the current band, recovery of the band is performed simply by applying an inverse Fourier transform. The choice of band shape depends on the sampling method.
예를 들어, 직교 일차원 샘플링의 경우, 대역은 샘플링 라인들과 정렬되는 하나의 k-공간에서 사각형 줄무늬(rectangular stripes)이다. 레이디얼-대칭 또는 등방성 무작위 샘플링의 경우, 대역은 제로 주파수를 중심으로 한 동심 링 대역으로 표시된다. For example, for orthogonal one-dimensional sampling, the band is rectangular stripes in one k-space aligned with the sampling lines. For radial-symmetric or isotropic random sampling, the band is represented by a concentric ring band around zero frequency.
[언더샘플링된(undersampled) 데이터에서 자기공명영상 복구를 위한 시스템][System for MRI Recovery from Undersampled Data]
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 공명 영상 시스템을 설명하기 위한 도면이다. 6 is a view for explaining a magnetic resonance imaging system according to an embodiment of the present invention.
도 6를 참조하면, 자기 공명 영상 시스템(MRI system, 500)은 획득부(acquisition unit, 501), 복구 서버(reconstruction server, 502), 및 운영자 콘솔(operator console, 503)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 6, the MRI system 500 may include an acquisition unit 501, a recovery server 502, and an operator console 503.
획득부(501)는 언더샘플링된 k-공간을 획득할 수 있다. 예를 들어, 획득부(501)는 샘플링 마스크로 정의된 샘플링 방식에 따라서 k-공간의 스펙트럼 데이터는 획득할 수 있다. 획득부(501)는 수신기 코일을 통하여 획득될 수 있다. 획득부(501)는 복구 서버(502) 또는 운영자 콘솔(503)과 구별되는 별도의 의료 장비에 의하여 구현될 수 있다. The acquirer 501 may acquire the undersampled k-space. For example, the acquirer 501 may acquire spectral data of k-space according to a sampling scheme defined as a sampling mask. The acquirer 501 may be obtained through a receiver coil. The acquirer 501 may be implemented by separate medical equipment that is distinct from the recovery server 502 or the operator console 503.
복구 서버(502)는 프로세서(504) 및 메모리(505)를 포함할 수 있다. 또한, 프로세서(504)는 복구부(508)을 포함할 수 있다. The recovery server 502 can include a processor 504 and a memory 505. In addition, the processor 504 may include a recovery unit 508.
본 발명의 일 실시예에 따른 복구부(508)는 언더샘플링된 MRI 데이터를 복구할 수 있다. 복구부(508)는 k-공간의 빈(empty) 위치를 초기 추측(initial guess)으로 채움으로써 초기 복구(initial reconstruction)를 수행할 수 있다. 복구부(508)는 k-공간의 초기화 스펙트럼을 주파수 대역들로 분해하여, 각 주파수 대역에 대응하는 복수의 개별 스펙트럼을 생성할 수 있다. 복구부(508)는 복수의 개별 스펙트럼들 각각을 사전-기반 압축 센싱 알고리즘을 사용하여 복구할 수 있다. The recovery unit 508 according to an embodiment of the present invention may recover the undersampled MRI data. The recovery unit 508 may perform initial reconstruction by filling an empty position of the k-space with an initial guess. The recovery unit 508 may decompose the k-space initialization spectrum into frequency bands to generate a plurality of individual spectrums corresponding to each frequency band. The recovery unit 508 may recover each of the plurality of individual spectra using a pre-based compression sensing algorithm.
복구부(508)는 서로 다른 주파수 대역에 대응하는 모든 복구된 영상들을 합 연산자(sum operator)를 사용하여 병합하고, 복구된 최종 결과, 즉 하나의 번짐 제거되고 노이즈 제거된 MR 신호에 대응하여 k-공간의 전체 스펙트럼을 생성할 수 있다. The recovery unit 508 merges all recovered images corresponding to different frequency bands using a sum operator, and k in response to the restored final result, that is, one smear-free and noise-reduced MR signal. Generate full spectrum of space
프로세서(504)는 복구부(508)이외에 본 발명을 실시하기 위한 다양한 동작을 수행할 수 있다. The processor 504 may perform various operations for implementing the present invention in addition to the recovery unit 508.
메모리(505)는 획득부(501)를 통해 언더샘플링된 k-공간이 획득된 k-공간 데이터를 구비한 파일을 저장할 수 있다. The memory 505 may store a file including k-space data obtained by obtaining the under-sampled k-space through the acquirer 501.
운영자 콘솔(503)은 디스플레이(506) 및 컨트롤러(507)을 포함할 수 있다. The operator console 503 can include a display 506 and a controller 507.
콘트롤러(507)는 영상 복구를 수행하는 프로그램을 실행할 수 있다. 프로그램의 결과는 디스플레이(506)로 출력할 수 있다. The controller 507 may execute a program for performing image recovery. The result of the program can be output to the display 506.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 공명 영상 시스템(500)은 단축된 시간으로 k-공간 데이터를 획득할 수 있다. Therefore, the magnetic resonance imaging system 500 according to the exemplary embodiment of the present invention may acquire k-spatial data in a shortened time.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 공명 영상 시스템을 도시하는 도면이다. 도 7을 참조하면, 자기 공명 영상 시스템은 갠트리(gantry)(20), 신호 송수신부(30), 모니터링부(40), 시스템 제어부(50) 및 오퍼레이팅부(60)를 포함할 수 있다.7 is a diagram illustrating a magnetic resonance imaging system according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 7, the magnetic resonance imaging system may include a gantry 20, a signal transceiver 30, a monitor 40, a system controller 50, and an operating unit 60.
갠트리(20)는 주 자석(22), 경사 코일(24), RF 코일(26) 등에 의하여 생성된 전자파가 외부로 방사되는 것을 차단한다. 갠트리(20) 내 보어(bore)에는 정자기장 및 경사자장이 형성되며, 대상체(10)를 향하여 RF 신호가 조사된다.The gantry 20 blocks electromagnetic radiation generated by the main magnet 22, the gradient coil 24, the RF coil 26, and the like from radiating to the outside. A static magnetic field and a gradient magnetic field are formed in the bore in the gantry 20, and an RF signal is irradiated toward the object 10.
주 자석(22), 경사 코일(24) 및 RF 코일(26)은 갠트리(20)의 소정의 방향을 따라 배치될 수 있다. 소정의 방향은 동축 원통 방향 등을 포함할 수 있다. 원통의 수평축을 따라 원통 내부로 삽입 가능한 테이블(table)(28)상에 대상체(10)가 위치될 수 있다.The main magnet 22, the gradient coil 24 and the RF coil 26 may be disposed along a predetermined direction of the gantry 20. The predetermined direction may include a coaxial cylindrical direction or the like. The object 10 may be positioned on a table 28 that can be inserted into the cylinder along the horizontal axis of the cylinder.
