KR100610990B1

KR100610990B1 - Ｍｒ 촬영 방법 및 ｍｒｉ 시스템

Info

Publication number: KR100610990B1
Application number: KR1020050009357A
Authority: KR
Inventors: 미요시미츠하루
Original assignee: 지이 메디컬 시스템즈 글로발 테크놀러지 캄파니 엘엘씨
Priority date: 2004-02-03
Filing date: 2005-02-02
Publication date: 2006-08-10
Also published as: KR20050078996A; US20050168221A1; JP3968352B2; JP2005218505A; CN100370948C; CN1650801A; US7068031B2

Abstract

본 발명의 목적은, 짧은 스캔 시간에도 불구하고, 물 및 지방 성분이 서로 용이하게 분리될 수 있는 화상을 생성하는 것이다. (1) 이하에 기술된 펄스 시퀀스는 피검체에 포함된 지방에 의해 발생된 에코와 단일 직교하는 피검체에 포함된 물에 의해 발생된 에코로 피검체를 스캔하기 위해 구현된다. (2) 에코는 피검체로부터 획득된다. (3) 획득된 에코는 단층 화상을 생성하기 위해 2차원 푸리에 변환된다. 더욱이, (4) 변환된 데이터에 단일 직교 지방/물 촬영(single quadrature fat/water imaging; SQFWI) 기법이 적용되어, 정자장에서의 불균일을 보상한다. (5) 서로 직교하고 불균일에 대해 보상된 물 에코 및 지방 에코가 서로 분리되어 원하는 화상을 재구성한다. SSFP(steady-state free pression) 방법으로 여기된 스핀으로 구현될 펄스 시퀀스는 TR=T_IP ×m 및 TE=T_IP ×(m-1 ±1/n)를 지정하며, 여기서 TR은 반복 시간을 나타내고, T_IP는 동위상(in-phase) 시간을 나타내고, TE는 정(positive)의 값의 에코 시간을 나타내고, m은 자연수를 나타내고, n은 3 이상의 자연수를 나타낸다.

Description

ＭＲ 촬영 방법 및 ＭＲＩ 시스템{MR IMAGING METHOD AND MRI SYSTEM}

도 1은 본 발명의 실시예의 일례인 MRI 시스템의 블럭도,

도 2는 본 발명의 실시예의 일례에 적합한 전체 처리 방법을 나타내는 흐름도,

도 3은 도 2에 도시된 데이터 처리부에 의해 수행된 처리의 일례를 나타내는 흐름도,

도 4는 본 발명에서 구현된 SQFWI(single quadrature fat/water imaging) 방법을 나타내는 흐름도,

도 5(a)∼5(e)는 본 발명의 실시예 또는 비교예에 포함된 PSD(pulse sequence database)의 내용을 도시하는 도면,

도 6은 본 발명의 실시예에 포함된 데이터 처리부의 메모리에서 정의된 k 공간의 구조를 도시하는 도면,

도 7은 본 발명의 제 2 실시예의 일례인 MRI 시스템의 구성을 도시하는 블럭도.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 촬영 대상 100,100' : 마그네트 시스템

102, 102' : 주자장 코일부 106, 106' : 그래디언트 코일부

108, 108' : RF 코일부 130 : 그래디언트 코일 구동부

140 : RF 코일 구동부 150 : 데이터 획득부

160 : 시퀀스 제어부 170 : 데이터 처리부

180 : 디스플레이부 190 : 조작부

본 발명은 MR 촬영 방법 및 MRl 시스템에 관한 것이다.

특히, 본 발명은 단기간에 피검체의 물과 지방을 명확하게 분리하여 화상을 구성하는 MR 촬영 방법 및 MRI 시스템에 관한 것이다.

MR 촬영 방법 및 MRI 시스템은 단기간에 정확한 화상을 구성하도록 요구된다.

그의 스핀이 SSFP(steady-state free precession) 방법으로 여기되는 피검체를 스캐닝하는 것은 짧은 스캔 시간 동안에 높은 콘트라스트를 나타내는 강한 신호를 생성하는 이점을 갖는다. 한편, SSFP 방법은 밴드 아티팩트(band artifact)가 발생되고, 지방에 의한 강한 신호의 발생으로 인해 지방으로부터 물을 분리하는 것 이 어렵다고 하는 문제점에 직면하게 된다.

모든 MR 신호 중에서 지방에 의해 발생된 MR 신호를 억제하는 기술로서, (1)지방 억제 펄스를 이용하는 방법(예를 들면, 클라우즈 쉐플러(Klauze Sheffler) 등에 의한 "Magnetization Preparation during the Steady-state Fat-saturated 3D True FISP"(Magnetic Resonance in Medicine, 2001, Vol. 45, pp. 1075-1080)를 참조) 및 (2) FEMR(Fluctuating Equilibrium Magnetic Resonance)을 이용하는 방법(예를 들면, 쉬레야스 에스. 바사나와라(Shreyas S. Vasanawala) 등에 의한 "Fluctuating Equilibrium MRI"(Magnetic Resonance in Medicine, 1999, Vol. 42, pp. 876-883)을 참조)이 알려져 있다.

그러나, 정자장 세기의 분포가 불균일한 경우, 지방 억제 펄스를 이용하는 방법으로 구성된 화상 또는 FEMR 기법에 따라 구성된 화상은 밴드 아티팩트를 겪는다. 더욱이, 지방 억제 펄스를 이용하여 달성될 지방 억제는 자장의 정상 상태를 혼란시키므로, SSFP 방법에 적절하지 못하다.

특허 제 2,398,329 호(특허 문헌 1)는 SSFP에서 여기된 촬영의 피검체내의 스핀으로 자기 공명 촬영을 수행하고, 그의 위상이 변화되지 않는 RF 펄스를 이용하여 획득된 에코(MR 신호)와 그의 위상이 0 래디언(radian)과 π래디언 사이에서 교번적으로 변화하는 RF 펄스를 이용하여 획득된 에코의 합 또는 그 차이에 근거하여 물 화상 또는 지방 화상을 구성하는 기법을 개시하고 있다.

그 방법에 따르면, 에코가 두 가지 종류의 위상을 나타내는 RF 펄스를 이용하여 획득되기 때문에, 스캔 시간이 길고, 신호 처리 시간이 길다.

MR 신호의 위상은 정자장 세기의 불균일에 의해 영향을 받는다. 설비의 관점에서 정자장 세기의 불균일을 보상하기 위한 시도가 행해져 왔지만, 한계에 직면하고 있다. 따라서, 지방으로부터 물을 분리하여, 정자장 세기의 불균일을 인식하지만, 정자장 세기의 불균일에 의해 영향을 받지 않으면서, 화상을 구성하는 것이 점점 더 요구되고 있다.

지방에 의해 발생된 MR 신호의 주파수는, 화학적 시프트(chemical shifts)로 인해, 물에 의해 발생된 MR 신호의 주파수와 상이하다. 주파수들 사이의 차이로부터 도출되는 위상 차이를 이용하여, 지방으로부터 물을 분리하는 기법이 제안되어 있다.

딕손(Dixon) 촬영 방법은, 물 및 지방 각각에 의해 발생되며, 서로 동위상 또는 역위상(out of phase)인 MR 신호를 나타내는 2개의 화상 데이터 항(item)을 획득하고, 2개의 화상 데이터 항의 합을 이용하여 물 화상을 구성하고, 2개의 화상 데이터 항의 차이를 이용하여 지방 화상을 구성하는 기법이다.

그러나, 딕손 방법은 2개의 화상 데이터 항의 생성을 필요로 하므로, 스캔 시간이 증가된다. 더욱이, 지방에 의해 발생된 신호의 위상이 물에 의해 발생된 신호의 위상과 상이한 비율은 정자장 세기의 감소와 더불어 감소된다. 물 및 지방 각각에 의해 발생되며, 서로 동위상이고, 각각 그래디언트 에코를 포함하는 MR 신호를 획득하기 위해, 긴 에코 시간 TE가 필요하다. 이것은 딕손 방법이 낮은 자장을 제공하는 시스템에 적용될 수 없다고 하는 점에서 문제점을 제공한다.

전술한 문제점을 해결하기 위해, 일본 미심사 특허 출원 공개 제 2001-414 호(특허 제 3,353,826 호, 특허 문헌 2)는 SQFWI 방법을 위상 사이클링(phase cycling) SSFP 방법에 따라 획득된 에코에 적용함으로써, 지방으로부터 물을 분리하는 기법을 개시하고 있다.

그 기법의 개요에 대해서는, 엠. 미요시(M. Miyoshi) 등에 의한 "SSFP Fat/Water Separation by Fourier Transfer Phase Cycling and the Single Quadrature Dixon Method"(Proc.Intl.Soc.,Magnetic Resonance in Medicine, Vol. 11, 2003, pp. 981)의 논문 1에 기재되어 있다.

