KR101630762B1

KR101630762B1 - 자기 공명 영상 생성 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101630762B1
Application number: KR1020140097619A
Authority: KR
Inventors: 이대호; 정승필
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2014-07-30
Filing date: 2014-07-30
Publication date: 2016-06-15
Anticipated expiration: 2034-07-30
Also published as: EP3174460A1; KR20160015105A; US10466328B2; WO2016018073A1; EP3174460A4; US20160033600A1

Abstract

일부 실시예에 따른 자기 공명 영상 생성 장치는, 대상체로부터 방출되는 MR(Magnetic Resonance) 신호를 수신하는 RF(Radio Frequency) 코일, 상기 RF 코일의 민감도 및 상기 대상체에서 상기 MR 신호가 생성되는 신호 영역의 정보인 신호 영역 정보를 기반으로 하여 k 공간의 샘플링 패턴을 결정하는 샘플링 패턴 결정부 및 결정된 상기 샘플링 패턴을 기반으로 상기 MR 신호를 샘플링하여 k 공간의 디지털 데이터를 획득하는 디지털 데이터 획득부를 포함한다.

Description

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

본 발명은 자기 공명 영상 장치 및 방법에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 k 공간의 샘플링 패턴을 결정하는 자기 공명 영상 장치 및 방법에 관한 것이다.

자기 공명 영상(MRI: magnetic resonance imaging) 촬영 장치는 자기장을 이용해 피사체를 촬영하는 장치로, 뼈는 물론 디스크, 관절, 신경 인대 등을 원하는 각도에서 입체적으로 보여주기 때문에 정확한 질병 진단을 위해서 널리 이용되고 있다. 자기 공명 영상은 자기 공명(MR: magnetic resonance) 신호를 샘플링하여 k 공간의 디지털 데이터를 획득하고, 획득된 디지털 데이터를 기반으로 화상 데이터를 생성함에 의해 얻어질 수 있다.

최근에는 자기 공명 영상의 획득 시간을 증가시키지 않으면서도 자기 공명 영상의 품질을 개선시킬 수 있는 기술에 대한 연구가 진행되고 있다.

본 발명의 목적은, k 공간의 최적화된 샘플링 패턴을 결정할 수 있는 자기 공명 영상 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

상기 디지털 데이터를 기반으로 획득되는 엘리어싱 영상은 상기 신호 영역의 이미지인 관심 이미지 및 엘리어싱 인공물을 포함하며, 상기 샘플링 패턴 결정부는 복수의 후보 샘플링 패턴들 중에서 상기 샘플링 패턴을 결정하는데, 상기 관심 이미지에서 상기 민감도의 패턴인 관심 민감도 패턴과 상기 엘리어싱 인공물에서 상기 민감도의 패턴인 엘리어싱 민감도 패턴 사이에 상관관계가 가장 낮아지도록 결정할 수 있다.

상기 복수의 후보 샘플링 패턴은, k 공간의 어느 하나의 축 방향으로의 샘플링 라인들 중 일부 샘플링 라인들에서 상기 디지털 데이터가 획득되는 제1 샘플링 패턴 및 k 공간의 어느 하나의 축 방향으로 지그재그 형상으로 상기 디지털 데이터가 획득되는 제2 샘플링 패턴을 포함할 수 있다.

상기 디지털 데이터 획득부는, FOV(field of view)를 논리적 FOV로 변경하고, 상기 논리적 FOV에 대응하는 논리적 k 공간에서 상기 디지털 데이터를 획득할 수 있다.

상기 논리적 FOV는 상기 FOV를 회전시킨 것이고, 상기 디지털 데이터 획득부는, 상기 논리적 k 공간의 어느 하나의 축 방향으로의 샘플링 라인들 중 일부 샘플링 라인들에서 상기 디지털 데이터를 획득할 수 있다.

상기 논리적 FOV는 상기 신호 영역을 기반으로 상기 FOV의 크기가 변경된 것일 수 있다.

상기 자기 공명 영상 생성 장치는 상기 엘리어싱 영상에서 상기 엘리어싱 인공물이 제거된 자기 공명 영상을 표시(display)하는 출력부를 더 포함하며, 상기 자기 공명 영상은 상기 논리적 FOV를 기반으로 표시되거나, 상기 FOV를 기반으로 표시될 수 있다.

상기 자기 공명 영상 생성 장치는 사용자에 의해 상기 FOV를 설정하는 정보를 입력 받는 입력부를 더 포함할 수 있다.

상기 자기 공명 영상 생성 장치는 사용자로부터 결정된 상기 샘플링 패턴의 승인을 입력 받는 입력부를 더 포함할 수 있다.

상기 RF 코일은 복수의 채널 코일들을 포함하고, 상기 RF 코일의 민감도는 상기 복수의 채널 코일들 각각의 민감도이고, 상기 샘플링 패턴 결정부는, 상기 복수의 채널 코일들 각각의 민감도 및 상기 신호 영역 정보를 기반으로 하여 상기 샘플링 패턴을 결정할 수 있다.

상기 디지털 데이터 획득부는, 상기 복수의 채널 코일들마다 수신되는 MR 신호를 상기 결정된 샘플링 패턴으로 샘플링하여 복수의 k 공간마다 디지털 데이터를 획득할 수 있다.

일부 실시예에 따른 자기 공명 영상 생성 방법은, 대상체로부터 방출되는 MR(Magnetic Resonance) 신호를 수신하는 RF(Radio Frequency) 코일의 민감도 및 상기 대상체에서 상기 MR 신호가 생성되는 신호 영역의 정보인 신호 영역 정보를 기반으로 하여 k 공간의 샘플링 패턴을 결정하는 단계 및 결정된 상기 샘플링 패턴을 기반으로 상기 MR 신호를 샘플링하여 k 공간의 디지털 데이터를 획득하는 단계를 포함한다.

상기 디지털 데이터를 푸리에 변환하여 획득되는 엘리어싱 영상은 상기 신호 영역의 이미지인 관심 이미지 및 엘리어싱 인공물을 포함하며, 상기 샘플링 패턴은 복수의 후보 샘플링 패턴들 중에서 결정되는데, 상기 관심 이미지에서 상기 민감도의 패턴인 관심 민감도 패턴과 상기 엘리어싱 인공물에서 상기 민감도의 패턴인 엘리어싱 민감도 패턴 사이에 상관관계가 가장 낮아지도록 결정될 수 있다.

