KR102028126B1

KR102028126B1 - 자기 공명 영상 장치 및 자기 공명 영상 생성 방법

Info

Publication number: KR102028126B1
Application number: KR1020170125405A
Authority: KR
Inventors: 서현석; 박현욱; 김준수; 소서희; 이대호
Original assignee: 삼성전자주식회사; 한국과학기술원
Priority date: 2017-09-27
Filing date: 2017-09-27
Publication date: 2019-10-02
Anticipated expiration: 2037-09-27
Also published as: EP3462206A1; US11085983B2; CN109549645A; KR20190036313A; US20190094324A1

Abstract

개시된 자기 공명 영상 장치는 프로세서 및 프로세서에 연결된 메모리를 포함하고, 메모리는 프로세서에서 실행될 때 프로세서가:
하나의 반복 시간(TR) 동안, 슬라이스 선택 방향, 위상 인코딩 방향, 주파수 인코딩 방향 각각에 가해지는 그라디언트의 총 합이 0이 되도록 하고, 대상체의 스핀들이 정상 상태에 있도록 하는 그라디언트 에코 펄스 시퀀스를 인가하고,
그라디언트 에코 펄스 시퀀스가 연속적으로 인가될 때, 제1 플립 각을 갖는 제1 RF 펄스 및 제1 플립 각과는 상이한 제2 플립 각을 갖는 제2 RF 펄스를, 각각의 TR 마다 번갈아 인가하고,
스핀들이 정상 상태일 때에 획득되는 에코 신호에 기초하여 자기 공명 영상을 생성하도록 하는 명령을 저장할 수 있다.

Description

자기 공명 영상 장치 및 자기 공명 영상 생성 방법{MAGNETIC RESONANCE IMAGE APPARATUS AND METHOD OF GENERATING MAGNETIC RESONANCE IMAGE}

자기 공명 영상 장치 및 자기 공명 영상 생성 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 다양한 대조도를 갖는 자기 공명 영상을 생성하는 자기 공명 영상 장치 및 그에 따른 자기 공명 영상 생성 방법에 관한 것이다.

자기 공명 영상 장치는 자기장을 이용해 피사체를 촬영하는 장치로, 뼈는 물론 디스크, 관절, 신경 인대, 심장 등을 원하는 각도에서 입체적으로 보여주기 때문에 정확한 질병 진단을 위해서 널리 이용되고 있다.

자기 공명(MR) 영상은 연부 조직의 콘트라스트가 큰 근골격계(MSK) 질환의 진단에 있어서 다양한 정보를 제공해줄 수 있다. 그러나, 근골격계에 포함되는 지방은 연골과 활액으로부터의 신호를 차단하기 때문에, 근골격계의 자기 공명 영상 촬영시에는 지방 신호에 의해 다른 신호들이 차단되는 것을 방지하기 위해 지방 억제 기술이 기존의 시퀀스에 추가로 적용될 수 있다.

예를 들어, 화학 시프트 스펙트럼 선택성 (Chemical shift spectral selective, CHESS) 기술, 짧은 반전 시간 반전 복구 (short inversion time inversion recovery, STIR) 기술, 스펙트럼 단열 반전 복구(spectral adiabatic inversion recovery), 스펙트럼 감쇄 반전 복구 (SPAIR), 딕슨 기법 (3-6)등의 기술이 적용되는 경우, 지방이 억제된 대조도의 근골격계 영상을 획득할 수 있다.

그러나, 이와 같은 지방 억제 기술을 사용하는 경우, 자기 공명 영상 촬영을 반복하여야 하기 때문에 시간이 많이 소요되며, 지방 억제 기술은 지방 신호뿐만 아니라 뼈에 대한 정보까지 제거할 수 있기 때문에, 원하는 콘트라스트를 획득하는 데에 한계가 있었다.

한편, MR 신호의 정상 상태를 이용한 bSSFP (Balanced steady-state free precession)를 이용하는 경우, 높은 신호 대 잡음비(SNR)를 제공하면서 영상 신호를 빠르게 획득할 수 있기 때문에, 근골격계, 가슴, 뇌 혈관 영상을 촬영하는 데에 bSSFP 펄스 시퀀스가 적용되고 있다. 일본 특허 공개공보 특개 2009-50605(문헌 명칭: 자기 공명 이미징 장치 및 프로그램, 공개일: 2009년 3월 12일)는 bSSFP 펄스 시퀀스를 이용하여 서로 다른 플립 앵글을 갖는 RF 펄스를 송신하고, 송신된 RF 펄스를 통해 생성된 제1 화상 및 제2 화상을 가산하여 합성 화상을 획득하는 기술에 관하여 개시하고 있다.

그러나 bSSFP 펄스 시퀀스를 사용하여 촬영에 의해 다양한 대조도를 갖는 영상을 획득하고자 하는 경우에 긴 촬영 시간을 필요로 하기 때문에 환자에게 불편함을 주고, 환자의 움직임에 의해 영상 품질이 악화되는 문제점이 발생할 수 있다.

변형된 bSSFP 펄스 시퀀스를 적용하여 지방 억제 기술을 적용하지 않고도, 단시간에 T1, T2, PD 영상을 포함하는 다양한 대조도를 갖는 영상을 획득할 수 있도록 한다.

변형된 bSSFP 펄스 시퀀스를 사용하여 다양한 대조도를 갖는 영상들을 한번의 시퀀스에 의해 획득할 수 있게 되므로 기존의 방식에 따라 각각의 대조도에 대한 영상들을 획득하는 것에 비해 시간을 단축시킬 수 있도록 한다.

일 실시예에 따른 자기 공명 영상 장치는 프로세서 및 프로세서에 연결된 메모리를 포함하고, 메모리는 프로세서에서 실행될 때 프로세서가:

하나의 반복 시간(TR) 동안, 슬라이스 선택 방향, 위상 인코딩 방향, 주파수 인코딩 방향 각각에 가해지는 그라디언트의 총 합이 0이 되도록 하고, 대상체의 스핀들이 정상 상태에 있도록 하는 그라디언트 에코 펄스 시퀀스를 인가하고,

그라디언트 에코 펄스 시퀀스가 연속적으로 인가될 때, 제1 플립 각을 갖는 제1 RF 펄스 및 제1 플립 각과는 상이한 제2 플립 각을 갖는 제2 RF 펄스를, 각각의 TR 마다 번갈아 인가하고,

스핀들이 정상 상태일 때에 획득되는 에코 신호에 기초하여 자기 공명 영상을 생성하도록 하는 명령을 저장할 수 있다.

일 실시예에 따른 메모리는 프로세서에서 실행될 때 프로세서가:

제1 RF 펄스를 인가한 후에 발생되는 제1 정상 상태에서 제1 자기 공명 신호를 획득하고,

제2 RF 펄스를 인가한 후에 발생되는 제2 정상 상태에서 제2 자기 공명 신호를 획득하고,

제1 자기 공명 신호에 기초하여 획득된 제1 자기 공명 영상과 제2 자기 공명 신호에 기초하여 획득된 제2 자기 공명 영상의 복소수 합인 합영상 및 제1 자기 공명 영상과 제2 자기 공명 영상의 복소수 차인 차영상 중 적어도 하나를 획득하도록 하는 명령을 저장할 수 있다.

