KR20150098577A - 2차원 용적 세그먼트에 관련된 ｍｒ-데이터를 취득하기 위한 방법 및 그에 상응하게 설계된 자기 공명 유닛 - Google Patents

2차원 용적 세그먼트에 관련된 ｍｒ-데이터를 취득하기 위한 방법 및 그에 상응하게 설계된 자기 공명 유닛 Download PDF

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KR20150098577A
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데이비드 그로드즈키
브죄른 헤이스만
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지멘스 악티엔게젤샤프트
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Abstract

본 발명은 자기 공명 유닛(5)을 이용하여 피검체(O)의 사전에 결정된 2차원 용적 세그먼트의 MR-데이터를 취득하기 위한 방법에 관한 것이다.
제1 방법은:
미가공 데이터 공간 내에서 표본화될 점(32)을 무작위로 결정함으로써, 단지 표본화될 특정 K-공간-점(32)만 표본화될 때에 미가공 데이터 공간이 부표본화되는 단계, 및
자기 공명 유닛(5)을 이용하여, 표본화될 특정 점(32)의 MR-데이터를 취득하는 단계를 포함한다.
제2 방법은:
미가공 데이터 공간의 중심(33)에서 시작하여 방사상으로 또는 나선형으로 진행하는 궤도(31)를 이용해서, 미가공 데이터 공간 내에서 표본화될 점(32)을 결정하는 단계,
표본화될 각각의 특정 점(32)을 FFT-격자점 상으로 이동시키는 단계, 및
자기 공명 유닛(5)을 이용해서, 표본화될 특정 점(32)의 MR-데이터를 취득하는 단계를 포함한다.

Description

2차원 용적 세그먼트에 관련된 ＭＲ-데이터를 취득하기 위한 방법 및 그에 상응하게 설계된 자기 공명 유닛{METHODS FOR THE ACQUISITION OF MR-DATA RELATING TO A TWO-DIMENSIONAL VOLUME SEGMENT AND MAGNETIC RESONANCE UNITS DESIGNED ACCORDINGLY}
본 발명은 미가공 데이터 공간에 있는 점들(즉, K-공간-점들)을 결정하고 이들 점에 관련된 MR-데이터를 취득하기 위한 방법 그리고 그에 상응하게 설계된 자기 공명 유닛에 관한 것이다.
환자 테스트의 속도를 높이는 것은 임상적인 MR-이미징의 중심이 되는 논제이다. 이때 기록 속도는 각각의 자기 공명 유닛의 처리율(throughput)에 중대한 영향을 미칠 뿐만 아니라, 더 나아가서는 개별 환자가 자기 공명 유닛 내부에 얼마나 오랫동안 머물러야만 하는지에 대해서도 규정해준다.
최근에는 3차원 용적 세그먼트를 캡쳐링(capturing) 할 때의 기록 속도가 더 빨라진 한편, 선행 기술에서는 2차원 용적 세그먼트 또는 슬라이스(slice)를 캡쳐링 할 때의 기록 속도에 관해서 비슷한 속도 증가가 이루어지지 않고 있다. 따라서, 공지된 방법들은 3차원 MR-시퀀스를 위해서는 더 빠른 속도를 제공해주는 한편, 생성된 MR-이미지의 대략 90%를 차지하는 종래의 정적인 2차원 MR-단면 이미징을 위해서는 상응하는 속도 증가 조치가 전혀 존재하지 않는다.
본 발명의 과제는, 2차원 용적 세그먼트의 MR-데이터의 취득 속도를 높이는 것이다.
상기 과제는 본 발명에 따라, 청구항 1 및 청구항 9에 따른 MR-데이터를 취득하기 위한 방법에 의해서, 청구항 10 및 청구항 11에 따른 자기 공명 유닛에 의해서, 청구항 13에 따른 컴퓨터 프로그램 제품에 의해서 그리고 청구항 14에 따른 전자식으로 판독 가능한 데이터 캐리어에 의해서 해결된다. 종속 청구항들은 본 발명의 유리하고 바람직한 실시예들을 규정한다.
본 발명의 틀 안에서는, 자기 공명 유닛을 이용하여 피검체 내부에서 사전에 결정된 2차원 용적 세그먼트의 또는 사전에 결정된 슬라이스의 MR-데이터를 취득하기 위한 방법이 제시된다. 이 방법은 다음과 같은 단계들을 포함한다:
Figure pat00001
표본화될 K-공간-점들을 무작위로 결정하는 단계. 이 단계에서는, 단지 표본화될 특정 K-공간-점들만 표본화되는 경우에, 2차원 용적 세그먼트 또는 슬라이스와 일치하는 K-공간이 부표본화된다.
Figure pat00002
자기 공명 유닛을 이용하여, 이전 단계에서 결정된 표본화될 K-공간-점들의 MR-데이터를 취득하는 단계.
Figure pat00003
선택적으로는, 예를 들어 하나의 MR-이미지가 상기 취득된 MR-데이터에 따라 재구성되는 또 하나의 단계가 부가될 수 있다.
