3 Tesla MRI 시스템에서 초고속 나선주사영상을 위한 고차 shimming

Higher Order Shimming for Ultra-fast Spiral-Scan Imaging at 3 Tesla MRI System

목적: 3.0 Tesla와 같은 고 자장에서 고해상도의 나선주사영상을 얻기 위해서는 주자장을 균일하게 만들어야 한다. 특히, 나선주사영상인 경우 스핀-에코펄스 시퀀스(SE)나 경사자계 에코 펄스 시퀀스(GE)에 비하여 측정 시간이 길기 때문에 주자장이 균일하지 못하다면, off-resonance 현상으로 영상의 blur가 심해진다. 본 연구에서는 빠른 시간 안에 주자장을 균일하게 할 수 있는 고차(Higher-order) shimming방법을 모색했다. 대상 및 방법: 3 Tesla 자기 공명 영상시스템에서 고해상도의 나선주사영상을 얻기에 적합할 정도의 균일한 주자장을 빠른 시간 안에 만들기 위해, 한번의 스캔으로 axial, sagittal, coronal 방향의 불균일도 map을 구할 수 있는 펄스 시퀀스를 제안하였고, 불균일도 map으로부터 spherical harmonics 분석를 통해 shim 코일에 적절한 전류를 인가하여 주자장을 균일하게 만들었다. 결과: 3 Tesla 자기 공명 영상 시스템에서 주자장의 불균일도는 주자장의 크기에 비례하게 된다. 제안한 펄스 시퀀스로 얻은 영상을 이용하여 불균일도 Map을 만들 수 있었고, 이를 spherical harmonics 분석을 하여 2-3회의 고차 shimming으로 불균일한 자장을 균일하게 만들 수 있었다. 제안된 고차 shimming 방법은 전체 영상 영역 뿐만 아니라 선택한 영역에 대해서만 적용도 가능하기 때문에 국부 영역에 대한 고차 shimming이 가능하다. 고차 shimming이 적용되어 주자장이 균일하게 개선된 상태에서 고해상도의 나선주사영상을 얻을 수 있었다. 결론: 3 Tesla 고자장 자기 공명 영상 시스템에서 주자장의 불균일도를 개선하기 위한 펄스 시퀀스와 알고리즘을 통해 주자장의 불균일도를 빠른 시간 안에 개선할 수 있었다. 주자장의 불균일도를 효과적으로 개선함으로써, 고해상도의 나선주사 영상을 얻을 수 있었다.

Purpose: To acquire high-resolution spiral-scan images at higher magnetic field, high homogeneous magnetic field is needed. Field inhomogeneity mapping and in-vivo shimming are important for rapid imaging such as spiral-scan imaging. The rapid scanning sequences are very susceptible to inhomogeneity. In this paper, we proposed a higher-order shimming method to obtain homogeneous magnetic field. Materials and Methods: To reduce measurement time for field inhomogeneity mapping, simultaneous axial/ sagittal, and coronal acquisitions are done using multi-slice based Fast Spin echo sequence. Acquired field inhomogeneity map is analyzed using the spherical harmonic functions, and shim currents are obtained by the multiplication of the pseudo-inverse of the field pattern with the inhomogeneity map. Results: Since the field inhomogeneity is increasing in proportion to the magnetic field, higher order shimming to reduce the inhomogeneity becomes more important in high field imaging. The shimming technique in which axial, sagittal, and coronal section inhomogeneity maps are obtained in one scan is developed, and the shimming method based on the analysis of spherical harmonics of the imhomogenity map is applied. The proposed technique is applicable to a localized shimming as well. High resolution spiral-scan imaging was successfully obtained with the proposed higher order shimming. Conclusion: Proposed pulse sequence for rapid measurement of inhomogeneity map and higher order shimming based on the inhomogeneity map work very well at 3 Tesla MRI system. With the proposed higher order shimming and localized higher order shimming techniques, high resolution spiral-scan images are successfully obtained at 3 T MRI system.