합영상 및 차영상의 가중합에 기초하여 서로 다른 대조도를 갖는 복수개의 영상을 획득하도록 하는 명령을 저장할 수 있다.

합영상 및 차영상의 가중합을 통해, T1 영상, T2 영상 및 양성자 밀도(proton density, PD) 영상 중 적어도 하나의 영상을 획득하도록 하는 명령을 저장할 수 있다.

합영상 및 차영상의 가중합을 통해, T1 영상, T2 영상 및 양성자 밀도(proton density, PD) 영상 중 적어도 하나의 영상에 있어서 지방 신호가 억제된 영상을 획득하도록 하는 명령을 저장할 수 있다.

일 실시예에 따른 합영상은 양성자 밀도 영상의 대조도와 유사한 대조도를 갖는, 자기 공명 영상 장치.

일 실시예에 따른 대상체는 연골을 포함하고, 차영상은 연골에 대한 정보를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 그라디언트 에코 펄스 시퀀스는 SSFP(steady-state free precession) 영상 기법을 이용한 것일 수 있다.

일 실시예에 따른 자기 공명 영상 장치는 디스플레이부를 더 포함하고,

메모리는 프로세서에서 실행될 때 프로세서가:

획득된 서로 다른 대조도를 갖는 복수개의 영상을 디스플레이하도록 하는 명령을 더 저장할 수 있다.

일 실시예에 따른 자기 공명 영상 장치는 정자장 및 경사자장이 형성되며, 대상체로부터 방출되는 자기 공명 신호를 수신하는 스캐너를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 자기 공명 영상 생성 방법은 하나의 반복 시간(TR) 동안, 슬라이스 선택 방향, 위상 인코딩 방향, 주파수 인코딩 방향 각각에 가해지는 그라디언트의 총 합이 0이 되도록 하고, 대상체의 스핀들이 정상 상태에 있도록 하는 그라디언트 에코 펄스 시퀀스를 인가하는 단계;

그라디언트 에코 펄스 시퀀스가 연속적으로 인가될 때, 제1 플립 각을 갖는 제1 RF 펄스 및 제1 플립 각과는 상이한 제2 플립 각을 갖는 제2 RF 펄스를, 각각의 TR 마다 번갈아 인가하는 단계; 및

스핀들이 정상 상태일 때에 획득되는 에코 신호에 기초하여 자기 공명 영상을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

변형된 bSSFP 펄스 시퀀스를 적용하여 지방 억제 기술을 적용하지 않고도, 단시간에 T1, T2, PD 영상을 포함하는 다양한 대조도를 갖는 영상을 획득할 수 있게 된다.

변형된 bSSFP 펄스 시퀀스를 사용하여 다양한 대조도를 갖는 영상들을 한번의 시퀀스에 의해 획득할 수 있게 되므로 기존의 방식에 따라 각각의 대조도에 대한 영상들을 획득하는 것에 비해 시간을 단축시킬 수 있다.

도 1a 내지 도 1c는 SSFP 및 bSSFP 에 기초하여 자기 공명 영상을 획득하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 변형된 bSSFP 방식을 나타내는 펄스 시퀀스를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 공명 영상 장치(300)를 나타내는 블록도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 자기 공명 영상 장치(300)에서 자기 공명 영상을 생성하기 위한 방법의 흐름도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 자기 공명 영상 장치(300)에서 자기 공명 영상을 생성하기 위한 방법의 흐름도이다.
도 6은 합영상과 차영상을 조합하여 다양한 대조도를 갖는 영상을 획득하기 위한 방법을 도시한 블록도이다.
도 7은 일 실시예에 따라 획득된 다양한 대조도를 갖는 영상들을 기존의 방식에 따라 획득된 영상들과 비교한 것을 나타낸다.
도 8은 일반적인 MRI 시스템(1)의 개략도이다.

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. 이하 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명의 작용 원리 및 실시예들에 대해 설명한다.

본 명세서에서 영상은 자기 공명 영상(MRI) 장치, 컴퓨터 단층 촬영(CT) 장치, 초음파 촬영 장치, 또는 엑스레이 촬영 장치 등의 자기 공명 영상 디스플레이 장치에 의해 획득된 의료 영상을 포함할 수 있다.

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.

MRI 시스템은 자기 공명(magnetic resonance, MR) 신호를 획득하고, 획득된 자기 공명 신호를 영상으로 재구성한다. 자기 공명 신호는 대상체로부터 방사되는 RF 신호를 의미한다.

MRI 시스템은 주자석이 정자장(static magnetic field)을 형성하여, 정자장 속에 위치한 대상체의 특정 원자핵의 자기 쌍극자 모멘트 방향을 정자장 방향으로 정렬시킨다. 경사자장 코일은 정자장에 경사 신호를 인가하여, 경사자장을 형성시켜, 대상체의 부위 별로 공명 주파수를 다르게 유도할 수 있다.

RF 코일은 영상 획득을 원하는 부위의 공명 주파수에 맞추어 RF 신호를 조사할 수 있다. 또한, RF 코일은 경사자장이 형성됨에 따라, 대상체의 여러 부위로부터 방사되는 서로 다른 공명 주파수의 MR 신호들을 수신할 수 있다. 이러한 단계를 통해 MRI 시스템은 영상 복원 기법을 이용하여 MR 신호로부터 영상을 획득한다.

도 1a 내지 도 1c는 SSFP 및 bSSFP 에 기초하여 자기 공명 영상을 획득하는 것을 설명하기 위한 도면이다.

SSFP 펄스 시퀀스는 그라디언트 에코 펄스 시퀀스의 일종으로, SSFP 펄스 시퀀스를 이용하는 경우, 하나의 TR 동안 인가되는 그라디언트의 합을 0으로 해줌으로써 RF 펄스에 기초하여 발생하는 스핀들의 횡자화 신호(또는 자기 공명 신호)를 매 TR 마다 정상 상태에 있게 한 상태에서 신호를 획득할 수 있다. SSFP 펄스 시퀀스에 따르면, 일반적으로 대상체의 스핀의 T1 시간 및 T2 시간에 비해 매우 짧은 TR로 RF 펄스가 반복하여 송신된다.

도 1a 및 도 1b를 참조하면 하나의 TR 동안 인가된 페이즈 인코딩 그라디언트의 총 합이 0 되도록 하여 스핀들의 정상상태를 유지할 수 있도록 한다. SSFP 방식은 SSFP- FID 및 SSFP-Echo 로 구분될 수 있다.

도 1a에는 SSFP- FID 방식을 나타내는 펄스 시퀀스가 도시된다.

RF 는 대상체에 인가되는 RF 펄스를 나타낸다. 도 1a에서, 매 TR 마다 대상체에 인가되는 RF 펄스의 플립각(flip angle)의 크기는 모두 α˚로 동일하다.