2차원 K-공간이 부표본화됨으로써, K-공간 전체가 표본화되는 공지된 일 방법에 비해 훨씬 더 적은 K-공간-점들이 표본화되며, 이로 인해 표본화 또는 MR-데이터의 취득은 바람직하게 그에 상응하게 가속될 수 있다. 시뮬레이션 및 검사들이 보여주는 것은, 빠진(표본화되지 않은) K-공간-점들이 무작위로 분포되어 있는 한, 취득된 MR-데이터를 이용해서 아티팩트(artefact) 없이 용적 세그먼트의 일 MR-이미지의 재구성이 가능하다는 것이다. 달리 표현하자면, 표본화된 K-공간-점들이 무작위로 분포되어 있으면, 표본화된 K-공간-점들의 MR-데이터는 부표본화에도 불구하고 상응하는 이미지 정보를 갖게 된다. 이와 같은 내용은 심지어 예를 들어 2 내지 2.5에 해당하는 높은 부표본화율에 대해서도 적용되며, 이 경우 표본화된 K-공간-점들은 원래 K-공간 내에 있는 잠재적인 측정점들 또는 K-공간-점들의 50% 내지 40%만을 포함한다. 검사들이 보여준 것은, 이러한 부표본화에도 불구하고 (전체적으로 표본화된 MR-데이터를 이용해서 재구성된 MR-이미지들과 비교해서) 임상적으로 동일한 이미지 품질을 얻을 수 있다는 것이다.
극좌표에 있는 각각의 K-공간-점이 K-공간-중심 및 개별 K-공간-점에 의해 규정된 하나의 직선과 K-공간-중심을 통과하는 하나의 축에 의해 형성되는 각(angle) 및 상기 K-공간-중심까지의 거리(distance)에 의해서 규정된다면, 표본화될 K-공간-점들의 무작위 결정은 상기 각에 따라 표본화될 K-공간-점들의 일정한 밀도 및 K-공간-중심까지의 거리에 따라 감소하는 표본화될 K-공간-점들의 밀도를 전제로 한다.
달리 말하자면, 표본화될 K-공간-점들은 바람직하게, 극좌표에 있는 K-공간-점들의 밀도가 각에 따라서는 평균적으로 일정하도록 그리고 거리에 따라서는 평균적으로 감소하도록 결정되며, 거리는 그만큼 더 커진다. 달리 표현하자면, K-공간-중심까지의 상기 K-공간-점의 거리가 작을수록, 하나의 특정 K-공간-점이 표본화될 K-공간-점들의 양(quantity)에 속할 확률은 바람직하게 그만큼 더 커진다. 그와 달리, K-공간-중심까지 동일한 거리를 갖지만 상이한 각을 갖는 K-공간-점들에 대해서는, 표본화될 K-공간-점들의 양에 속할 확률이 동일한데, 그 이유는 개별 K-공간-점이 표본화될 K-공간-점들의 양에 속할 확률은 바람직하게 개별 각과 무관하기 때문이다.
본 발명에 따라 원호 방향으로는 K-공간-점들의 실질적으로 균일한 의사 무작위 분포(pseudo random distribution)가 존재하는 한편, 방사 방향으로는 전술된 바와 같이 K-공간-중심까지의 거리에 따라 감소하는 의사 무작위 분포(예컨대 인수 1/rx에 따라 감소하는 분포로서, 이때 r은 거리이고, x는 1과 3 사이의 숫자임)를 얻고자 한다면, 시뮬레이션 및 검사들은, 심지어 부표본화율이 높은 경우에도 재구성된 MR-이미지 내에서 아티팩트가 발생하지 않으면서, 매우 양호하고도 확실한 2차원 표본화를 보여준다. 따라서, 빠진(표본화되지 않은) K-공간-점들의 무작위 분포에 대한 주된 요구 사항은 앞에서 기술된 표본화될 K-공간-점들의 의사 무작위 분포에 의해서 충족된다.
본 발명에 따른 바람직한 일 실시예에 따라, 표본화될 K-공간-점들의 무작위 결정은, K-공간-중심에서 시작하여 방사상으로 또는 나선형으로 진행하는 궤도(trajectory)를 이용해서 실시된다. 이때, 표본화될 K-공간-점들은 상기 궤도에 대하여 결정된다.
예를 들면, 표본화될 K-공간-점들이 앞에서 기술된 무작위 분포를 고려하여 방사상으로 또는 나선형으로 진행하는 궤도상에 배치되는 것이 가능하다.
나선형 궤도의 한 가지 중요한 특성은, 개별 나선 또는 궤도의 두 번의 이웃하는 선회(revolution) 간의 거리를 지시하는 피치(pitch)이다. 피치가 무한히 큰 경우에는, 나선형 궤도가 방사상 궤도로 퇴보한다. 궤도가 실제로 나선형으로 진행하는 경우에는, 피치가 지나치게 높게 선택되어서는 안 된다. 예를 들어 피치는, 개별 나선 또는 궤도가 한 번의 선회 후에 이미 K-공간의 가장자리에 충돌하도록 선택될 수 있다.
본 발명에 따른 바람직한 일 실시예에 따라, 표본화될 K-공간-점들을 무작위로 결정하기 위해, 방사상으로 또는 나선형으로 진행하는 궤도로부터 출발하여 제1 단계에서는 궤도상에 있는 중간점들이 결정된다. 이들 각각의 중간점이 극좌표를 이용해서 K-공간-중심에 대하여 규정되면, 표본화될 일 K-공간-점의 각(
Figure pat00004
)은 아래의 방정식 (1)을 통해 관련 중간점의 각(
Figure pat00005
)으로부터 출발해서 결정될 수 있다.
Figure pat00006
상기 방정식에서 ZW는 중간점의 각에 할당되는 임의의 각에 상응한다. K-공간-중심으로부터의 거리가 변경되지 않음으로써, 결과적으로 표본화될 K-공간-점에서의 이 거리는 상응하는 중간점에서의 거리에 상응하게 된다.
