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KR102393288B1 - 자기공명영상장치 및 그 제어방법 - Google Patents

자기공명영상장치 및 그 제어방법 Download PDF

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KR102393288B1
KR102393288B1 KR1020170043036A KR20170043036A KR102393288B1 KR 102393288 B1 KR102393288 B1 KR 102393288B1 KR 1020170043036 A KR1020170043036 A KR 1020170043036A KR 20170043036 A KR20170043036 A KR 20170043036A KR 102393288 B1 KR102393288 B1 KR 102393288B1
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KR
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echo component
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magnetic resonance
pulse
image
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KR1020170043036A
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박현욱
김병재
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한국과학기술원
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Abstract

주기마다 대상체의 영상 정보 및 움직임 정보를 포함하는 RF 에코 신호를 수신하고, 수신된 RF 에코 신호로부터 움직임 정보가 제거된 자기공명 영상을 생성하는 자기공명영상장치 및 그 제어방법을 제공한다.
일 실시예에 따른 자기공명영상장치는, 주기마다 대상체의 제 1 단면에 대한 제 1 RF 펄스 및 상기 대상체의 제 2 단면에 대한 제 2 RF 펄스를 조사하고, 상기 제 1 RF 펄스에 대응하여 생성된 영상 에코 성분 및 상기 제 2 RF 펄스에 대응하여 생성된 추적 에코 성분을 포함하는 RF 에코 신호를 수신하는 RF 코일부; 상기 수신된 RF 에코 신호에 기초하여 k-공간 데이터를 획득하고, 상기 추적 에코 성분으로부터 획득된 움직임 정보에 상기 k-공간 데이터를 동기화하고, 상기 동기화된 k-공간 데이터로부터 상기 추적 에코 성분을 제거하고, 상기 추적 에코 성분이 제거된 상기 k-공간 데이터를 이용하여 자기공명영상을 생성하는 영상 처리부; 및 상기 생성된 자기공명영상을 표시하는 출력부; 를 포함할 수 있다.

Description

자기공명영상장치 및 그 제어방법{MAGNETIC RESONANCE IMAGING APPARATUS, AND CONTROLLING METHOD FOR THE SAME}
자기공명신호에 기초하여 대상체의 단면 영상을 획득하는 자기공명영상장치, 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 의료용 영상 장치는 환자의 정보를 획득하여 영상을 제공하는 장치이다. 의료용 영상 장치는 X선 장치, 초음파 진단 장치, 컴퓨터 단층 촬영 장치, 자기공명영상장치 등이 있다.
이 중에서 자기공명영상장치는 영상 촬영 조건이 상대적으로 자유롭고, 연부 조직에서의 우수한 대조도와 다양한 진단 정보 영상을 제공해주기 때문에 의료용 영상을 이용한 진단 분야에서 중요한 위치를 차지하고 있다.
자기공명영상(Magnetic Resonance Imaging, MRI)은 인체에 해가 없는 자장과 비전리 방사선인 RF를 이용하여 체내의 수소 원자핵에 핵자기 공명 현상을 일으켜 원자핵의 밀도 및 물리화학적 특성을 영상화한 것이다.
원칙적으로 자기공명영상 촬영은 호흡하지 않는 환자에 대하여 수행될 필요가 있다. 자기공명 영상 촬영 중 환자가 호흡을 하면, 호흡하는 동안 획득된 데이터가 하나의 k-공간을 구성하므로, 이를 기초로 생성된 자기공명영상에는 아티팩트(Artifact)가 발생할 가능성이 있기 때문이다.
[선행기술문헌]
US 2010/0171497
개시된 발명의 일 실시예에 따르면, 주기마다 대상체의 영상 정보 및 움직임 정보를 포함하는 RF 에코 신호를 수신하고, 수신된 RF 에코 신호로부터 움직임 정보가 제거된 자기공명 영상을 생성하는 자기공명영상장치 및 그 제어방법을 제공한다.
일 실시예에 따른 자기공명영상장치는, 주기마다 대상체의 제 1 단면에 대한 제 1 RF 펄스 및 상기 대상체의 제 2 단면에 대한 제 2 RF 펄스를 조사하고, 상기 제 1 RF 펄스에 대응하여 생성된 영상 에코 성분 및 상기 제 2 RF 펄스에 대응하여 생성된 추적 에코 성분을 포함하는 RF 에코 신호를 수신하는 RF 코일부; 상기 수신된 RF 에코 신호에 기초하여 k-공간을 구성하고, 상기 추적 에코 성분으로부터 획득된 움직임 정보에 상기 k-공간의 데이터를 동기화하고, 상기 추적 에코 성분의 고유 벡터(Eigen Vector)를 이용하여 상기 동기화된 k-공간 데이터로부터 상기 추적 에코 성분을 제거하고, 상기 추적 에코 성분이 제거된 상기 k-공간 데이터를 이용하여 자기공명영상을 생성하는 영상 처리부; 및 상기 생성된 자기공명영상을 표시하는 출력부; 를 포함할 수 있다.
또한, 상기 RF 코일부는, 인접한 상기 주기의 상기 제 2 RF 펄스 위상이 서로 반대가 되도록 동작할 수 있다.
또한, 상기 제 1 RF 펄스 조사 후 상기 제 2 RF 펄스 조사 전, 위상 부호화(Phase Encoding)를 위한 경사자장을 상기 대상체에 인가하는 경사자장 형성부; 를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 영상 처리부는, 상기 추적 에코 성분의 주파수 성분 별 무게 중심을 이용하여 상기 대상체의 움직임 정보를 획득할 수 있다.
또한, 상기 영상 처리부는, 상기 움직임 정보에 의해 결정된 유효 범위 내에 속하는 상기 동기화된 k-공간 데이터를 추출하고, 상기 추출된 k-공간 데이터에서 상기 추적 에코 성분을 제거할 수 있다.
또한, 상기 영상 처리부는, 상기 주기마다 반복하여 조사된 상기 제 1 RF 펄스 및 상기 제 2 RF 펄스에 의해 상기 k-공간이 복수 개 구성된 경우, 상기 복수의 k-공간에서 추출된 상기 k-공간 데이터 중 동일 위상에서 획득된 데이터를 누적하여 하나의 k-공간을 재구성하고, 상기 재구성된 하나의 k-공간의 데이터에서 상기 추적 에코 성분을 제거할 수 있다.
또한, 상기 영상 처리부는, 상기 동기화된 k-공간 데이터 중 미리 정해진 기준 주파수 이상의 주파수 성분을 이용하여 상기 추적 에코 성분의 상기 고유 벡터를 획득할 수 있다.
또한, 상기 영상 처리부는, 상기 추적 에코 성분의 상기 고유 벡터에 상기 동기화된 k-공간 데이터를 사영(Projection)시켜, 상기 동기화된 k-공간 데이터로부터 상기 추적 에코 성분을 제거할 수 있다.
또한, 상기 영상 처리부는, 상기 추적 에코 성분이 제거된 상기 k-공간 데이터를 병렬 영상(Parallel Imaging) 방법을 통해 복원하고, 상기 복원된 k-공간 데이터를 이용하여 상기 자기공명영상을 생성할 수 있다.
일 실시예에 따른 자기공명영상장치의 제어방법은, 주기마다 대상체의 제 1 단면에 대한 제 1 RF 펄스 및 상기 대상체의 제 2 단면에 대한 제 2 RF 펄스를 조사하는 단계; 상기 제 1 RF 펄스에 대응하여 생성된 영상 에코 성분 및 상기 제 2 RF 펄스에 대응하여 생성된 추적 에코 성분을 포함하는 RF 에코 신호를 수신하는 단계; 상기 수신된 RF 에코 신호에 기초하여 k-공간을 구성하는 단계; 상기 추적 에코 성분으로부터 획득된 움직임 정보에 상기 k-공간의 데이터를 동기화하는 단계; 상기 추적 에코 성분의 고유 벡터(Eigen Vector)를 이용하여 상기 동기화된 k-공간 데이터로부터 상기 추적 에코 성분을 제거하는 단계; 상기 추적 에코 성분이 제거된 상기 k-공간 데이터를 이용하여 자기공명영상을 생성하는 단계; 및 상기 생성된 자기공명영상을 표시하는 단계; 를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1 RF 펄스 및 상기 제 2 RF 펄스를 조사하는 단계는, 인접한 상기 주기의 상기 제 2 RF 펄스 위상이 서로 반대가 되도록, 상기 제 2 RF 펄스를 조사할 수 있다.