일본 미심사 특허 출원 공개 제 2001-414 호 및 논문 1에서는, SSFP에서 여기된 스핀으로, 상이한 위상을 나타내는 RF 펄스를 인가함으로써 복수의 스캔을 수행하여 에코를 획득하고, 에코를 2차원 푸리에 변환한 후, 2차원 역 푸리에 변환하고, 결과의 신호를 SQFWI 방법에 따라 처리하여, 정자장 불균일의 악영향을 제거하고, 결국, 지방을 나타내는 데이터로부터 물을 나타내는 데이터를 분리한다.

비. 에이. 하그레베스(B. A. Hargreaves) 등에 의한 "Fat Suppressed Steady-state Free Precession Imaging using Phase Detection"(Proc.Intl.Soc., Magnetic Resonance in Medicine, Vol. 11, 2003, pp. 548)의 논문 2는, SSFP 방법이, 반복 시간 TR이 동위상 시간과 동일하고, 에코 시간 TE가 반복 시간 TR의 절반과 동일한 동위상 시간의 절반과 동일한 조건하에서 구현될 때, 그의 파형이 함수의 그래프와 유사하고, 공명 주파수가 2/TR와 동등한 직사각형파 신호가 얻어지는 것으로 기술하고 있다. 이 논문은 단일 위상을 공유하는 신호들이 성공적으로 획득할 수 있는 것으로 단정한다.

그러나, 논문 2에 기술된 방법에 따르면, 물 및 지방 각각에 의해 발생된 신호의 위상이 π래디언이고, 서로 일치한다. 지방에 의해 발생된 신호로부터 물에 의해 발생된 신호를 분리하기 위해서는 소정의 가정이 필요하다.

[특허 문헌 1] 일본 특허 제 2,398,329 호

[특허 문헌 2] 일본 미심사 특허 출원 공개 제 2001-414 호(일본 특허 제 3,353,826 호)

일본 미심사 특허 출원 공개 제 2001-414 호 및 논문 1에 기술된 기법은 반복 시간 TR이 동위상 시간 ×2/n와 동일해야 하고, 에코 시간 TE가 동위상 시간/n(여기서, n은 3 이상의 정수)과 동일해야 한다는 단점을 갖는다. 그 외에도, 반복 시간 TR이 너무 짧아, 그러한 기법을 실현하는 시스템은 규모가 크고, 특수한 구성 요소를 포함할 것이다. 예를 들어, n이 3일 때, 자장 세기가 0.7T이면, 반복 시간 TR은 6.5ms이다. 만약, 자장 세기가 1.5T이면, 반복 시간 TR은 3.1ms이다. 따라서, 시스템은 규모가 커지고, 특수 구성 요소를 포함하게 된다.

더욱이, 적어도 2개의 스캔이 수행되어야 하므로, 스캔 시간이 길어진다.

논문 2에 기술된 방법은 PSD(pulse sequence database)의 내용으로서, 반복 시간 TR은 동위상 시간과 동일하고, 에코 시간 TE는 동위상 시간의 절반과 동일할 것을 규정하고 있다. 예를 들어, 자장 세기가 0.7T이면, 반복 시간 TR은 9.8ms이다. 자장 세기가 1.5T일 때, 반복 시간은 4.6ms이다. 논문 1에 기술된 대규모 특수 시스템 구성이 채택될 필요는 없다.

그러나, 논문 2에 기술된 방법에 따르면, 물 및 지방에 의해 발생된 신호는 부호가 반대이다(그들은 서로 π(래디언)만큼 위상이 어긋남). 지방에 의해 발생된 신호로부터 물에 의해 발생된 신호를 구별하기 위해서는 소정의 가정이 설정되어야 한다. 예를 들어, 물 및 지방 신호의 위상은 전체 히스토그램을 이용하여 서로 구별되거나, 또는 다른 복잡한 처리가 필요하다. 이 때, 물 및 지방 신호의 위상이 역으로 식별되어, 부정확한 판단을 초래할 가능성이 있다.

더욱이, 논문 2의 방법에 따르면, 물 및 지방 신호의 위상은 서로 반대이기 때문에, 그에 따라, 물 및 지방 신호에 대해 요구되는 에코 시간이 서로 상이하다. 따라서, 지방 신호 세기가 낮아진다.

전술한 바와 같이, 종래 기술은 처리 시간의 단축, 물과 지방의 용이하고 정확한 분리의 관점에 있어서, 개선의 여지가 있다.

본 발명의 목적은 스캐닝으로부터 화상 구성까지의 시간(스캔 시간)을 단축하고, 지방으로부터 물을 용이하게 분리하여, 물 화상 및(또는) 지방 화상을 정확하게 구성할 수 있는 MR 촬영 방법 및 MRI 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 제 1 양상에 따르면, 피검체에 의해 발생된 MR 신호를 이용하여 피검체의 단층 화상을 구성하는 MR 촬영 방법이 제공된다. MR 촬영 방법은, TR = T_IP ×m 및 TE = T_IP ×(m-1 ±1/n)이 SSFP 방법으로 여기된 스핀으로 형성되어야 하는 조건―여기서, TR은 반복 시간을 나타내고, T_IP는 동위상 시간을 나타내고, TE는 정(positive)의 값의 에코 시간을 나타내고, m은 자연수를 나타내고, n은 3 이상의 자연수를 나타냄―을 지정하는 펄스 시퀀스를 구현함으로써 피검체로부터 에코를 획득하여, 서로 단일 직교하거나 또는 물 및 지방에 의해 발생된 에코들 사이에 90^o의 위상차를 갖는, 피검체에 포함된 물 및 지방에 의해 발생된 에코로 피검체가 스캐닝될 수 있도록 하는 단계와, 획득된 에코에 대해 주파수 변환을 수행하여 단층 화상을 구성하는 단계와, 정자장의 불균일에 대해 변환된 데이터를 보상하는 단계와, 보상의 결과에 따라, 물 및 지방 성분이 서로 분리되는 화상을 재구성하는 단계를 포함한다.

본 발명의 제 2 양상에 따르면, 피검체에 의해 발생된 MR 신호를 이용하여 피검체의 단층 화상을 구성하는 MRI 시스템이 제공된다. MRI 시스템은, TR = T_IP ×m 및 TE = T_IP ×(m-1 ±1/n)이 SSFP 방법으로 여기된 스핀으로 형성되어야 하는 조건―여기서, TR은 반복 시간을 나타내고, T_IP는 동위상 시간을 나타내고, TE는 정의 값의 에코 시간을 나타내고, m은 자연수를 나타내고, n은 3 이상의 자연수를 나타냄―을 지정하는 펄스 시퀀스를 구현함으로써, 서로 단일 직교하거나 또는 물 및 지방에 의해 발생된 에코들 사이에 90^o의 위상차를 갖는 피검체에 포함된 물 및 지방에 의해 발생된 에코로 피검체가 스캐닝되도록 하는 수단과, 피검체로부터, 펄스 시퀀스를 구현함으로써 발생되는 에코를 획득하는 수단과, 획득된 에코에 대해 주파수 변환을 수행하여 단층 화상을 구성하는 변환 수단과, 정자장의 불균일에 대해 변환된 데이터를 보상하는 수단과, 보상의 결과를 이용하여, 물 및 지방 성분이 서로 분리되는 화상을 재구성하는 수단을 포함한다.

본 발명에 따르면, 동위상 시간이 짧은 고자장 세기 시스템이더라도, SSFP 방법에 따라, 물 또는 지방을 서로 분리하여 표현하는 화상을 구성할 수 있다.

더욱이, 본 발명에 따르면, SSFP로 여기된 스핀으로 반복 시간 TR이 동위상 시간 ×m(여기서, m은 자연수)과 동일하도록 만들어질 때, 물 및 지방에 의해 발생된 두 에코가 정자장의 불균일에 의해 영향을 받기 때문에, 밴드 아티팩트의 영향을 잘 받지 않는 화상을 구성할 수 있는 이점이 있다.

더욱이, 본 발명에 따르면, 에코 시간 TE가 동위상 시간 ×(m-1 ±1/n)(여기서, m은 자연수, n은 3 이상의 자연수이고, TE는 정의 값)과 동일하게 만들어질 때, 단일 직교 지방/물 촬영 방법이 적용될 수 있다. 간단히, 본 발명은 일본 미심사 특허 출원 공개 제 2001-414 호 및 논문 1에서 제공된 위상 사이클링 방법을 이용하지 않기 때문에, 피검체는 1 NEX로 스캐닝될 수 있다. 이것은 스캔 시간을 단축시킨다.