상기 실시예에 따르면, 중간점들이 표본화될 K-공간-점들의 사전에 결정된 분포 밀도에 상응하게 궤도상에 놓임으로써, 상기 분포 밀도는 유지될 수 있다. 표본화될 K-공간-점들은 중간점들로부터 출발해서 임의의 각(ZW)의 크기에 따라
Figure pat00007
-방향으로 갑자기 이동된다. 상기 임의의 각이 0°의 평균값을 가지면, 상기와 같은 방식으로 결정된 표본화될 K-공간-점들도 (평균적으로) 사전에 결정된 분포 밀도를 갖는다.
검사들이 보여준 것은, 하나의 나선 상에 놓여 있는 (다시 말해, 상기 나선을 향해 이동되지 않은) 표본화될 K-공간-점들은 나선을 향해 무작위로 이동되는 표본화될 K-공간-점들보다 나쁜 분포를 갖는다는 것이다.
본 발명에 따라, 두 가지 상이한 변형 예가 존재한다:
Figure pat00008
제1 변형 예에 따르면, 동일한 K-공간-점이 표본화될 K-공간-점으로서 여러 번 결정되어 표본화된다.
Figure pat00009
제2 변형 예에 따르면, 동일한 K-공간-점이 여러 번 표본화될 수 없음으로써, 각각의 K-공간-점은 최대 단 한 번만 표본화된다.
바로 K-공간-중심 가까이에 있는 K-공간-영역에서는, 제2 변형 예에 의한 경우보다 원칙적으로 더 많은 K-공간-점들이 제1 변형 예(동일한 K-공간-점이 여러 번 표본화됨)에 의해서 표본화될 수 있다. 그럼으로써, 신호 대 잡음 비율이 바람직하게 증가될 수 있다.
본 발명에 따른 추가의 일 실시예에 따라, 표본화될 K-공간-점들은 MR-데이터를 취득하기 전에 특정한 순서로 배열될 수 있다. 이때 이 순서는, 이 순서에 따라 연속으로 표본화될 2개 K-공간-점들 사이의 거리가 가급적 작도록 선택된다.
이전에 결정된 표본화될 K-공간-점들을 위한 MR-데이터가 최적화된 순서로 취득되기 전에, 상기 K-공간-점들이 최적화된 순서로 배열됨으로써, MR-데이터를 취득할 때에 자기장 경사의 변동은 바람직하게 작게 유지될 수 있다. 그럼으로써, 심각한 잡음 발생을 야기하는 자기장 경사의 급격한 변동이 바람직하게 피해질 수 있다.
MR-이미징에서, "궤도"라는 용어는 일반적으로 취득될 K-공간-점들이 그 위에 놓여 있는 하나의 선으로 이해된다. 앞에 있는 행들에서, "궤도"라는 용어는 또한 표본화될 K-공간-점들을 결정할 때에 출발하는 일종의 출발선으로도 이해된다. 표본화될 K-공간-점들이 한 번 결정되었다면, 그 다음에는 표본화될 K-공간-점들의 MR-데이터를 취득할 때에 이용되는 궤도들이 결정될 수 있으며, 이 경우에도 또한 표본화될 K-공간-점들의 최적화된 순서가 고려될 수 있다.
MR-데이터의 취득은 바람직하게 복수의 수신 안테나에 의해 병렬 탐색 기술을 이용해서 실시될 수 있다.
iPAT2("integrated Parallel Acquisition Technique; 통합적인 병렬 탐색 기술")로서도 공지된 탐색 기술에 따르면, MR-데이터를 두 가지 K-공간-방향에서 동시에 취득하기 위하여, 예를 들어 64(82)개의 수신 안테나가 병렬로 또는 동시에 사용된다.
본 발명에 따른 추가의 일 실시예에 따라, 표본화될 특정 K-공간-점들은 MR-데이터를 취득하기 전에, 사전에 결정된 FFT-격자의 일 격자점 상으로 이동된다. 이때 K-공간 내에 있는 FFT-격자는 평행하게 뻗는 제1 직선 및 평행하게 뻗는 제2 직선에 의해서 규정되었으며, 이때 제1 직선들 각각은 제2 직선들 각각에 대하여 수직으로 서있다. 제1 직선들 중에서 각각 2개의 이웃하는 직선은 제2 직선들 중에서 각각 2개의 이웃하는 직선과 동일한 거리를 갖는다. 각각의 격자점은 제2 직선들 중 하나와 제1 직선들 중 하나가 교차하는 일 교차점에 상응한다.
달리 말하자면, 표본화될 K-공간-점들은 FFT-격자 상으로 이산된다. 표본화될 K-공간-점들이 FFT-격자 상으로 이동하는 이 단계는, 표본화될 K-공간-점들이 마지막으로 표본화되는 순서가 최적화될 수 있기 전에 이루어진다. 본 실시예에서, (MR-데이터를 취득할 때의) 경사 파형은 시간 단계에서 시간 단계로(K-공간-점에서 K-공간-점으로), 양자화된 기본 단계(2개의 이웃하는 제1 또는 제2 직선 간의 거리)의 정수배만큼 증가한다. 시험들이 보여준 것은, 그럼에도 본 실시예에서 반드시 필요한 증분(increment)은 오늘날의 자기 공명 유닛의 소위 슬루율(slew rate) 한계보다 훨씬 더 아래에 놓여 있다는 것이다.
상기 실시예의 큰 장점은, 소위 그리딩(gridding; 격자 맞춤)이 반드시 필요치 않다는 것이다. 그리딩의 경우에는 취득된 MR-데이터가 주기적인 격자 상에 삽입되며, 이것은 상당한 계산 시간을 요구하는 단점이 있다. 또한, 다름 아니라 표본화될 K-공간-점들의 밀도가 낮은 영역에서는 필요한 삽입이 수치 오차의 원인이 되는 경향이 있다.