Gss, Gro, Gpe는 각각 시간의 흐름에 따라 인가되는 슬라이스 선택 그라디언트(Gss), 리드아웃 그라디언트(Gro) 및 페이즈 인코딩 그라디언트(Gpe)를 나타낼 수 있다. 리드아웃 그라디언트(Gro)는 주파수 인코딩 그라디언트에 대응될 수 있다.

리드아웃 방향으로는 추가 그라디언트(extra gradients)(131)가 인가되고, 페이즈 인코딩 방향으로는 페이즈 인코딩 그라디언트(141)와 크기는 동일하고 방향이 반대인 리와인더(rewinder) 그라디언트(143)가 인가될 수 있다. 리와인더(rewinder) 그라디언트(143)는 하나의 TR (111) 동안 인가된 페이즈 인코딩 그라디언트의 총 합이 0 되도록 하여 스핀들의 정상상태를 유지하도록 하기 위한 것이다.

RF 펄스에 의해서 발생한 스핀들의 FID 신호에 따른 에코 신호(151)는, 하나의 TR 동안 리드아웃 방향으로 인가된 그라디언트의 합이 0이 되는 지점에서 가장 크게 나타나고, 이 지점에서 획득된 신호를 이용하여 영상을 복원할 수 있다. 일반적으로, 이와 같은 에코 신호를 이용하여 스핀들의 주파수 정보를 인코딩하는 것에 의해 k 공간 데이터를 획득하게 된다. SSFP-FID 방식은 FISP(Fast Imaging with Steady-state Precession), GRASS(Gradient Recall Acquisition using Steady States), FFE (Turbo Field Echo) 등으로 불리고 있다.

도 1b에는 SSFP-Echo 방식을 나타내는 펄스 시퀀스가 도시된다.

SSFP-Echo 방식에 따르면 신호를 획득하기 직전에 인가되는 RF 펄스가 아닌, 그 이전에 인가된 RF 펄스에 의해서 발생하는 스핀들의 에코 신호(181)를 이용하여 영상을 획득할 수 있다. 도 1b에 도시된 시간의 흐름에 따라 인가되는 RF 펄스(RF), 슬라이스 선택 그라디언트(Gss), 리드아웃 그라디언트(Gro) 및 페이즈 인코딩 그라디언트(Gpe)는 도 1a에 도시된 것과 유사하다. 다만, 리드아웃 방향으로 인가되는 추가 그라디언트(163) 및 페이즈 인코딩 방향으로 인가되는 리와인더 그라디언트(173)를 인가해주는 순서는 도 1a에 도시된 추가 그라디언트 (131) 및 페이즈 인코딩 그라디언트(141)와 차이점이 있다.

도 1b를 참조하면, 하나의 TR 동안 리드아웃 방향으로 인가된 그라디언트의 합이 0이 되는 지점에서 스핀들의 에코 신호(181)가 가장 크게 나타나게 된다.

SSFP-Echo 방식은 PSIF (Reversed FISP), SSFP(Steady State Free Precession), T2-FFE(T2-weighted Fast Field Echo) 등으로 불리고 있다.

도 1c에는 bSSFP 방식을 나타내는 펄스 시퀀스가 도시된다.

bSSFP는 SSFP-FID에 따라 발생하는 에코 신호와, SSFP-Echo에 따라 발생하는 에코 신호가 더해진 신호(191)를 동일한 시점에서 한번에 획득할 수 있도록 하는 것이다. bSSFP 펄스 시퀀스에 따르면, SSFP와 마찬가지로 대상체의 스핀의 T1 시간 및 T2 시간에 비해 매우 짧은 TR로 RF 펄스가 반복하여 송신된다.

bSSFP 펄스 시퀀스에 따르면, 하나의 TR 동안 인가되는 전체 그라디언트의 벡터 합이 0이 되도록 하여 스핀들의 정상상태를 유지할 수 있도록 한다. 구체적으로, 도 1c를 참조하면, 하나의 TR 동안 인가된 슬라이스 선택 그라디언트(Gss), 리드아웃 그라디언트(Gro) 및 페이즈 인코딩 그라디언트(Gpe) 각각의 합은 모두 0이 된다.

이에 따르면, SSFP-FID에 따라 발생하는 에코 신호와, SSFP-Echo에 따라 발생하는 에코 신호를 모두 이용할 수 있기 때문에, 높은 신호 대 잡음비(SNR)를 갖는 영상을 획득할 수 있다.

bSSFP 방식은 True FISP, FIESTA(Fast Imaging Employing Steady-state Acquisition), b-FFE(Balanced Fast Field Echo) 등으로 불리고 있다.

한편, 도 1c에는 SSFP- FID에 따라 발생하는 에코 신호와, SSFP-Echo에 따라 발생하는 에코 신호가 동일한 시점에서 획득되는 경우에 대해 도시하였지만, SSFP-FID에 따라 발생하는 에코 신호와, SSFP-Echo에 따라 발생하는 에코 신호가 하나의 TR 내의 서로 다른 시점에서 획득되는 경우도 있다. 이와 같이 서로 다른 시점에서 획득된 SSFP-FID에 의한 신호와 SSFP-Echo에 의한 신호를 조합하여 영상 획득에 이용하는 방식을 FADE (FAst Double Echo) 또는 DESS(Double Echo Steady State)라고 한다.

도 2는 일 실시예에 따른 변형된 bSSFP 방식을 나타내는 펄스 시퀀스를 도시한다.

대상체에 대한 다양한 대조도의 자기 공명 영상을 획득하기 위해 변형된 bSSFP 시퀀스를 적용할 수 있다. 변형된 bSSFP는 hybrid bSSFP 또는 HbSSFP라고 칭할 수 있다. 대상체는 근골격계(MSK)를 포함할 수 있고, 예를 들어, 어께 무릎 등의 관절을 포함할 수 있다.

도 2에 도시된 HbSSFP 펄스 시퀀스에 따르면, SSFP와 마찬가지로 대상체의 스핀의 T1 시간 및 T2 시간에 비해 매우 짧은 TR로 RF 펄스가 반복하여 송신될 수 있다. 또한, 하나의 TR 동안 인가되는 전체 그라디언트의 벡터 합이 0이 되도록 하여 스핀들의 정상상태를 유지할 수 있도록 한다. 즉, HbSSFP 펄스 시퀀스에 따르면 하나의 TR 동안 인가된 슬라이스 선택 그라디언트(Gss), 리드아웃 그라디언트(Gro) 및 페이즈 인코딩 그라디언트(Gpe) 각각의 합은 모두 0이 된다.

도 2를 참조하면, 제1 플립 각을 갖는 RF 펄스인 제1 RF 펄스(211), 및 제1 플립 각과는 상이한 제2 플립 각을 갖는 RF 펄스인 제2 RF 펄스(213)가 각각의 TR 마다 번갈아 인가될 수 있다. 도 2에서는 제1 플립 각은 α˚ 로 도시되었고, 제2 플립각은 β˚으로 도시되었다.

일반적으로 하나의 TR은 하나의 RF 펄스를 인가해주는 시점에서부터 그 다음 RF 펄스를 인가해주는 시점까지를 의미할 수 있다. 예를 들어, 제1 TR (TR1)은 제1 RF 펄스(211)가 인가된 시점부터 제2 RF 펄스(213)가 인가된 시점까지를 의미할 수 있다.