상기 자기 공명 영상 생성 방법은 FOV를 논리적 FOV로 변경하는 FOV 조정 단계 및 상기 논리적 FOV에 대응하는 논리적 k 공간에서 상기 디지털 데이터를 획득하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 FOV 조정 단계는, 상기 FOV를 회전시키는 단계를 포함하며, 상기 디지털 데이터를 획득하는 단계는, 상기 논리적 k 공간의 어느 하나의 축 방향으로의 샘플링 라인들 중 일부 샘플링 라인들에서 상기 디지털 데이터를 획득하는 단계일 수 있다.

상기 자기 공명 영상 생성 방법은 사용자로부터 상기 FOV를 설정하는 정보를 입력 받는 단계 및 사용자로부터 결정된 상기 샘플링 패턴의 승인을 입력 받는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 RF 코일은 복수의 채널 코일들을 포함하고, 상기 RF 코일의 민감도는 상기 복수의 채널 코일들 각각의 민감도이고, 상기 샘플링 패턴을 결정하는 단계는, 상기 복수의 채널 코일들 각각의 민감도 및 상기 신호 영역 정보를 기반으로 하여 상기 샘플링 패턴을 결정할 수 있다.

상기 디지털 데이터를 획득하는 단계는, 상기 복수의 채널 코일들마다 수신되는 MR 신호를 상기 결정된 샘플링 패턴으로 샘플링하여 복수의 k 공간마다 디지털 데이터를 획득할 수 있다.

도 1은 일반적인 MRI 시스템의 개략도이다.
도 2는 통신부의 구성을 도시하는 도면이다.
도 3은 k 공간 및 FOV를 나타내는 도면이다.
도 4 및 도 5는 각각 샘플링 패턴의 예들을 나타낸다.
도 6은 일부 실시예에 따른 자기 공명 영상 생성 장치를 도시한다.
도 7 내지 도 12는 샘플링 패턴 결정부에서 k 공간의 샘플링 패턴을 결정하는 방법의 예를 나타낸다.
도 13 및 도 14는 FOV 조정에 의한 논리적 FOV와 논리적 k 공간의 예를 나타낸다.
도 15는 FOV 조정의 다른 예를 나타낸다.
도 16은 일부 실시예에 따른 자기 공명 영상 생성 장치를 도시한다.
도 17은 일부 실시예에 따른 자기 공명 영상 생성 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 18은 일부 실시예에 따른 자기 공명 영상 생성 방법을 나타내는 흐름도이다.

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.

본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.

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.

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.

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.

본 명세서에서 "이미지"는 이산적인 이미지 요소들(예를 들어, 2차원 이미지에 있어서의 픽셀들 및 3차원 이미지에 있어서의 복셀들)로 구성된 다차원(multi-dimensional) 데이터를 의미할 수 있다. 예를 들어, 이미지는 X-ray, CT, MRI, 초음파 및 다른 의료 영상 시스템에 의해 획득된 대상체의 의료 이미지 등을 포함할 수 있다.

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.

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.

또한, 본 명세서에서 "자기 공명 영상(MRI: Magnetic Resonance Imaging)"이란 핵자기 공명 원리를 이용하여 획득된 대상체에 대한 영상을 의미한다.

또한, 본 명세서에서 "펄스 시퀀스"란, MRI 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) 등을 포함할 수 있다.

또한, 본 명세서에서 "펄스 시퀀스 모식도"란, MRI 시스템 내에서 일어나는 사건(event) 들의 순서를 설명한다. 예컨대, 펄스 시퀀스 모식도란 RF 펄스, 경사 자장, MR 신호 등을 시간에 따라 보여주는 모식도일 수 있다.

MRI 시스템은 특정 세기의 자기장에서 발생하는 RF(Radio Frequency) 신호에 대한 MR(Magnetic Resonance) 신호의 세기를 명암 대비로 표현하여 대상체의 단층 부위에 대한 이미지를 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 MR 신호가 방출되는데, MRI 시스템은 이 MR 신호를 수신하여 MR 영상을 획득할 수 있다. MR 신호는 대상체로부터 방사되는 RF 신호를 의미한다. MR 신호의 크기는 대상체에 포함된 소정의 원자(예컨대, 수소 등)의 농도, 이완시간 T1, 이완시간 T2 및 혈류 등의 흐름에 의해 결정될 수 있다.

MRI 시스템은 다른 이미징 장치들과는 다른 특징들을 포함한다. 이미지의 획득이 감지 하드웨어(detecting hardware)의 방향에 의존하는 CT와 같은 이미징 장치들과 달리, MRI 시스템은 임의의 지점으로 지향된 2D 이미지 또는 3D 볼륨 이미지를 획득할 수 있다. 또한, MRI 시스템은, CT, X-ray, PET 및 SPECT와 달리, 대상체 및 검사자에게 방사선을 노출시키지 않으며, 높은 연부 조직(soft tissue) 대조도를 갖는 이미지의 획득이 가능하여, 비정상적인 조직의 명확한 묘사가 중요한 신경(neurological) 이미지, 혈관 내부(intravascular) 이미지, 근 골격(musculoskeletal) 이미지 및 종양(oncologic) 이미지 등을 획득할 수 있다.

도 1은 일반적인 MRI 시스템의 개략도이다. 도 1을 참조하면, MRI 시스템은 갠트리(gantry)(20), 신호 송수신부(30), 모니터링부(40), 시스템 제어부(50) 및 오퍼레이팅부(60)를 포함할 수 있다.

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.

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.

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.

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.

RF 코일(26)은 환자에게 RF 신호를 조사하고, 환자로부터 방출되는 MR 신호를 수신할 수 있다. 구체적으로, RF 코일(26)은, 세차 운동을 하는 원자핵을 향하여 세차운동의 주파수와 동일한 주파수의 RF 신호를 환자에게 전송한 후 RF 신호의 전송을 중단하고, 환자로부터 방출되는 MR 신호를 수신할 수 있다.

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.

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.

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.

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.

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.

또한, RF 코일(26)은 RF 신호 송수신 방법에 따라, 송신 전용 코일, 수신 전용 코일 및 송/수신 겸용 코일을 포함할 수 있다.

또한, RF 코일(26)은 16 채널, 32 채널, 72채널 및 144 채널 등 다양한 채널의 RF 코일을 포함할 수 있다.

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.

신호 송수신부(30)는 소정의 MR 시퀀스에 따라 갠트리(20) 내부, 즉 보어에 형성되는 경사자장을 제어하고, RF 신호와 MR 신호의 송수신을 제어할 수 있다.