또한, 상기 주기마다 상기 제 1 RF 펄스 조사 후 상기 제 2 RF 펄스 조사 전, 위상 부호화(Phase Encoding)를 위한 경사자장을 상기 대상체에 인가하는 단계; 를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 움직임 정보에 상기 k-공간 데이터를 동기화하는 단계는, 상기 추적 에코 성분의 주파수 성분 별 무게 중심을 이용하여 상기 대상체의 움직임 정보를 획득하고, 상기 획득된 움직임 정보에 상기 k-공간 데이터를 동기화할 수 있다.
또한, 상기 동기화된 k-공간 데이터로부터 상기 추적 에코 성분을 제거하는 단계는, 상기 움직임 정보에 의해 결정된 유효 범위 내에 속하는 상기 동기화된 k-공간 데이터를 추출하는 단계; 및 상기 추출된 k-공간 데이터에서 상기 추적 에코 성분을 제거하는 단계; 를 포함할 수 있다.
또한, 상기 추출된 k-공간 데이터에서 상기 추적 에코 성분을 제거하는 단계는, 상기 주기마다 반복하여 조사된 상기 제 1 RF 펄스 및 상기 제 2 RF 펄스에 의해 상기 k-공간이 복수 개 구성된 경우, 상기 복수의 k-공간에서 추출된 상기 k-공간 데이터 중 동일 위상에서 획득된 데이터들을 누적하여 하나의 k-공간을 재구성하는 단계; 및 상기 재구성된 하나의 k-공간의 데이터에서 상기 추적 에코 성분을 제거하는 단계; 를 포함할 수 있다.
또한, 상기 동기화된 k-공간 데이터로부터 상기 추적 에코 성분을 제거하는 단계는, 상기 동기화된 k-공간 데이터 중 미리 정해진 기준 주파수 이상의 주파수 성분을 이용하여 상기 추적 에코 성분의 상기 고유 벡터를 획득하고, 상기 획득된 고유 벡터를 이용하여 상기 동기화된 k-공간 데이터로부터 상기 추적 에코 성분을 제거할 수 있다.
또한, 상기 동기화된 k-공간 데이터로부터 상기 추적 에코 성분을 제거하는 단계는, 상기 추적 에코 성분의 상기 고유 벡터에 상기 동기화된 k-공간 데이터를 사영(Projection)시켜, 상기 동기화된 k-공간 데이터로부터 상기 추적 에코 성분을 제거할 수 있다.
또한, 상기 자기공명영상을 생성하는 단계는, 상기 추적 에코 성분이 제거된 상기 k-공간 데이터를 병렬 영상(Parallel Imaging) 방법을 통해 복원하고, 상기 복원된 k-공간 데이터를 이용하여 상기 자기공명영상을 생성할 수 있다.
일 측면에 따른 자기공명영상장치, 및 그 제어방법에 의하면, 주기마다 조사된 RF 펄스에 의해 영상 정보와 움직임 정보가 함께 포함된 RF 에코 펄스를 수신하므로, 자기공명영상 획득 시간이 단축될 수 있다. 또한, 영상 정보와 움직임 정보를 분리 획득하지 않으므로, 영상 정보의 정상상태(Steady State)를 유지할 수 있다.
도 1은 MRI 시스템의 개략도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 자기공명영상장치의 시퀀스 다이어그램이다.
도 3은 일 실시예에 따른 자기공명영상장치에 의해 촬영된 k-공간의 영상이다.
도 4는 일 실시예에 따른 자기공명영상장치에 의해 촬영된 자기공명영상이다.
도 5는 일 실시예에 따른 자기공명영상장치가 가중치 계수를 탐색하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6a는 일 실시예에 따른 자기공명영상장치의 k-공간 데이터의 kx방향으로의 1D 푸리에 변환 영상이고, 도 6b는 일 실시예에 따른 자기공명영상장치의 k-공간 데이터 중 추정된 추적 에코 성분의 kx 방향으로의 1D 푸리에 변환 영상이다.
도 7 내지 9는 일 실시예에 따른 자기공명영상장치의 추적 에코 성분을 제거하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10 내지 12는 다른 실시예에 따른 자기공명영상장치의 추적 에코 성분을 제거하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.도 13는 일 실시예에 따른 자기공명영상장치 제어방법의 흐름도이다.
본 명세서는 본 발명의 권리범위를 명확히 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 실시할 수 있도록, 본 발명의 원리를 설명하고, 실시예들을 개시한다. 개시된 실시예들은 다양한 형태로 구현될 수 있다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 본 명세서가 실시예들의 모든 요소들을 설명하는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 일반적인 내용 또는 실시예들 간에 중복되는 내용은 생략한다. 명세서에서 사용되는 '부'(part, portion)라는 용어는 소프트웨어 또는 하드웨어로 구현될 수 있으며, 실시예들에 따라 복수의 '부'가 하나의 요소(unit, element)로 구현되거나, 하나의 '부'가 복수의 요소들을 포함하는 것도 가능하다.
본 명세서에서 '대상체(object)'는 촬영의 대상이 되는 것으로서, 사람, 동물, 또는 그 일부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 대상체는 신체의 일부(장기 또는 기관 등; organ) 또는 팬텀(phantom) 등을 포함할 수 있다.
이하 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명의 작용 원리 및 실시예들에 대해 설명한다.
도 1은 MRI 시스템의 개략도이다.
MRI 시스템은 자기 공명(magnetic resonance, MR) 신호를 획득하고, 획득된 자기 공명 신호를 영상으로 재구성할 수 있다. 자기 공명 신호는 대상체로부터 방사되는 RF 신호를 의미할 수 있다.
MRI 시스템은 주자석이 정자장(static magnetic field)을 형성하여, 정자장 속에 위치한 대상체의 특정 원자핵의 자기 쌍극자 모멘트 방향을 정자장 방향으로 정렬시킬 수 있다. 경사자장 코일은 정자장에 경사 신호를 인가하여, 경사자장을 형성시켜, 대상체의 부위 별로 공명 주파수를 다르게 유도할 수 있다.
RF 코일부는 영상 획득을 원하는 부위의 공명 주파수에 맞추어 RF 펄스를 조사할 수 있다. 또한, RF 코일부는 경사자장이 형성됨에 따라, 대상체의 여러 부위로부터 방사되는 서로 다른 공명 주파수의 자기공명신호(이하 RF 에코 신호라 함)들을 수신할 수 있다. 이러한 단계를 통해 MRI 시스템은 영상 복원 기법을 이용하여 RF 에코 신호로부터 영상을 획득한다.
이를 위해, 도 1을 참조하면, MRI 시스템(1)은 오퍼레이팅부(10), 제어부(30) 및 스캐너(50)를 포함할 수 있다. 여기서, 제어부(30)는 도 1에 도시된 바와 같이 독립적으로 구현될 수 있다. 또는, 제어부(30)는 복수 개의 구성 요소로 분리되어, MRI 시스템(1)의 각 구성 요소에 포함될 수도 있다. 이하에서는 각 구성 요소에 대해 구체적으로 살펴보도록 한다.
스캐너(50)는 내부 공간이 비어 있어, 대상체가 삽입될 수 있는 형상(예컨대, 보어(bore) 형상)으로 구현될 수 있다. 스캐너(50)의 내부 공간에는 정자장 및 경사자장이 형성되며, RF 신호가 조사될 수 있다.