주 자석(22)은 대상체(10)에 포함된 원자핵들의 자기 쌍극자 모멘트(magnetic dipole moment)의 방향을 일정한 방향으로 정렬하기 위한 정자기장 또는 정자장(static magnetic field)을 생성한다. 주 자석에 의하여 생성된 자장이 강하고 균일할수록 대상체(10)에 대한 비교적 정밀하고 정확한 MR 영상을 획득할 수 있다. The main magnet 22 generates a static magnetic field or a static magnetic field for aligning the directions of the magnetic dipole moments of the nuclei contained in the object 10 in a constant direction. As the magnetic field generated by the main magnet is stronger and more uniform, a relatively precise and accurate MR image of the object 10 may be obtained.
경사 코일(Gradient coil)(24)은 서로 직교하는 X축, Y축 및 Z축 방향의 경사자장을 발생시키는 X, Y, Z 코일을 포함한다. 경사 코일(24)은 대상체(10)의 부위 별로 공명 주파수를 서로 다르게 유도하여 대상체(10)의 각 부위의 위치 정보를 제공할 수 있다.The gradient coil 24 includes X, Y, and Z coils that generate gradient magnetic fields in the X-, Y-, and Z-axis directions that are perpendicular to each other. The gradient coil 24 may provide the location information of each part of the object 10 by inducing resonance frequencies differently for each part of the object 10.
RF 코일(26)은 환자에게 RF 신호를 조사하고, 환자로부터 방출되는 MR 신호를 수신할 수 있다. 구체적으로, RF 코일(26)은, 세차 운동을 하는 환자 내에 존재하는 원자핵을 향하여, 세차운동의 주파수와 동일한 주파수의 RF 신호를 전송한 후 RF 신호의 전송을 중단하고, 환자 내에 존재하는 원자핵에서 로부터 방출되는 MR 신호를 수신할 수 있다. The RF coil 26 may radiate an RF signal to the patient and receive an MR signal emitted from the patient. Specifically, the RF coil 26, after transmitting the RF signal of the same frequency as the frequency of the precession toward the atomic nucleus existing in the precession patient, stops transmitting the RF signal, and in the nucleus existing in the patient It can receive the MR signal emitted from.
예를 들어, RF 코일(26)은 어떤 원자핵을 낮은 에너지 상태로부터 높은 에너지 상태로 천이시키기 위하여 이 원자핵의 종류에 대응하는 무선 주파수(Radio Frequency)를 갖는 전자파 신호, 예컨대 RF 신호를 생성하여 대상체(10)에 인가할 수 있다. RF 코일(26)에 의해 생성된 전자파 신호가 어떤 원자핵에 가해지면, 이 원자핵은 낮은 에너지 상태로부터 높은 에너지 상태로 천이될 수 있다. 이후에, RF 코일(26)에 의해 생성된 전자파가 사라지면, 전자파가 가해졌던 원자핵은 높은 에너지 상태로부터 낮은 에너지 상태로 천이하면서 라모어 주파수를 갖는 전자파를 방사할 수 있다. 다시 말해서, 원자핵에 대하여 전자파 신호의 인가가 중단되면, 전자파가 가해졌던 원자핵에서는 높은 에너지에서 낮은 에너지로의 에너지 준위의 변화가 발생하면서 라모어 주파수를 갖는 전자파가 방사될 수 있다. RF 코일(26)은 대상체(10) 내부의 원자핵들로부터 방사된 전자파 신호를 수신할 수 있다. For example, the RF coil 26 generates an electromagnetic signal, for example, an RF signal having a radio frequency corresponding to the type of the nuclear nucleus, such as an RF signal, in order to transition a nuclear nucleus from a low energy state to a high energy state. 10) can be applied. When an electromagnetic signal generated by the RF coil 26 is applied to a certain nucleus, the nucleus can transition from a low energy state to a high energy state. Subsequently, when the electromagnetic wave generated by the RF coil 26 disappears, the atomic nucleus to which the electromagnetic wave is applied may radiate an electromagnetic wave having a Lamor frequency while transitioning from a high energy state to a low energy state. In other words, when the application of the electromagnetic wave signal to the atomic nucleus is stopped, in the atomic nucleus to which the electromagnetic wave is applied, a change in the energy level from a high energy to a low energy may occur and an electromagnetic wave having a lamore frequency may be emitted. The RF coil 26 may receive an electromagnetic wave signal radiated from atomic nuclei inside the object 10.
RF 코일(26)은 원자핵의 종류에 대응하는 무선 주파수를 갖는 전자파를 생성하는 기능과 원자핵으로부터 방사된 전자파를 수신하는 기능을 함께 갖는 하나의 RF 송수신 코일로서 구현될 수도 있다. 또한, 원자핵의 종류에 대응하는 무선 주파수를 갖는 전자파를 생성하는 기능을 갖는 송신 RF 코일과 원자핵으로부터 방사된 전자파를 수신하는 기능을 갖는 수신 RF 코일로서 각각 구현될 수도 있다. The RF coil 26 may be implemented as one RF transmission / reception coil having a function of generating an electromagnetic wave having a radio frequency corresponding to a type of atomic nucleus and a function of receiving an electromagnetic wave radiated from the atomic nucleus. Further, it may be implemented as a transmitting RF coil having a function of generating an electromagnetic wave having a radio frequency corresponding to the type of atomic nucleus and a receiving RF coil having a function of receiving electromagnetic waves radiated from the atomic nucleus.
또한, 이러한 RF 코일(26)은 갠트리(20)에 고정된 형태일 수 있고, 착탈이 가능한 형태일 수 있다. 착탈이 가능한 RF 코일(26)은 머리 RF 코일, 흉부 RF 코일, 다리 RF 코일, 목 RF 코일, 어깨 RF 코일, 손목 RF 코일 및 발목 RF 코일 등을 포함한 대상체의 일부분에 대한 RF 코일을 포함할 수 있다.In addition, the RF coil 26 may be fixed to the gantry 20, it may be a removable form. The detachable RF coil 26 may include RF coils for portions of the object, including head RF coils, chest RF coils, leg RF coils, neck RF coils, shoulder RF coils, wrist RF coils and ankle RF coils, and the like. have.
또한, RF 코일(26)은 유선 및/또는 무선으로 외부 장치와 통신할 수 있으며, 통신 주파수 대역에 따른 듀얼 튠(dual tune) 통신도 수행할 수 있다.In addition, the RF coil 26 may communicate with an external device in a wired and / or wireless manner, and may also perform dual tune communication according to a communication frequency band.