신호 송수신부(30)는 경사자장 증폭기(32), 송수신 스위치(34), RF 송신부(36) 및 RF 수신부(38)를 포함할 수 있다.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

오퍼레이팅부(60)는 시스템 제어부(50)에 펄스 시퀀스 정보를 지령하는 것과 동시에, MRI 시스템 전체의 동작을 제어할 수 있다.

오퍼레이팅부(60)는 RF 수신부(38)로부터 수신되는 MR 신호를 처리하는 영상 처리부(62), 출력부(64) 및 입력부(66)를 포함할 수 있다.

영상 처리부(62)는 RF 수신부(38)로부터 수신되는 MR 신호를 처리하여, 대상체(10)에 대한 MR 화상 데이터를 생성할 수 있다.

영상 처리부(62)는 RF 수신부(38)가 수신한 MR 신호에 증폭, 주파수 변환, 위상 검파, 저주파 증폭, 필터링(filtering) 등과 같은 각종의 신호 처리를 가한다.

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.

또한, 영상 처리부(62)는 필요에 따라, 화상 데이터(data)의 합성 처리나 차분 연산 처리 등도 수행할 수 있다. 합성 처리는, 픽셀에 대한 가산 처리, 최대치 투영(MIP)처리 등을 포함할 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.

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.

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 MRI 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 디스플레이, PFD 디스플레이, 3D 디스플레이, 투명 디스플레이 등을 포함할 수 있고, 기타 당업자에게 자명한 범위 내에서 다양한 출력 장치들을 포함할 수 있다.

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)는 키보드, 마우스, 트랙볼, 음성 인식부, 제스처 인식부, 터치 스크린 등을 포함할 수 있고, 기타 당업자에게 자명한 범위 내에서 다양한 입력 장치들을 포함할 수 있다.

도 1은 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 있다는 것은 당업자라면 충분히 이해할 수 있을 것이다. 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.

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 있으며, 당업자에게 자명한 범위 내에서 다양한 통신 방법이 이용될 수 있다.

도 2는 통신부(70)의 구성을 도시하는 도면이다. 통신부(70)는 도 1에 도시된 갠트리(20), 신호 송수신부(30), 모니터링부(40), 시스템 제어부(50) 및 오퍼레이팅부(60) 중 적어도 하나에 연결될 수 있다.

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.

도 2에 도시된 바와 같이, 통신부(70)는 유선 또는 무선으로 네트워크(80)와 연결되어 외부의 서버(92), 외부의 의료 장치(94), 또는 외부의 휴대용 장치(96)와 통신을 수행할 수 있다.

구체적으로, 통신부(70)는 네트워크(80)를 통해 대상체의 진단과 관련된 데이터를 송수신할 수 있으며, CT, MRI, X-ray 등 다른 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.

또한, 통신부(70)는 MRI 시스템의 이상 유무 또는 의료 영상 품질 정보를 네트워크(80)를 통해 사용자에게 송신하고 그에 대한 피드백을 사용자로부터 수신할 수도 있다.

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.

근거리 통신 모듈(72)은 소정 거리 이내의 위치하는 기기와 근거리 통신을 수행하기 위한 모듈을 의미한다. 본 발명의 일 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.

유선 통신 모듈(74)은 전기적 신호 또는 광 신호를 이용한 통신을 수행하기 위한 모듈을 의미하며, 유선 통신 기술에는 페어 케이블(pair cable), 동축 케이블, 광섬유 케이블 등을 이용한 유선 통신 기술이 포함될 수 있고, 그 밖에 당업자에게 자명한 유선 통신 기술이 포함될 수 있다.

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.

도 3은 k 공간 및 FOV를 나타내는 도면이다.

도 3을 참고하면, k 공간은 kx-ky 좌표계로 나타내고, 이미지 공간인 FOV는 X-Y 좌표계로 나타낼 수 있다.

k 공간에서 kx축 방향은 리드아웃(read out) 방향이라고도 하며, ky축 방향은 위상(phase) 방향이라고도 한다. 점으로 도시된 것과 같이, k 공간에서 디지털 데이터는 행렬 형태로 배치된다. k 공간의 디지털 데이터는 MR 신호를 샘플링하여 획득된다. k 공간에서 점으로 도시된 디지털 데이터의 위치는 (kx, ky)로 표현될 수 있다. 예를 들어, k 공간에서 가장 중심에 있는 디지털 데이터의 위치는 (0, 0)으로 표현될 수 있다.

FOV는 행렬 형태의 복수의 화소(PX, pixel)들을 포함한다. 해상도(resolution)는 FOV 내 화소들의 개수 또는 화소들이 이루는 행렬의 크기로 정의될 수 있다. 따라서, FOV 내 화소의 크기는 해상도에 따라 달라질 수 있다. 도 3에서 FOV의 해상도는 5X5이다. FOV의 각 화소(PX)는 화소값에 대응할 수 있고, 각 화소가 자신의 화소값을 표현함으로써 FOV 내에 MR 영상을 표시할 수 있다. 화소들의 화소값들은 화상 데이터이고, 화상 데이터는 k 공간의 디지털 데이터를 푸리에 변환(FT)하여 획득할 수 있다.

k 공간의 샘플링 간격(dkx, dky)은 FOV 크기(FOVx, FOVy)에 반비례한다. k 공간에서, 리드아웃 방향(kx)으로의 샘플링 개수(Nx)와 위상 방향(ky)으로의 샘플링 개수(Ny)는 FOV의 해상도에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 샘플링 개수(Nx, Ny)가 증가하면, FOV 내 화소들의 개수가 증가하여 화소의 크기가 작아진다. 화소의 크기가 작은 경우 더 선명한 MR 영상을 획득할 수 있다. 도 3에서는 리드아웃 방향(kx)과 위상 방향(ky)으로의 샘플링 개수(Nx, Ny)가 각각 5개이나, 도 3은 예시일 뿐 본 발명을 제한하는 것은 아니다.

도 3에서와 같이 k 공간의 리드아웃 방향(kx) 및 위상 방향(ky)에서 모든 디지털 데이터를 획득하는 것을 풀 샘플링(full sampling)이라 한다. 그런데 풀 샘플링의 경우 영상 획득 시간이 증가되어, 대상체(도 1의 10)의 움직임으로 MR 영상에 오류가 생길 수 있다. 따라서 풀 샘플링과는 달리 언더샘플링(undersampling)으로 k 공간의 디지털 데이터가 획득될 수 있고, 영상 획득 시간이 감소될 수 있다. 샘플링 패턴이란 k 공간에 디지털 데이터가 배치되는 패턴을 의미한다.