이하에서는 편의상, TR 구간 내에서 RF 펄스가 인가되는 것으로 설명한다.

예를 들어, 편의상 제1 RF펄스(211)가 인가되는 시점은 제1 TR(TR1) 내에 포함되고, 제2 RF펄스(213)가 인가되는 시점은 제2 TR(TR2) 내에 포함되는 것으로 설명한다. 이에 따르면, 제2 TR(TR2)에 후속하는 제3 TR(TR3)에서 제1 펄스(211)에 대응되는 제1 플립각을 갖는 RF 펄스가 인가될 수 있다. 또한, 제3 TR(TR3)에 후속하는 TR에서 제2 RF 펄스(213)에 대응되는 제2 플립각을 갖는 RF 펄스가 인가될 수 있다.

HbSSFP 펄스 시퀀스에 따르면, 인가되는 RF 펄스의 플립 각을 매 TR마다 번갈아 가며 바꾸어주는 것에 의해 획득하고자 하는 다양한 대조도에 대한 정보를 획득할 수 있다.

또한, 인가되는 RF 펄스의 플립 각의 크기를 바꾸는 것과 동시에, 인가되는 RF 펄스의 방향을 변경시킬 수도 있다.

bSSFP 시퀀스를 적용하여 획득되는 자기 공명 신호는 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.

여기서 M은 RF 펄스가 인가된 이후의 스핀의 자화 벡터, M₀는 스핀의 초기 자화 백터, R_α는 α˚ 의 플립각을 갖는 RF 펄스로 인한 회전 행렬, Q는 세차운동과 T2 이완 행렬, E₁은 exp(-t/T1)을 의미한다.

bSSFP 시퀀스에 따르면, 스핀에 인가되는 RF 펄스의 플립 각에 따라 상이한 스핀의 자화 벡터 성분을 획득할 수 있고, 이에 따라 다양한 대조도에 대한 정보를 획득할 수 있다.

예를 들어, RF 펄스의 플립 각을 크게 설정하는 경우, T2 영상의 대조도에 가까운 대조도를 갖는 영상 신호에 대한 정보를 획득할 수 있다. RF 펄스의 플립 각을 작게 설정하는 경우, T1, T2, 양성자 밀도(PD) 등의 다양한 대조도를 갖는 영상 신호에 대한 정보를 획득할 수 있다. 또한 RF 펄스의 플립 각을 조절함에 따라, 에코 신호에 포함된 SSFP-FID 성분과 SSFP-Echo 성분의 세기를 조절할 수 있다.

수학식 2에서 M_α 는 α˚의 플립 각을 갖는 RF 펄스가 인가된 이후의 자화 벡터를 의미할 수 있다. α˚의 플립 각을 갖는 RF 펄스가 인가된 이후에는 스핀들이 제1 정상 상태(Steady state 1)에 있게 된다.

수학식 3에서 M_β는 β의 플립 각을 갖는 RF 펄스가 인가된 이후의 자화 벡터를 의미하고, R_β는 β플립 각을 갖는 RF 펄스로 인한 회전 행렬을 의미할 수 있다.

β˚의 플립 각을 갖는 RF 펄스가 인가된 이후에는 스핀들이 제2 정상 상태(Steady state 2)에 있게 된다.

M_α는 제1 자기 공명 신호에 대응될 수 있고, M_β는 제2 자기 공명 신호에 대응될 수 있다.

도 2에 도시된 HbSSFP 펄스 시퀀스에 따르면 서로 다른 RF 펄스가 인가된 이후에 획득되는 제1 자기 공명 신호에 의해 획득되는 제1 자기 공명 영상 및 제2 자기 공명 신호에 의해 획득되는 제2 자기 공명 영상을 조합하는 것에 의해, 다양한 대조도에 대한 영상을 획득할 수 있다.

예를 들어, RF 펄스들의 플립 각들(α˚및 β˚)의 크기가 작았을 때, 제1 자기 공명 영상 및 제2 자기 공명 영상의 차영상을 통해 연골이 강조된 정보를 획득할 수 있고, 제1 자기 공명 영상 및 제2 자기 공명 영상의 합영상을 통해 기존의 bSSFP 시퀀스를 통해서 획득되는 대조도와 유사한 해부학적인 정보를 획득할 수 있다.

여기서, 제1 자기 공명 영상 및 제2 자기 공명 영상은 복소 평면상의 영상일 수 있다. 또한, 합영상은 제1 자기 공명 신호에 기초하여 획득된 제1 자기 공명 영상과 제2 자기 공명 신호에 기초하여 획득된 제2 자기 공명 영상의 복소수 합에 기초하여 획득되는 영상이고, 차영상은 제1 자기 공명 영상과 제2 자기 공명 영상의 복소수 차에 기초하여 획득되는 영상일 수 있다.

또한, 제1 자기 공명 영상 및 제2 자기 공명 영상의 차영상과 합영상의 가중합을 통해서 연골과 뼈에 대한 다양한 대조도를 갖는 자기 공명 영상을 획득할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 공명 영상 장치(300)를 나타내는 블록도이다.

자기 공명 영상 장치(300)는 HbSSFP 펄스 시퀀스에 기초하여 대상체의 자기 공명 영상을 획득하기 위한 장치일 수 있다.

도 3을 참고하면, 자기 공명 영상 장치(300)는 디스플레이부(310), 프로세서(320) 및 메모리(330)를 포함한다.

자기 공명 영상 장치(300)는 정자장 및 경사자장이 형성되며, 대상체로부터 방출되는 자기 공명 신호를 수신하는 스캐너를 포함하는 자기 공명 영상(Magnetic Resonance Imaging: MRI) 장치일 수 있다. 또한, 자기 공명 영상 장치(300)는 자기 공명 영상 장치에 연결되어 자기 공명 영상 장치를 제어하기 위한 장치일 수 있다. 이 경우, 자기 공명 영상 장치(300)는 자기 공명 영상 장치를 제어하기 위한 콘솔에 포함될 수 있다.

디스플레이부(310)는 자기 공명 영상 장치(300)가 자기 공명 영상 장치 내에 포함된 것일 수 있다. 또한, 디스플레이부(310)는 자기 공명 영상 장치(300)에 부착되어 동작할 수도 있다.

일 실시예에 따른 프로세서(320)는 메모리(330)에 저장된 명령을 실행시킬 수 있다.

또한, 프로세서(320)는 메모리(330)에 저장된 자기 공명 신호 데이터 또는 외부 장치(도시되지 않음)로부터 수신된 자기 공명 신호 데이터에 기초하여 자기 공명 영상을 획득하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 자기 공명 신호 데이터는 스캐너(미도시)로부터 수신된 자기 공명 신호를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 메모리(330)는 프로세서(320)에서 실행될 때 프로세서(320)가 수행하는 명령을 저장할 수 있다.