또한, RF 코일(26)은 코일의 구조에 따라 새장형 코일(birdcage coil), 표면 부착형 코일(surface coil) 및 횡전자기파 코일(TEM 코일)을 포함할 수 있다.Also, the RF coil 26 may include a birdcage coil, a surface coil, and a transverse electromagnetic coil (TEM coil) according to the structure of the coil.
또한, RF 코일(26)은 RF 신호 송수신 방법에 따라, 송신 전용 코일, 수신 전용 코일 및 송/수신 겸용 코일을 포함할 수 있다.In addition, the RF coil 26 may include a transmission-only coil, a reception-only coil, and a transmission / reception combined coil according to an RF signal transmission / reception method.
또한, RF 코일(26)은 16 채널, 32 채널, 72채널 및 144 채널 등 다양한 채널의 RF 코일을 포함할 수 있다.In addition, the RF coil 26 may include various types of RF coils, such as 16 channels, 32 channels, 72 channels, and 144 channels.
갠트리(20)는 갠트리(20)의 외측에 위치하는 디스플레이(29)와 갠트리(20)의 내측에 위치하는 디스플레이(미도시)를 더 포함할 수 있다. 갠트리(20)의 내측 및 외측에 위치하는 디스플레이를 통해 사용자 또는 대상체에게 소정의 정보를 제공할 수 있다.The gantry 20 may further include a display 29 located outside the gantry 20 and a display (not shown) located inside the gantry 20. Predetermined information may be provided to the user or the object through the displays located inside and outside the gantry 20.
신호 송수신부(30)는 소정의 MR 시퀀스에 따라 갠트리(20) 내부, 즉 보어에 형성되는 경사자장을 제어하고, RF 신호와 MR 신호의 송수신을 제어할 수 있다. The signal transceiver 30 may control the gradient magnetic field formed in the gantry 20, that is, the bore according to a predetermined MR sequence, and control transmission and reception of the RF signal and the MR signal.
신호 송수신부(30)는 경사자장 증폭기(32), 송수신 스위치(34), RF 송신부(36) 및 RF 수신부(38)를 포함할 수 있다.The signal transceiver 30 may include a gradient magnetic field amplifier 32, a transmission / reception switch 34, an RF transmitter 36, and an RF receiver 38.
경사자장 증폭기(Gradient Amplifier)(32)는 갠트리(20)에 포함된 경사 코일(24)을 구동시키며, 경사자장 제어부(54)의 제어 하에 경사자장을 발생시키기 위한 펄스 신호를 경사 코일(24)에 공급할 수 있다. 경사자장 증폭기(32)로부터 경사 코일(24)에 공급되는 펄스 신호를 제어함으로써, X축, Y축, Z축 방향의 경사 자장이 합성될 수 있다.The gradient amplifier 32 drives the gradient coil 24 included in the gantry 20, and outputs a pulse signal for generating the gradient magnetic field under the control of the gradient magnetic field controller 54. Can be supplied to By controlling the pulse signal supplied from the gradient amplifier 32 to the gradient coil 24, gradient magnetic fields in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions can be synthesized.
RF 송신부(36) 및 RF 수신부(38)는 RF 코일(26)을 구동시킬 수 있다. RF 송신부(36)는 라모어 주파수의 RF 펄스를 RF 코일(26)에 공급하고, RF 수신부(38)는 RF 코일(26)이 수신한 MR 신호를 수신할 수 있다. The RF transmitter 36 and the RF receiver 38 may drive the RF coil 26. The RF transmitter 36 may supply an RF pulse of a Lamore frequency to the RF coil 26, and the RF receiver 38 may receive an MR signal received by the RF coil 26.
본 발명의 일 실시예에 따른 RF 수신부(38)는 도 1의 획득부(110)을 포함하여, 획득부(110)를 통하여 k-공간 상의 언더샘플링된 스펙트럼을 획득할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 획득부(110)는 일부 공간 주파수에 대응하는 k-공간 상의 언더샘플링된 스펙트럼을 획득하여 데이터 획득 시간을 단축할 수 있다. The RF receiver 38 according to an embodiment of the present invention may include the acquirer 110 of FIG. 1, and acquire the undersampled spectrum on the k-space through the acquirer 110. The acquirer 110 according to an exemplary embodiment may shorten the data acquisition time by acquiring an undersampled spectrum on k-space corresponding to some spatial frequencies.
송수신 스위치(34)는 RF 신호와 MR 신호의 송수신 방향을 조절할 수 있다. 예를 들어, 송신 모드 동안에 RF 코일(26)을 통하여 대상체(10)로 RF 신호가 조사되게 하고, 수신 모드 동안에는 RF 코일(26)을 통하여 대상체(10)로부터의 MR 신호가 수신되게 할 수 있다. 이러한 송수신 스위치(34)는 RF 제어부(56)로부터의 제어 신호에 의하여 제어될 수 있다. The transmit / receive switch 34 may adjust the transmit / receive direction of the RF signal and the MR signal. For example, the RF signal may be irradiated to the object 10 through the RF coil 26 during the transmission mode, and the MR signal from the object 10 may be received through the RF coil 26 during the reception mode. . The transmission / reception switch 34 may be controlled by a control signal from the RF controller 56.
모니터링부(40)는 갠트리(20) 또는 갠트리(20)에 장착된 기기들을 모니터링 또는 제어할 수 있다. 모니터링부(40)는 시스템 모니터링부(42), 대상체 모니터링부(44), 테이블 제어부(46) 및 디스플레이 제어부(48)를 포함할 수 있다.The monitoring unit 40 may monitor or control the gantry 20 or devices mounted on the gantry 20. The monitoring unit 40 may include a system monitoring unit 42, an object monitoring unit 44, a table control unit 46, and a display control unit 48.
시스템 모니터링부(42)는 정자기장의 상태, 경사자장의 상태, RF 신호의 상태, RF 코일의 상태, 테이블의 상태, 대상체의 신체 정보를 측정하는 기기의 상태, 전원 공급 상태, 열 교환기의 상태, 컴프레셔의 상태 등을 모니터링하고 제어할 수 있다.The system monitoring unit 42 includes a state of a static magnetic field, a state of a gradient magnetic field, a state of an RF signal, a state of an RF coil, a state of a table, a state of a device measuring body information of an object, a state of a power supply, a state of a heat exchanger, It can monitor and control the condition of the compressor.
대상체 모니터링부(44)는 대상체(10)의 상태를 모니터링한다. 구체적으로, 대상체 모니터링부(44)는 대상체(10)의 움직임 또는 위치를 관찰하기 위한 카메라, 대상체(10)의 호흡을 측정하기 위한 호흡 측정기, 대상체(10)의 심전도를 측정하기 위한 ECG 측정기, 또는 대상체(10)의 체온을 측정하기 위한 체온 측정기를 포함할 수 있다.The object monitoring unit 44 monitors the state of the object 10. In detail, the object monitoring unit 44 may include a camera for observing the movement or position of the object 10, a respiratory meter for measuring the respiration of the object 10, an ECG meter for measuring the electrocardiogram of the object 10, Or it may include a body temperature measuring instrument for measuring the body temperature of the object (10).