논문 2에서 기술된 방법이 이용될 때, 물 및 지방에 의해 발생된 에코들 사이의 위상차는, "m=1 및 n=2"의 조건하에서, π래디언이므로, 소정의 가정이 필요하다. 본 발명에 따르면, 인접하는 신호가, 그들이 물 또는 지방에 의해 발생되었는지를 보기 이해, 체크될 수 있다. 에코가 물 또는 지방에 의해 발생되었는지의 여부가 정확하고 단정적으로 입증될 수 있다.

본 발명의 다른 목적 및 이점은, 첨부 도면에 예시된 바와 같은 본 발명의 바람직한 실시예의 설명으로부터 명백할 것이다.

(제 1 실시예)

첨부 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 제 1 실시예에 따른 MR 촬영 방법 및 MRI 시스템을 기술할 것이다.

(시스템 구성 및 기본 동작)

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 MRI 시스템의 개략 구성도이다.

도 1을 참조하여, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 MRI 시스템의 구성 및 그 기본 동작을 기술할 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 MRI 시스템은 마그네트 시스템(100), 데이터 획득부(150), RF 코일 구동부(140), 그래디언트 코일 구동부(130), 시퀀스 제어부(160), 데이터 처리부(170), 디스플레이부(180), 조작부(190)를 포함한다.

마그네트 시스템(100)은 주자장 코일부(102), 그래디언트 코일부(106) 및 RF 코일부(108)를 포함한다. 이들 각 코일부는 실질적으로 원통형의 형상을 가지며, 마그네트 시스템(100)의 실질적으로 원통형의 보어내에 동축으로 배열되어 있다.

자기 공명 현상을 이용하여 촬영될 인체와 같은 촬영 대상(1)(또는 피검체)는 크래들(500) 위에 탑재되어, 도시하지 않은 운반 수단에 의해, 촬영될 영역에 따라서, 마그네트 시스템(100)의 보어를 통해 이동된다.

주자장 코일부(102)는, 마그네트 시스템(100)의 보어에 정자장을 생성한다. 정자장의 방향은 일반적으로 촬영 대상(1)의 몸축 방향에 평행하며, 따라서 수평 자장이다.

주자장 코일부(102)는 통상, 초전도 마그네트를 이용하여 구성된다. 그러나, 주자장 코일은 초전도 마그네트의 채택에 한정되지 않고, 저항성 마그네트 등을 이용하여 구성될 수 있다.

그래디언트 코일부(106)는, 서로 직교하는 3개의 축, 즉, 슬라이스축, 위상축 및 주파수축을 따라, 각각 주자장 코일부(102)에 의해서 생성된 정자장의 세기가 그래디언트를 겪게 하는데 이용되는 3개의 자장 그래디언트를 생성한다. 자장 그래디언트를 생성하기 위해, 그래디언트 코일부(106)는 도시하지 않은 3개의 그래디언트 코일을 포함한다. 그래디언트 코일 구동부(130)는 그래디언트 코일부(106)에 접속되고, 그래디언트 코일부(106)에 구동 신호를 인가하여 자장 그래디언트를 발생시킨다. 그래디언트 코일 구동부(130)는, 그래디언트 코일부(106)에 포함된 3개의 그래디언트 코일과 관련된 3개의 구동 회로를 포함한다.

그 방향이 슬라이스축의 방향에 대응하는 자장 그래디언트를 슬라이싱 자장 그래디언트라고 지칭할 수 있다. 그 방향이 위상축의 방향에 대응하는 자장 그래디언트를 위상 인코딩 자장 그래디언트라고 지칭할 수 있다. 그 방향이 주파수축의 방향에 대응하는 자장 그래디언트를 판독(readout) 자장 그래디언트(또는, 주파수 인코딩 자장 그래디언트)라고 지칭할 수 있다.

3차원 공간에 정의된 직교 좌표계에서의 좌표축이 정자장의 공간에서의 상호 직교하는 축과 관련되고, 그것이 X, Y, Z축이라고 하면, X, Y, Z축 중 어느 것도 슬라이스축으로서 간주될 수 있다. 본 실시예에서, 슬라이스축은 촬영 대상(1)의 몸축과 정렬될 수 있으며, Z축으로서 간주된다. 다른 2개의 축 중에서 하나는 위상축이고, 다른 축은 주파수축이다.

또한, 슬라이스축, 위상축 및 주파수축은, 상호간의 직교성을 유지하면서, X, Y, Z축에 대해서 임의의 경사로 기울 수 있다.

RF 코일 구동부(140)는 RF 코일부(108)에 접속되어 있다. RF 코일 구동부(140)는 RF 코일부(108)에 구동 신호를 송신하여 RF 펄스를 인가한다. RF 코일부(108)는 정자장 공간에서, 촬영 대상(1)내에 스핀을 여기하는데 이용되는 고주파 자장을 형성한다. 고주파 자장을 형성하는 것을 RF 여기 신호의 송신이라고 말하고, RF 여기 신호를 RF 펄스라고 한다.

여기된 스핀에 의해 발생된 전자파, 즉 자기 공명(MR) 신호는 RF 코일부(108)에 의해 수신된다. RF 코일부(108)에는 데이터 획득부(150)가 접속되어 있다. 데이터 획득부(150)는, RF 코일부(108)가 수신한 에코(또는 MR 수신 신호)를 디지털 데이터의 형태로 획득한다.

RF 코일부(108)로 검출하여, 데이터 획득부(150)로 획득한 MR 신호는, 주파수 도메인, 예를 들면, 푸리에 공간에서 정의된 신호이다.

그 방향이 위상축 방향 및 주파수축 방향에 대응하는 자장 그래디언트가 인가되어, 2개의 축을 따라 MR 신호의 소스의 분포를 인코딩한다. 예를 들어, 푸리에 공간이 주파수 도메인으로서 채택되는 경우, MR 신호는 2차원 푸리에 공간에서 정의된 신호로서 제공된다. 2차원 푸리에 공간을 k 공간이라고 지칭할 수 있다.

위상 인코딩 자장 그래디언트 및 주파수 인코딩(판독) 자장 그래디언트는 2차원 푸리에 공간에서의 샘플링된 신호의 위치를 결정한다.

시퀀스 제어부(160)는 그래디언트 코일 구동부(l30), RF 코일 구동부(140) 및 데이터 획득부(150)에 각각 접속되어 있다.

시퀀스 제어부(160)는 제 1 신호 계산 및 제어 수단, 예를 들면, 제 1 컴퓨터로 실현된다. 시퀀스 제어부(160)는 도시되지 않은 제 1 메모리를 포함한다. 시퀀스 제어부(160)에 제공될 인스트럭션을 기술하는 프로그램 및 다양한 종류의 데이터가 제 1 메모리에 저장된다.

제 1 컴퓨터가 제 1 메모리에 저장된 프로그램을 실행할 때, 시퀀스 제어부(160)의 다양한 기능이 구현된다.

데이터 획득부(150)의 출력단은 데이터 처리부(170)에 접속되어 있다. 데이터 획득부(150)가 획득한 데이터는 데이터 처리부(170)에 전달된다. 데이터 처리부(170)는, 시퀀스 제어부(160)에 포함된 제 1 신호 계산 및 제어 수단과는 다른 제 2 신호 계산 및 제어 수단, 예를 들면, 제 2 컴퓨터를 이용하여 실현된다. 데이터 처리부(170)는 도시하지 않은 제 2 메모리를 포함한다. 제 2 메모리는 데이터 처리부(170)에 제공된 인스트럭션을 기술하는 프로그램 및 다양한 종류의 데이터를 저장한다.

데이터 처리부(170)는 시퀀스 제어부(160)에 접속된다. 데이터 처리부(170)는 시퀀스 제어부(160)보다 상위에 있고, 시퀀스 제어부(160)에 의해 연장되 는 다양한 제어를 중심적으로 관리한다. 그 구체적인 절차는, 데이터 처리부(l70)가 제 2 메모리에 저장된 소정의 프로그램을 실행함으로써 구현된다.

데이터 처리부(170)는, 데이터 획득부(150)가 획득하는 데이터를 메모리에 저장한다. k 공간과 관련된 데이터 공간이 메모리내에 정의된다. 데이터 처리부(170)는, k 공간에 정의된 데이터에 대해 역 주파수 변환, 예를 들면, 2차원 역 푸리에 변환을 수행하여, 스캔된 피검체 화상을 재구성한다.

데이터 처리부(170)에는 디스플레이부(180)가 접속되어 있다. 디스플레이부(180)는, 그래픽 디스플레이 등으로 실현된다. 디스플레이부(180)는, 데이터 처리부(170)로부터 전송된 재구성 화상 및 각종의 정보를 디스플레이한다.

더욱이, 데이터 처리부(170)에는 조작부(190)가 접속되어 있다. 조작부(190)는 포인팅 장치를 포함하는 키보드 등으로 실현된다. 조작부(190)는, 조작자(또는 사용자)에 의해서 조작되어, 펄스 시퀀스 데이터베이스(PSD)에 기록된 다양한 종류의 인스트럭션 또는 정보가 데이터 처리부(170)에 전달된다.