재구성의 경우에는 바람직하게 간단한 역 푸리에 변환(inverse Fourier transform)이 사용될 수 있다. 반복적인 재구성은 반드시 필요치는 않지만, 화질의 개선을 위해서 사용될 수 있다.
본 발명의 틀 안에서는, 자기 공명 유닛을 이용해서 피검체의 사전에 결정된 2차원 용적 세그먼트의 MR-데이터를 취득하기 위한 추가의 방법도 제시된다. 이 추가의 방법은 다음과 같은 단계들을 포함한다:
Figure pat00010
K-공간-중심에서 시작하여 방사상으로 또는 나선형으로 진행하는 궤도를 이용해서 표본화될 K-공간-점들을 결정하는 단계. 이 단계에서, 표본화될 K-공간-점들은 전술된 바와 같이 상기 궤도상에 놓일 수 있거나 상기 궤도에 의해서 결정될 수 있다.
Figure pat00011
표본화될 각각의 특정 K-공간-점을 사전에 결정된 FFT-격자의 일 격자점 상으로 이동시키는 단계.
Figure pat00012
사전에 결정된 그리고 FFT-격자 상으로 이동된 표본화될 K-공간-점들의 MR-데이터를 취득하는 단계.
상기 본 발명에 따른 추가의 방법의 장점들은, 표본화될 K-공간-점들이 마찬가지로 FFT-격자점 상으로 이동된, 제일 먼저 기술된 본 발명에 따른 방법의 실시예의 장점들에 상응한다. 달리 말하자면, 표본화될 K-공간-점들을 FFT-격자점 상으로 이동시키는 것은 표본화될 K-공간-점들의 무작위 분포와 무관하다.
본 발명의 틀 안에서는, 피검체 내부에서 사전에 결정된 일 용적 세그먼트의 MR-데이터를 취득하기 위한 자기 공명 유닛도 제시된다. 이때 자기 공명 유닛은 기본 계자, 경사 자기장계, 하나 또는 복수의 HF-안테나, 상기 경사 자기장계 및 상기 하나 이상의 HF-안테나를 구동시키기 위한, 상기 하나 이상의 HF-안테나에 의해 검출된 측정 신호를 수신하기 위한 그리고 상기 측정 신호를 평가하기 위한 제어 장치, 및 계산 유닛을 포함한다. 계산 유닛이 무작위로 표본화될 K-공간-점들을 결정하도록 설계됨으로써, 단지 표본화될 특정 K-공간-점들만 표본화될 때에 K-공간이 부표본화된다. 더 나아가, 자기 공명 유닛은, 표본화될 특정 K-공간-점들의 MR-데이터를 취득할 때에 이용되는 시퀀스 제어부도 포함한다.
본 발명에 따른 자기 공명 유닛의 장점들은 실질적으로 앞에서 상세하게 기술된, 제일 먼저 기술된 본 발명에 따른 방법의 장점들에 상응하기 때문에, 여기에서는 반복해서 설명하지 않을 것이다.
본 발명의 틀 안에서는, 피검체 내부에서 사전에 결정된 일 용적 세그먼트의 MR-데이터를 취득하기 위한 추가의 자기 공명 유닛도 제시된다. 이 추가의 자기 공명 유닛도 기본 계자, 경사 자기장계, 하나 또는 복수의 HF-안테나, 상기 경사 자기장계 및 상기 하나 이상의 HF-안테나를 구동시키기 위한, 상기 하나 이상의 HF-안테나에 의해 검출된 측정 신호를 수신하기 위한 그리고 상기 측정 신호를 평가하기 위한 제어 장치, 및 계산 유닛을 포함한다. 계산 유닛은, 한 편으로는 K-공간-중심에서 시작하여 방사상으로 또는 나선형으로 진행하는 궤도를 이용해서 표본화될 K-공간-점들을 결정하도록 설계되었다. 다른 한 편으로, 계산 유닛은 상기 표본화될 각각의 특정 K-공간-점들을 일 FFT-격자점 상으로 이동시키도록 설계되었다. 더 나아가, 자기 공명 유닛은, 표본화될 특정 K-공간-점들의 MR-데이터를 취득하기 위하여 시퀀스 제어부도 포함한다.
본 발명에 따른 추가 자기 공명 유닛의 장점들은 실질적으로 앞에서 상세하게 기술된, 본 발명에 따른 추가 방법의 장점들에 상응하기 때문에, 여기에서는 반복해서 설명하지 않을 것이다.
또한, 본 발명은, 자기 공명 유닛의 프로그램 가능한 제어부 또는 계산 유닛의 메모리 내부에 로딩 될 수 있는 컴퓨터 프로그램 제품, 특히 컴퓨터 프로그램 또는 소프트웨어도 기술한다. 이 컴퓨터 프로그램 제품에 의해서는, 상기 컴퓨터 프로그램 제품이 자기 공명 유닛의 제어부 또는 제어 장치 내에서 실행될 때에, 본 발명에 따른 방법의 전술된 모든 또는 다양한 실시예가 실시될 수 있다. 이 경우 컴퓨터 프로그램 제품은, 상기 방법의 상응하는 실시예들을 구현하기 위하여 상황에 따라서는 프로그램 수단, 예컨대 라이브러리 및 보조 기능을 필요로 한다. 달리 말하자면, 컴퓨터 프로그램 제품에 대하여 제기되는 요구 사항에 의해서는, 특히 본 발명에 따른 방법의 전술된 실시예들 중에 한 가지 실시예를 실시할 수 있거나 이 실시예를 실시하는 컴퓨터 프로그램 또는 소프트웨어가 보호되어야만 한다. 이때, 소프트웨어로서는, 계속해서 더 편집(번역)되고 연결(link) 되어야 하거나 단지 해석되기만 하면 되는 소스 코드(예컨대 C++), 또는 실행을 위해 단지 상응하는 계산 유닛 또는 제어 장치 내부에 로딩 되기만 하면 되는 실행 가능한 소프트웨어 코드가 사용될 수 있다.