테이블 제어부(46)는 대상체(10)가 위치하는 테이블(28)의 이동을 제어한다. 테이블 제어부(46)는 시퀀스 제어부(50)의 시퀀스 제어에 따라 테이블(28)의 이동을 제어할 수도 있다. 예를 들어, 대상체의 이동 영상 촬영(moving imaging)에 있어서, 테이블 제어부(46)는 시퀀스 제어부(50)에 의한 시퀀스 제어에 따라 지속적으로 또는 단속적으로 테이블(28)을 이동시킬 수 있으며, 이에 의해, 갠트리의 FOV(field of view)보다 큰 FOV로 대상체를 촬영할 수 있다.The table controller 46 controls the movement of the table 28 in which the object 10 is located. The table controller 46 may control the movement of the table 28 according to the sequence control of the sequence controller 50. For example, in moving imaging of an object, the table controller 46 may continuously or intermittently move the table 28 according to the sequence control by the sequence controller 50, thereby. The object may be photographed with an FOV larger than the field of view (FOV) of the gantry.
디스플레이 제어부(48)는 갠트리(20)의 외측 및 내측에 위치하는 디스플레이를 제어한다. 구체적으로, 디스플레이 제어부(48)는 갠트리(20)의 외측 및 내측에 위치하는 디스플레이의 온/오프 또는 디스플레이에 출력될 화면 등을 제어할 수 있다. 또한, 갠트리(20) 내측 또는 외측에 스피커가 위치하는 경우, 디스플레이 제어부(48)는 스피커의 온/오프 또는 스피커를 통해 출력될 사운드 등을 제어할 수도 있다.The display controller 48 controls the displays located on the outside and the inside of the gantry 20. In detail, the display controller 48 may control on / off of a display located on the outside and the inside of the gantry 20 or a screen to be output to the display. In addition, when the speaker is located inside or outside the gantry 20, the display controller 48 may control on / off of the speaker or sound to be output through the speaker.
시스템 제어부(50)는 갠트리(20) 내부에서 형성되는 신호들의 시퀀스를 제어하는 시퀀스 제어부(52), 및 갠트리(20)와 갠트리(20)에 장착된 기기들을 제어하는 갠트리 제어부(58)를 포함할 수 있다.The system controller 50 includes a sequence controller 52 for controlling a sequence of signals formed in the gantry 20, and a gantry controller 58 for controlling the gantry 20 and devices mounted on the gantry 20. can do.
시퀀스 제어부(52)는 경사자장 증폭기(32)를 제어하는 경사자장 제어부(54), 및 RF 송신부(36), RF 수신부(38) 및 송수신 스위치(34)를 제어하는 RF 제어부(56)를 포함할 수 있다. 시퀀스 제어부(52)는 오퍼레이팅부(60)로부터 수신된 펄스 시퀀스에 따라 경사자장 증폭기(32), RF 송신부(36), RF 수신부(38) 및 송수신 스위치(34)를 제어할 수 있다. 여기에서, 펄스 시퀀스(pulse sequence)란, 경사자장 증폭기(32), RF 송신부(36), RF 수신부(38) 및 송수신 스위치(34)를 제어하기 위해 필요한 모든 정보를 포함하며, 예를 들면 경사 코일(24)에 인가하는 펄스(pulse) 신호의 강도, 인가 시간, 인가 타이밍(timing) 등에 관한 정보 등을 포함할 수 있다.The sequence controller 52 includes a gradient magnetic field controller 54 that controls the gradient magnetic field amplifier 32, and an RF controller 56 that controls the RF transmitter 36, the RF receiver 38, and the transmit / receive switch 34. can do. The sequence controller 52 may control the gradient amplifier 32, the RF transmitter 36, the RF receiver 38, and the transmit / receive switch 34 according to a pulse sequence received from the operating unit 60. Here, the pulse sequence includes all information necessary for controlling the gradient magnetic field amplifier 32, the RF transmitter 36, the RF receiver 38, and the transmit / receive switch 34, for example, the gradient. Information on the intensity of the pulse signal applied to the coil 24, the application time, the application timing (timing) and the like may be included.
오퍼레이팅부(60)는 시스템 제어부(50)에 펄스 시퀀스 정보를 지령하는 것과 동시에, 자기 공명 영상 시스템 전체의 동작을 제어할 수 있다.The operating unit 60 may command pulse sequence information to the system controller 50 and control the operation of the entire magnetic resonance imaging system.
오퍼레이팅부(60)는 RF 수신부(38)가 수신한 MR 신호를 전송 받아서 처리하는 영상 처리부(62), 출력부(64) 및 입력부(66)를 포함할 수 있다.The operating unit 60 may include an image processor 62, an output unit 64, and an input unit 66 that receive and process an MR signal received by the RF receiver 38.
영상 처리부(62)는 RF 수신부(38)로부터 수신되는 MR 신호를 처리하여, 대상체(10)에 대한 MR 화상 데이터를 생성할 수 있다.The image processor 62 may process MR signals received from the RF receiver 38 to generate MR image data of the object 10.
영상 처리부(62)는 RF 수신부(38)가 수신한 MR 신호를 전송받고, 전송받은 MR 신호에 증폭, 주파수 변환, 위상 검파, 저주파 증폭, 필터링(filtering) 등과 같은 각종의 신호 처리를 가한다.The image processor 62 receives the MR signal received by the RF receiver 38 and applies various signal processing such as amplification, frequency conversion, phase detection, low frequency amplification, filtering, and the like to the received MR signal.
영상 처리부(62)는, 예를 들어, 메모리의 k 공간 (예컨대, 푸리에(Fourier) 공간 또는 주파수 공간이라고도 지칭됨)에 디지털 데이터를 배치하고, 이러한 데이터를 2차원 또는 3차원 푸리에 변환을 하여 화상 데이터로 재구성할 수 있다. The image processor 62, for example, arranges digital data in a k space of a memory (also referred to as a Fourier space or a frequency space), and performs the two-dimensional or three-dimensional Fourier transform on the data to perform an image. Can be reconstructed with data.
또한, 영상 처리부(62)는 필요에 따라, 재구성된 화상 데이터(data)에 합성 처리나 차분 연산 처리 등을 수행할 수 있다. 합성 처리는, 픽셀에 대한 가산 처리, 최대치 투영(MIP)처리 등 일 수 있다. 또한, 영상 처리부(62)는 재구성되는 화상 데이터뿐만 아니라 합성 처리나 차분 연산 처리가 행해진 화상 데이터를 메모리(미도시) 또는 외부의 서버에 저장할 수 있다. In addition, the image processor 62 may perform a composition process, a difference calculation process, or the like on the reconstructed image data. The composition process may be an addition process for pixels, a maximum projection (MIP) process, or the like. In addition, the image processor 62 may store not only the image data to be reconstructed, but also image data subjected to the synthesis process or the difference calculation process to a memory (not shown) or an external server.