도 4 및 도 5는 각각 샘플링 패턴의 예들을 나타낸다.

도 4를 참고하면, k 공간에서 위상 방향(ky)으로의 샘플링 라인들 중 일부 샘플링 라인들에서만 디지털 데이터가 획득된다. 따라서 디지털 데이터가 획득되지 않는 미싱 라인(missing line, ML)들이 있다. 도 4에서는 위상 방향(ky)으로의 샘플링 라인들 중 미싱 라인(ML)들이 하나 걸러 하나씩 있다.

도 5를 참고하면, 리드아웃 방향(kx)으로 샘플링된 디지털 데이터의 궤적이 지그재그(zig-zag) 형상이다.

도 4 및 도 5는 샘플링 패턴들의 예시들일 뿐이고, 다른 샘플링 패턴으로 k 공간에서 디지털 데이터가 획득될 수 있다.

이하, 설명의 편의를 위해 도 4와 같이 k 공간의 어느 하나의 축 방향으로의 샘플링 라인들 중 일부 샘플링 라인들에서만 디지털 데이터가 획득되는 샘플링 패턴을 제1 샘플링 패턴이라 한다. 또한 도 5와 같이 k 공간의 어느 하나의 축 방향으로 지그재그 형상으로 디지털 데이터가 획득되는 샘플링 패턴을 제2 샘플링 패턴이라 한다. 다만 제1 또는 제2 샘플링 패턴들이 도 4 또는 도 5로만 한정되는 것은 아니다.

그런데, 도 4 및 도 5와 같이 언더샘플링으로 k 공간의 디지털 데이터를 획득할 경우, 화상 데이터에 엘리어싱 인공물(aliasing artifact)이 나타나게 된다. 엘리어싱 인공물에 대해서는 후술한다.

도 6은 일부 실시예에 따른 자기 공명 영상 생성 장치를 도시한다.

도 6을 참고하면, 자기 공명 영상 생성 장치(100)는 RF 코일(110), 샘플링 패턴 결정부(120) 및 디지털 데이터 획득부(130)를 포함한다. 자기 공명 영상 생성 장치(100)는 MRI 시스템(도 1 참고)이거나 MRI 시스템(도 1 참고)에 포함될 수 있다. 예를 들어, RF 코일(110)은 도 1의 RF 코일(26)에 대응되고, 샘플링 패턴 결정부(120) 및 디지털 데이터 획득부(130)는 도 1의 영상 처리부(도 1의 62)에 포함될 수 있다. 따라서 도 1과 중복되는 설명은 생략한다.

RF 코일(110)은 대상체로부터 방출되는 MR 신호를 수신한다.

샘플링 패턴 결정부(110)는 RF 코일(110)의 민감도(sensitivity) 및 대상체(도 1의 10)에서 MR 신호가 생성되는 신호 영역의 정보인 신호 영역 정보를 기반으로 하여 k 공간의 샘플링 패턴을 결정한다. 신호 영역은 대상체(도 1의 10)에서 MR 영상으로 표시되는 단면에 대응할 수 있다. RF 코일(110)의 민감도란 RF 코일의 수신 감도이다.

디지털 데이터 획득부(130)는 결정된 샘플링 패턴을 기반으로 MR 신호를 샘플링하여 k 공간의 디지털 데이터를 획득한다. k 공간의 디지털 데이터를 푸리에 변환하여 화상 데이터가 획득될 수 있다.

디지털 데이터 획득부(130)에서 디지털 데이터가 획득되기 전, 샘플링 패턴 결정부(110)에서 결정된 샘플링 패턴의 승인 여부가 사용자에게 요청될 수도 있다. 결정된 샘플링 패턴의 승인 여부를 요청하는 정보가 출력부(도 1의 64)에 출력될 수 있다. 사용자는 입력부(도 1의 66)를 통해 승인 여부에 대한 정보를 입력할 수 있다. 사용자에 의해 결정된 샘플링 패턴이 승인되면, 디지털 데이터 획득부(130)에서 결정된 샘플링 패턴으로 디지털 데이터가 획득된다. 승인 요청이 거부되거나, 미리 정해진 시간 동안 사용자에 의해 승인을 지시하는 정보가 입력되지 않으면, 샘플링 패턴 결정부(110)는 다시 샘플링 패턴을 결정할 수 있다.

도 7 내지 도 12는 샘플링 패턴 결정부(도 6의 110)에서 k 공간의 샘플링 패턴을 결정하는 방법의 예를 나타낸다. 도 7 내지 도 9는 RF 코일(도 7의 210)이 FOV의 왼쪽에서 Y축 방향에 평행하게 위치한 경우를 도시하고, 도 10 내지 도 12는 RF 코일(도 10의 510)이 FOV의 왼쪽 위에 위치하고, X축에 대해 기울어져 있는 경우를 도시한다. 설명의 편의를 위해, 도 7 내지 도 9에서의 코일 지오메트리(geometry)를 제1 코일 지오메트리라 하고, 도 10 내지 도 12에서의 코일 지오메트리를 제2 코일 지오메트리라 한다.

도 7 내지 도 12에서 각 (a)는 k 공간의 샘플링 패턴을 도시한다. 도 7 내지 도 12에서 각 (b)는 각 (a)의 샘플링 패턴으로 영상을 획득할 경우, 획득된 영상에서 나타나는 RF 코일의 민감도 패턴을 도시한다.

도 7(a)는 풀 샘플링 패턴으로 디지털 데이터가 획득된 k 공간을 도시한다.

도 7(b)를 참고하면, FOV 내에는 관심 이미지(interest image)에서 RF 코일(210)의 민감도 패턴(220)이 그레이 레벨(gray level)로 표시되어 있다. 관심 이미지는 대상체(도 1의 10)에서 MR 신호가 생성되는 신호 영역의 이미지이다. 도 7(b)에서는 민감도가 높을수록 어둡게 표시되어 있고, 민감도가 낮을수록 밝게 표시되어 있다. 점(P1)은 점(P2)보다 그레이 레벨이 어둡다. 즉, 점(P1)에서의 RF 코일(210)의 민감도는 점(P2)에서의 RF 코일(210)의 민감도보다 높다. 신호 영역에서 RF 코일(210)과의 거리가 가까울수록 민감도가 높음을 알 수 있다. 민감도는 수신 감도이므로, 민감도 패턴(220)에서 그레이 레벨이 어두울수록 RF 코일(210)의 수신 감도가 좋음을 의미한다.