스캐너(50)는 정자장 형성부(51), 경사자장 형성부(52), RF 코일부(53), 테이블부(55) 및 디스플레이부(56)를 포함할 수 있다. 정자장 형성부(51)는 대상체에 포함된 원자핵들의 자기 쌍극자 모멘트의 방향을 정자장 방향으로 정렬하기 위한 정자장을 형성할 수 있다. 정자장 형성부(51)는 영구 자석으로 구현되거나 또는 냉각 코일을 이용한 초전도 자석으로 구현될 수도 있다.
경사자장 형성부(52)는 제어부(30)와 연결될 수 있다. 제어부(30)로부터 전송 받은 제어신호에 따라 정자장에 경사를 인가하여, 경사자장을 형성할 수 있다. 경사자장 형성부(52)는 서로 직교하는 X축, Y축 및 Z축 방향의 경사자장을 형성하는 X, Y, Z 코일을 포함하며, 대상체의 부위 별로 공명 주파수를 서로 다르게 유도할 수 있도록 촬영 위치에 맞게 경사 신호를 발생 시킬 수 있다.
RF 코일부(53)는 제어부(30)와 연결되어, 제어부(30)로부터 전송 받은 제어신호에 따라 대상체에 RF 펄스를 조사하고, 대상체로부터 방출되는 RF 에코 펄스를 수신할 수 있다. RF 코일부(53)는 세차 운동을 하는 원자핵을 향하여 세차운동의 주파수와 동일한 주파수의 RF 신호를 대상체에게 전송한 후 RF 펄스의 전송을 중단하고, 대상체로부터 방출되는 RF 에코 펄스를 수신할 수 있다.
RF 코일부(53)는 원자핵의 종류에 대응하는 무선 주파수를 갖는 전자파를 생성하는 송신 RF 코일과, 원자핵으로부터 방사된 전자파를 수신하는 수신 RF 코일로서 각각 구현되거나 또는 송/수신 기능을 함께 갖는 하나의 RF 송수신 코일로서 구현될 수도 있다. 또한, RF 코일부(53)외에, 별도의 코일이 대상체에 장착될 수도 있다. 예를 들어, 촬영 부위 또는 장착 부위에 따라, 헤드 코일(Head coil), 척추 코일(spine coil), 몸통 코일(torso coil), 무릎 코일(knee coil) 등이 별도의 코일로 이용될 수 있다.
스캐너(50)의 외측 및/또는 내측에는 디스플레이부(56)가 마련될 수 있다. 디스플레이부(56)는 제어부(30)에 의해 제어되어, 사용자 또는 대상체에게 의료 영상 촬영과 관련된 정보를 제공할 수 있다.
또한, 스캐너(50)에는 대상체의 상태에 관한 모니터링정보를 획득하여 전달하는 대상체 모니터링정보 획득부가 마련될 수 있다. 예를 들어, 대상체 모니터링정보 획득부(미도시)는 대상체의 움직임, 위치 등을 촬영하는 카메라(미도시), 대상체의 호흡을 측정하기 위한 호흡 측정기(미도시), 대상체의 심전도를 측정하기 위한 ECG 측정기(미도시), 또는 대상체의 체온을 측정하기 위한 체온 측정기(미도시)로부터 대상체에 관한 모니터링정보를 획득하여 제어부(30)로 전달할 수 있다. 이에 따라, 제어부(30)는 대상체에 관한 모니터링정보를 이용하여 스캐너(50)의 동작을 제어할 수 있다. 이하에서는 제어부(30)에 대해 살펴보도록 한다.
제어부(30)는 스캐너(50)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.
제어부(30)는 스캐너(50) 내부에서 형성되는 신호들의 시퀀스를 제어할 수 있다. 제어부(30)는 오퍼레이팅부(10)로부터 수신받은 펄스 시퀀스(pulse sequence) 또는 설계한 펄스 시퀀스에 따라 경사자장 형성부(52) 및 RF 코일부(53)를 제어할 수 있다.
펄스 시퀀스란, 경사자장 형성부(52), 및 RF 코일부(53)를 제어하기 위해 필요한 모든 정보를 포함하며, 예를 들어 경사자장 형성부(52)에 인가하는 펄스(pulse) 신호의 강도, 인가 지속시간, 인가 타이밍 등에 관한 정보 등을 포함할 수 있다.
제어부(30)는 펄스 시퀀스에 따라 경사 파형, 즉 전류 펄스를 발생시키는 파형 발생기(미도시), 및 발생된 전류 펄스를 증폭시켜 경사자장 형성부(52)로 전달하는 경사 증폭기(미도시)를 제어하여, 경사자장 형성부(52)의 경사자장 형성을 제어할 수 있다.
제어부(30)는 RF 코일부(53)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(30)는 공명 주파수의 RF 펄스를 RF 코일부(53)에 의해 조사할 수 있고, RF 코일부(53)가 수신한 RF 에코 신호를 수신할 수 있다. 이때, 제어부(30)는 제어신호를 통해 송수신 방향을 조절할 수 있는 스위치(예컨대, T/R 스위치)의 동작을 제어하여, 동작 모드에 따라 RF 펄스의 조사 및 자기공명신호의 수신을 조절할 수 있다.
제어부(30)는 대상체가 위치하는 테이블부(55)의 이동을 제어할 수 있다. 촬영이 수행되기 전에, 제어부(30)는 대상체의 촬영 부위에 맞추어, 테이블부(55)를 미리 이동시킬 수 있다.
제어부(30)는 디스플레이부(56)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(30)는 제어신호를 통해 디스플레이부(56)의 온/오프 또는 디스플레이부(56)를 통해 표시되는 화면 등을 제어할 수 있다.
제어부(30)는 MRI 시스템(1) 내 구성요소들의 동작을 제어하기 위한 알고리즘, 프로그램 형태의 데이터를 저장하는 메모리(미도시), 및 메모리에 저장된 데이터를 이용하여 전술한 동작을 수행하는 프로세서(미도시)로 구현될 수 있다. 이때, 메모리와 프로세서는 각각 별개의 칩으로 구현될 수 있다. 또는, 메모리와 프로세서는 단일 칩으로 구현될 수도 있다.
오퍼레이팅부(10)는 MRI 시스템(1)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 오퍼레이팅부(10)는 영상 처리부(11), 입력부(12) 및 출력부(13)를 포함할 수 있다.
영상 처리부(11)는 메모리를 이용하여 제어부(30)로부터 수신 받은 자기공명신호를 저장하고, 이미지 프로세서를 이용하여 영상 복원 기법을 적용함으로써, 저장한 자기공명신호로부터 대상체에 대한 영상 데이터를 생성할 수 있다.
예를 들어, 영상 처리부(11)는 메모리의 k-공간(예컨대, 푸리에(Fourier) 공간 또는 주파수 공간이라고도 지칭됨)에 디지털 데이터를 채워 k-공간 데이터가 완성되면, 이미지 프로세서를 통해 다양한 영상 복원기법을 적용하여(예컨대, k-공간 데이터를 역 푸리에 변환하여) k-공간 데이터를 영상 데이터로 복원할 수 있다.
또한, 영상 처리부(11)가 자기공명신호에 대해 적용하는 각종 신호 처리는 병렬적으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 다채널 RF 코일에 의해 수신되는 복수의 자기공명신호를 병렬적으로 신호 처리하여 영상 데이터로 복원할 수도 있다. 한편, 영상 처리부(11)는 복원한 영상 데이터를 메모리에 저장하거나 또는 후술할 바와 같이 제어부(30)가 통신부(60)를 통해 외부의 서버에 저장할 수 있다.
입력부(12)는 사용자로부터 MRI 시스템(1)의 전반적인 동작에 관한 제어 명령을 입력 받을 수 있다. 예를 들어, 입력부(12)는 사용자로부터 대상체 정보, 파라미터 정보, 스캔 조건, 펄스 시퀀스에 관한 정보 등을 입력 받을 수 있다. 입력부(12)는 키보드, 마우스, 트랙볼, 음성 인식부, 제스처 인식부, 터치 스크린 등으로 구현될 수 있다.