마지막으로, 본 발명은, 전자식으로 판독 가능한 제어 정보, 특히 소프트웨어(위 참조)가 저장된 전자식으로 판독 가능한 데이터 캐리어, 예컨대 DVD, 자기 테이프 또는 USB-스틱을 개시한다. 이들 제어 정보(소프트웨어)가 데이터 캐리어로부터 판독되어 자기 공명 유닛의 제어 장치 또는 계산 유닛 내부에 저장되면, 전술된 방법의 본 발명에 따른 모든 실시예가 실시될 수 있다.
본 발명은 특히, 예컨대 경사 에코 방법을 이용해서 MR-데이터를 취득하기 위하여, 예를 들어 압축 센싱("compressed sensing")의 틀 안에서 2차원 용적 세그먼트를 부표본화하기에 적합하다. 본 발명은, 고품질의 MR-이미지를 생성하는 이외에, 전신 이미지(whole-body image)의 신속한 발생을 위해서도 사용될 수 있다. 본 발명은 2차원 용적 세그먼트의 표본화에만 한정되지 않는데, 그 이유는 적어도 상기 추가의 본 발명에 따른 방법 및 상기 추가의 본 발명에 따른 자기 공명 유닛이 3차원 용적 세그먼트의 MR-데이터를 취득하기 위해서도 사용될 수 있기 때문이다.
본 발명은, 도면들을 참고하는 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 참조하여 아래에서 상세하게 기술된다.
도 1에는 본 발명에 따른 자기 공명 유닛이 개략적으로 도시되어 있다.
도 2에는 본 발명에 따른 나선형 궤도의 파형이 Kx-방향으로 도시되어 있다.
도 3에는 도 2에 도시된 궤도의 파형을 실현하기 위한 경사 파형이 도시되어 있다.
도 4에는 도 2에 도시된 궤도의 파형이 Ky-방향으로 도시되어 있다.
도 5에는 도 4에 도시된 궤도 파형을 실현하기 위한 경사 파형이 도시되어 있다.
도 6에는 도 2 및 도 4에 도시된 궤도들이 2차원적으로 도시되어 있다.
도 7에는 본 발명에 따라 궤도를 이용해서 결정된 K-공간-점들이 도시되어 있으며, 이 경우에는 무작위 요소가 도 6의 궤도에 비해 더 집중적으로 사용되었다.
도 8은 도 7에 도시된 K-공간-중심의 일 영역을 상세하게 도시한다.
도 9는 본 발명에 따른 방법의 흐름도를 도시한다.
도 1은 자기 공명 유닛(5)(자기 공명 이미징 장치 또는 핵 자기 공명 단층 촬영 장치)의 개략도를 보여준다. 본 실시예에서, 기본 계자(1)는 예컨대 침상(23) 위에 눕혀져서 연속으로 자기 공명 유닛(5) 내부로 이동되는 인체의 검사될 일 부분과 같은 물체(O)의 검사 영역 내에서 핵 스핀을 분극시키거나 정렬시키기 위하여 시간에 따라 일정한 강한 자기장을 발생한다. 핵 자기 공명을 측정하기 위해서 필요한 기본 자기장의 높은 균질성은 통상적으로 구형의 측정 용적(M) 내부에 규정되어 있으며, 이 측정 용적을 통해서 인체의 검사될 부분이 연속으로 이동된다. 균질성 요구를 지원하기 위하여 그리고 특히 시간에 따라 불변하는 영향을 제거하기 위하여, 적합한 장소에 강자성 재료로 이루어진 소위 심 플레이트(shim plate)가 설치된다. 시간에 따라 변하는 영향은 심 코일(2)(shim coil)에 의해서 제거된다.
기본 계자(1) 내에서는, 원통형의 경사 자장계 또는 3개의 부분 권선으로 이루어진 경사 자장계(3)가 사용되었다. 각각의 부분 권선은 증폭기에 의해서, 직교 좌표계(cartesian coordinate system)의 개별 방향으로 선형의 (또한 시간에 따라 변경될 수 있는) 경사 자장을 발생하기 위하여 전류를 공급받는다. 이때, 경사 자장계(3)의 제1 부분 권선은 x-방향으로 경사(Gx)를 발생하고, 제2 부분 권선은 y-방향으로 경사(Gy)를 발생하며, 그리고 제3 부분 권선은 z-방향으로 경사(Gx)를 발생한다. 증폭기는, 정확한 시간에 경사 펄스를 발생하기 위하여 시퀀스 제어부(18)에 의해서 구동되는 디지털 아날로그 변환기를 포함한다.