조작자(또는 사용자)는, 데이터 처리부(170)의 제어하에 동작하는 디스플레이부(180) 및 조작부(l90)를 통해 대화형으로 MRI 시스템을 조작한다.

(MRI 시스템에서 수행된 동작의 개요)

도 2는 본 발명에 따른 MRI 시스템에서 수행된 동작의 개요를 나타내는 흐름도이다.

단계 S1: 신규한 펄스 시퀀스 데이터를 생성

MRI 시스템의 조작자는, 본 발명의 제 1 실시예에서 이용되며, 조작부(190) 및 디스플레이부(180)를 이용하여, 그 예가 도 5(a) 내지 도 5(d)에 도시되는 펄스 시퀀스를 포함하는 신규한 펄스 시퀀스 데이터베이스(PSD)를 생성한다. 생성된 PSD는 데이터 처리부(170)에 포함된 메모리에 저장된다.

PSD의 생성은 종래와 동일하다. 그 예가 도 5(a) 내지 도 5(d)에 도시되는 PSD의 내용은 본 실시예에서 이용된 신규한 펄스 시퀀스이며, 본 발명의 특징의 하나로서 작용한다.

조작부(190), 디스플레이부(180) 및 데이터 처리부(170)는 본 발명에 포함된 펄스 시퀀스 지정 수단으로서 작용한다.

단계 S2: 조정 작업 수행

이하에 기술된 조정 작업은 본 발명에 필수적이지 않지만(옵션), 이하의 이유로 조정 작업을 수행하는 것이 바람직하다.

SSFP에서 여기된 스핀으로부터 리턴된 각각의 에코는 2개의 성분, 즉 FID(free induction decay)(그래디언트 에코) 및 SE(spin echo) 또는 STE(stimulated echo)를 포함한다. SE 및 STE는 일반적으로 스핀 에코라고 지칭한다. FID 성분 및 스핀 에코 성분상의 자장 불균일의 악영향은 상호 대칭적이다. 따라서, 자장 불균일로부터 도출되는 위상차 및 에코 시간차가 발생하기 쉽다.

성분들 사이에 위상차 및 시간차가 존재한다면, 적절한 에코를 획득할 수 없다. 따라서, 두 성분의 위상 및 시간을, 실제 스캐닝 이전에 서로 일치시키는 것이 바람직하다.

위상 및 시간을 서로 일치시키기 위해, 우선, FID 성분 및 스핀 에코 성분 SE 또는 STE 사이의 위상차 및 시간차가 각각 측정된다. 이때 이용된 펄스 시퀀스는, 크러셔(crusher) 자장 그래디언트가 위상 인코딩 자장 그래디언트 대신에 위상 인코딩 축을 따라 인가되는 것을 제외하고는, 도 5를 참조하여 기술될 SSFP 촬영에 대한 펄스 시퀀와 동일하다. 크러셔 자장 그래디언트는 RF 펄스의 인가 직전에 인가된다.

따라서, 스핀 에코 성분 SE 또는 STE의 위상이 리세트되어, FID 성분만을 포함하는 에코가 발생된다. 그 후, 크러셔 자장 그래디언트가 RF 펄스의 인가 직후에 인가될 때, 스핀 에코 성분 SE 또는 STE만을 포함하는 에코가 발생된다.

결과적인 에코들 사이의 위상차 및 시간차가 에코 시간 TE에 근거하여 측정됨으로써, FID 성분과 스핀 에코 성분 SE 또는 STE 사이의 위상차 및 시간차가 획득될 수 있다.

단계 3: 피검체를 스캐닝 및 데이터를 획득

전술한 조정 작업이 완료된 후, 데이터 처리부(l70), 시퀀스 제어부(160), RF 코일 구동부(140), 그래디언트 코일 구동부(130)는, 단계 S1에 있어서 데이터 처리부(170)의 메모리에 저장된 PSD의 내용에 따라서, 마그네트 시스템(100)을 구 성하는 주자장 코일부(102), 그래디언트 코일부(106) 및 RF 코일부(108)를 구동한다.

데이터 획득부(150)는, 촬영 대상(1)에 인가된 각종 자장에 따라 촬영 대상(1)에 의해 발생되는 MR 신호를 RF 코일부(108)로부터 수신한다.

데이터 처리부(170)는, 데이터 획득부(150)로 획득한 MR 신호를 수신하여, 메모리에 저장한다. 메모리에서, k 공간과 관련된 데이터 공간이 도 6에 도시된 바와 같이 정의된다.

데이터 처리부(170), 시퀀스 제어부(160), RF 코일 구동부(140), 그래디언트 코일 구동부(130) 자체가 PSD의 내용에 따라서 동작하는 것은 종래와 마찬가지이다. 그러나, PSD의 내용은, 전술한 바와 같이, 종래와는 다르기 때문에, 유닛들의 동작으로부터 초래되는 MR 신호는 종래와는 상이하다.

데이터 처리부(170), 시퀀스 제어부(160), RF 코일 구동부(140), 그래디언트 코일 구동부(130), 주자장 코일부(102), 그래디언트 코일부(106) 및 RF 코일부(108)의 기본적인 동작은 상술한 바와 같다.

데이터 처리부(170), 시퀀스 제어부(160), RF 코일 구동부(140), 그래디언트 코일 구동부(130), 주자장 코일부(102), 그래디언트 코일부(106) 및 RF 코일부(108)는 본 발명에 포함된 촬영 수단으로서 기능한다. RF 코일부(l08) 및 데이터 획득부(150)는 본 발명에 포함된 데이터 획득 수단으로서 기능한다.

단계 S4: 화상 재구성 실행

도 3은 데이터 처리부(170)가 실행하는 단계 S3의 처리의 개요를 도시한 흐름도이다. 그 처리 내용의 개요를 이하에 설명할 것이다.

단계 S31에 있어서, 데이터 처리부(170)는, 도 6에 예시하는 k 공간에 정의된 데이터를 2차원 푸리에 변환한다.

단계 S32에 있어서, 데이터 처리부(170)는, 도 4에 기술된 SQFWI 방법에 따라 1차 이상의 위상 보정을 수행하여, 정자장 불균일을 보상한다.

단계 S33에 있어서, 데이터 처리부(170)는, 물 및 지방에 의해 발생되는 신호들이 서로 직교하는 좌표계에서의 좌표축의 조정을 위한 위상 보상(2차 위상 보상)을 수행한다. 즉, 예를 들면, 물 신호가 실축상에 나타나고, 지방 신호가 허축상에 나타나도록 0차 위상 보정이 수행된다. 따라서, 물 및 지방은 용이하고 명확하게 서로 구별될 수 있다.

단계 S34에 있어서, 데이터 처리부(170)는, 실축상에 나타난 데이터를 디스플레이하여, 물 화상을 생성한다. 또는, 단계 S35에 있어서, 데이터 처리부(170)는, 허축상에 나타난 데이터를 디스플레이하여, 지방 화상을 생성한다. 물 화상 또는 지방 화상이 생성되는지의 여부는 사용자에 의존한다. 물론, 두 화상이 연속적으로 생성될 수도 있다.

도 4는, 예를 들면, 일본 미심사 특허 출원 공개 제 2001-414 호에 개시되어 있는 SQFWI 방법의 개요를 나타내는 흐름도이다. 본 실시예에 있어서도, 도 3의 단계 S32에 SQFWI 방법을 적용한다. 단계 S32의 처리는, 일본 미심사 특허 출원 공개 제 2001-414 호에 개시된 방법과 비교하여 기술될 것이다.

단계 S41에서, 예를 들면, RF 코일부(108) 및 데이터 획득부(150)는, 정자장의 공간에 놓이는 촬영 대상에서 발생되는 자기 공명 현상을 이용함으로써, 물 및 지방에 의해 발생되며 2π/n(n≥2)(래디언)의 위상차를 갖는 신호에 의해 그 픽셀이 표현되는 단층 화상을 생성한다.

단계 S41의 처리는, 본 실시예에 있어서의 도 2를 참조하여 기술된 단계 S2에 대응한다. 일본 미심사 특허 출원 공개 제 2001-414 호에 개시된 방법 및 본 실시예에서 이용된 처리는, 도 5를 참조하여 이후에 기술되는 바와 같이, 물 및 지장에 의해 발생된 신호들 사이의 위상차의 조건에 있어서 서로 상이하다.

본 실시예에 있어서, 단계 S41에 대응하는 단계에서, 도 5를 참조하여 기술된 바와 같이, PSD에서 기록된 반복 시간 TR이 동위상 시간 ×m과 동일하고, 기록된 에코 시간 TE가 동위상 시간/n(n은 3 이상의 값임)과 동일하도록 만들어져, 물 및 지방에 의해 발생된 신호들이 서로 동위상이 될 것이다.