출력부(13)는 영상 처리부(11)에 의해 생성된 영상 데이터를 출력할 수 있다. 또한, 출력부(13)는 사용자가 MRI 시스템(1)에 관한 제어 명령을 입력 받을 수 있도록 구성된 유저 인터페이스(User Interface, UI)를 출력할 수 있다. 출력부(13)는 스피커, 프린터, 디스플레이 등으로 구현될 수 다.
한편, 도 1에서는 오퍼레이팅부(10), 제어부(30)를 서로 분리된 객체로 도시하였으나, 전술한 바와 같이, 하나의 기기에 함께 포함될 수도 있다. 또한, 오퍼레이팅부(10), 및 제어부(30) 각각에 의해 수행되는 프로세스들이 다른 객체에서 수행될 수도 있다. 예를 들어, 영상 처리부(11)는, 제어부(30)에서 수신한 자기공명신호를 디지털 신호로 변환하거나 또는, 제어부(30)가 직접 변환할 수도 있다.
MRI 시스템(1)은 통신부(60)를 포함하며, 통신부(60)를 통해 외부 장치(미도시)(예를 들면, 서버, 의료 장치, 휴대 장치(스마트폰, 태블릿 PC, 웨어러블 기기 등))와 연결할 수 있다.
통신부(60)는 외부 장치와 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 구성 요소를 포함할 수 있으며, 예를 들어 근거리 통신 모듈(미도시), 유선 통신 모듈(61) 및 무선 통신 모듈(62) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
한편, 상술한 자기공명영상장치(1)에 의한 자기공명촬영은 비교적 긴 시간이 소요될 수 있는데, 이 시간 동안 대상체의 움직임(예를 들어, 환자의 심장 박동, 호흡 등)이 존재하면, 최종적으로 획득되는 자기공명영상 신호에는 아티팩트(Artifact)가 발생할 수 있다. 따라서, 움직임이 발생될 가능성이 높은 대상체의 경우에는, 자기공명영상촬영 시 영상에 대한 정보 이외에 움직임에 대한 정보를 추가적으로 획득할 필요가 있다.
만약, 영상 정보 획득과 별개로, 움직임 정보를 위한 RF 펄스를 조사하여 내비게이터 에코(Navigator Echo) 신호를 획득하는 경우, 영상 정보와 움직임 정보를 나누어 획득하므로 전체 촬영 시간이 증가할 수 있다. 또한, 영상 정보를 획득하기 위한 촬영 중간에 움직임 정보를 획득하기 위한 촬영이 수반되므로, 심장 영역에 대한 자기공명촬영 시 많이 이용되는 정상 상태(Steady State) 영상 기법을 적용할 수 없다.
따라서, 개시된 실시예에 따른 자기공명영상장치(1) 및 그 제어방법은 주기마다 대상체의 영상 정보 및 움직임 정보를 포함하는 RF 에코 신호를 수신하고, 수신된 RF 에코 신호로부터 움직임 정보가 제거된 자기공명 영상을 생성할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 자기공명영상장치의 시퀀스 다이어그램이고, 도 3은 일 실시예에 따른 자기공명영상장치에 의해 촬영된 k-공간의 영상이고, 도 4는 일 실시예에 따른 자기공명영상장치에 의해 촬영된 자기공명영상이다. 도 2에서 RF는 RF 코일부(53)에 의해 조사되는 RF 펄스의 시퀀스를 의미하고, SL은 경사자장 형성부(52)가 인가하는 Z축 경사자장의 시퀀스를 의미하고, RE는 경사자장 형성부(52)가 인가하는 Y축 경사자장의 시퀀스를 의미하고, RO는 RF 코일부(53)에 의해 수신되는 RF 에코 신호의 시퀀스를 의미할 수 있다.
도 2를 참조하면, RF 코일부(53)는 주기마다 α˚의 플립 각도(Flip Angle)를 가지는 제 1 RF 펄스 및 β˚의 플립 각도를 가지는 제 2 RF 펄스를 조사할 수 있다. 여기서, 제 1 RF 펄스는 영상 정보를 얻기 위한 RF 펄스이고, 제 2 RF 펄스는 움직임 정보를 얻기 위한 RF 펄스일 수 있다. 특히, 제 2 RF 펄스는 주기마다 위상이 반대가 될 수 있다. 즉, 제 1 주기에서의 제 2 RF 펄스 위상이 0˚ 였다면, 제 2 주기에서의 RF 펄스 위상은 180˚이 되고, 제 3 주기에서의 RF 펄스 위상은 다시 0˚가 될 수 있다. 이는 후술할 추적 에코 성분을 용이하게 제거하기 위한 것으로, 자세한 설명은 후술한다.
따라서, 제 1 RF 펄스가 조사될 때, 경사자장 형성부(52)는 영상화를 원하는 관심 단면 S1이 선택되도록 Z축 경사자장을 대상체에 인가할 수 있다. 또한, 제 2 RF 펄스가 조사될 때, 경사자장 형성부(52)는 움직임 발생이 예상되는 관심 단면 S2가 선택되도록 Z축 경사자장을 대상체에 인가할 수 있다. 이 때, 관심 단면 S2가 심장과 호흡의 움직임 정보를 모두 포함할 수 있도록, 움직임 발생이 예상되는 관심 단면 S2는 심장 영역과 간 영역을 지나는 평면으로 설정될 수 있다.
한편, 제 1 RF 펄스를 통해 영상 정보를 얻기 위해, 제 1 RF 펄스의 조사 이후 시점에 경사자장 형성부(52)는 위상 부호화(Phase Encoding)를 위한 Y축 경사자장을 대상체에 인가할 수 있다.
반면, 제 2 RF 펄스는 움직임 정보를 얻는데 그 목적이 있으므로, 제 2 RF 펄스의 조사 이후 시점에 경사자장 형성부(52)에 의한 위상 부호화가 수행되지 않을 수 있다.
최종적으로, RF 코일부(53)는 제 1 RF 펄스에 대응하여 생성된 영상 에코 성분(제 1 RF 펄스에 의한 영상 정보를 포함)과 제 2 RF 펄스에 대응하여 생성된 추적 에코 성분(제 2 RF 펄스에 의한 영상 정보 및 움직임 정보를 포함)을 포함하는 하나의 RF 에코 신호를 수신할 수 있다. 즉, 한 주기 내에 조사된 제 1 RF 펄스 및 제 2 RF 펄스에 대응하여, RF 코일부(53)는 하나의 RF 에코 신호를 수신할 수 있다. 따라서, 움직임에 의한 아티팩트가 배제되고 영상 정보로만 구성되는 자기공명영상을 획득하기 위해, 자기공명영상장치(1)는 수신된 RF 에코 신호에서 추적 에코 성분을 제거할 필요가 있다.
수신된 RF 에코 신호로부터 추적 에코 성분을 제거하기에 앞서, 영상 처리부(11)는 수신된 RF 에코 신호로부터 움직임 정보를 포함하는 추적 에코 성분을 제거할 수 있다. 먼저, 영상 처리부(11)는 RF 에코 신호를 메모리에 저장함으로써 k-공간을 형성할 수 있다. k-공간은 kx축과 ky축으로 이루어진 2차원 공간일 수 있으며, kx축은 주파수 방향이고, ky축은 위상 방향일 수 있다.
예를 들어, 20개의 서로 다른 Y축 경사자장에 대해 RF 에코 신호를 얻는 경우에는, ky축이 20개의 횡선 즉, 20개의 ky 라인들로 구성될 수 있고 각각의 Y축 경사 자장에 대해 획득된 RF 에코 신호가 하나의 ky 라인을 채울 수 있다. 따라서, 20개의 서로 다른 y축 경사자장에 대해 RF 에코 신호가 모두 얻어지면, 20개의 ky 라인이 모두 채워지면서 하나의 k-공간이 완성될 수 있다.