또한, 영상 처리부(62)가 MR 신호에 대해 적용하는 각종 신호 처리는 병렬적으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 다채널 RF 코일에 의해 수신되는 복수의 MR 신호에 신호 처리를 병렬적으로 가하여 복수의 MR 신호를 화상 데이터로 재구성할 수도 있다.In addition, various signal processings applied to the MR signal by the image processor 62 may be performed in parallel. For example, signal processing may be applied in parallel to a plurality of MR signals received by the multi-channel RF coil to reconstruct the plurality of MR signals into image data.
본 발명의 일 실시예에 따른 영상 처리부(62)는 도 1의 복구부(120)을 포함하여, 언더샘플링된 스펙트럼을 통하여 목적 영상을 생성할 수 있다. 또한, 복구부(120)는 도 1의 제1 서브 복구부(130), 제2 서브 복구부(140) 및 영상 생성부(150)를 포함할 수 있다. The image processor 62 according to an embodiment of the present invention may include the recovery unit 120 of FIG. 1 to generate the target image through the undersampled spectrum. In addition, the recovery unit 120 may include the first sub recovery unit 130, the second sub recovery unit 140, and the image generator 150 of FIG. 1.
제1 서브 복구부(130)는 k-공간 상의 비-샘플링된 위치에 대응하는 데이터에 대해서 분할 브레그먼 기법 또는 근사 스파스 부호화 기법을 통하여 초기 복구를 수행할 수 있다.The first sub-recovery unit 130 may perform initial recovery on the data corresponding to the non-sampled position on the k-space through a split Bregman technique or an approximate sparse encoding technique.
제2 서브 복구부(140)는 k-공간 상의 상기 초기 복구된 스펙트럼을 다수의 개별 스펙트럼들로 다중 대역 분해할 수 있다. The second sub recovery unit 140 may multi-band decompose the initial recovered spectrum on k-space into a plurality of individual spectra.
또한, 제2 서브 복구부(140)는 분해된 대역에 대응하는 영상들에 대해서 사전-기반(dictionary learing) 복구를 수행할 수 있다.In addition, the second sub recovery unit 140 may perform dictionary learing recovery on the images corresponding to the decomposed band.
따라서, 영상 처리부(62)를 통하여 고속으로 자기 공명 영상을 획득할 수 있다. Therefore, the magnetic resonance image may be obtained at high speed through the image processor 62.
출력부(64)는 영상 처리부(62)에 의해 생성된 화상 데이터 또는 재구성 화상 데이터를 사용자에게 출력할 수 있다. 또한, 출력부(64)는 UI(user interface), 사용자 정보 또는 대상체 정보 등 사용자가 자기 공명 영상 시스템을 조작하기 위해 필요한 정보를 출력할 수 있다. 출력부(64)는 스피커, 프린터, CRT 디스플레이, LCD 디스플레이, PDP 디스플레이, OLED 디스플레이, FED 디스플레이, LED 디스플레이, VFD 디스플레이, DLP(Digital Light Processing) 디스플레이, 평판 디스플레이(PFD: Flat Panel Display), 3D 디스플레이, 투명 디스플레이 등 일을 포함할 수 있다. The output unit 64 may output the image data or the reconstructed image data generated by the image processor 62 to the user. In addition, the output unit 64 may output information necessary for the user to operate the MRI system, such as a user interface (UI), user information, or object information. The output unit 64 is a speaker, a printer, a CRT display, an LCD display, a PDP display, an OLED display, a FED display, an LED display, a VFD display, a digital light processing (DLP) display, a flat panel display (PFD), 3D Display, transparent display, and the like.
사용자는 입력부(66)를 이용하여 대상체 정보, 파라미터 정보, 스캔 조건, 펄스 시퀀스, 화상 합성이나 차분의 연산에 관한 정보 등을 입력할 수 있다. 입력부(66)의 예들로는 키보드, 마우스, 트랙볼, 음성 인식부, 제스처 인식부, 터치 스크린 등을 포함할 수 있다.The user may input object information, parameter information, scan conditions, pulse sequences, information on image composition or difference calculation, etc. using the input unit 66. Examples of the input unit 66 may include a keyboard, a mouse, a trackball, a voice recognition unit, a gesture recognition unit, a touch screen, and the like.
도 7은 신호 송수신부(30), 모니터링부(40), 시스템 제어부(50) 및 오퍼레이팅부(60)를 서로 분리된 객체로 도시하였지만, 신호 송수신부(30), 모니터링부(40), 시스템 제어부(50) 및 오퍼레이팅부(60) 각각에 의해 수행되는 기능들이 다른 객체에서 수행될 수도 있다. 예를 들어, 영상 처리부(62)는, RF 수신부(38)가 수신한 MR 신호를 디지털 신호로 변환한다고 전술하였지만, 이 디지털 신호로의 변환은 RF 수신부(38) 또는 RF 코일(26)이 직접 수행할 수도 있다.7 illustrates the signal transceiver 30, the monitor 40, the system controller 50, and the operating unit 60 as separate objects, the signal transceiver 30, the monitor 40, and the system. Functions performed by each of the controller 50 and the operating unit 60 may be performed in another object. For example, although the image processing unit 62 described above converts the MR signal received by the RF receiver 38 into a digital signal, the conversion to the digital signal is performed by the RF receiver 38 or the RF coil 26 directly. It can also be done.
갠트리(20), RF 코일(26), 신호 송수신부(30), 모니터링부(40), 시스템 제어부(50) 및 오퍼레이팅부(60)는 서로 무선 또는 유선으로 연결될 수 있고, 무선으로 연결된 경우에는 서로 간의 클럭(clock)을 동기화하기 위한 장치(미도시)를 더 포함할 수 있다. 갠트리(20), RF 코일(26), 신호 송수신부(30), 모니터링부(40), 시스템 제어부(50) 및 오퍼레이팅부(60) 사이의 통신은, LVDS(Low Voltage Differential Signaling) 등의 고속 디지털 인터페이스, UART(universal asynchronous receiver transmitter) 등의 비동기 시리얼 통신, 과오 동기 시리얼 통신 또는 CAN(Controller Area Network) 등의 저지연형의 네트워크 프로토콜, 광통신 등이 이용될 수 있다.The gantry 20, the RF coil 26, the signal transmitting and receiving unit 30, the monitoring unit 40, the system control unit 50, and the operating unit 60 may be connected to each other wirelessly or by wire. The apparatus may further include an apparatus (not shown) for synchronizing clocks with each other. Communication between the gantry 20, the RF coil 26, the signal transmitting and receiving unit 30, the monitoring unit 40, the system control unit 50, and the operating unit 60 is performed at a high speed such as low voltage differential signaling (LVDS). Asynchronous serial communication such as a digital interface, a universal asynchronous receiver transmitter (UART), mistaken serial communication, or a low-delay network protocol such as a controller area network (CAN), optical communication, or the like may be used.