도 8(a)는 제1 샘플링 패턴으로 디지털 데이터가 획득된 k 공간을 도시한다. 제1 샘플링 패턴에 대해서는 도 4에서 이미 설명하였으므로 중복되는 설명은 생략한다.

도 8(b)에는 관심 이미지에서 RF 코일(도 7의 210)의 민감도의 패턴인 관심 민감도 패턴(320) 및 엘리어싱 인공물에서 RF 코일(도 7의 210)의 민감도의 패턴인 엘리어싱 민감도 패턴(330)이 그레이 레벨로 표시되어 있다. 제1 샘플링 패턴에서는 위상 방향(ky)으로 일부 샘플링 라인들에서 디지털 데이터가 획득되지 않기 때문에, FOV 내 영상에 Y 방향(Y)에서 엘리어싱 인공물이 나타난다.

관심 이미지와 엘리어싱 인공물들이 중첩되는 부분의 한 점(P3)에서 관심 민감도 패턴(320)과 엘리어싱 민감도 패턴(330)이 동일하다. 예시를 위해, 하나의 점(P3)을 설명하였으나, 점(P3) 외에도 관심 이미지와 엘리어싱 인공물들이 중첩되는 부분의 점들에서 관심 민감도 패턴(320)과 엘리어싱 민감도 패턴(330)이 구별되지 않는다. 즉, 관심 민감도 패턴(320)과 엘리어싱 민감도 패턴(330)의 상관관계가 높다.

도 9(a)는 제2 샘플링 패턴으로 디지털 데이터가 획득된 k 공간을 도시한다. 제2 샘플링 패턴에 대해서는 도 5에서 이미 설명하였으므로 중복되는 설명은 생략한다.

도 9(b)를 참고하면, 제2 샘플링 패턴에서는 리드아웃 방향(kx)과 위상 방향(ky) 모두에서 일부 디지털 데이터가 획득되지 않기 때문에, FOV 내 영상에 X 방향(X)과 Y 방향(Y)에서 엘리어싱 인공물이 나타난다.

관심 이미지와 엘리어싱 인공물들이 중첩되는 부분의 한 점(P4)에서 관심 민감도 패턴(420)과 엘리어싱 민감도 패턴(430)이 구별된다. 점(P4)에서 관심 이미지의 민감도는 높으나 엘리어싱 인공물의 민감도의 패턴은 낮다. 즉, 관심 민감도 패턴(420)과 엘리어싱 민감도 패턴(430)의 상관관계가 낮다.

도 8 및 도 9에서와 같이, 언더샘플링으로 k 공간의 디지털 데이터를 획득한 경우, 디지털 데이터를 푸리에 변환하여 얻은 영상은 관심 이미지와 엘리어싱 인공물이 포함된 엘리어싱 영상일 수 있다. 엘리어싱 영상에서 엘리어싱 인공물들을 제거하고 관심 이미지만이 남기도록 영상 처리를 하기 위해서는 관심 민감도 패턴과 엘리어싱 민감도 패턴 사이의 상관관계가 낮을수록 좋다. 따라서 도 8 및 도 9에서 도 9의 경우가 MR 영상 생성에 더 적절한 경우이다. 다시 말해, 도 7 내지 도 9에서와 같은 제1 코일 지오메트리의 경우에는 제1 샘플링 패턴보다 제2 샘플링 패턴이 MR 영상 생성에 더 적절하다.

도 10 내지 도 12는 제2 코일 지오메트리의 경우에 샘플링 패턴과 RF 코일의 민감도 패턴을 도시한다.

도 10을 참고하면, RF 코일(510)의 지오메트리가 도 7 내지 도 9의 경우와는 다르기 때문에, 그레이 레벨로 표시된 RF 코일(510)의 민감도 패턴(520)이 도 7의 경우와 다르다. 다만, 신호 영역에서 RF 코일(510)과의 거리가 가까울수록 민감도가 높은 것은 도 7에서와 같다.

도 11을 참고하면, 점(P5)에서 관심 민감도 패턴(620)과 엘리어싱 민감도 패턴(630)이 구별된다. 즉, 관심 민감도 패턴(620)과 엘리어싱 민감도 패턴(630)의 상관관계가 낮다.

도 12를 참고하면, 점(P6)에서 관심 민감도 패턴(720)과 엘리어싱 민감도 패턴(730)이 동일하다. 즉, 관심 민감도 패턴(720)과 엘리어싱 민감도 패턴(730)의 상관관계가 높다.

도 10 내지 도 12에서와 같은 제2 코일 지오메트리의 경우에는 제2 샘플링 패턴보다 제1 샘플링 패턴이 MR 영상 생성에 더 적절하다.

정리하면, 도 7 내지 도 9에서는 제2 샘플링 패턴이 MR 영상 생성에 더 적절함에 비해, 도 10 내지 도 12에서는 제1 샘플링 패턴이 MR 영상 생성에 더 적절하다.

일부 실시예에서와 같이, 샘플링 패턴은 RF 코일의 민감도 및 신호 영역 정보를 기반으로 하여, 관심 민감도 패턴과 엘리어싱 민감도 패턴 사이에 상관관계가 가장 낮아지도록 결정할 수 있다. 다시 말해, 샘플링 패턴 결정부(도 6의 120)는 제1 샘플링 패턴 및 제2 샘플링 패턴들과 같은 복수의 후보 샘플링 패턴들 중에서 샘플링 패턴이 결정할 수 있다. 후보 샘플링 패턴을 기반으로 획득된 엘리어싱 영상은 관심 이미지 및 엘리어싱 인공물을 포함할 수 있다. 샘플링 패턴은 후보 샘플링 패턴들 중 관심 민감도 패턴과 엘리어싱 민감도 패턴 사이에 상관관계가 가장 낮아지도록 결정될 수 있다. 이 경우, 최적화된 샘플링 패턴이 획득될 수 있고, MR 영상 생성이 효율적일 수 있다. 언더샘플링으로 인해 영상 획득 시간은 감소하나, 최적화된 샘플링 패턴 선택으로 영상 품질은 향상될 수 있기 때문이다. 즉, 일부 실시예에 따르면, 자기 공명 영상의 획득 시간을 증가시키지 않으면서도 자기 공명 영상의 품질을 개선시킬 수 있는 효율적인 자기 공명 영상 장치 및 방법이 제공될 수 있다.