영상 처리부(11)는 이렇게 완성된 k-공간의 데이터를 이용하여 자기공명영상을 생성할 수 있다. 도 3 은 상술한 RF 에코 신호에 의해 형성된 k-공간 영상이고, 도 4는 도 3의 k-공간을 구성하는 k-공간 데이터를 이용하여 생성된 자기공명영상이다. 상술한 RF 에코 신호는 영상 에코 성분과 추적 에코 성분을 포함하므로, 이를 기초로 생성된 자기공명신호에는 각각의 에코 성분의 정보가 포함될 수 있다. 도 4에서는 제 1 RF 펄스에 대응하여 생성된 영상 에코 성분의 정보를 나타내는 관심 단면 S1과 제 2 RF 펄스에 대응하여 생성된 추적 에코 성분의 정보를 나타내는 관심 영역 S2가 함께 나타남을 확인할 수 있다.
도 4의 자기공명영상에서는 관심 영역 S2가 일 측면에 나타나는 경우를 예시한다. 이는 주기마다 제 2 RF 펄스의 위상을 반대로 설정한대서 기인하는 것으로, 수신되는 RF 에코 신호의 추적 에코 성분이 영상화되는 과정에서 관심 영역 S2는 위상 차이에 의해 영상의 일측 또는 양측으로 shift 될 수 있다. 그 결과, 관심 영역 S1과 S2가 서로 분리되어 자기공명영상상에 나타나므로, RF 에코 신호로부터 용이하게 추적 에코 성분을 제거할 수 있다.
상술한 바와 같이, RF 에코 신호가 저장된 k-공간의 데이터에서 추적 에코 성분의 제거 없이 자기공명영상으로 변환할 경우, 자기공명영상 상에 불필요한 관심 영역 S2가 나타날 수 있다. 따라서, 영상처리부는 k-공간 데이터로부터 추적 에코 성분을 먼저 제거한 후, 그 결과를 영상화할 수 있다.
추적 에코 성분을 제거하기 위해, 영상 처리부(11)는 <1>추적 에코 성분의 추정, <2>움직임 게이팅(Gating), <3>추적 에코 성분의 제거 의 단계를 수행할 수 있다.
먼저 영상 처리부(11)는 <1>추적 에코 성분을 추정할 수 있다. 이 단계에서 영상 처리부(11)는 k-공간 데이터 내의 추적 에코 성분을 추정함으로써, 추적 에코 성분에 포함된 움직임 정보를 추출해 낼 수 있다.
구체적으로, 영상 처리부(11)는 Slice-GRAPPA의 수식에 따라 k-공간 데이터로부터 추적 에코 성분을 추정할 수 있으며, 이는 수학식 1과 같다.
Figure 112017032481066-pat00001
여기서, Kj,S1+S2는 RF 에코 신호에 의해 구성된 k-공간의 데이터이고, Kj,S2는 k-공간 데이터의 추적 에코 성분이고, j, l은 RF 코일부(53)의 Index를 의미하고, b는k-공간의 위치 정보를 의미하고, Nb는 총 위치를 의미하고, n(j, b, l)은 가중치 계수를 의미할 수 있다.
RF 코일부(53)의 수신 코일은 복수의 채널을 가지므로, 수학식 1은 각각의 수신 코일에서 수신한 k-공간 데이터를 가중합하여 추적 에코 성분에 대한 정보를 추정할 수 있음을 의미할 수 있다.
수학식 1을 적용하기 위해, 영상 처리부(11)는 가중치 계수 n(j, b, l)을 탐색할 필요가 있다. 이를 위해, 자기공명영상장치(1)는 최초 제 2 RF 펄스만을 조사하여 k-공간 데이터를 획득한 후, 상술한 방법에 따라 RF 펄스를 조사할 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 자기공명영상장치가 가중치 계수를 탐색하는 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 6a는 일 실시예에 따른 자기공명영상장치의 k-공간 데이터의 kx방향으로의 1D 푸리에 변환 영상이고, 도 6b는 일 실시예에 따른 자기공명영상장치의 k-공간 데이터 중 추정된 추적 에코 성분의 kx 방향으로의 1D 푸리에 변환 영상이다. 도 5에서, 그래프는 시간에 따른 대상체의 움직임 커브를 의미하고, M1은 가중치 계수 탐색 구간(바람직하게는, 최초 2 내지 3초 내)이고, M2는 데이터 획득 구간이다.
상술한 바와 같이, 자기공명영상 촬영이 시작되면 최초에는 제 2 RF 펄스만을 조사하여 추적 에코 성분으로만 구성된 RF 에코 신호가 획득되고, 이후부터는 제 1 RF 펄스 및 제 2 RF 펄스의 조사에 따른 영상 에코 성분 및 추적 에코 성분을 포함하는 RF 에코 신호가 획득될 수 있다. 따라서, 도 5와 같이, 영상 처리부(11)는 가중치 계수 탐색 구간 M1에서 추적 에코 성분으로만 구성된 RF 에코 신호에 따른 k-공간 데이터와 그 다음 주기에서의 영상 에코 성분 및 추적 에코 성분을 포함하는 RF 에코 신호에 따른 k-공간 데이터를 비교함으로써 가중치 계수 n을 탐색할 수 있다.
도 5에서는 가중치 계수 탐색 구간 M1의 다양한 위치(도 5에서 X로 표시), 즉 대상체의 다양한 움직임 상태에서 가중치 계수 n을 탐색하는 경우를 예시한다. RF 코일부(53)의 수신 코일은 대상체의 움직임에 따라 발생하는 자기장의 변화에 반응할 수 있으므로, 각각의 움직임 상태에 대한 가중치 계수 n을 각각 탐색할 필요가 있다.
가중치 계수 n의 탐색이 완료되면, 이를 수학식 1에 적용하여 k-공간 데이터 중 추적 에코 성분 KS2를 추정할 수 있다. 그 결과, 도 6a의 영상이 수학식 1에 입력되면, 도 6b의 영상이 출력될 수 있다. 참고로, 도 6a의 영상은 2 개의 k-공간 데이터를 시간 순서대로 나열한 영상으로 총 384(192x2)개의 위상 부호화 라인(PE Line)을 포함하며, 1.8초 동안 획득되었다.
이렇게 추정된 추적 에코 성분 KS2는 수신 코일의 민감도, 가중치 계수의 오차 등의 요인에 따라 미세한 오차가 존재할 수 있다. 따라서, 영상 처리부(11)는 추정된 추적 에코 성분 KS2를 움직임 정보를 추출하기 위해서만 이용할 수 있다.
수학식 1의 결과에 따른 도 6b의 영상을 참조하면, 심장의 움직임 정보를 나타낸 C 영역과, 호흡의 움직임 정보를 나타낸 R 영역을 포함함을 확인할 수 있다. 이처럼, 추정된 추적 에코 성분 KS2에는 움직임 정보가 포함되므로, 영상 처리부(11)는 이와 같은 움직임 정보를 수치화할 수 있다.
영상 처리부(11)는 추정된 추적 에코 성분 KS2으로부터 움직임 정보를 수치화하기 위해 공지된 다양한 방법 중 어느 하나를 채택할 수 있다. 예를 들어, 영상 처리부(11)는 Center Of Mass(COM)을 이용하여 추적 에코 성분KS2으로부터 움직임 정보를 수치화할 수 있으며, 무게 중심을 구하는 식은 수학식 2와 같다.
Figure 112017032481066-pat00002
여기서, COM은 무게 중심을 의미하고, Iproj(x)는 KS2를 kx 방향으로 1D 푸리에 변환(Fourier Transform)한 값을 의미할 수 있다.
COM 값을 획득한 후, 영상 처리부(11)는 심장 움직임에 대응되는 대역 통과 필터(BW: 50~120bpm 또는 0.5hz~2hz) 와 호흡 움직임에 대응되는 대역 통과 필터(BW: 0.1hz~0.4hz)를 획득한 COM에 적용할 수 있다.
이를 통해, 영상 처리부(11)는 대상체의 움직임 정보를 수치화 할 수 있고, 그에 따라 후술할 게이팅(Gating)에 이용되는 유효 범위를 설정할 수 있다. 여기서, 유효 범위는 호흡에 있어서 날숨의 끝부분과 같이 움직임이 최소화 되어 안정적으로 영상 정보를 획득할 수 있는 범위를 의미할 수 있으며, 후술할 게이팅에서 게이팅 윈도우(Gating Window)로서 역할을 수행할 수 있다.