도 8는 본발명의 실시예에 따른 통신부를 통하여 통신하는 자기 공명 영상 시스템을 도시하는 도면이다.8 is a diagram illustrating a magnetic resonance imaging system which communicates through a communication unit according to an embodiment of the present invention.
통신부(70)는 도 7에 도시된 갠트리(20), 신호 송수신부(30), 모니터링부(40), 시스템 제어부(50) 및 오퍼레이팅부(60) 중 적어도 하나에 연결될 수 있다.The communication unit 70 may be connected to at least one of the gantry 20, the signal transmission and reception unit 30, the monitoring unit 40, the system control unit 50, and the operating unit 60 shown in FIG. 7.
통신부(70)는 의료 영상 정보 시스템(PACS, Picture Archiving and Communication System)을 통해 연결된 병원 서버나 병원 내의 다른 의료 장치와 데이터를 주고 받을 수 있으며, 의료용 디지털 영상 및 통신(DICOM, Digital Imaging and Communications in Medicine) 표준에 따라 데이터 통신할 수 있다.The communication unit 70 may exchange data with a hospital server or another medical device in the hospital connected through a picture archiving and communication system (PACS), and use digital imaging and communications (DICOM). Medicine) can communicate data according to the standard.
도 8에 도시된 바와 같이, 통신부(70)는 유선 또는 무선으로 네트워크(80)와 연결되어 서버(92), 의료 장치(94), 또는 휴대용 장치(96)와 통신을 수행할 수 있다.As shown in FIG. 8, the communication unit 70 may be connected to the network 80 by wire or wirelessly to communicate with the server 92, the medical device 94, or the portable device 96.
구체적으로, 통신부(70)는 네트워크(80)를 통해 대상체의 진단과 관련된 데이터를 송수신할 수 있으며, CT, MRI, X-ray 등 의료 장치(94)에서 촬영한 의료 이미지 또한 송수신할 수 있다. 나아가, 통신부(70)는 서버(92)로부터 환자의 진단 이력이나 치료 일정 등을 수신하여 대상체의 진단에 활용할 수도 있다. 또한, 통신부(70)는 병원 내의 서버(92)나 의료 장치(94)뿐만 아니라, 의사나 고객의 휴대폰, PDA, 노트북 등의 휴대용 장치(96)와 데이터 통신을 수행할 수도 있다.In detail, the communication unit 70 may transmit and receive data related to diagnosis of the object through the network 80, and may also transmit and receive medical images photographed by the medical device 94, such as CT, MRI, and X-ray. In addition, the communication unit 70 may receive a diagnosis history or a treatment schedule of the patient from the server 92 and use the same to diagnose the object. In addition, the communication unit 70 may perform data communication with not only the server 92 and the medical device 94 in the hospital, but also a portable device 96 such as a mobile phone, a PDA, a notebook or the like of a doctor or a customer.
또한, 통신부(70)는 자기 공명 영상 시스템의 이상 유무 또는 의료 영상 품질 정보를 네트워크(80)를 통해 사용자에게 송신하고 그에 대한 피드백을 사용자로부터 수신할 수도 있다. In addition, the communication unit 70 may transmit an abnormality or medical image quality information of the magnetic resonance imaging system to the user through the network 80 and receive feedback from the user.
통신부(70)는 외부 장치와 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 구성 요소를 포함할 수 있으며, 예를 들어 근거리 통신 모듈(72), 유선 통신 모듈(74) 및 무선 통신 모듈(76)을 포함할 수 있다.The communication unit 70 may include one or more components that enable communication with an external device, and may include, for example, a short range communication module 72, a wired communication module 74, and a wireless communication module 76. have.
근거리 통신 모듈(72)은 소정 거리 이내의 위치하는 기기와 근거리 통신을 수행하기 위한 모듈을 의미한다. 본 발명의 실시예에 따른 근거리 통신 기술에는 무선 랜(Wireless LAN), 와이파이(Wi-Fi), 블루투스, 지그비(zigbee), WFD(Wi-Fi Direct), UWB(ultra wideband), 적외선 통신(IrDA, infrared Data Association), BLE (Bluetooth Low Energy), NFC(Near Field Communication) 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The short range communication module 72 refers to a module for performing short range communication with a device located within a predetermined distance. Local area communication technology according to an embodiment of the present invention includes wireless LAN, Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee, WFD (Wi-Fi Direct), UWB (ultra wideband), infrared communication (IrDA) , Infrared Data Association (BLE), Bluetooth Low Energy (BLE), Near Field Communication (NFC), and the like, but are not limited thereto.
유선 통신 모듈(74)은 전기적 신호 또는 광 신호를 이용한 통신을 수행하기 위한 모듈을 의미하며, 본 발명의 실시예에 따른 유선 통신 기술에는 페어 케이블(pair cable), 동축 케이블, 광섬유 케이블 등을 이용한 유선 통신 기술이 포함될 수 있다. The wired communication module 74 refers to a module for performing communication using an electrical signal or an optical signal, and a wired communication technology according to an embodiment of the present invention uses a pair cable, a coaxial cable, an optical fiber cable, or the like. Wired communication technology may be included.
무선 통신 모듈(76)은, 이동 통신망 상에서의 기지국, 외부의 장치, 서버 중 적어도 하나와 무선 신호를 송수신한다. 여기에서, 무선 신호는, 음성 호 신호, 화상 통화 호 신호 또는 문자/멀티미디어 메시지 송수신에 따른 다양한 형태의 데이터를 포함할 수 있다.The wireless communication module 76 transmits and receives a wireless signal with at least one of a base station, an external device, and a server on a mobile communication network. Here, the wireless signal may include various types of data according to transmission and reception of a voice call signal, a video call call signal, or a text / multimedia message.
한편, 상술한 본 발명의 실시예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다.Meanwhile, the above-described embodiments of the present invention can be written as a program that can be executed in a computer, and can be implemented in a general-purpose digital computer that operates the program using a computer-readable recording medium.
상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등) 및 캐리어 웨이브(예를 들면, 인터넷을 통한 전송)와 같은 저장매체를 포함한다. The computer-readable recording medium may be a magnetic storage medium (for example, a ROM, a floppy disk, a hard disk, etc.), an optical reading medium (for example, a CD-ROM, a DVD, etc.) and a carrier wave (for example, the Internet). Storage medium).