일부 실시예에서, 사용자는 입력부(도 1의 66)를 통해 FOV, 해상도 등의 영상 파라미터 정보 등을 입력할 수 있다. 다만, 샘플링 패턴은 사용자가 설정한 영상 파라미터가 아니라 RF 코일의 민감도 및 신호 영역 정보를 기반으로 결정된다.

이하, 디지털 데이터 획득부(도 6의 130)에서의 동작의 예들, 즉 결정된 샘플링 패턴을 기반으로 k 공간의 디지털 데이터를 획득하는 방법의 예들을 설명한다.

결정된 샘플링 패턴을 기반으로 경사자장 파형(gradient waveform)을 인가하여 k 공간의 디지털 데이터를 획득할 수 있다. 예를 들어, 제1 샘플링 패턴(도 4)의 경우, 미싱 라인에 대응하는 경사자장을 인가하지 않으면 된다.

제2 샘플링 패턴(도 5)에 따른 k 공간의 디지털 데이터는 경사자장 변조(gradient modulation)를 통해 획득될 수 있다. 예를 들어, 경사자장의 부호화(encoding)의 변경을 통해 제2 샘플링 패턴(도 5)에 따른 k 공간의 디지털 데이터가 획득될 수 있다. 또는, 경사자장 변조 이외에도 FOV 조정, 틸트 샘플링(tilted sampling), 언더샘플링 등의 비교적 단순한 논리 좌표계(logical coordinate)의 변경 또는 샘플링 순서의 변경만으로 제2 샘플링 패턴에 따른 디지털 데이터가 획득될 수 있다.

이하에서, FOV 조정을 통해 논리 좌표계를 변경하는 경우에 대해 설명한다.

도 13 및 도 14는 FOV 조정에 의한 논리적 FOV와 논리적 k 공간의 예를 나타낸다. 도 13은 제1 코일 지오메트리(도 7 내지 도 9의 경우)에 FOV를 회전(rotation)하는 예를 도시한다.

도 13을 참고하면, FOV는 FOV 회전으로 논리적 FOV(gFOV)로 조정될 수 있다. FOV 회전에 따라 좌표계(X, Y) 역시 논리적 좌표계(gX, gY)로 회전된다. 조정되기 전의 FOV는 사용자의 입력을 기반으로 설정된 것일 수 있다. 디지털 데이터 획득부(도 6의 130)는 FOV를 논리적 FOV(gFOV)로 변경할 수 있다. 앞서 설명한 것과 같이, 제1 코일 지오메트리의 경우, 제2 샘플링 패턴(도 9)으로 k 공간의 디지털 데이터를 획득하는 것이 효율적이다.

도 14를 참고하면, FOV의 회전으로 논리적 FOV(gFOV)로 FOV가 조정된 경우, k 공간 역시 논리적 FOV에 대응하는 논리적 k 공간으로 회전된다. 따라서 k 공간의 좌표계(kx, ky) 역시 k 공간의 논리적 좌표계(gkx, gky)로 회전된다.

k 공간에서 제2 샘플링 패턴은 지그재그 형상이나, 논리적 k 공간에서 제2 샘플링 패턴은 논리적 리드아웃 방향(gkx)에서 샘플링 간격(SIx)에 따라, 논리적 위상 방향(gky)에서 샘플링 간격(SIy)에 따라 샘플링된 것이다. 도 14에서 논리적 k 공간의 크기는 k 공간의 크기와 다름을 알 수 있다. 즉, FOV 조정으로 k 공간의 크기가 변경될 수 있다.

도 13 및 도 14와 같이 FOV가 회전된 경우, 경사자장 변조 없이 경사자장 파형을 인가하여 k 공간의 디지털 데이터가 획득될 수 있다. 즉, FOV 회전과 같은 단순한 FOV 조정만으로 제2 샘플링 패턴으로 k 공간 디지털 데이터를 획득할 수 있다.

도 15는 FOV 조정의 다른 예를 나타낸다.

도 15를 참고하면, FOV가 회전되고, 신호 영역 정보를 기반으로 FOV 크기가 조정되어 논리적 FOV(gFOV)로 변경할 수 있다. FOV의 크기의 변경으로 FOV에 포함되는 화소들의 개수, 즉 화소들의 행렬 크기 역시 변경될 것이다. 도 15의 경우에도 논리적 k 공간의 크기는 FOV에 대응하는 k 공간의 크기와 달라진다. 논리적 FOV(gFOV)에 대응하는 논리적 k 공간에서 디지털 데이터가 획득되어 MR 영상이 생성될 수 있다. 이 영상은 k 공간에서 디지털 데이터가 획득되어 생성된 MR 영상과 좌표계가 다를 뿐 실질적으로 동일하다. 논리적 k 공간으로부터 획득된 MR 영상은 출력부(도 1의 64)의 화면에 논리적 FOV를 기반으로 표시되거나, FOV를 기반으로 표시될 수 있다.

제1 샘플링 패턴의 경우, FOV가 회전될 필요는 없지만, 신호 영역 정보를 기반으로 크기가 조정되어 논리적 FOV로 변경될 수 있다. 그 후, 논리적 FOV에 대응하는 논리적 k 공간의 디지털 데이터가 획득될 수 있다.

전술하였듯이, 도 1의 RF 코일(26)은 16 채널, 32 채널, 72채널 및 144 채널 등 다양한 채널의 RF 코일을 포함할 수 있다. 즉, 일부 실시예는 MRI 시스템의 RF 코일이 복수의 채널 코일들을 포함하는 경우에도 적용될 수 있다. 이하, 도 16에서 이에 대해 상술한다.

도 16은 일부 실시예에 따른 자기 공명 영상 생성 장치를 도시한다.

도 16을 참고하면, 자기 공명 영상 생성 장치(900)는 RF 코일(910), 샘플링 패턴 결정부(920) 및 디지털 데이터 획득부(930)를 포함한다. RF 코일(910)은 복수의 채널 코일들, 즉 제1 내지 제N 채널 코일들(910-1, 910-2, ..., 910-N, N은 자연수)을 포함한다. N개의 채널 코일들(910-1, 910-2, ..., 910-N) 각각은 대상체로부터 방출되는 MR 신호를 수신한다. 샘플링 패턴 결정부(920)는 각 채널 코일들(910-1, 910-2, ..., 910-N)의 민감도 및 대상체에서 MR 신호가 생성되는 신호 영역의 정보인 신호 영역 정보를 기반으로 하여 k 공간의 샘플링 패턴을 결정할 수 있다.