움직임 정보를 통해 유효 범위의 설정이 완료되면, 영상 처리부(11)는 <2>움직임 게이팅을 수행할 수 있다. 여기서 게이팅이란, 복수의 k-공간 각각을 구성하는 데이터를 움직임 정보와 동기화한 후, 유효 범위에 속하는 k-공간 데이터에 대하여 동일 위상에서 획득된 데이터를 누적함으로써, 하나의 k-공간을 재구성하는 과정을 의미할 수 있다. 게이팅 과정을 통해, 영상 처리부(11)는 k-공간 데이터로부터 움직임 정보를 제거할 수 있다.
이하에서는 움직임 정보가 게이팅된 k-공간 데이터를 Gs1+S2라 한다.
게이팅된 k-공간 데이터를 Gs1+S2를 획득한 후, 영상 처리부(11)는 <3>추적 에코 성분의 제거 를 수행할 수 있다. 도 7 내지 9는 일 실시예에 따른 자기공명영상장치의 추적 에코 성분을 제거하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
상술한 바와 같이, 추적 에코 성분에는 움직임 정보와 함께 관심 단면 S2에 대한 영상 정보가 포함될 수 있다. 도 7은 일 실시예에 따른 게이팅된 k-공간 데이터를 Gs1+S2에 기초하여 생성된 자기공명영상으로, 영상 양측에 노이즈 영상이 존재함을 확인할 수 있다. 이는 관심 단면 S2에 대한 영상 정보가 자기공명영상에 포함되었음을 타나낸다.
게이팅을 통해 움직임 정보가 제거되었음에도 추적 에코 성분에는 아직 불필요한 관심 단면 S2의 영상 정보가 포함되므로, 영상 처리부(11)는 게이팅된 k-공간 데이터 Gs1+S2로부터 게이팅된 추적 에코 성분 GS2를 제거할 필요가 있다.
게이팅된 k-공간 데이터 Gs1+S2는 영상 에코 성분의 모든 위상 부호화 라인 마다 동일한 DC 성분으로서 게이팅된 추적 에코 성분이 부가된 형태로 표현될 수 있으며, 이는 수학식 3과 같다.
Figure 112017032481066-pat00003
여기서, Gs1+S2는 게이팅된 k-공간 데이터를 의미하고, Gs1는 게이팅된 k-공간 데이터의 영상 에코 성분을 의미하고, GS2는 게이팅된 k-공간 데이터의 추적 에코 성분을 의미할 수 있다.
이 때, 게이팅된 추적 에코 성분GS2는 위상 부호화 방향으로 구성된 위상 부호화 성분이 동일하거나 매우 유사하기 때문에, low Rank 한 성질을 가질 수 있다. 반면, 게이팅된 영상 에코 성분GS1은 위상 부호화 성분이 서로 다르기 때문에 low Rank하지 않을 수 있다. 또한, 게이팅된 영상 에코 성분GS1은 고주파 영역에서 위상 부호화 성분의 크기가 게이팅된 추적 에코 성분GS2 에 비해 매우 작다. 따라서, 영상 처리부(11)는 이와 같은 특성에 기초하여 Gs1+S2으로부터 GS2를 제거할 수 있다.
구체적으로, 먼저 영상 처리부(11)는 게이팅된 k-공간 데이터 Gs1+S2의 고주파 성분을 추출할 수 있다. 상술한 바와 같이, 고주파 영역에서 추적 에코 성분GS2의 특성이 더욱 잘 드러나기 때문이다. 영상 처리부(11)는 추출된 고주파 성분에 기초하여 게이팅된 k-공간 데이터 Gs1+S2의 k-공간을 재구성할 수 있다.
그 다음, 영상 처리부(11)는 게이팅된 k-공간 데이터 Gs1+S2에 SVD(Singular Value Decomposition)를 적용하여 PCA(Principal Component Analysis)를 수행할 수 있다. Rank가 1에 가까운 추적 에코 성분은 주성분(Principal Component) 주변에 위치하게 되고, 그렇지 않은 영상 에코 성분은 주성분 이외의 벡터 공간에 위치할 수 있다. 따라서, 가장 큰 고유값(Eigen Value) λ에 대응되는 고유 벡터(Eigen Vector)를 확인함으로써, 게이팅된 추적 에코 성분GS2 의 고유 벡터(Eigen Vector)를 획득할 수 있다.
마지막으로, 영상 처리부(11)는 게이팅된 추적 에코 성분GS2 의 고유 벡터를 제외한 고유 벡터 공간에 게이팅된 k-공간 데이터 Gs1+S2를 사영(Projection)시킴으로써, 게이팅된 영상 에코 성분GS1 만을 분리해 낼 수 있다.
도 8은 도 7의 영상으로부터 제거된 게이팅된 추적 에코 성분GS2 의 자기공명영상이고, 도 9는 도 7의 영상으로부터 분리된 게이팅된 영상 에코 성분GS1 의 자기공명영상을 나타낸다. 최종적으로 획득된 도 9의 영상에서는 대상체의 움직임 정보가 배제되었을 뿐만 아니라, 움직임 정보를 추적하기 위한 추적 에코 성분의 관심 영역 S2에 대한 영상 정보 까지 제거되었음을 확인할 수 있다.
한편, 충분한 시간 동안 K s1+S2를 획득하지 못하여 일부 위상 부호화 라인에 데이터가 저장되지 못할 수도 있다. 이 경우, 영상 처리부(11)에서 최종적으로 획득하는 게이팅된 영상 에코 성분GS1 역시 under sampling pattern을 갖게 될 수 있다. 이 경우, 영상 처리부(11)는 비어있는 위상 부호화 라인에 병렬 영상(Parallel Imaging) 방법을 적용하여 영상을 복원할 수 있다.
마지막으로 출력부(13)는 움직임 정보가 배제되고 영상 정보만으로 구성되는 자기공명영상, 예를 들어 도 9의 영상, 을 시각적으로 출력할 수 있다. 사용자는 이를 통해 보다 정확한 대상체의 해부학적 정보를 수집할 수 있다.
지금까지는 고유 벡터를 이용하여 추적 에코 성분을 제거하는 실시예에 대하여 설명하였다. 그러나, 영상 처리부(11)는 이와 상이한 방법에 따라, 게이팅된 k-공간 데이터로부터 게이팅된 추적 에코 성분을 제거할 수도 있다.
이하에서는 게이팅된 k-공간 데이터로부터 게이팅된 추적 에코 성분을 제거하는 다른 실시예에 대하여 설명하며, 상술한 실시예와의 구분을 위해 게이팅된 k-공간 데이터를 Sacq로 하고, 게이팅된 영상 에코 성분을 Sim으로 하며, 게이팅된 추적 에코 성분을 Snav로 표기한다.
도 10 내지 12는 다른 실시예에 따른 자기공명영상장치의 추적 에코 성분을 제거하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 다른 실시예에 따른 게이팅된 k-공간 데이터 Sacq 및 Sacq 를 2차원 푸리에 변환하여 획득한 자기공명영상 Iacq 를 도시한 도면이다.
도 10을 참조하면, 게이팅된 k-공간 데이터 Sacq는 상단에 ky 방향으로 형성되는 관심 단면 S2에 대한 영상 정보를 포함할 수 있고, 그 결과 Sacq 를 2차원 푸리에 변환하여 획득한 자기공명영상 Iacq 는 양측에 노이즈가 존재할 수 있다.
이를 제거하기 위해, 영상 처리부(11)는 게이팅된 k-공간 데이터를 Sacq에서 ky방향으로 인접한 두 개의 성분을 합할 수 있다. 구체적으로, 영상 처리부(11)는 수학식 4에 따라 Sacq를 처리함으로써, ky방향으로 인접한 두 개의 성분을 합해진 Sim esti 를 획득할 수 있다.
