나선주사영상에서 모델 기반 경사자계 보상
Model-based Gradient Compensation in Spiral Imaging
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초록
목적 : 나선 주사 영상에서 경사자계시스템의 회로 모델을 기반으로 실제 경사 자계를 추정하여 재구성에 사용함으로써 재구성 영상을 개선하는 방법을 제안하였다. 대상 및 방법 : 자기공명영상장치의 경사자계 시스템은 저항 성분과 자체 인덕턴스, magnet 시스템과의 상호 인덕턴스, 커패시턴스 성분 등을 가지고 있어서 경사자계 증폭기에 인가하는 입력 경사자계 파형과 실제 만들어지는 경사자계 사이에는 시간적인 지연과 함께 파형에도 차이가 있다. 나선주사 영상에서 실제 만들어진 경사자계 파형 및 k-space 궤적은 재구성 과정에서 매우 중요한 역할을 한다. 본 논문에서는 경사자계시스템을 회로 소자로 모델링하였고, 입력 전압 파형에 대한 출력 전류 파형을 구함으로써 실제 얻어지는 경사자계파형을 유도하였다. 모델링에서 사용한 R-L-C 값은 재구성영상의 화질로부터 얻을 수 있는 방법을 제시하였다. 결과 : 1.5 Tesla MRI 시스템에서 경사자계 시스템의 입력 전압 파형에 대하여 실제 얻어지는 경사자계 파형을 추정할 수 있었다. 경사자계파형을 적분함으로써 얻어진 나선 궤적을 재구성에 적용한 결과 재구성 영상의 균일도가 개선되었고, edge 부근에서 overshoot 가 줄어들었으며, 해상도가 향상된 영상을 얻을 수 있었다. 결론 : R-L-C 회로 모델을 이용하여 경사자계시스템을 성공적으로 모델링할 수 있었고, 입력 전압 파형에 대하여 실제 얻어지는 경사자계(전류) 파형을 추정할 수 있었다. 이로부터 얻은 kspace 나선 궤적을 이용하여 월등히 개선된 재구성영상을 얻을 수 있었다.
Abstract
Purpose : A method to estimate a real k-space trajectory based on a circuit model of the gradient system is proposed for spiral imaging. The estimated k-space trajectory instead of the ideal trajectory is used in the reconstruction to improve the image quality in the spiral imaging. Materials and Methods : Since the gradient system has self resistance, capacitance, and inductance, as well as the mutual inductance between the magnet and the gradient coils, the generated gradient fields have delays and transient responses compared to the input waveform to the gradient system. The real gradient fields and their trajectory in k-space play an important role in the reconstruction. In this paper, the gradient system is modeled with R-L-C circuits, and real gradient fields are estimated from the input to the model. An experimental method to determine the model parameters (R, L, C values) is also suggested from the quality of the reconstructed image. Results : The gradient fields are estimated from the circuit model of the gradient system at 1.5 Tesla MRI system. The spiral trajectory obtained by the integration of the estimated gradient fields is used for the reconstruction. From experiments, the reconstructed images using the estimated trajectory show improved uniformity, reduced overshoots near the edges, and enhanced resolutions compared to those using the ideal trajectory without model. Conclusion : The gradient system was successfully modeled by the R-L-C circuits. Much improved reconstruction was achieved in the spiral imaging using the trajectory estimated by the proposed model.
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