전술한 도 6의 샘플링 패턴 결정부(120)는 복수의 후보 샘플링 패턴들 중에서 하나의 샘플링 패턴을 결정하는데, 관심 이미지에서 민감도의 패턴인 관심 민감도 패턴과 엘리어싱 인공물에서 민감도의 패턴인 엘리어싱 민감도 패턴 사이에 상관관계가 가장 낮아지도록 샘플링 패턴을 결정할 수 있다.

도 9의 샘플링 패턴 결정부(920)는 각 채널 코일들(910-1, 910-2, ..., 910-N)마다 관심 민감도 패턴과 엘리어싱 민감도 패턴 사이의 상관관계를 기반으로 전체적으로 상관관계를 가장 낮아지게 하는 샘플링 패턴을 결정할 수 있다.

예를 들어, RF 코일(910)이 16개의 채널 코일들을 포함하고, 11개의 채널 코일들은 제1 샘플링 패턴이 유리하고, 5개의 채널 코일들은 제2 샘플링 패턴이 유리하다면, 샘플링 패턴 결정부(920)는 제1 샘플링 패턴으로 k 공간의 샘플링 패턴을 결정할 수 있다. 다만, 이는 설명의 편의를 위한 하나의 예시일 뿐이다. 다른 예로, 샘플링 패턴 결정부(920)는 각 채널 코일들마다 관심 민감도 패턴과 엘리어싱 민감도 패턴의 상관관계를 수치화하는 상관 계수(correlation coefficient)를 획득하고, 모든 채널 코일들에 대한 상관 계수를 가장 낮게 하는 샘플링 패턴으로 결정할 수도 있다.

각 채널 코일들(910-1, 910-2, ..., 910-N)마다 MR 신호가 수신되므로, 디지털 데이터 획득부(930)는 각 채널 코일들(910-1, 910-2, ..., 910-N)마다 수신된 MR 신호를 결정된 샘플링 패턴으로 샘플링하여 k 공간마다 디지털 데이터를 획득한다. 따라서, 디지털 데이터 획득부(930)는 채널 코일들(910-1, 910-2, ..., 910-N)에 대한 N개의 k공간마다 디지털 데이터를 획득할 것이다.

디지털 데이터 획득부(930)는 N개의 k 공간의 디지털 데이터를 기반으로 영상 처리를 통해 MR 영상을 획득할 수 있다. 영상 처리 방법은 일반적인 영상 재구성 방법일 수 있다. 예를 들어, 영상 재구성 방법은 병렬 영상(parallel imaging), 압축 센싱(compressed sensing) 등일 수 있다.

도 17은 일부 실시예에 따른 자기 공명 영상 생성 방법을 나타내는 흐름도이다.

도 17을 참고하면, RF 코일의 민감도 및 신호 영역 정보를 기반으로 하여 k 공간의 샘플링 패턴이 결정된다(S110). 결정된 샘플링 패턴을 기반으로 MR 신호를 샘플링하여 k 공간의 디지털 데이터가 획득된다(S120).

도 18은 일부 실시예에 따른 자기 공명 영상 생성 방법을 나타내는 흐름도이다.

도 18을 참고하면, 사용자에 의해 FOV가 설정된다(S210). 사용자는 입력부(66)를 통해 설정하고자 하는 FOV에 대한 정보를 입력할 수 있다. RF 코일의 민감도 및 신호 영역 정보를 기반으로 하여 k 공간의 샘플링 패턴이 결정된다(S220). 결정된 샘플링 패턴의 승인이 사용자에게 요청된다(S230).

승인 요청이 거부되거나, 미리 정해진 시간 동안 사용자에 의한 승인이 입력되지 않으면, 샘플링 패턴이 재결정된다(S270). 샘플링 패턴 재결정은 다양하게 실시될 수 있다. 일예로, 샘플링 패턴은 FOV, 해상도 등의 영상 파라미터 정보 등에 기초하여 재결정될 수 있다. FOV는 단계 210에서 사용자에 의해 설정된 것이고, 해상도 역시 사용자에 의해 설정될 수 있다. 다른 예로, 디폴트(default)로 설정되어 있는 샘플링 패턴으로 재결정될 수 있다. 또 다른 예로, 단계 S220으로 되돌아가 다시 샘플링 패턴이 결정될 수도 있다. 다만, 단계 S220으로 되돌아가는 횟수는 일정 횟수가 초과되지 않도록 제한되어야할 것이다. 일정 횟수가 초과되면, 샘플링 패턴은 영상 파라미터 정보 등에 의해 재결정되거나, 디폴트로 설정된 샘플링 패턴으로 재결정될 수 있다.

샘플링 패턴이 승인되거나 샘플링 패턴이 재결정면, FOV가 논리적 FOV로 변경될 수 있다(S240). 다만, FOV를 회전 시킬 필요가 없고, FOV의 크기를 변경할 필요가 없는 경우에는 FOV가 논리적 FOV로 변경되지 않을 수 있다. 이 경우, 논리적 FOV는 FOV와 동일한 것으로 처리될 수 있다.

논리적 FOV에 대응하는 논리적 k 공간에서 디지털 데이터가 획득된다(S250). 디지털 데이터를 기반으로 생성된 MR 영상이 출력부(도 1의 64)에 표시된다(S260). 이때, MR 영상은 변경 전 FOV 또는 논리적 FOV를 기준으로 표시될 수 있다.

도 17 및 도 18의 자기 공명 영상 생성 방법(S100, S200)은 도 1의 도시된 MRI 시스템, 도 6 또는 도 16의 자기 공명 영상 장치에서 수행될 수 있다. 자기 공명 영상 생성 방법(S100, S200)의 각 단계는 앞서 설명된 방식으로 수행될 수 있다.

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.

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.

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.