Figure 112017032481066-pat00004
여기서, Sim esti 는 게이팅된 영상 에코 성분 Sim을 획득하기 위한 중간 단계의 결과 값을 의미할 수 있다. 또한, 게이팅된 추적 에코 성분 Snav는 경사자장 형성부(52)에 의한 위상 부호화가 수행되지 않아 ky가 0이므로. 이를 고려하여 N값이 설정될 수 있다.
상술한 바와 같이, 움직임 정보를 얻기 위한 제 2 RF 펄스는 주기마다 위상이 반대이므로, 게이팅된 추적 에코 성분 Snav 중 ky방향으로 인접한 성분간의 합은 수학식 5에 따라 연산될 수 있다.
Figure 112017032481066-pat00005
수학식 5를 참조하면, ky 방향으로 연속하는 인접 성분을 합함으로써 게이팅된 추적 에코 성분이 Snav 을 제거될 수 있다.
상술한 과정을 통해 Sim esti 이 획득되면, 영상 처리부(11)는 Sim esti 으로부터 게이팅된 영상 에코 성분을 Sim 이 2D 푸리에 변환된 Iim 을 획득할 수 있다. 이 때, 영상 처리부(11)는 수학식 6을 따를 수 있다.
Figure 112017032481066-pat00006
여기서, Iim esti 는 게이팅된 영상 에코 성분 Sim을 2D 푸리에 변환한 결과이고, Iim 은 게이팅된 영상 에코 성분 Sim 을 2D 푸리에 변환한 결과를 의미할 수 있다. 또한, W(y)는 Sim esti 로부터 Sim을 획득하기 위한 매그니튜드 윈도우(Magnitude Window)를 의미할 수 있다.
수학식 6을 참조하면, 영상 처리부(11)는 Iim esti 를 W(y)로 나눔으로써, 게이팅된 영상 에코 성분 Sim 이 2D 푸리에 변환된 Iim 을 획득할 수 있다. 이렇게 획득된 영상 Iim은 대상체의 움직임 정보 뿐만 아니라, 움직임 정보를 추적하기 위한 추적 에코 성분의 관심 영역 S2에 대한 영상 정보 까지 제거된 영상일 수 있다.
도 11은 다른 실시예에 따른 Sim esti 및 Sim esti 를 2차원 푸리에 변환하여 획득한 자기공명영상 Iim esti 를 도시한 도면이고, 도 12는 일 실시예에 따른 매그니튜드 윈도우 W(y)를 예시한 도면이다.
도 11을 참조하면, 상술한 바와 같이, Sim esti 에서 추적 에코 성분, 구체적으로 관심 단면 S2에 대한 영상 정보가 제거 되었음을 확인할 수 있다. 그 결과, Sim esti 를 2차원 푸리에 변환하여 획득한 자기공명영상 Iim esti 에서도 양측에 존재하던 노이즈가 제거되었음을 확인할 수 있다. 영상 처리부(11)는 도 12와 같은 매그니튜드 윈도우 W(y)를 이용하여 Iim esti 로부터 Iim 을 획득할 수 있다.
도 13은 일 실시예에 따른 자기공명영상장치(1) 제어방법의 흐름도이다.
먼저, 자기공명영상장치(1)는 제 1 단면의 영상 정보 획득을 위한 제1 RF 펄스, 및 제 2 단면의 움직임 정보 획득을 위한 제 2 RF 펄스를 조사하는 RF 펄스 시퀀스에 따라 RF 펄스를 조사할 수 있다.(910) 이 때, 조사되는 제 2 RF 펄스는 주기마다 위상이 반대일 수 있다.
그 다음, 자기공명영상장치(1)는 제 1 RF 펄스에 대응하여 생성된 영상 에코 성분 및 제 2 RF 펄스에 대응하여 생성된 추적 에코 성분을 포함하는 k-공간 데이터를 획득할 수 있다.(920) 구체적으로 자기공명영상장치(1)는 영상 에코 성분 및 추적 에코 성분을 포함하는 RF 에코 신호를 수신하고, 수신된 RF 에코 신호를 메모리에 저장함으로써 k-공간을 구성할 수 있다.
k-공간이 구성되면, 자기공명영상장치(1)는 획득된 k-공간 데이터의 추적 에코 성분으로부터 움직임 정보를 확인할 수 있다.(930) 이를 위해, 자기공명영상장치(1)는 상술한 수학식 1에 따라 추적 에코 성분을 추정할 수 있고, 추정된 추적 에코 성분의 무게 중심을 이용하여 움직임 정보를 확인할 수 있다. 이 때, 자기공명영상장치(1)는 움직임 정보에 따라 유효 범위를 함께 설정할 수 있다.
움직임 정보를 확인한 후, 자기공명영상장치(1)는 확인된 움직임 정보에 k-공간 데이터를 동기화시켜 게이팅(Gating)을 수행할 수 있다.(940) 여기서 게이팅이란, 복수의 k-공간 각각을 구성하는 데이터를 움직임 정보와 동기화한 후, 유효 범위에 속하는 k-공간 데이터에 대하여 동일 위상에서 획득된 데이터를 누적함으로써, 하나의 k-공간을 재구성하는 과정을 의미할 수 있다. 게이팅 과정을 통해, 영상 처리부(11)는 k-공간 데이터로부터 움직임 정보를 제거할 수 있다.
다음으로, 자기공명영상장치(1)는 게이팅된 k-공간 데이터에서 추적 에코 성분을 제거할 수 있다.(950)
일 실시예에 따른 자기공명영상장치(1)는 추적 에코 성분의 고유 벡터를 이용하여 게이팅된 k-공간 데이터에서 추적 에코 성분을 제거할 수 있다. 구체적으로, 먼저 자기공명영상장치(1)는 게이팅 된 k-공간 데이터에서 추적 에코 성분의 고유 벡터(Eigen Vector)를 획득할 수 있다. 이를 위해, 자기공명영상장치(1)는 게이팅 된 k-공간 데이터의 고주파 성분을 이용할 수 있다.
고유 벡터를 획득한 후, 자기공명영상장치(1)는 획득된 추적 에코 성분의 고유 벡터를 이용하여 k-공간 데이터에서 추적 에코 성분을 제거할 수 있다. 구체적으로, 자기공명영상장치(1)는 추적 에코 성분의 고유 벡터에 k-공간 데이터를 사영(Projection)시킴으로써 추적 에코 성분을 제거할 수 있다.
이와는 달리, 다른 실시예에 따른 자기공명영상장치(1)는 게이팅된 k-공간 데이터 중 ky방향으로 인접한 두 개의 성분을 합하여, 상기 게이팅된 k-공간 데이터로부터 상기 추적 에코 성분을 제거할 수도 있다. 움직임 정보를 얻기 위한 제 2 RF 펄스는 주기마다 위상이 반대이므로, 게이팅된 추적 에코 성분 중 ky방향으로 인접한 성분을 합함으로써 추적 에코 성분을 제거할 수 있다.
마지막으로, 자기공명영상장치(1)는 추적 에코 성분이 제거된 k-공간 데이터를 이용하여 자기공명영상을 생성할 수 있다.