예를 들어, 메모리(330)는 자기 공명 영상 장치(300)를 구동하고 제어하기 위한 다양한 데이터, 프로그램 또는 어플리케이션을 저장할 수 있다. 메모리(330)에 저장되는 프로그램은 하나 이상의 명령들을 포함할 수 있다. 메모리(330)에 저장된 프로그램 또는 어플리케이션은 프로세서(320)에 의해 실행될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 프로세서(320)는 하나의 반복 시간(TR) 동안, 슬라이스 선택 방향, 위상 인코딩 방향, 주파수 인코딩 방향 각각에 가해지는 그라디언트의 총 합이 0이 되도록 하고, 대상체의 스핀들이 정상 상태에 있도록 하는 그라디언트 에코 펄스 시퀀스를 인가하도록 제어할 수 있다.

또한, 프로세서(320)는 그라디언트 에코 펄스 시퀀스가 연속적으로 인가될 때, 제1 플립 각을 갖는 제1 RF 펄스 및 제1 플립 각과는 상이한 제2 플립 각을 갖는 제2 RF 펄스를, 각각의 TR 마다 번갈아 인가하고, 스핀들이 정상 상태일 때에 획득되는 에코 신호에 기초하여 자기 공명 영상을 생성하도록 제어할 수 있다.

또한, 프로세서(320)는 제1 RF 펄스를 인가한 후에 발생되는 제1 정상 상태에서 제1 자기 공명 신호를 획득하고, 제2 RF 펄스를 인가한 후에 발생되는 제2 정상 상태에서 제2 자기 공명 신호를 획득하도록 제어할 수 있다.

또한, 프로세서(320)는 제1 자기 공명 신호에 기초하여 획득된 제1 자기 공명 영상과 제2 자기 공명 신호에 기초하여 획득된 제2 자기 공명 영상의 복소수 합인 합영상 및 제1 자기 공명 영상과 제2 자기 공명 영상의 복소수 차인 차영상 중 적어도 하나를 획득하도록 제어할 수 있다.

또한, 프로세서(320)는 합영상 및 차영상의 가중합에 기초하여 서로 다른 대조도를 갖는 복수개의 영상을 획득하도록 제어할 수 있다. 합영상 및 차영상은 복소 평면 상의 영상일 수도 있고, 복소수 값의 크기 정보만을 갖는 영상일 수도 있다.

합영상 또한, 프로세서(320)는 합영상 및 차영상의 가중합을 통해, T1 영상, T2 영상 및 양성자 밀도(proton density, PD) 영상 중 적어도 하나의 영상을 획득하도록 제어할 수 있다.

또한, 프로세서(320)는 합영상 및 차영상의 가중합을 통해, T1 영상, T2 영상 및 양성자 밀도(proton density, PD) 영상 중 적어도 하나의 영상에 있어서 지방 신호가 억제된 영상을 획득하도록 제어할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 합영상은 양성자 밀도 영상의 대조도와 유사한 대조도를 갖는 영상일 수 있다.

일 실시예에 따르면, 대상체는 연골을 포함하고, 차영상은 연골에 대한 정보를 포함하는 영상일 수 있다.

프로세서(320)는 획득된 서로 다른 대조도를 갖는 복수개의 영상을 디스플레이부(310)에 디스플레이하도록 제어할 수 있다.

도 4는 일 실시예에 따른 자기 공명 영상 장치(300)에서 자기 공명 영상을 생성하기 위한 방법의 흐름도이다.

단계 S410에서, 자기 공명 영상 장치(300)는 하나의 반복 시간(TR) 동안, 슬라이스 선택 방향, 위상 인코딩 방향, 주파수 인코딩 방향 각각에 가해지는 그라디언트의 총 합이 0이 되도록 하고, 대상체의 스핀들이 정상 상태에 있도록 하는 그라디언트 에코 펄스 시퀀스를 인가할 수 있다(S410).

예를 들어, 단계 S410에서, 자기 공명 영상 장치(300)는 변형된 bSSFP 펄스 시퀀스 또는 HbSSFP 펄스 시퀀스를 인가할 수 있다.

단계 S420에서, 자기 공명 영상 장치(300)는 그라디언트 에코 펄스 시퀀스가 연속적으로 인가될 때, 제1 플립 각을 갖는 제1 RF 펄스 및 제1 플립 각과는 상이한 제2 플립 각을 갖는 제2 RF 펄스를, 각각의 TR 마다 번갈아 인가할 수 있다(S420).

단계 S430에서, 자기 공명 영상 장치(300)는 스핀들이 정상 상태일 때에 획득되는 에코 신호에 기초하여 자기 공명 영상을 생성할 수 있다(S430).

자기 공명 영상 장치(300)서로 다른 RF 펄스가 인가된 이후에 획득되는 제1 자기 공명 신호에 의해 획득되는 제1 자기 공명 영상 및 제2 자기 공명 신호에 의해 획득되는 제2 자기 공명 영상을 조합하는 것에 의해, 다양한 대조도를 갖는 영상을 획득할 수 있다.

도 5는 일 실시예에 따른 자기 공명 영상 장치(300)에서 자기 공명 영상을 생성하기 위한 방법의 흐름도이다.

단계 S510 및 단계 S520은 도 4의 단계 S410 및 단계 S420과 대응되므로 설명을 생략한다.

일 실시예에 따라 자기 공명 영상 장치(300)는 HbSSFP 시퀀스를 적용하여, 정상 상태에서 자기 공명 신호를 획득할 수 있다.

단계 S530에서, 자기 공명 영상 장치(300)는 제1 RF 펄스를 인가한 후에 발생되는 제1 정상 상태에서 제1 자기 공명 신호를 획득할 수 있다(S530).

단계 S540에서, 자기 공명 영상 장치(300)는 제2 RF 펄스를 인가한 후에 발생되는 제2 정상 상태에서 제2 자기 공명 신호를 획득할 수 있다(S540).

일 실시예에 따르면, 제1 플립 각을 갖는 RF 펄스가 인가된 이후에는 스핀들이 제1 정상 상태에 있게 되고, 제2 플립 각을 갖는 RF 펄스가 인가된 이후에는 스핀들이 제2 정상 상태에 있게 된다. 제1 플립 각을 갖는 RF 펄스인 제1 RF 펄스를 인가한 후에, 제1 정상 상태에서 제1 자기 공명 영상을 획득할 수 있다. 또한, 제1 플립 각과는 상이한 제2 플립 각을 갖는 RF 펄스인 제2 RF 펄스를 인가한 후에, 제2 정상 상태에서 제2 자기 공명 영상을 획득할 수 있다.

단계 S550에서, 자기 공명 영상 장치(300)는 제1 자기 공명 신호에 기초하여 획득된 제1 자기 공명 영상과 제2 자기 공명 신호에 기초하여 획득된 제2 자기 공명 영상의 복소수 합인 합영상 및 제1 자기 공명 영상과 제2 자기 공명 영상의 복소수 차인 차영상 중 적어도 하나를 획득할 수 있다(S550).

자기 공명 영상 장치(300)는 합영상과 차영상을 조합함으로써 다양한 대조도를 갖는 영상을 획득할 수 있다. 합영상과 차영상을 조합한 것은 합영상 및 차영상의 크기 값의 가중합일 수 있다.