경사 자장계(3) 내부에는 하나 (또는 복수의) 고주파 안테나(4)가 있으며, 이(들) 안테나는 고주파 출력 증폭기에 의해서 송출되는 고주파 펄스를, 핵을 여기시키기 위한 그리고 검사될 물체(O)의 또는 이 물체(O)의 검사될 영역의 핵 스핀을 정렬시키기 위한 교번 자기장으로 변환한다. 각각의 고주파 안테나(4)는, 부품 코일(component coil)이 고리 모양으로, 바람직하게는 선형으로 또는 매트릭스 형태로 배열된 형상의 하나 또는 복수의 HF-송신 코일 및 하나 또는 복수의 HF-수신 코일로 이루어진다. 개별 고주파 안테나(4)의 HF-수신 코일에 의해서는, 선행하는 핵 스핀으로부터 출발하는 교번 자장, 즉 일반적으로 하나 또는 복수의 고주파 펄스 및 하나 또는 복수의 경사 펄스로 이루어진 펄스 시퀀스에 의해서 야기되는 핵 스핀 에코 신호도, 증폭기(7)를 통해 고주파 시스템(22)의 고주파 수신 채널(8)에 공급되는 전압(측정 신호)으로 변환된다. 자기 공명 유닛(5)의 제어 장치(10)의 부분인 고주파 시스템(22)은 또한 송신 채널(9)을 포함하며, 이 송신 채널 내에서는 자기 핵 공명을 여기시키기 위한 고주파 펄스가 발생한다. 이때, 개별 고주파 펄스는 계산 유닛(20)에 의해 사전에 결정된 펄스 시퀀스를 토대로 하여, 시퀀스 제어부(18) 내에서 디지털 형태로 복잡한 숫자의 시퀀스로 나타난다. 이 숫자 시퀀스는 실제 부분으로서 그리고 가상 부분으로서 각각 하나의 입력(12)을 통해 고주파 시스템(22) 내에 있는 디지털 아날로그 변환기에 제공되고, 이 변환기로부터 송신 채널(9)에 제공된다. 송신 채널(9) 내에서는 펄스 시퀀스가 고주파 반송파 신호로 변조되며, 이 고주파 반송파 신호의 기본 주파수는 측정 용적 내에 있는 핵 스핀의 공명 주파수에 상응한다.
송신 모드로부터 수신 모드로의 전환은 송·수 전환기(6)(duplexer)를 통해서 이루어진다. 고주파 안테나(들)(4)의 HF-송신 코일은 핵 스핀을 여기시키기 위한 고주파 펄스를 측정 용적(M) 내부로 방출하며, 결과로 나타나는 에코 신호는 HF-수신 코일(들)을 통해서 표본화된다. 상응하게 획득된 핵 공명 신호는 고주파 시스템(22)의 수신 채널(8')(제1 복조기) 내에서 위상 감지 방식으로 중간 주파수로 복조되고, 아날로그 디지털 변환기(ADC) 내에서 디지털화되며, 그리고 출력(11)을 통해서 출력된다. 이 신호는 계속해서 0(zero) 주파수로 복조된다. 0 주파수로의 복조 그리고 실제 부분 및 가상 부분으로의 분리는 디지털 도메인 내에서 디지털화 이후에 제2 복조기(8) 내에서 이루어진다. 이미지 프로세서(17)에 의해서는, 상기와 같은 방식으로 출력(11)을 통해 획득된 측정 데이터로부터 MR-이미지가 재구성된다. 측정 데이터, 이미지 데이터 및 제어 프로그램의 관리는 계산 유닛(20)을 통해서 이루어진다. 제어 프로그램에 의한 규정을 토대로 해서, 시퀀스 제어부(18)는 각각 원하는 펄스 시퀀스의 발생 및 K-공간의 상응하는 표본화를 통제한다. 특히 이때 시퀀스 제어부(18)는 경사의 시간상 정확한 전환, 규정된 위상 진폭을 갖는 고주파 펄스의 송신 및 핵 공명 신호의 수신을 제어한다. 고주파 시스템(22) 및 시퀀스 제어부(18)를 위한 시간 축(time base)은 신시사이저(19)(synthesizer)에 의해서 제공된다. 예컨대 DVD(21) 상에 저장된, MR-이미지를 발생하기 위한 상응하는 제어 프로그램의 선택 그리고 발생된 MR-이미지의 묘사는, 키보드(15), 마우스(16) 및 모니터(14)를 포함하는 단말기(13)를 통해서 이루어진다.
도 2에는, 본 발명에 따른 몇몇 나선형 궤도(31)의 파형이 K-공간-방향(Kx)에 대해서 시간 위에 도시되어 있다. 본 실시예에서는 이들 나선형 궤도(31) 각각이 하나의 피치를 가짐으로써, 결과적으로 개별 궤도는 단 한 번의 선회 후에 이미 표본화될 K-공간의 가장자리에 충돌하게 된다.
상기 궤도(31)로부터 출발해서 표본화될 K-공간-점들을 결정하기 위하여, 하나의 무작위 요소(random element)가 단지 드물게만 사용되었다. 더 나아가, 무작위로 결정된 각각의 K-공간-점은 그 다음 FFT-격자점 상으로 이동되었다. 표본화될 K-공간-점들을 결정할 때에는 무작위성(randomness)의 영향이 적기 때문에, 각각의 표본화될 K-공간-점은 이상적인 나선형 궤도까지 (또는 궤도가 발생 되어 나온 일 나선까지) 단지 약간의 거리만을 갖는다.
도 3에는, 자기장 경사(Gx)의 파형이 시간 위에 도시되어 있으며, 이 파형에 의해서는 도 2에 도시된 궤도 파형이 얻어질 수 있다.
도 4에는, 도 2에 도시된 궤도(31)의 파형이 K-공간-방향(Ky)에 대해서 시간 위에 도시되어 있다. 도 5에는, 자기장 경사(Gy)의 파형이 시간 위에 도시되어 있으며, 이 파형에 의해서는 도 4에 도시된 궤도 파형이 얻어질 수 있다.
언급해야 할 사실은, 도 2 및 도 4에는 동일한 궤도(31)가 도시되어 있다는 것이다. 상기 궤도(31) 상에 있는 K-공간-점들을 표본화하기 위해서는, 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 자기장 경사(Gx) 뿐만 아니라 자기장 경사(Gy)도 각각 적용되어야만 한다.