물 및 지방에 의해 발생된 신호들이 서로 동위상인 경우, 그 신호들은 정자장 불균일에 의해 동일하게 영향을 받기 때문에, 정자장 불균일의 악영향이 제거될 수 있다.

예를 들어, n = 4이면, 물에 의해 발생되며 물을 표현하는 픽셀과 관련된 신호와 지방에 의해 발생되며 지방을 표현하는 픽셀과 관련된 신호 사이의 위상차는 2π/4 = π/2(래디언)이다. 따라서, 물 픽셀 신호 및 지방 픽셀 신호는, 90^o의 위 상차를 가지면서, 서로 직교한다.

단계 S42에 있어서, 데이터 처리부(170)는, 물 픽셀 신호 및 지방 픽셀 신호의 위상을 n배하여, 신호들이 서로 동위상이 되도록 한다. 그 위상이 ±π(래디언)을 초과하는 앨리아싱(aliasing) 성분이 보정되어 그 수가 1/n로 된다. 정자장 불균일에 의해 영향을 받는 위상의 분포가 검출되어, 물 및 지방 픽셀 신호의 위상을 보정하는데 이용된다. 따라서, 정자장 불균일의 악영향이 제거된다.

예를 들어, 물 및 지방 픽셀 신호의 위상이 n = 4배로 되면, 신호들 사이의 위상차는 2π(래디언)로 된다. 즉, 물 및 지방 픽셀 신호는 서로 동위상이 된다. 그 위상이 ±π(래디언)를 초과하는 앨리아싱 성분이 1/n(n=4)로 보정된다. 그 후, 정자장 불균일에 의해 영향을 받은 위상의 분포가 검출되어, 물 및 지방 픽셀 신호의 위상을 보정하는데 이용된다. 따라서, 정자장 불균일의 악영향이 제거된다.

단계 S43에 있어서, 데이터 처리부(170)는 정자장 불균일의 악영향이 제거된 픽셀로부터, 위상차에 근거하여, 물 화상과 지방 화상을 분리한다.

전술한 바와 같이, 물을 표현하는 픽셀과 지방을 표현하는 픽셀이 서로 분리될 수 있고, 물을 표현하는 픽셀과 관련된 신호, 즉 물에 의해 발생된 신호 및 지방을 표현하는 픽셀과 관련된 신호, 즉 지방에 의해 발생된 신호는 정자장 불균일의 악영향이 제거되고, π/2(래디언)의 위상차, 즉 서로 직교한다.

전술한 바와 같이, 물 및 지방에 의해 발생된 신호가 π/2(래디언)의 위상차를 갖고, 지방 신호로부터 물 신호를 분리하도록 하는 화상 구성 기술을, 본 명세 서에서는 "단일 직교 지방/물 촬영(SQFWI) 방법"이라고 지칭한다.

전술한 바와 같이, 본 실시예에서, SQFWI 방법을 적용하여 정자장 불균일을 보상함으로써(제 1 위상 보상), 물 및 지방에 의해 발생되며 서로 직교하는 신호를 샘플링한다. 그 후, 샘플링 및 정확한 화상 구성을 위해, 0차 위상 보상(제 2 위상 보상)이 수행된다. 따라서, 물 신호가 실축상에 나타나고, 지방 신호가 허축상에 나타난다.

즉, 물 또는 지방을 표현하는 화상이 서로 분리되어 재구성되고, 물 화상 또는 지방 화상이 필요에 따라 디스플레이된다.

펄스 시퀀스 데이터베이스(PSD)

도 5(a)∼5(d)는 물 및 지방에 의해 발생된 신호의 위상이 서로 단일 직교하도록 그 스핀이 SSFP 방법으로 여기되는 피검체를 스캐닝하는데 이용되는 PSD의 내용의 일례를 도시한다.

스핀이 SSFP 방법으로 여기된다고 말할 때, 그것은 여기 펄스 열이 짧은 간격(TR<T2)으로 계속 인가되어, 각 운동량(angular momentum)의 위상, 즉, 스핀의 위상이 자화를 생성하도록 정렬되도록 하는 것을 의미한다. SSFP 방법은 최대 세기를 가지며 높은 콘트라스트를 나타내는 신호가, 짧은 스캔 시간에도 불구하고, 생성될 수 있다는 이점을 갖는다. 한편, SSFP 방법은 밴드 아티팩트가 발생되고, 지방에 의해 강한 신호가 발생되어, 지방으로부터 물을 분리하는 것이 어렵하고 하는 단점을 갖는다. 본 발명은 그러한 단점을 해결한다.

도 5(a)는 RF 신호의 펄스 시퀀스를 도시한다. 도 5(b)는 슬라이싱 자장 그래디언트의 발생을 위한 펄스 시퀀스를 도시한다. 도 5(c)는 위상 인코딩 자장 그래디언트(왑(warp))의 발생을 위한 펄스 시퀀스를 도시한다. 도 5(d)는 주파수 인코딩(판독) 자장 그래디언트의 발생을 위한 펄스 시퀀스를 도시한다.

도 5(e)는 일본 미심사 특허 출원 공개 제 2001-414 호에 기술되어 있으며, 도 5(d)에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에서 이용된 주파수 인코딩(판독) 자장 그래디언트의 발생을 위한 펄스 시퀀스와의 비교를 위해 제공된, 주파수 인코딩 자장 그래디언트의 발생을 위해 일반적으로 채택된 펄스 시퀀스를 도시한다.

[본 실시예에 포함된 PSD의 내용의 특징]

(1) 제 1 특징

본 실시예에 포함된 PSD의 내용의 제 1 특징은, 단위 반복 시간 TR(lTR)이 동위상 시간과 동일하다는 것이다. 종래, 반복 시간 TR은 임의의 특정 값에 한정되지 않으며, 임의의 값으로 설정된다.

본 실시예와 같이 반복 시간 TR을 제한하는 이유는, 물 및 지방에 의해 발생된 에코를 서로 동위상으로 만들기 위한 것이다. 물 및 지방 에코를 서로 동위상으로 하면, 에코가 정자장에서의 동일한 불균일에 의해 영향을 받는다. SQFWI 기법은 정자장 불균일의 악영향을 완전하게 제거할 수 있다. 따라서, 물 및 지방 에코가 서로 분리되는 에코를, 한 번의 스캔으로 획득할 수 있다.

(2) 제 2 특징

본 실시예에 포함된 PSD의 내용의 제 2 특징은, 에코 시간 TE가 종래에 채택된 TE=TR/2의 조건을 만족시키지 못해, 물에 의해 발생된 에코 및 지방에 의해 발생된 에코가 서로 단일 직교하고, 90^o의 위상차를 갖는다는 것이다.

일본 미심사 특허 출원 공개 제 2001-414 호에 기술된 방법 및 일반적으로 채태된 방법은, 도 5(e)에 도시된 바와 같이, 에코가 하나의 반복 시간 1TR(TE=TR/2)의 중앙에서 생성된 신호로 간주되고, 에코 시간 TE는 인접하는 2개의 RF 펄스의 중앙으로부터 에코의 중앙까지의 시간이다. 한편, 본 발명의 실시예에서, 도 5(d)에 도시된 바와 같이, 에코 시간은 TE=TR/3으로 정의되고, 인접하는 2개의 RF 펄스의 중앙으로부터 에코의 중앙까지의 시간보다 짧다.

전술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 주파수 인코딩(판독) 자장 그래디언트의 발생을 위한 펄스 시퀀스에서 지정된 에코 시간 TE 및 반복 시간 TR 사이의 관계는, 일본 미심사 특허 출원 공개 제 2001-414 호 등에서 기술된 에코 시간 TE 및 반복 시간 TR 사이의 전형적인 관계와 상이하다. 그 이유는, 물에 의해 발생된 에코 및 지방에 의해 발생된 에코는 서로 단일 직교하며, 90^o의 위상차를 갖기 때문이다.

상기 위상 관계로 인해, 예를 들어, 물에 의해 발생된 에코는 실축상에 나타나고, 지방에 의해 발생된 에코는 허축상에 나타나며, 물 및 지방 에코는 서로 명확하게 분리될 수 있다. 예를 들어, 실축상에 나타난 에코가 디스플레이될 때, 촬영 대상(1)에 포함된 물을 표현하는 화상이 생성될 수 있다. 한편, 허축상에 나타난 에코가 디스플레이될 때, 촬영 대상(1)에 포함된 지방을 표현하는 화상이 생성될 수 있다.

그 예가 도 5(a) 내지 도 5(d) 및 도 5(e)에 도시되는 PSD의 내용에 따른 MRI 시스템에서 수행된 동작이 이하에 기술될 것이다. 또한, 펄스 시퀀스는 도면에서 좌측으로부터 우측으로 구현된다.