도 6은 합영상과 차영상을 조합하여 다양한 대조도를 갖는 영상을 획득하기 위한 방법을 도시한 블록도이다.

자기 공명 영상 장치(300)는 HbSSFP 시퀀스를 적용하여, 정상 상태에서 자기 공명 신호를 획득할 수 있다. 자기 공명 영상 장치(300)는 M_α로부터 획득되는 복소 평면상의 영상인 제1 자기 공명 영상(601) 및 M_β로부터 획득되는 복소 평면상의 영상인 제2 자기 공명 영상(603)의 복소수 합인 합영상(611)과 제1 자기 공명 영상(601)과 제2 자기 공명 영상(603)의 복소수 차인 차영상(613)을 획득할 수 있다.

M_α는 도 2에서 설명한 제1 자기 공명 신호에 대응될 수 있고, M_β는 도 2에서 설명한 제2 자기 공명 신호에 대응될 수 있다.

예를 들어, HbSSFP 펄스 시퀀스에 따라, 인가되는 RF 펄스의 플립 각을 매 TR마다 번갈아 가며 바꾸어주었을 때, 제1 플립 각을 갖는 RF 펄스인 제1 RF 펄스가 인가된 후의 제1 정상 상태에서 M_α가 획득될 수 있다. 또한, 제1 플립 각과는 상이한 제2 플립 각을 갖는 RF 펄스인 제2 RF 펄스가 인가된 후의 제2 정상 상태에서 M_β가 획득될 수 있다.

자기 공명 영상 장치(300)는 크기와 위상 정보를 갖는 합영상(611)의 크기 값에 대응되는 영상(621)을 획득할 수 있다. 영상(621)은 해부학적 정보를 포함할 수 있다.

또한, 자기 공명 영상 장치(300)는 크기와 위상 정보를 갖는 차영상(613)의 크기 값에 대응되는 영상(623)을 획득할 수 있다. 영상(623)은 연골 정보를 포함할 수 있다.

자기 공명 영상 장치(300)는 영상(621)과 영상(623)에 가중치(w)를 적용한 것을 합하여 다양한 대조도를 갖는 영상(631)을 획득할 수 있다.

예를 들어, RF 펄스들의 플립 각들(α 및 β)의 크기가 작았을 때, 제1 자기 공명 영상 및 제2 자기 공명 영상의 차영상을 통해 연골이 강조된 정보를 획득할 수 있고, 제1 자기 공명 영상 및 제2 자기 공명 영상의 합영상을 통해 기존의 bSSFP 시퀀스를 통해서 획득되는 대조도와 유사한 해부학적인 정보를 획득할 수 있다. 예를 들어, α 및 β는 모두 45도보다 작게 설정될 수 있다.

한편, 일 실시예에 따라, RF 펄스들의 플립 각들 (α 및 β)의 차이가 큰 경우에, 획득되는 자기 공명 영상의 대조도는 플립 각을 갖는 RF 펄스에 의한 영향을 많이 받을 수 있다. 또한, α 및 β의 각도의 차이를 작게 했을 때는, M및 M을 조합하는 것에 의해 다양한 대조도에 대응되는 정보를 포함하는 자기 공명 신호를 획득할 수 있다.

일 실시예에 따라서, RF 펄스들의 플립 각들(α 및 β)의 크기가 작고, RF 펄스들의 플립 각들의 차이가 작을 때, 영상(621)과 영상(623)의 가중치(w)를 조절함에 의해 보다 다양한 대조도를 갖는 영상을 획득할 수 있다.

도 7은 일 실시예에 따라 획득된 다양한 대조도에 대한 영상들을 기존의 방식에 따라 획득된 영상들과 비교한 것을 나타낸다.

자기 공명 영상 장치(300)는 HbSSFP 펄스 시퀀스에 기초하여 대상체의 자기 공명 영상을 획득할 수 있다. 예를 들어, TR은 5.0ms로, TE 는 2.5 ms로 설정될 수 있다. 또한, 제1 플립 각은 7°로, 제2 플립각은 10°로 설정될 수 있다. 또한, k 공간 데이터를 획득할 때의 Matrix size는 256×256으로 설정될 수 있다.

도 7을 참조하면, 대상체는 골병변, 연골, 연골 결손, 근육, 지방, 골수, 활액 등의 성분과 유사한 팬텀일 수 있다.

자기 공명 영상 장치(300)는 합영상(721) 및 차영상(723)을 획득할 수 있다. 예를 들어, 합영상(721)은 도 6에서 설명한 영상(621)에 대응될 수 있고, 차영상(723)은 도 6에서 설명한 영상(623)에 대응될 수 있다.

구체적으로, 합영상(721)은 M_α로부터 획득되는 복소 평면상의 영상인 제1 자기 공명 영상(도 6의 601 참조) 및 M_β로부터 획득되는 복소 평면상의 영상인 제2 자기 공명 영상(도 6의 603 참조)의 복소수 합에 기초하여 획득된 영상일 수 있다. 예를 들어, 합영상(721)은 제1 자기 공명 영상 및 제2 자기 공명 영상의 복소수 합의 크기 정보만을 포함하는 영상일 수 있다. M_α는 도 2에서 설명한 제1 자기 공명 신호에 대응될 수 있고, M_β는 도 2에서 설명한 제2 자기 공명 신호에 대응될 수 있다.

또한, 차영상(723)은 제1 자기 공명 영상(도 6의 601 참조)과 제2 자기 공명 영상(도 6의 603 참조)의 복소수 차에 기초하여 획득된 영상일 수 있다. 예를 들어, 차영상(723)은 제1 자기 공명 영상 및 제2 자기 공명 영상의 복소수 차의 크기 정보만을 포함하는 영상일 수 있다.

자기 공명 영상 장치(300)는 합영상(721)과 차영상(723)에 가중치(w)를 적용한 것을 합하여 다양한 대조도에 대한 영상들(731)을 획득할 수 있다.

예를 들어, 자기 공명 영상 장치(300)는 가중치(w)를 0으로 하였을 때, 지방이 억제된 PD 영상과 유사한 영상(PD-like_FS)을 획득할 수 있다. 가중치(w)를 0으로 한 영상은 합영상과 동일한 영상이다. 또한 가중치(w)를 -0. 75로 하였을 때, PD 영상과 유사한 영상(PD-like)을 획득할 수 있다. 또한, 가중치(w)를 -0. 9로 하였을 때, T₂ 영상과 유사한 영상(T₂-like)을 획득할 수 있다. 또한, 가중치(w)를 -0.33으로 하였을 때, T₁ 영상과 유사한 영상(T₁-like)을 획득할 수 있다.

또한, 자기 공명 영상 장치(300)는 기존의 방식 예를 들어, 고속 스핀 에코(FSE) 시퀀스, 그라디언트 에코(GRE) 시퀀스에 기초하여 대상체의 다양한 대조도에 대한 영상들(730)을 획득할 수도 있다. 다양한 대조도에 대한 영상들(730)은 지방이 억제된 PD 영상(PD_FS), PD 영상, T₂ 영상 및 T₁ 영상을 포함한다.