이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.Although embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art to which the present invention pertains may implement the present invention in other specific forms without changing the technical spirit or essential features thereof. You will understand that. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive.

Claims (15)

  1. 자기 공명 영상 장치에 있어서, In the magnetic resonance imaging apparatus,
    k-공간 상의 언더샘플링된 스펙트럼을 획득하는 획득부; 및an acquisition unit for obtaining an undersampled spectrum on k-space; And
    상기 언더샘플링된 스펙트럼을 통하여 목적 영상을 생성하는 복구부를 포함하고, It includes a recovery unit for generating a target image through the undersampled spectrum,
    상기 복구부는, 상기 k-공간 상의 비-샘플링된 위치에 대응하는 데이터에 대해서 분할 브레그먼 기법 또는 근사 스파스 부호화 기법을 통하여 초기 복구를 수행하는 제1 서브 복구부; The recovery unit may include: a first sub recovery unit configured to perform initial recovery on data corresponding to the non-sampled position on the k-space through a split Bregman technique or an approximate sparse encoding technique;
    상기 k-공간 상의 상기 초기 복구된 스펙트럼을 다수의 개별 스펙트럼들로 다중 대역 분해하고, 상기 분해된 대역에 대응하는 영상들에 대해서 측정된 주파수를 스파스(sparse) 근사화하고, 복구하는 것을 교번하여 사전-기반(dictionary learing) 복구를 하는 제2 서브 복구부; 및 Alternately multi-band decomposition the initial recovered spectrum on the k-space into a plurality of individual spectra, sparse approximating and restoring the measured frequency for the images corresponding to the resolved band A second sub recovery unit performing dictionary learing recovery; And
    상기 각 주파수 대역의 복구된 영상을 병합하여, 목적 영상을 생성하는 영상 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 공명 영상 장치. And an image generator for merging the restored images of the respective frequency bands to generate a target image.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 서브 복구부는, The method of claim 1, wherein the first sub recovery unit,
    풀(full) 샘플링된 k-공간의 데이터 집합을 수집하고, 샘플링 마스크를 적용하고, 상기 샘플링 마스크의 인덱스(index)에 따라서 언더샘플링된 데이터를 준비하고, 에러 계산을 위한 풀(full) 샘플링된 데이터를 사용하여 언더샘플링된(undersampled) 데이터를 위한 스파스 코드를 예측하도록 모델을 훈련하고, 훈련된 모델을 사용하여 언더샘플링된(undersampled) 데이터로부터 근사화된 스파스 코드를 예측하여 상기 근사 스파스 부호화를 수행하는 것을 특징으로 하는 자기 공명 영상 장치.Collect a set of full sampled k-space data, apply a sampling mask, prepare undersampled data according to the index of the sampling mask, and full sample for error calculation The model is trained to predict sparse code for undersampled data, and the approximated sparse code is estimated from undersampled data using the trained model to approximate sparse code. Magnetic resonance imaging apparatus, characterized in that for performing the encoding.
  3. 제1항에 있어서, 상기 스파스 근사는 입력 자기 공명 신호에 대응하는 입력 영상에서 불균일한 크기의 중첩 패치들을 추출하고, 사전을 이용하여 상기 패치들의 스파스 코드들로의 스파스 분해를 수행하고, 상기 스파스 코드와 사전에 의해 패치들을 복구하고, 상기 복구된 패치에 의해 영상을 복구하는 것을 포함하는 자기 공명 영상 장치.The method of claim 1, wherein the sparse approximation extracts unevenly sized overlapping patches from an input image corresponding to an input magnetic resonance signal, and performs a sparse decomposition of the patches into sparse codes using a dictionary. And restoring patches by the sparse code and the dictionary, and restoring an image by the recovered patches.
  4. 제1항에 있어서, 상기 사전은 풀(full) 샘플링된 훈련 자기 공명 영상들의 집합으로부터 추출된 패치들에 기초하여 미리 학습되는 것을 특징으로 하는 자기 공명 영상 장치.2. The magnetic resonance imaging apparatus of claim 1, wherein the dictionary is previously trained based on patches extracted from a set of full sampled training magnetic resonance images.
  5. 제1항에 있어서, 상기 사전은 각 주파수 대역에 대해 개별적으로 학습되는 것을 특징으로 하는 자기 공명 영상 장치.The magnetic resonance imaging apparatus of claim 1, wherein the dictionary is individually learned for each frequency band.
  6. 제1항에 있어서, 상기 스파스 분해는 사전 요소의 선형 조합으로서 패치 표현으로 비-제로 성분을 최소화함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 자기 공명 영상 장치.2. The magnetic resonance imaging apparatus of claim 1, wherein the sparse decomposition is performed by minimizing non-zero components in a patch representation as a linear combination of dictionary elements.
  7. 제1항에 있어서, 주파수 대역에 대응하는 상기 분해된 k-공간들은 현재의 대역에 대응하는 초기에 복구된 k-공간에서 취한 주파수들로 구성되고, 상기 다른 주파수들은 제로로 채워지고 측정된 것으로 표시되는 것을 특징으로 하는 자기 공명 영상 장치. The method of claim 1, wherein the decomposed k-spaces corresponding to the frequency bands are composed of frequencies taken from the initially recovered k-space corresponding to the current band, wherein the other frequencies are zero filled and measured. Magnetic resonance imaging apparatus, characterized in that displayed.
  8. 자기 공명 장치가 언더샘플링된(undersampled) 데이터로부터 자기 공명 영상을 생성하는 방법에 있어서, A method of generating a magnetic resonance image from data undersampled by a magnetic resonance apparatus,
    수신기 코일이 k-공간에서 언더샘플링된(undersampled) 스펙트럼을 획득하는 단계; The receiver coil obtaining an undersampled spectrum in k-space;
    상기 k-공간에서 샘플링되지 않은 위치를 초기 추측으로 충전하여 초기 복구하는 단계; Initial retrieval by initial guessing the unsampled position in the k-space;
    상기 초기 복구된 스펙트럼를 다수의 개별 스펙트럼들로 다중대역 분해하는 단계; Multiband decomposition the initial recovered spectrum into a plurality of individual spectra;
    상기 분해된 각각의 대역에 대응하는 영상들에 대해서 사전-기반(dictionary learning) 복구를 수행하는 단계; 및 Performing dictionary-based recovery on the images corresponding to each of the decomposed bands; And
    상기 사전-기반(dictionary learning) 복구를 통하여 복구된 영상을 병합하여 목적 영상을 생성하는 단계를 포함하고: Generating a target image by merging the restored image through the dictionary learning recovery;
    a. 상기 초기 복구하는 단계는 단순화된 ℓ0 노름(norm)을 포함한 비용 함수를 최적화하는 단계를 포함하고; a. The initial restoring comprises optimizing a cost function including a simplified LO norm;
    b. 상기 다중대역 분해 단계는 k-공간에서 초기에 복구된 스펙트럼에 적용하여, 다양한 주파수 대역에 대한 개별 스펙트럼의 개수를 획득하고; b. Said multiband decomposition step applies to the spectrum initially recovered in k-space to obtain the number of individual spectra for various frequency bands;
    c. 상기 사전-기반 복구 단계는 측정된 주파수를 스파스(sparse) 근사화하고 복구하는 것을 교번함하는 단계를 포함하고; c. The pre-based recovery step includes alternating sparse approximation and recovery of the measured frequency;
    d. 상기 목적 영상을 생성하는 단계는 상기 각 주파수 대역의 상기 복구 결과의 합으로서 목적 영상을 생성하는 것을 자기 공명 영상 생성 방법. d. The generating of the target image may include generating the target image as a sum of the restoration results of the respective frequency bands.