[자장 생성 및 에코 획득]

도 2의 단계 S3에 있어서, 도 5(a)에 도시하는 바와 같이 RF 펄스가 인가되어 스핀을 여기한다. 이 때, 스핀은 도 5(b)에 도시된 슬라이싱 자장 그래디언트 G-slice를 인가함으로써 선택적으로 여기된다. 스핀의 여기는 반복 시간 TR의 주기로 반복된다. 하나의 반복 시간 1TR 동안에 1 뷰(view)가 획득된다.

도 2의 단계 S3에 있어서, 도 5(d) 및 5(e)에 도시된 바와 같이, 반복 시간 1TR 동안에 주파수 인코딩(판독) 자장 그래디언트 G-phase가 인가되고, RF 코일부(108)를 통해 에코가 판독된다.

도 2의 단계 S3에 있어서, 도 5(d)에 도시된 바와 같이, 위상 인코딩 자장 그래디언트 G-phase가 스핀의 여기 직후에 및 스핀의 다음 여기 직전에 인가된다. 위상 인코딩 자장 그래디언터 G-phase의 쌍은 세기 및 극성에 있어서 서로 대칭이다. 대칭성으로 인해, 제 1 위상 인코딩 자장 구배 G-phase는 위상 인코딩이 순방향으로 진행되도록 하고, 제 2 위상 인코딩 자장 그래디언트 G-phase는 위상 인 코딩이 역방향으로 진행되도록 한다. 위상 인코딩의 크기는 반복 시간 1TR마다 변한다.

[k 공간에의 데이터 저장]

도 2의 단계 S3에 있어서, RF 코일부(108) 및 데이터 획득부(150)가 에코를 판독함으로써, k 공간의 데이터가 샘플링된다.

도 6은 k 공간을 도시하는 개념도이다. k 공간에서, 횡좌표축은 주파수축과 관련되고, 종좌표축은 위상축과 관련된다. 복수의 횡길이 직사각형은 위상축에서의 데이터 샘플링 위치를 나타낸다. 직사각형에 기록된 수자는 위상 인코딩의 크기를 나타낸다. 위상 인코딩의 크기는 π/N으로 정규화되며, 여기서 N은 위상축 방향에서의 샘플링의 수를 나타낸다. 위상축 방향에서의 샘플링의 수는 뷰의 수라고 지칭될 수 있다.

일본 미심사 특허 출원 공개 제 2001-414 호에 기술된 펄스 시퀀스에 따르면, TE=TR/2가 형성되며, 위상 인코딩의 크기는 위상축 ky의 중앙에서 0이다. 위상 인코딩의 크기는 중심으로부터 양 단부로 점점 증가하지만, 증가의 극성은 서로 반대이다. 샘플링 간격, 즉 위상 인코딩의 크기에 있어서의 차이는 π/N이다. 또한, m = 4이므로, 물에 의해 발생된 에코와 지방에 의해 발생된 에코 사이의 위상차는 π/2(래디언)이다.

한편, 도 5(d)에 도시된 본 실시예에서 이용된 펄스 시퀀스의 경우, TE=TR/3이 형성되며, 위상 인코의 크기는 위상축 ky의 중앙에서 0이다. 또한, m = 3이므 로, 물에 의해 발생된 에코와 지방에 의해 발생된 에코 사이의 위상차는 2π/3(래디언)이다.

[위상 사이클링 기법]

일본 미심사 특허 출원 공개 제 2001-414 호에 기술된 위상 사이클링 기법에 따르면, 플립각(flip angle)을 복수회, 또는 적어도 2회 변경함으로써, 즉 RF 펄스의 위상을 각 반복 시간 1TR에 대해 2π·k/M의 단위로 적어도 2회 변경함으로써 데이터 획득이 수행된다. 또한, M은 2 이상의 정수를 나타내고, k는 0, 1, 또는 M-1을 나타낸다. 2π·k/M은 각각의 반복 시간 1TR에 대해 만들어진 RF 펄스의 위상차이다. RF 펄스의 위상을 적어도 2회 변경함으로써 스캔이 수행되는 경우, k = 0 또는 1이다.

(l) k=0일 때, 위상차는 0이다. 따라서, RF 펄스의 위상은 변경되지 않고, 매회 변경되지 않는 위상의 RF 펄스로 스핀이 여기된다. 스핀이 여기될 때, 그의 푸리에 변환이 k 공간에 정의되는 데이터 항의 한 그룹이 획득된다. 데이터 항(에코)의 그룹을 데이터 f(0)이라고 지칭한다.

(2) k=1일 때, RF 펄스의 위상차는 2π/M 이다. 따라서, 각각의 반복 시간 1TR에 대해 2π/M의 단위로 위상이 변하는 RF 펄스로 스핀이 여기된다. 스핀이 여기될 때, 그의 푸리에 변환이 k 공간에 정의되는 데이터 항의 다른 그룹이 획득된다. 이러한 데이터 항(에코)의 그룹을 데이터 f(1)이라고 지칭한다.

본 발명에 따르면, 단지 한 번의 스캔이 수행된다. 본 발명은 위상 사이클 링 기법이 M=1, k=M/2로 이용되는 특별한 경우이다.

일본 미심사 특허 출원 공개 제 2001-414 호에 개시된 방법에 따르면, 적어도 2개의 스캔이 상이한 플립각으로 수행된다. 따라서, 상당한 시간이 걸리게 된다. 메모리에 저장될 데이터의 양이 많고, 데이터 처리 시간이 길다.

한편, 본 실시예에 따르면, M은 1로 설정되고, k는 0으로 설정된다. 스캔은 RF 펄스의 위상을 π(래디언)의 단위로 변경함으로써 수행된다. 하나의 뷰의 획득을 위해 필요한 여기의 수는 1(1 NEX)이다. 스핀은 반대 위상을 갖는 RF 펄스로 여기된다. 스핀이 여기될 때, 그의 푸리에 변환이 k 공간에 정의되는 데이터 항의 그룹 f가 획득된다. 본 실시예에 따르면, 스캔 시간이 절반으로 되고, 메모리의 저장 용량도 절반으로 될 수 있다. 더욱이, 이후에 기술될 데이터 처리 시간이 절반으로 될 수 있다.

전술한 방법에 따라 발생된 에코 f는 이하에 기술된 수학식 (1)에 의해 제공된다.

[수학식 1]

는 스핀의 위상을 나타낸다. 스핀의 위상

은 RF 펄스의 위상 φ, 자장 또는 자화율(magnetic susceptibility)에서의 불균일에 의해 발생된 위상 에러 θ, 화학적 시프트로부터 도출되는 위상 에러 θ_chemi에 의존한다. M0은 초기 자화를 나타낸다.

본 실시예에 따르면, φ는 π(래디언)와 동일하다. 따라서, 스핀의 위상

는 π- θ- θ_chemi와 동일하다.

더욱이, 반복 시간 TR 동안에 RF 펄스의 위상이 변경되지 않고 유지되므로, θ_chemi는 2π(래디언)와 동일하다. 스핀의 위상

는, 스핀이 물에서의 스핀인지 또는 지방에서의 스핀인지에 관계없이, π- θ와 동일하다.

도 3의 단계 S31에서, 데이터 처리부(170)는 스캐닝의 결과인 화상의 생성을 위해 에코 f를 2차원 푸리에 변환한다.

도 3의 단계 S31에서, 데이터 처리부(170)는 k 공간에 정의된 데이터를 2차원 역 푸리에 변환한다. 바람직하게, 2차원 역 고속 푸리에 변환(IFFT)가 수행되어, 단층 화상을 재구성한다.

데이터는 위상 에러 θ에 의해 영향을 덜 받기 때문에, 2차원 역 푸리에 변환을 수행함으로써 생성된 단층 화상의 물 및 지방 성분 모두, 정자장 불균일에 관계없이 밴드 아티팩트를 거의 겪지 않는다.

물 및 지방에 의해 발생된 신호는, RF 펄스의 인가시에 서로 동위상이지만, 그 신호는 회전 자기비(gyromagnetic ratio)의 차이(화학적 시프트)로 인해, 시간 TE에서 2π/n(래디언)의 위상차를 갖는다.

이러한 위상차를 이용하여, 도 4를 참조하여 기술된 SQFWI 기법에 따라 지방으로부터 물을 분리한다. 즉,

(1) 도 4의 단계 S42에서와 같이, 에코의 위상을 n 배하여, 물에 의해 발생된 에코 및 지방에 의해 발생된 에코가 서로 동위상이 되도록 한다.

(2) 도 4의 단계 S42에서와 같이, 그 위상이 ±π(래디언)를 초과하는 앨리아싱 성분이 보정된다. 에코에서의 위상 에러는 1/n인 앨리아싱 성분의 위상 분포를 이용하여 보정된다.

(3) 도 4의 단계 S43에서와 같이, 물에 의해 발생된 에코와 지방에 의해 발생된 에코 사이의 위상차, 즉, 90^o의 위상차에 근거하여 지방으로부터 물이 분리된 다.