기존의 방식을 적용하여 획득된 지방이 억제된 PD 영상(PD_FS)은 예를 들어, 화학 시프트 스펙트럼 선택성 (Chemical shift spectral selective, CHESS) 기술이 적용된 영상일 수 있다.

도 7을 참조하면, 자기 공명 영상 장치(300)는 HbSSFP 펄스 시퀀스에 기초하여 4개의 대조도를 갖는 영상들(731)을 한번의 시퀀스에 의해 획득할 수 있게 된다.

도 7에는 자기 공명 영상 장치(300)가 획득한 4개의 대조도를 갖는 영상들(731)이 예시적으로 도시되었다. 자기 공명 영상 장치(300)는 가중치를 조절하여 도 7에 도시된 지방이 억제된 PD 영상(PD_FS), PD 영상, T2 영상 및 T1 영상 외에도 다른 대조도를 갖는 영상들을 획득할 수 있다. 예를 들어, 자기 공명 영상 장치(300)는 가중치를 조절하여 지방이 억제된 T1 영상, 지방이 억제된 T2 영상 등을 더 획득할 수도 있다.

기존의 방식에 따르면 서로 다른 시퀀스를 적용하여 복수개의 대조도들에 대한 영상들을 각각 획득하여야 한다. HbSSFP 펄스 시퀀스에 기초하여 4개의 대조도에 대한 영상들(731)을 획득하는 경우, 기존의 방식에 따라 4개의 대조도에 대한 영상들(730)을 획득하는 것에 비해 시간을 단축시킬 수 있다.

또한, 별도로 지방 억제 기술을 적용하지 않더라도, 가중치(w)를 0 으로 한 영상인 합영상(721)을 획득하는 것에 의해 지방이 억제된 PD 영상(PD_FS)을 얻을 수 있기 때문에, 기존의 기술보다 영상 획득 시간이 단축 될 수 있다.

도 8은 MRI 시스템(1)의 개략도이다.

도 8을 참조하면, MRI 시스템(1)은 오퍼레이팅부(10), 제어부(30) 및 스캐너(50)를 포함할 수 있다. 여기서, 제어부(30)는 도 8에 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 조사된다.

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 형성한다. 정자장 형성부(51)는 영구 자석으로 구현되거나 또는 냉각 코일을 이용한 초전도 자석으로 구현될 수도 있다.

경사자장 형성부(52)는 제어부(30)와 연결된다. 제어부(30)로부터 전송 받은 제어신호에 따라 정자장에 경사를 인가하여, 경사자장을 형성한다. 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 시킨다.

RF 코일부(53)는 제어부(30)와 연결되어, 제어부(30)로부터 전송 받은 제어신호에 따라 대상체에 RF 신호를 조사하고, 대상체로부터 방출되는 MR 신호를 수신할 수 있다. RF 코일부(53)는 세차 운동을 하는 원자핵을 향하여 세차운동의 주파수와 동일한 주파수의 RF 신호를 대상체에게 전송한 후 RF 신호의 전송을 중단하고, 대상체로부터 방출되는 MR 신호를 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.

디스플레이부(56)는 도 3의 디스플레이부(310)를 포함할 수 있다.

또한, 스캐너(50)에는 대상체의 상태에 관한 모니터링정보를 획득하여 전달하는 대상체 모니터링정보 획득부(미도시)가 마련될 수 있다. 예를 들어, 대상체 모니터링정보 획득부는 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 공급하여 RF 신호를 조사할 수 있고, RF 코일부(53)가 수신한 MR 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 신호의 조사 및 MR 신호의 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.

제어부(30)는 도 3에 도시된 프로세서(320) 및 메모리(330)를 포함할 수 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 MR 신호를 저장하고, 이미지 프로세서를 이용하여 영상 복원 기법을 적용함으로써, 저장한 MR 신호로부터 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 MR 신호에 대해 적용하는 각종 신호 처리는 병렬적으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 다채널 RF 코일에 의해 수신되는 복수의 MR 신호를 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 있다.

한편, 도 8에서는 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 MR 신호를 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.

통신부(60)가 외부 장치로부터 제어 신호 및 데이터를 수신하고, 수신된 제어 신호를 제어부(30)에 전달하여 제어부(30)로 하여금 수신된 제어 신호에 따라 MRI 시스템(1)을 제어하도록 하는 것도 가능하다.

또는, 제어부(30)가 통신부(60)를 통해 외부 장치에 제어 신호를 송신함으로써, 외부 장치를 제어부의 제어 신호에 따라 제어하는 것도 가능하다.

예를 들어 외부 장치는 통신부(60)를 통해 수신된 제어부(30)의 제어 신호에 따라 외부 장치의 데이터를 처리할 수 있다.

외부 장치에는 MRI 시스템(1)을 제어할 수 있는 프로그램이 설치될 수 있는바, 이 프로그램은 제어부(30)의 동작의 일부 또는 전부를 수행하는 명령어를 포함할 수 있다.

프로그램은 외부 장치에 미리 설치될 수도 있고, 외부장치의 사용자가 어플리케이션을 제공하는 서버로부터 프로그램을 다운로드하여 설치하는 것도 가능하다. 어플리케이션을 제공하는 서버에는 해당 프로그램이 저장된 기록매체가 포함될 수 있다. 서버에 저장된 프로그램은, 다른 장치로 다운로드되거나(downloaded), 다운로드 가능할(downloadable) 수 있다. 또한, 컴퓨터 판독 가능 프로그램은 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에서 원격 데이터 프로세싱 시스템과 함께 사용될 수 있도록, 원격 데이터 프로세싱 시스템에서 다운로드 가능할 수 있다.

한편, 개시된 실시예들은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어 및 데이터를 저장하는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체의 형태로 구현될 수 있다. 상기 명령어는 프로그램 코드의 형태로 저장될 수 있으며, 프로세서에 의해 실행되었을 때, 소정의 프로그램 모듈을 생성하여 소정의 동작을 수행할 수 있다. 또한, 상기 명령어는 프로세서에 의해 실행되었을 때, 개시된 실시예들의 소정의 동작들을 수행할 수 있다. 또한, 일부 실시예는 컴퓨터에 의해 실행가능한 명령어를 포함하는 컴퓨터 프로그램 또는 컴퓨터 프로그램 제품 (computer program product)으로도 구현될 수 있다.

이상에서와 같이 첨부된 도면을 참조하여 개시된 실시예들을 설명하였다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고도, 개시된 실시예들과 다른 형태로 본 발명이 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 개시된 실시예들은 예시적인 것이며, 한정적으로 해석되어서는 안 된다.