  9. 제8항에 있어서, 상기 ℓ0 노름의 정규화는 ℓ1 노름의 최적화를 통해 단순화되는 것을 특징으로 하는 자기 공명 영상 생성 방법.10. The method of claim 8, wherein the normalization of the Norm norm is simplified through optimization of the Norm norm.
  10. 제9항에 있어서, 상기 ℓ1 노름의 최적화는 분할 브레그먼 기법 또는 근사 스파스 부호화 방법을 통하여 구현되는 것을 특징으로 하는 자기 공명 영상 생성 방법.10. The method of claim 9, wherein the optimization of the l1 norm is implemented through a segmented Bregman technique or an approximate sparse coding method.
  11. 제10항에 있어서, 상기 근사 스파스 부호화 방법은: The method of claim 10, wherein the approximate sparse encoding method is:
    a. 풀(full) 샘플링된 k-공간의 데이터 집합을 수집하는 단계; a. Collecting a data set of full sampled k-spaces;
    b. 샘플링 마스크를 적용하고, 상기 샘플링 마스크의 인덱스(index)에 따라서 언더샘플링된 데이터를 준비하는 단계; b. Applying a sampling mask and preparing undersampled data according to an index of the sampling mask;
    c. 에러 계산을 위한 풀(full) 샘플링된 데이터를 사용하여 언더샘플링된(undersampled) 데이터를 위한 스파스 코드를 예측하도록 모델을 훈련하는 단계; c. Training the model to predict the sparse code for the undersampled data using the full sampled data for error calculation;
    d. 훈련된 모델을 사용하여 언더샘플링된(undersampled) 데이터로부터 근사화된 스파스 코드를 예측하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 공명 영상 생성 방법.d. Predicting an approximated sparse code from the undersampled data using the trained model.
  12. 제8항에 있어서, 상기 스파스 근사는 입력 자기 공명 신호에 대응하는 입력 영상에서 불균일한 크기의 중첩 패치들을 추출하고, 사전을 이용하여 상기 패치들의 스파스 코드들로의 스파스 분해를 수행하고, 상기 스파스 코드와 사전에 의해 패치들을 복구하고, 상기 복구된 패치에 의해 영상을 복구하는 것을 포함하는 자기 공명 영상 생성 방법.The method of claim 8, wherein the sparse approximation extracts unevenly sized overlapping patches from an input image corresponding to an input magnetic resonance signal, and performs a sparse decomposition of the patches into sparse codes using a dictionary. Restoring patches by the sparse code and the dictionary, and restoring the images by the recovered patches.
  13. 제8항에 있어서, 주파수 대역에 대응하는 상기 분해된 k-공간들은 현재의 대역에 대응하는 초기에 복구된 k-공간에서 취한 주파수들로 구성되고, 상기 다른 주파수들은 제로로 채워지고 측정된 것으로 표시됨을 특징으로 하는 자기 공명 영상 생성 방법. 9. The method of claim 8, wherein the decomposed k-spaces corresponding to the frequency bands consist of frequencies taken from the initially restored k-space corresponding to the current band, wherein the other frequencies are zero filled and measured. Magnetic resonance image generation method characterized in that the display.
  14. 자기 공명 영상 시스템에 있어서, In a magnetic resonance imaging system,
    수신기 코일에 의해 k-공간에서 언더샘플링된 스펙트럼을 획득하는 획득부; 및An acquisition unit for obtaining an undersampled spectrum in k-space by the receiver coil; And
    상기 획득부로부터 전송되는 상기 언더샘플링된 k-공간을 수신하여 저장하고, 상기 k-공간에서 비-샘플링된 위치를 초기 추측으로 충전하여 초기 복구를 수행하고, 상기 초기 복구된 스펙트럼을 다수의 개별 스펙트럼들로 다중대역 분해하고, 상기 분해된 대역에 대응하는 영상의 사전-기반 복구를 수행하고, 상기 복구된 영상을 병합하여, 목적 영상을 생성하는 복구 서버 포함하고, Receive and store the undersampled k-space transmitted from the acquiring unit, perform initial recovery by initial guessing a non-sampled location in the k-space, and store the initial recovered spectrum in a plurality of individual A recovery server for multiband decomposition into spectra, performing pre-based recovery of an image corresponding to the resolved band, merging the recovered images, and generating a target image;
    a. 상기 초기 복구는 단순화된 ℓ0 노름(norm)을 포함한 비용 함수를 최적화함으로써 수행되고, a. The initial recovery is performed by optimizing the cost function, including a simplified 10 norm,
    b. 상기 다중대역 분해는 다양한 주파수 대역에 대한 개별 스펙트럼의 개수를 얻기 위해 k-공간에서 초기에 복구된 스펙트럼에 적용되고, b. The multiband decomposition is applied to the spectrum initially recovered in k-space to obtain the number of individual spectra for the various frequency bands,
    c. 상기 사전-기반 복구는 측정된 주파수를 스파스(sparse) 근사화하고 복구하는 것을 교번함으로써 수행되고, c. The pre-based recovery is performed by alternating sparse approximation and recovery of the measured frequency,
    d. 상기 각 주파수 대역의 복구 결과를 합하여, 목적 영상을 생성함을 특징으로 하는 자기 공명 영상 시스템.d. And a target image is generated by adding the recovery results of the respective frequency bands.
  15. 제14항에 있어서, The method of claim 14,
    상기 자기 공명 시스템은 상기 복구 서버로부터 병합 결과를 수신하고, 디스플레이를 통하여 병합 결과를 표시하도록 구성된 운영자 콘솔을 더 포함하고, 자기 공명 영상 시스템. The magnetic resonance system further comprises an operator console configured to receive a merge result from the recovery server and display the merge result through a display.
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