SQFWI 기법을 채택하는 것은, 지방으로부터 물이 정확하게 분리될 수 있다는 점에서 바람직하다.

SQFWI 기법을 이용하여, 정자장 불균일에 대해 2차원 푸리에 변환을 보상한다. 2πn의 위상차를 갖는 물에 의해 발생된 신호 및 지방에 의해 발생된 신호가 서로 분리되어, 물 화상을 표현하는 데이터 및 지방 화상을 표현하는 데이터가 생성된다.

[제 1 실시예의 제 1 변형]

제 1 실시예에 따르면, 반복 시간 TR이 동위상 시간의 값으로 한정된다. 그러나, 반복 시간 TR은 동위상 시간의 임의의 자연수(m)배로 설정될 수 있다.

예를 들어, 자장 세기가 1.5T이면, 가장 짧은 동위상 시간(m=1)은 4.6ms이고, 두 번째로 짧은 동위상 시간(m=1)은 9.2ms이다.

본 발명에 따르면, 높은 자장 세기를 생성하고, 짧은 동위상 시간을 제공하는 자장 시스템이 이용되는 경우에도, 스핀이 SSFP 방법으로 여기된 후, 물에 의해 발생된 신호는 지방에 의해 발생된 신호로부터 분리될 수 있다.

전술한 실시예에서, 에코 시간 TE는 동위상 시간/n으로 설정된다. 에코 시간이 동위상 시간으로부터, 정의 방향으로 또는 부의 방향으로 벗어나더라도 상관없다.

예를 들어, 자장 세기가 1.5T일 때, 가장 짧은 동위상 시간은 4.6ms이다. 에코 시간 TE는 동위상 시간/3, 즉 1.53ms로 설정되거나, 동위상 시간으로부터 동위상 시간/3을 감산함으로써 계산된 값, 즉 3.067ms로 설정될 수 있다.

두 번째 짧은 동위상 시간이 채택되는 경우, 반복 시간 TR은 동위상 시간 ×2, 즉 9.2ms로 설정된다. 에코 시간 TE는 동위상 시간에 동위상 시간/3을 가산함으로써 계산된 값, 즉 6.13ms로 설정되거나, 동위상 시간으로부터 동위상 시간/3을 감산함으로써 계산된 값, 즉 3.067ms로 설정될 수 있다.

더욱이, n은 4일 수 있다. 이러한 경우, 에코 시간 TE는 동위상 시간으로부터 동위상 시간/4를 감산한 값, 즉 3.45ms이거나, 동위상 시간에 동위상 시간/4를 가산함으로써 계산된 값, 즉 5.75ms일 수 있다.

즉, 본 발명에 따르면, 반복 시간 TR 및 에코 시간 TE는 이하의 조건식 (1)에 따라 결정될 수 있다.

SSFP 방법으로 여기된 스핀에 대한 PSD의 전형적인 내용

(1) 반복 시간 TR = T_IP ×m

(2) 에코 시간 TE = T_IP ×(m-1 ±1/n) … (조건식 (1))

여기서, T_IP는 동위상 시간, m은 자연수, n은 3 이상의 자연수이다. 에코 시간 TE는 정의 값인 것으로 가정한다.

스캔 시간과 비교예에서 이용된 것과의 비교

일본 미심사 특허 출원 공개 제 2001-414 호에 기술되어 있으며, SQFWI 기법을 위상 사이클링 SSFP 방법에 적용함으로써 지방으로부터 물을 분리하는 방법에 따르면, PSD의 내용이 TR = T_IP ×2/n 및 TE = T_IP/n(n은 3 이상의 정수)을 지정해야 한다. n이 3으로 설정될 때, 자장 세기가 0.7T라면, 반복 시간 TR은 6.5ms이다. 자장 세기가 1.5T라면, 반복 시간 TR은 3.1ms만큼 짧다. 그러한 높은 자장 세기를 제공하는 시스템의 가격은 매우 높다.

더욱이, 일본 미심사 특허 출원 공개 제 2001-414 호에 기술된 방법은 둘 이상의 데이터 획득을 필요로 한다.

논문 2에 기술된 방법에 따르면, PSD의 내용은 TR = T_IP 및 TE = T_IP/2를 지정한다. 본 방법에 따르면, 자장 세기가 0.7T일 때, 반복 시간 TR은 9.8ms이다. 자장 세기가 1.5T일 때, 반복 시간 TR은 4.6ms이다. 이것은 자장 시스템의 구성에 있어서 아무런 문제도 발생시키지 않는다. 그러나, 지방으로부터 물을 분리하는 문제는 논하지 않는다.

(제 1 실시예의 제 2 변형)

전술한 실시예에서는, 에코를 주파수 성분으로 분해하여 에코를 분석하는 방법으로서 2차원 푸리에 변환이 채택된다. 대안적으로, 임의의 다른 주파수 분석 방법이 채택될 수 있다.

2차원 푸리에 변환이 채택될 때, 고속의 계산을 위해 2차원 고속 푸리에 변환이 바람직하다.

(제 1 실시예의 제 3 변형)

데이터 획득부(150)에 의해 수행된 데이터 획득의 대상은 풀(full) 에코이다. 그러나, 본 실시예에 따르면, 에코 시간 TE는 반복 시간 TR의 절반에 대응하지 않는다. 따라서, 데이터 획득의 대상은 부분(fractional) 에코 또는 풀 에코일 수 있다. 본 발명에 따른 방법은 데이터 획득에 대해 자유를 제공한다.

부분 에코가 획득된 경우, 데이터 처리부(170)는 부분 에코에 대하여 2차원 푸리에 변환 및 2차원 역 푸리에 변환을 수행할 수 있다. 그렇지 않으면, 부분 에코는, 그것을 0으로 채우기 위해, 보간될 수 있다.

(제 1 실시예의 이점)

PSD의 내용에 근거하여 구현되는 SSFP 방법에 SQFWI 기법이 적용되기 때문에, 물 및 지방에서의 스핀이 SSFP 방법으로 여기된 후, 그의 물 및 지방 성분이 서로 분리될 수 있는 화상이 구성될 수 있다.

본 실시예에서 이용된 PSD의 내용에 따르면, 반복 시간 TR이 동위상 시간 ×m(m은 자연수)으로 설정되어, SSFP 방법을 구현한다. 따라서, 물에 의해 발생된 신호 및 지방에 의해 발생된 신호는 마찬가지로 정자장 불균일에 의해 영향을 받는다. 결국, 정자장 불균일의 악영향이 제거될 수 있다.

더욱이, 본 실시예에서, 일본 미심사 특허 출원 공개 제 2001-414 호에 기술된 방법, 즉 위상 사이클링 SSFT 지방/물 화상 구성 방법과는 달리, RF 펄스의 위상을 복수회 변경하여 복수의 스캔을 수행할 필요가 없다. 이것은 스캔 시간이 짧아지도록 한다. 더욱이, 저장된 데이터의 양이 적고, 메모리의 저장 용량이 적다. 또한, 데이터 처리부(170)에 의해 요구되는 신호 처리 시간이 단축된다.

논문 2에 기술된 방법에 따르면, 물에 의해 발생된 신호 및 지방에 의해 발생된 신호가 서로 π(래디언)만큼 위상이 어긋난다. 이 방법은 가정없이 지방으로부터 물을 정확히 구별할 수 없다. 반대로, 본 실시예의 방법에 따르면, 물 신호 및 지방 신호가 서로 단일 직교한다. 즉, 물 신호 및 지방 신호는 2π/n(래디언)의 위상차를 갖는다. 따라서, 물 신호가 실축상에 나타나고, 지방 신호가 허축상에 나타날 수 있다. 결국, 물 신호 및 지방 신호의 위상이, 인접하는 물 및 지방 신호들 사이의 위상차에 근거하여 정확하고 단정적으로 식별될 수 있다.

(제 2 실시예)

도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 MRI 시스템의 구성을 도시한다.

도 7에 도시된 MRI 시스템은, 마그네트 시스템(100')을 제외하고는, 도 1에 도시된 MRI 시스템과 동일한 구성 요소를 갖는다. 이하, 마그네트 시스템(100')을 중심으로 기술할 것이다.

마그네트 시스템(100')은 주자장 마그네트부(l02'), 그래디언트 코일부(106') 및 RF 코일부(108')를 포함한다.

이들 주자장 마그네트부(102') 및 코일부 각각은, 그들 사이에 공간을 두고 서로 대향하는 한 쌍의 마그네트 또는 코일을 포함한다. 더욱이, 마그네트 및 코일은 실질적으로 디스크 형상을 가지며, 동일한 중심축을 공유한다. 크래들(500)상에 놓인 촬영 대상(1)이, 도시되지 않은 운반 수단에 의해, 마그네트 시스템(100')의 보어내로 운반된다.