110: RF 코일
120, 920: 샘플링 패턴 결정부
130, 930: 디지털 데이터 획득부

Claims

RF(Radio Frequency) 코일;
FOV(field of view)에 대한 상기 RF 코일의 위치를 나타내는 코일 지오메트리에 기초하여, k 공간의 복수의 샘플링 패턴들 중 샘플링 패턴을 선택하고,
선택된 상기 샘플링 패턴을 기반으로, 상기 RF 코일이 수신하는 대상체로부터 방출되는 MR(Magnetic Resonance) 신호를 샘플링하여 k 공간의 디지털 데이터를 획득하는 영상 처리부를 포함하는 자기 공명 영상 생성 장치.
제1항에 있어서,
상기 영상 처리부는, 상기 디지털 데이터를 기반으로 획득되는, 상기 대상체에서 상기 MR 신호가 생성되는 신호 영역의 이미지인 관심 이미지 및 엘리어싱 인공물을 포함하는 엘리어싱 영상에 있어서,
상기 관심 이미지에서 상기 RF 코일의 민감도의 패턴과, 상기 엘리어싱 인공물에서 상기 RF 코일의 민감도 패턴 사이에 상관관계에 기초해, 상기 복수의 샘플링 패턴들 중 상기 샘플링 패턴을 선택하는, 자기 공명 영상 생성 장치.
제1항에 있어서,
상기 복수의 샘플링 패턴들은, k 공간의 어느 하나의 축 방향으로의 샘플링 라인들 중 일부 샘플링 라인들에서 상기 디지털 데이터가 획득되는 제1 샘플링 패턴 및 k 공간의 어느 하나의 축 방향으로 지그재그 형상으로 상기 디지털 데이터가 획득되는 제2 샘플링 패턴을 포함하는, 자기 공명 영상 생성 장치.
제3항에 있어서,
상기 영상 처리부는, 상기 FOV를 논리적 FOV로 변경하고,
상기 논리적 FOV에 대응하는 논리적 k 공간에서 상기 디지털 데이터를 획득하는, 자기 공명 영상 생성 장치.
제4항에 있어서,
상기 논리적 FOV는 상기 FOV를 회전시킨 것이고,
상기 영상 처리부는, 상기 논리적 k 공간의 어느 하나의 축 방향으로의 샘플링 라인들 중 일부 샘플링 라인들에서 상기 디지털 데이터를 획득하는, 자기 공명 영상 생성 장치.
제5항에 있어서,
상기 논리적 FOV는 상기 대상체에서 상기 MR 신호가 생성되는 신호 영역을 기반으로 상기 FOV의 크기가 변경된 것인, 자기 공명 영상 생성 장치.
제4항에 있어서,
상기 영상 처리부에서 상기 디지털 데이터를 기반으로 획득된 자기 공명 영상을 표시(display)하는 출력부를 더 포함하며,
상기 자기 공명 영상은 상기 논리적 FOV를 기반으로 표시되거나, 상기 FOV를 기반으로 표시되는, 자기 공명 영상 생성 장치.
제4항에 있어서,
사용자에 의해 상기 FOV를 설정하는 정보를 입력 받는 입력부를 더 포함하는 자기 공명 영상 생성 장치.
제1항에 있어서,
사용자로부터 선택된 상기 샘플링 패턴의 승인을 입력 받는 입력부를 더 포함하는 자기 공명 영상 생성 장치.
제2항에 있어서,
상기 RF 코일은 복수의 채널 코일들을 포함하고, 상기 RF 코일의 민감도는 상기 복수의 채널 코일들 각각의 민감도이고,
상기 영상 처리부는, 상기 복수의 채널 코일들 각각의 민감도를 기반으로 하여 상기 샘플링 패턴을 결정하는, 자기 공명 영상 생성 장치.
제10항에 있어서,
상기 영상 처리부는, 상기 복수의 채널 코일들마다 수신되는 MR 신호를 상기 결정된 샘플링 패턴으로 샘플링하여 복수의 k 공간마다 디지털 데이터를 획득하는, 자기 공명 영상 생성 장치.
FOV에 대한 RF 코일의 위치를 나타내는 코일 지오메트리에 기초하여, k 공간의 복수의 샘플링 패턴들 중 샘플링 패턴을 선택하는 단계; 및
선택된 상기 샘플링 패턴을 기반으로, 상기 RF 코일이 수신하는 대상체로부터 방출되는 MR 신호를 샘플링하여 k 공간의 디지털 데이터를 획득하는 단계를 포함하는 자기 공명 영상 생성 방법.
제12항에 있어서,
상기 디지털 데이터를 푸리에 변환하여 획득되는 엘리어싱 영상은 상기 대상체에서 상기 MR 신호가 생성되는 신호 영역의 이미지인 관심 이미지 및 엘리어싱 인공물을 포함하며,
상기 관심 이미지에서 상기 RF 코일의 민감도의 패턴과, 상기 엘리어싱 인공물에서 상기 RF 코일의 민감도 패턴 사이에 상관관계에 기초해, 상기 복수의 샘플링 패턴들 중 상기 샘플링 패턴을 선택하는, 자기 공명 영상 생성 방법.
제12항에 있어서,
상기 복수의 샘플링 패턴들은, k 공간의 어느 하나의 축 방향으로의 샘플링 라인들 중 일부 샘플링 라인들에서 상기 디지털 데이터가 획득되는 제1 샘플링 패턴 및 k 공간의 어느 하나의 축 방향으로 지그재그 형상으로 상기 디지털 데이터가 획득되는 제2 샘플링 패턴을 포함하는, 자기 공명 영상 생성 방법.
제14항에 있어서,
상기 FOV를 논리적 FOV로 변경하는 FOV 조정 단계; 및
상기 논리적 FOV에 대응하는 논리적 k 공간에서 상기 디지털 데이터를 획득하는 단계를 더 포함하는 자기 공명 영상 생성 방법.
제15항에 있어서,
상기 FOV 조정 단계는, 상기 FOV를 회전시키는 단계를 포함하며,
상기 디지털 데이터를 획득하는 단계는, 상기 논리적 k 공간의 어느 하나의 축 방향으로의 샘플링 라인들 중 일부 샘플링 라인들에서 상기 디지털 데이터를 획득하는 단계인, 자기 공명 영상 생성 방법.
제15항에 있어서,
사용자로부터 상기 FOV를 설정하는 정보를 입력 받는 단계; 및
사용자로부터 선택된 상기 샘플링 패턴의 승인을 입력 받는 단계를 더 포함하는 자기 공명 영상 생성 방법.
제12항에 있어서,
상기 RF 코일은 복수의 채널 코일들을 포함하고, 상기 RF 코일의 민감도는 상기 복수의 채널 코일들 각각의 민감도이고,
상기 샘플링 패턴을 선택하는 단계는, 상기 복수의 채널 코일들 각각의 민감도를 기반으로 하여 상기 샘플링 패턴을 결정하는, 자기 공명 영상 생성 방법.
제18항에 있어서,
상기 디지털 데이터를 획득하는 단계는, 상기 복수의 채널 코일들마다 수신되는 MR 신호를 상기 결정된 샘플링 패턴으로 샘플링하여 복수의 k 공간마다 디지털 데이터를 획득하는, 자기 공명 영상 생성 방법.
제12항 내지 제19항 중 어느 한 항의 자기 공명 영상 생성 방법을 구현하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체.