도 6에는, 도 2 및 도 4에 도시된 궤도(31)가 Kx-방향 및 Ky-방향에 대해서 2차원적으로 도시되어 있다. 도 6을 참조해서도, 상응하는 나선형 궤도(31)의 각각 이상적인 파형으로부터 이격된 표본화될 K-공간-점(32)의 짧은 거리로부터, 표본화될 개별 K-공간-점의 무작위 이동이 단지 비교적 적게만 나타났다는 것을 알 수 있다.
도 7 및 도 8에 도시된 표본화될 K-공간-점(32)을 결정하기 위해서는, 도 2 내지 도 6에 도시된 표본화될 K-공간-점(32)을 결정하기 위한 경우보다 큰 난수(random value) 분포가 사용되었다. 그렇기 때문에, 도 7 및 도 8에 도시된 궤도(31)는 또한 이상적인 나선형 파형으로부터도 확연하게 벗어난다.
도 7에는 전체 2차원적인 K-공간이 도시되어 있는 한편, 도 8에서는 단지 K-공간-중심(33) 둘레에 있는 상기 K-공간의 영역만 도시된다.
도 9에는, 본 발명에 따른 방법의 흐름도가 도시되어 있다.
제1 단계(S1)에서는, 나선형 궤도를 이용하여 표본화될 K-공간-점들이 결정된다. 이 단계에서, 이상적인 나선형 궤도(나선) 상에 놓여 있는 점들에는 난수가 할당되며, 그럼으로써 이 점들은 무작위로 이동된다. 각각의 이동된 점은 단계(S1)에서 결정된 표본화될 K-공간-점에 상응한다.
제2 단계(S2)에서는, 제1 단계(S1)에서 결정된 표본화될 K-공간-점들이 FFT-격자점 상으로 이동된다.
제3 단계(S3)에서는, 제1 단계(S1) 및 제2 단계(S2)에서 결정된 표본화될 K-공간-점들의 MR-데이터가 취득됨으로써, 이들 K-공간-점이 표본화된다.
끝으로, 마지막 단계(S4)에서는, 단계(S3)에서 취득된 MR-데이터에 따라 MR-이미지가 재구성된다.

Claims (14)

  1. 자기 공명 유닛(5)을 이용하여 피검체(O) 내부에서 사전에 결정된 2차원 용적 세그먼트의 MR-데이터를 취득하기 위한 방법으로서, 상기 방법은:
    미가공 데이터 공간 내에서 표본화될 점(32)을 무작위로 결정함으로써, 단지 표본화될 특정 K-공간-점(32)만 표본화될 때에 미가공 데이터 공간이 부표본화되는 단계, 및
    자기 공명 유닛(5)을 이용하여, 표본화될 특정 점(32)의 MR-데이터를 취득하는 단계를 포함하는, MR-데이터를 취득하기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서, 극좌표에 있는 각각의 점(32)은 미가공 데이터 공간의 중심(33)을 통과하는 축에 대한 각(angle) 및 중심(33)까지의 거리(distance)에 의해서 규정되며, 표본화될 점(32)의 무작위 결정은 상기 각에 따라 표본화될 점들의 일정한 밀도 및 중심(33)까지의 거리에 따라 감소하는 표본화될 점(32)의 밀도를 전제로 하는 것을 특징으로 하는, MR-데이터를 취득하기 위한 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 표본화될 점(32)의 무작위 결정은, 미가공 데이터 공간의 중심(33)에서 시작하여 방사상으로 또는 나선형으로 진행하는 궤도(31)를 이용해서 실시되며, 이때 표본화될 점(32)은 궤도(31)에 대하여 결정되는 것을 특징으로 하는, MR-데이터를 취득하기 위한 방법.
  4. 제3항에 있어서, 표본화될 점(32)의 무작위 결정은 궤도(31) 상에 있는 중간점의 결정을 포함하며, 이때 극좌표에 있는 각각의 중간점은 미가공 데이터 공간의 중심(33)을 통과하는 축에 대한 각 및 중심(33)까지의 거리에 의해서 규정되며,
    각각의 표본화될 점(32)은 상기 중간점들 중에 일 중간점으로부터 출발해서 결정되며, 이때 개별 중간점의 각에는 난수가 할당되는 것을 특징으로 하는, MR-데이터를 취득하기 위한 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 미가공 데이터 공간의 동일한 점이 표본화될 점(32)으로서 여러 번 결정될 수 있거나,
    미가공 데이터 공간의 동일한 점이 표본화될 점(32)으로서 최대로 한 번 결정될 수 있는 것을 특징으로 하는, MR-데이터를 취득하기 위한 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 또한:
    표본화될 점(32)의 표본화가 이루어지는 순서를 결정함으로써, 상기 순서에 따라 이웃하는 2개의 표본화될 점들(32) 사이의 거리가 가급적 작아지는 것을 특징으로 하는, MR-데이터를 취득하기 위한 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, MR-데이터의 취득은 복수의 수신 안테나(4)에 의해 병렬 탐색 기술을 이용해서 이루어지는 것을 특징으로 하는, MR-데이터를 취득하기 위한 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 이 방법은 또한:
    표본화될 각각의 특정 점을 사전에 결정된 격자의 격자점 상으로 이동시키는 단계를 포함하며,
    미가공 데이터 공간 내에 있는 상기 격자는 평행하게 뻗는 제1 직선 및 평행하게 뻗는 제2 직선에 의해서 규정되며,
    상기 제1 직선은 상기 제2 직선상에 수직으로 서 있으며,
    상기 제1 직선들 중 각각 2개의 이웃하는 직선과 상기 제2 직선들 중 각각 2개의 이웃하는 직선 사이에는 동일한 거리가 존재하며,
    각각의 격자점은 제2 직선들 중 하나의 직선과 제1 직선들 중 하나의 직선이 서로 교차하는 교차점에 상응하는 것을 특징으로 하는, MR-데이터를 취득하기 위한 방법.