주자장 마그네트부(102')는 마그네트 시스템(100')의 보어에 정자장을 생성한다. 정자장의 방향은 대상(1)의 몸축 방향과 실질적으로 직교한다. 즉, 주자장 마그네트부(102')는 소위 수직 자장을 생성한다. 주자장 마그네트부(102')는 예를 들면, 영구 자석으로 형성된다. 그러나, 주자장 마그네트부(102')는 영구 자석에 한정되지 않으며, 초전도 마그네트 또는 저항성 마그네트로 형성될 수도 있다.

그래디언트 코일부(106')는, 서로 수직인 3개의 축, 즉 슬라이스축, 위상축 및 주파수축을 따라 정자장 세기가 그래디언트를 겪게 하는데 이용되는 3개의 자장 그래디언트를 생성한다. 자장 그래디언트의 생성을 위해, 그래디언트 코일부(106')는 도시되지 않은 3개의 그래디언트 코일을 포함한다.

정자장이 생성되는 공간에서 서로 직교하는 것으로 정의된 좌표축 X, Y, Z를 가정하면, 어느 축도 슬라이스축으로 간주될 수 있다. 2개의 나머지 축중 하나는 위상축, 다른 하나는 주파수축으로서 간주된다. 더욱이, 슬라이스축, 위상축 및 주파수축은, 상호 직교성을 유지하면서, X, Y, Z축 각각에 대하여 소정의 경사를 갖도록 경사질 수 있다. 본 실시예에서의 시스템에서도, 대상(1)의 몸축 방향은 Z축 방향으로서 간주된다.

RF 코일부(108')는 RF 펄스의 인가로 여기되는 정자장 공간에 놓이는 대상(1)에서의 스핀에 의해 발생된 전자파, 즉 자기 공명 신호를 수신한다. RF 코일부(108')에 의해 수신된 신호는 데이터 획득부(150)로 전달된다.

도 7에 도시된 MRI 시스템에서도, 도 1에 도시된 MRI 시스템과 마찬가지로, 전술한 처리가 수행된다.

전술한 바와 같이, 본 실시예에 따르면, SSFP 방법에 따라, 밴드 아티팩트에 의해 영향을 받지 않는 화상을 생성할 수 있는 자기 공명 촬영 시스템이 실현될 수 있다. 더욱이, SSFP 방법으로 여기된 물 및 지방에서의 스핀으로 촬영하는, 지방으로부터 물을 분리할 수 있는 자기 공명 촬영 시스템이 실현될 수 있다.

본 발명의 정신 및 영역을 벗어나지 않고서도, 본 발명의 여러 가지 상이한 실시예가 구성될 수 있다. 본 발명은 첨부된 특허 청구 범위에 정의된 것을 제외하고는, 명세서에 기술된 특정 실시예에 한정되지 않음을 이해해야 한다.

본 발명에 따르면, 스캐닝으로부터 화상 구성까지의 시간(스캔 시간)을 단축하고, 지방으로부터 물을 용이하게 분리하여, 물 화상 및(또는) 지방 화상을 정확하게 구성할 수 있는 MR 촬영 방법 및 MRI 시스템을 제공할 수 있다.

Claims

피검체에 의해 발생된 MR(Magnetic Resonance) 신호를 이용하여 상기 피검체의 단층 화상을 구성하는 MR 촬영 방법에 있어서,

TR = T_IP ×m 및 TE = T_IP ×(m-1 ±1/n)이 SSFP(steady-state free precession) 방법으로 여기된 스핀으로 형성되어야 하는 조건―여기서, TR은 반복 시간을 나타내고, T_IP는 동위상(in-phase) 시간을 나타내고, TE는 정(positive)의 값의 에코 시간을 나타내고, m은 자연수를 나타내고, n은 3 이상의 자연수를 나타냄―을 지정하는 펄스 시퀀스를 구현함으로써 상기 피검체로부터 에코를 획득하여, 서로 단일 직교(single quadrature)하거나 또는 물 및 지방에 의해 발생된 에코들 사이에 90^o의 위상차를 갖는, 피검체에 포함된 물 및 지방에 의해 발생된 에코로 상기 피검체가 스캐닝될 수 있도록 하는 단계와,

상기 획득된 에코에 대해 주파수 변환을 수행하여 단층 화상을 구성하는 단계와,

정자장의 불균일에 대해 변환된 데이터를 보상하는 단계와,

상기 보상의 결과에 따라, 물 및 지방 성분이 서로 분리되는 화상을 재구성하는 단계를 포함하는

MR 촬영 방법.
피검체에 의해 발생된 MR 신호를 이용하여 상기 피검체의 단층 화상을 구성하는 MRI 시스템에 있어서,

TR = T_IP ×m 및 TE = T_IP ×(m-1 ±1/n)이 SSFP 방법으로 여기된 스핀으로 형성되어야 하는 조건―여기서, TR은 반복 시간을 나타내고, T_IP는 동위상 시간을 나타내고, TE는 정의 값의 에코 시간을 나타내고, m은 자연수를 나타내고, n은 3 이상의 자연수를 나타냄―을 지정하는 펄스 시퀀스를 구현하여, 서로 단일 직교하거나 또는 물 및 지방에 의해 발생된 에코들 사이에 90^o의 위상차를 갖는, 피검체에 포함된 물 및 지방에 의해 발생된 에코로 상기 피검체가 스캐닝될 수 있도록 하는 장치와,

상기 펄스 시퀀스를 구현함으로써 상기 피검체로부터 에코를 획득하는 장치와,

상기 획득된 에코에 대해 주파수 변환을 수행하여 단층 화상을 구성하는 변환 장치와,

정자장의 불균일에 대해 변환된 데이터를 보상하는 장치와,

상기 보상의 결과에 따라, 물 및 지방 성분이 서로 분리되는 화상을 재구성하는 장치를 포함하는

MRI 시스템.
제 2 항에 있어서,

상기 변환 장치는 상기 주파수 변환으로서 2차원 푸리에 변환을 채택하여 상기 단층 화상을 구성하는 MRI 시스템.
제 3 항에 있어서,

상기 변환 장치는 상기 2차원 푸리에 변환으로서 2차원 고속 푸리에 변환을 채택하는 MRI 시스템.
제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 보상 장치는 단일 직교 지방/물 촬영(single quadrature fat/water imaging; SQFWI) 기법을 채택하여 상기 정자장 불균일을 보상하고, 상기 변환 장치에 의해 생성된 데이터와 관련되는 신호의 위상을 n배하여, 물에 의해 발생된 신호 및 지방에 의해 발생된 신호가 서로 동위상이 되도록 하고, 그 위상이 ±π(래디언)를 초과하는 앨리아싱(aliasing) 성분을 검출하고, 상기 보정된 앨리아싱 성분을 1/n로 감소시킴으로써 상기 정자장 불균일에 의해 영향을 받는 위상의 분포를 검출하고, 상기 검출된 위상의 분포에 근거하여, 상기 변환 장치에 의해 생성된 데이터와 관련되는 신호의 위상을 보정하는 MRI 시스템.
제 5 항에 있어서,

물에 의해 발생된 신호가 실축상에 나타나고, 지방에 의해 발생된 신호가 허축상에 나타나도록 0차 보정을 수행하여, 상기 실축으로부터 검색된 데이터가 물 화상을 구성하는데 이용되고, 상기 허축으로부터 검색된 데이터가 지방 화상을 구성하는데 이용되도록 하는 MRI 시스템.
제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 에코를 획득하는 장치는 풀(full) 에코를 획득하고, 상기 변환 장치는 상기 풀 에코에 대해 상기 주파수 변환을 수행하는 MRI 시스템.
제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 에코를 획득하는 장치는 부분(fractional) 에코를 획득하고, 상기 변환 장치는 상기 부분 에코에 대해 상기 주파수 변환을 수행하는 MRI 시스템.
제 3 항에 있어서,

상기 MRI 시스템은, 촬영 대상의 몸축에 평행한 수평 정자장을 생성하는 주 자장 코일부와, 서로 직교하는 슬라이스축, 주파수축 및 위상축 각각의 방향에서 상기 정자장 세기가 그래디언트를 겪도록 하는 자장을 생성하는 그래디언트 코일부와, 상기 촬영 대상에 스핀을 여기하고, 상기 여기된 스핀을 검출하는 RF 코일부를 포함하는 마그네트 시스템을 포함하고,

상기 펄스 시퀀스는 상기 그래디언트 코일부 및 상기 RF 코일부에 의한 자장의 생성시에 구현되는 MRI 시스템.
제 2 항에 있어서,

에코의 획득 이전에, 각 에코의 FID 성분 및 그것의 스핀 에코 성분을 조정하여, 위상 및 시간을 서로 일치시키는 장치를 더 포함하는 MRI 시스템.