1: 자기공명영상장치
10: 오퍼레이팅부
11: 영상 처리부
12: 입력부
13: 출력부
52: 경사자장 형성부
53: RF 코일부

Claims (20)

  1. 주기마다 대상체의 제 1 단면에 대한 제 1 RF 펄스 및 상기 대상체의 제 2 단면에 대한 제 2 RF 펄스를 조사하고, 상기 제 1 RF 펄스에 대응하여 생성된 영상 에코 성분 및 상기 제 2 RF 펄스에 대응하여 생성된 추적 에코 성분을 포함하는 RF 에코 신호를 수신하는 RF 코일부;
    상기 수신된 RF 에코 신호에 기초하여 k-공간을 구성하고, 상기 추적 에코 성분으로부터 움직임 정보를 획득하고, 상기 획득된 움직임 정보에 상기 k-공간의 데이터를 동기화하고, 상기 동기화된 k-공간 데이터로부터 상기 추적 에코 성분을 제거하고, 상기 추적 에코 성분이 제거된 상기 k-공간 데이터를 이용하여 자기공명영상을 생성하는 영상 처리부; 및
    상기 생성된 자기공명영상을 표시하는 출력부; 를 포함하는 자기공명영상장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 RF 코일부는,
    인접한 상기 주기의 상기 제 2 RF 펄스 위상이 서로 반대가 되도록 동작하는 자기공명영상장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 RF 펄스 조사 후 상기 제 2 RF 펄스 조사 전, 위상 부호화(Phase Encoding)를 위한 경사자장을 상기 대상체에 인가하는 경사자장 형성부; 를 더 포함하는 자기공명영상장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 영상 처리부는,
    상기 추적 에코 성분의 주파수 성분 별 무게 중심을 이용하여 상기 대상체의 움직임 정보를 획득하는 자기공명영상장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 영상 처리부는,
    상기 움직임 정보에 의해 결정된 유효 범위 내에 속하는 상기 동기화된 k-공간 데이터를 추출하고, 상기 추출된 k-공간 데이터에서 상기 추적 에코 성분을 제거하는 자기공명영상장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 영상 처리부는,
    상기 주기마다 반복하여 조사된 상기 제 1 RF 펄스 및 상기 제 2 RF 펄스에 의해 상기 k-공간이 복수 개 구성된 경우, 상기 복수의 k-공간에서 추출된 상기 k-공간 데이터 중 동일 위상에서 획득된 데이터를 누적하여 하나의 k-공간을 재구성하고, 상기 재구성된 하나의 k-공간의 데이터에서 상기 추적 에코 성분을 제거하는 자기공명영상장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 영상 처리부는,
    상기 추적 에코 성분의 고유 벡터(Eigen Vector)를 이용하여 상기 동기화된 k-공간 데이터로부터 상기 추적 에코 성분을 제거하는 자기공명영상장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 영상 처리부는,
    상기 동기화된 k-공간 데이터 중 미리 정해진 기준 주파수 이상의 주파수 성분을 이용하여 상기 추적 에코 성분의 상기 고유 벡터를 획득하고, 상기 추적 에코 성분의 상기 고유 벡터를 제외한 고유 벡터 공간에 상기 동기화된 k-공간 데이터를 사영(Projection)시켜, 상기 동기화된 k-공간 데이터로부터 상기 추적 에코 성분을 제거하는 자기공명영상장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 영상 처리부는,
    상기 동기화된 k-공간 데이터 중 ky방향으로 인접한 두 개의 성분을 합하여, 상기 동기화된 k-공간 데이터로부터 상기 추적 에코 성분을 제거하는 자기공명영상장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 영상 처리부는,
    상기 추적 에코 성분이 제거된 상기 k-공간 데이터를 병렬 영상(Parallel Imaging) 방법을 통해 복원하고, 상기 복원된 k-공간 데이터를 이용하여 상기 자기공명영상을 생성하는 자기공명영상장치.
  11. RF 코일부에 의해, 주기마다 대상체의 제 1 단면에 대한 제 1 RF 펄스 및 상기 대상체의 제 2 단면에 대한 제 2 RF 펄스를 조사하는 단계;
    상기 RF 코일부에 의해, 상기 제 1 RF 펄스에 대응하여 생성된 영상 에코 성분 및 상기 제 2 RF 펄스에 대응하여 생성된 추적 에코 성분을 포함하는 RF 에코 신호를 수신하는 단계;
    영상 처리부에 의해, 상기 수신된 RF 에코 신호에 기초하여 k-공간을 구성하는 단계;
    상기 영상 처리부에 의해, 상기 추적 에코 성분으로부터 움직임 정보를 획득하는 단계;
    상기 영상 처리부에 의해, 상기 획득된 움직임 정보에 상기 k-공간의 데이터를 동기화하는 단계;
    상기 영상 처리부에 의해, 상기 동기화된 k-공간 데이터로부터 상기 추적 에코 성분을 제거하는 단계;
    상기 영상 처리부에 의해, 상기 추적 에코 성분이 제거된 상기 k-공간 데이터를 이용하여 자기공명영상을 생성하는 단계; 및
    출력부에 의해, 상기 생성된 자기공명영상을 표시하는 단계; 를 포함하는 자기공명영상장치의 제어방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 RF 펄스 및 상기 제 2 RF 펄스를 조사하는 단계는,
    인접한 상기 주기의 상기 제 2 RF 펄스 위상이 서로 반대가 되도록, 상기 제 2 RF 펄스를 조사하는 자기공명영상장치의 제어방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    경사자장 형성부에 의해, 상기 주기마다 상기 제 1 RF 펄스 조사 후 상기 제 2 RF 펄스 조사 전, 위상 부호화(Phase Encoding)를 위한 경사자장을 상기 대상체에 인가하는 단계; 를 더 포함하는 자기공명영상장치의 제어방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 움직임 정보에 상기 k-공간 데이터를 동기화하는 단계는,
    상기 추적 에코 성분의 주파수 성분 별 무게 중심을 이용하여 상기 대상체의 움직임 정보를 획득하고, 상기 획득된 움직임 정보에 상기 k-공간 데이터를 동기화하는 자기공명영상장치의 제어방법.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 동기화된 k-공간 데이터로부터 상기 추적 에코 성분을 제거하는 단계는,
    상기 움직임 정보에 의해 결정된 유효 범위 내에 속하는 상기 동기화된 k-공간 데이터를 추출하는 단계; 및
    상기 추출된 k-공간 데이터에서 상기 추적 에코 성분을 제거하는 단계; 를 포함하는 자기공명영상장치의 제어방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 추출된 k-공간 데이터에서 상기 추적 에코 성분을 제거하는 단계는,
    상기 주기마다 반복하여 조사된 상기 제 1 RF 펄스 및 상기 제 2 RF 펄스에 의해 상기 k-공간이 복수 개 구성된 경우, 상기 복수의 k-공간에서 추출된 상기 k-공간 데이터 중 동일 위상에서 획득된 데이터들을 누적하여 하나의 k-공간을 재구성하는 단계; 및
    상기 재구성된 하나의 k-공간의 데이터에서 상기 추적 에코 성분을 제거하는 단계; 를 포함하는 자기공명영상장치의 제어방법.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 동기화된 k-공간 데이터로부터 상기 추적 에코 성분을 제거하는 단계는,
    상기 추적 에코 성분의 고유 벡터(Eigen Vector)를 이용하여 상기 동기화된 k-공간 데이터로부터 상기 추적 에코 성분을 제거하는 자기공명영상장치의 제어방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 동기화된 k-공간 데이터로부터 상기 추적 에코 성분을 제거하는 단계는,
    상기 동기화된 k-공간 데이터 중 미리 정해진 기준 주파수 이상의 주파수 성분을 이용하여 상기 추적 에코 성분의 상기 고유 벡터를 획득하고, 상기 추적 에코 성분의 상기 고유 벡터를 제외한 고유 벡터 공간에 상기 동기화된 k-공간 데이터를 사영(Projection)시켜, 상기 동기화된 k-공간 데이터로부터 상기 추적 에코 성분을 제거하는 자기공명영상장치의 제어방법.
  19. 제 11 항에 있어서,
    상기 동기화된 k-공간 데이터로부터 상기 추적 에코 성분을 제거하는 단계는,
    상기 동기화된 k-공간 데이터 중 ky방향으로 인접한 두 개의 성분을 합하여, 상기 동기화된 k-공간 데이터로부터 상기 추적 에코 성분을 제거하는 자기공명영상장치의 제어방법.
  20. 제 11 항에 있어서,
    상기 자기공명영상을 생성하는 단계는,
    상기 추적 에코 성분이 제거된 상기 k-공간 데이터를 병렬 영상(Parallel Imaging) 방법을 통해 복원하고, 상기 복원된 k-공간 데이터를 이용하여 상기 자기공명영상을 생성하는 자기공명영상장치의 제어방법.
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