1: MRI 시스템
10: 오퍼레이팅부
30: 제어부
50: 스캐너
300: 자기 공명 영상 장치
310: 디스플레이부
320: 프로세서
330: 메모리

Claims

자기 공명 영상 장치에 있어서,
프로세서; 및
상기 프로세서에 연결된 메모리를 포함하고, 상기 메모리는 상기 프로세서에서 실행될 때 상기 프로세서가:
하나의 반복 시간(TR) 동안, 슬라이스 선택 방향, 위상 인코딩 방향, 주파수 인코딩 방향 각각에 가해지는 그라디언트의 총 합이 0이 되도록 하고, 대상체의 스핀들이 정상 상태에 있도록 하는 그라디언트 에코 펄스 시퀀스를 인가하고,
상기 그라디언트 에코 펄스 시퀀스가 연속적으로 인가될 때, 제1 플립 각을 갖는 제1 RF 펄스 및 상기 제1 플립 각과는 상이한 제2 플립 각을 갖는 제2 RF 펄스를, 각각의 TR 마다 번갈아 인가하고,
상기 스핀들이 정상 상태일 때에 획득되는 에코 신호에 기초하여 자기 공명 영상을 생성하도록 하는 명령을 저장하는, 자기 공명 영상 장치.
제1 항에 있어서, 상기 메모리는 상기 프로세서에서 실행될 때 상기 프로세서가:
상기 제1 RF 펄스를 인가한 후에 발생되는 제1 정상 상태에서 제1 자기 공명 신호를 획득하고,
상기 제2 RF 펄스를 인가한 후에 발생되는 제2 정상 상태에서 제2 자기 공명 신호를 획득하고,
상기 제1 자기 공명 신호에 기초하여 획득된 제1 자기 공명 영상과 제2 자기 공명 신호에 기초하여 획득된 제2 자기 공명 영상의 복소수 합인 합영상 및 상기 제1 자기 공명 영상과 상기 제2 자기 공명 영상의 복소수 차인 차영상 중 적어도 하나를 획득하도록 하는 명령을 저장하는, 자기 공명 영상 장치.
제2 항에 있어서, 상기 메모리는 상기 프로세서에서 실행될 때 상기 프로세서가:
상기 합영상 및 상기 차영상의 가중합에 기초하여 서로 다른 대조도를 갖는 복수개의 영상을 획득하도록 하는 명령을 저장하는, 자기 공명 영상 장치.
제3 항에 있어서, 상기 메모리는 상기 프로세서에서 실행될 때 상기 프로세서가:
상기 합영상 및 상기 차영상의 가중합에 기초하여, T1 영상, T2 영상 및 양성자 밀도(proton density, PD) 영상 중 적어도 하나의 영상을 획득하도록 하는 명령을 저장하는, 자기 공명 영상 장치.
제3 항에 있어서, 상기 메모리는 상기 프로세서에서 실행될 때 상기 프로세서가:
상기 합영상 및 상기 차영상의 가중합을 통해, T1 영상, T2 영상 및 양성자 밀도(proton density, PD) 영상 중 적어도 하나의 영상에 있어서 지방 신호가 억제된 영상을 획득하도록 하는 명령을 저장하는, 자기 공명 영상 장치.
제3 항에 있어서,
상기 합영상은 양성자 밀도 영상의 대조도와 유사한 대조도를 갖는, 자기 공명 영상 장치.
제3 항에 있어서,
상기 대상체는 연골을 포함하고, 상기 차영상은 연골에 대한 정보를 포함하는, 자기 공명 영상 장치.
제1 항에 있어서,
상기 그라디언트 에코 펄스 시퀀스는 SSFP(steady-state free precession) 영상 기법을 이용한 것인, 자기 공명 영상 장치.
제1 항에 있어서,
디스플레이부를 더 포함하고,
상기 메모리는 상기 프로세서에서 실행될 때 상기 프로세서가:
상기 획득된 서로 다른 대조도를 갖는 복수개의 영상을 디스플레이하도록 하는 명령을 더 저장하는, 자기 공명 영상 장치.
제1 항에 있어서,
정자장 및 경사자장이 형성되며, 상기 대상체로부터 방출되는 자기 공명 신호를 수신하는 스캐너를 더 포함하는, 자기 공명 영상 장치.
하나의 반복 시간(TR) 동안, 슬라이스 선택 방향, 위상 인코딩 방향, 주파수 인코딩 방향 각각에 가해지는 그라디언트의 총 합이 0이 되도록 하고, 대상체의 스핀들이 정상 상태에 있도록 하는 그라디언트 에코 펄스 시퀀스를 인가하는 단계;
상기 그라디언트 에코 펄스 시퀀스가 연속적으로 인가될 때, 제1 플립 각을 갖는 제1 RF 펄스 및 상기 제1 플립 각과는 상이한 제2 플립 각을 갖는 제2 RF 펄스를, 각각의 TR 마다 번갈아 인가하는 단계; 및
상기 스핀들이 정상 상태일 때에 획득되는 에코 신호에 기초하여 자기 공명 영상을 생성하는 단계를 포함하는, 자기 공명 영상 생성 방법.
제11 항에 있어서, 상기 자기 공명 영상을 생성하는 단계는
상기 제1 RF 펄스를 인가한 후에 발생되는 제1 정상 상태에서 제1 자기 공명 신호를 획득하는 단계;
상기 제2 RF 펄스를 인가한 후에 발생되는 제2 정상 상태에서 제2 자기 공명 신호를 획득하는 단계; 및
상기 제1 자기 공명 신호에 기초하여 획득된 제1 자기 공명 영상과 제2 자기 공명 신호에 기초하여 획득된 제2 자기 공명 영상의 복소수 합인 합영상 및 상기 제1 자기 공명 영상과 상기 제2 자기 공명 영상의 복소수 차인 차영상 중 적어도 하나를 획득하는 단계를 포함하는, 자기 공명 영상 생성 방법.
제12 항에 있어서,
상기 합영상 및 상기 차영상의 가중합에 기초하여 서로 다른 대조도를 갖는 복수개의 영상을 획득하는 단계를 더 포함하는, 자기 공명 영상 생성 방법.
제13 항에 있어서,
상기 합영상 및 상기 차영상의 가중합에 기초하여, T1 영상, T2 영상 및 양성자 밀도(proton density, PD) 영상 중 적어도 하나의 영상을 획득하는 단계를 포함하는, 자기 공명 영상 생성 방법.
제13 항에 있어서,
상기 합영상 및 상기 차영상의 가중합에 기초하여, T1 영상, T2 영상 및 양성자 밀도(proton density, PD) 영상 중 적어도 하나의 영상에 있어서 지방 신호가 억제된 영상을 획득하도록 하는 명령을 저장하는, 자기 공명 영상 생성 방법.
제14 항에 있어서,
상기 합영상은 양성자 밀도 영상의 대조도와 유사한 대조도를 갖는, 자기 공명 영상 생성 방법.
제13 항에 있어서,
상기 대상체는 연골을 포함하고, 상기 차영상은 연골에 대한 정보를 포함하는, 자기 공명 영상 생성 방법.
제11 항에 있어서,
상기 그라디언트 에코 펄스 시퀀스는 SSFP(steady-state free precession) 영상 기법을 이용한 것인, 자기 공명 영상 생성 방법.
제11 항에 있어서,
상기 획득된 서로 다른 대조도를 갖는 복수개의 영상을 디스플레이하도록 하는 단계를 더 포함하는, 자기 공명 영상 생성 방법.
제11 항에 기재된 방법을 실행하기 위한 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품.