  9. 자기 공명 유닛(5)을 이용하여 피검체(O)의 사전에 결정된 2차원 용적 세그먼트의 MR-데이터를 취득하기 위한 방법으로서, 상기 방법은:
    미가공 데이터 공간의 중심(33)에서 시작하여 방사상으로 또는 나선형으로 진행하는 궤도(31)를 이용해서, 미가공 데이터 공간 내에서 표본화될 점(32)을 결정하는 단계,
    표본화될 각각의 특정 점(32)을 사전에 결정된 격자의 격자점 상으로 이동시키는 단계, 및
    자기 공명 유닛(5)을 이용해서, 표본화될 특정 점(32)의 MR-데이터를 취득하는 단계를 포함하며,
    미가공 데이터 공간 내에 있는 상기 격자는 평행하게 뻗는 제1 직선 및 평행하게 뻗는 제2 직선에 의해서 규정되며,
    상기 제1 직선은 상기 제2 직선상에 수직으로 서 있으며,
    상기 제1 직선들 중 각각 2개의 이웃하는 직선과 상기 제2 직선들 중 각각 2개의 이웃하는 직선 사이에는 동일한 거리가 존재하며, 그리고
    각각의 격자점은 제2 직선들 중 하나의 직선과 제1 직선들 중 하나의 직선이 서로 교차하는 교차점에 상응하는, MR-데이터를 취득하기 위한 방법.
  10. 피검체(O) 내부에서 사전에 결정된 용적 세그먼트의 MR-데이터를 취득하기 위한 자기 공명 유닛으로서,
    자기 공명 유닛(5)은 기본 계자(1), 경사 자기장계(3), 하나 이상의 HF-안테나(4), 경사 자기장계(3) 및 하나 이상의 HF-안테나(4)를 구동시키기 위한, 하나 이상의 HF-안테나(4)에 의해 기록된 측정 신호를 수신하기 위한 그리고 측정 신호를 평가하기 위한 그리고 MR-데이터를 생성하기 위한 제어 장치(10), 및 계산 유닛(20)을 포함하며,
    계산 유닛(20)이 미가공 데이터 공간 내에 있는 무작위로 표본화될 점(32)을 결정하도록 설계됨으로써, 단지 표본화될 특정 점(32)만 표본화될 때에 미가공 데이터 공간이 부표본화되며,
    상기 자기 공명 유닛은 또한, 표본화될 특정 점(32)의 MR-데이터를 취득하기 위하여 시퀀스 제어부(18)를 포함하는, 자기 공명 유닛.
  11. 피검체(O) 내부에서 사전에 결정된 용적 세그먼트의 MR-데이터를 취득하기 위한 자기 공명 유닛으로서,
    자기 공명 유닛(5)은 기본 계자(1), 경사 자기장계(3), 하나 이상의 HF-안테나(4), 경사 자기장계(3) 및 하나 이상의 HF-안테나(4)를 구동시키기 위한, 하나 이상의 HF-안테나(4)에 의해 기록된 측정 신호를 수신하기 위한 그리고 상기 측정 신호를 평가하기 위한 그리고 MR-데이터를 생성하기 위한 제어 장치(10), 및 계산 유닛(20)을 포함하며,
    계산 유닛(20)은, 미가공 데이터 공간의 중심(33)에서 시작하여 방사상으로 또는 나선형으로 진행하는 궤도(31)를 이용해서 미가공 데이터 공간 내에 있는 표본화될 점(32)을 결정하도록, 그리고 표본화될 각각의 특정 점(32)을 사전에 결정된 격자의 격자점 상으로 이동시키도록 설계되었으며, 그리고 자기 공명 유닛(5)은 또한, 표본화될 특정 점(32)의 MR-데이터를 취득하기 위하여 시퀀스 제어부(18)를 포함하며,
    미가공 데이터 공간 내에 있는 상기 격자는 평행하게 뻗는 제1 직선 및 평행하게 뻗는 제2 직선에 의해서 규정되었으며,
    상기 제1 직선은 상기 제2 직선상에 수직으로 서 있으며,
    상기 제1 직선들 중 각각 2개의 이웃하는 직선과 상기 제2 직선들 중 각각 2개의 이웃하는 직선 사이에는 동일한 거리가 존재하며,
    각각의 격자점은 제2 직선들 중 하나의 직선과 제1 직선들 중 하나의 직선이 서로 교차하는 교차점에 상응하는, 자기 공명 유닛.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    자기 공명 유닛(5)은 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실시하도록 설계된 것을 특징으로 하는, 자기 공명 유닛.
  13. 프로그램을 포함하고, 자기 공명 유닛(5)의 프로그램 가능한 제어 장치(10)의 메모리 내부에 직접 로딩될 수 있는 컴퓨터 프로그램 제품으로서,
    상기 프로그램이 자기 공명 유닛(5)의 제어 장치(10) 내에서 실행될 때에, 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 방법의 모든 단계를 실시하기 위하여 프로그램 수단을 구비하는, 컴퓨터 프로그램 제품.
  14. 전자식으로 판독 가능한 제어 정보가 저장되어 있는, 전자식으로 판독 가능한 데이터 캐리어로서,
    상기 제어 정보는, 데이터 캐리어(21)가 자기 공명 유닛(5)의 제어 장치(10) 내부에 사용될 때에 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실시하도록 설계된, 전자식으로 판독 가능한 데이터 캐리어.
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