Study of Motion Effects in Cartesian and Spiral Parallel MRI Using Computer Simulation

컴퓨터 시뮬레이션을 이용한 직각좌표 및 나선주사 방식의 병렬 자기공명 영상에서 움직임 효과 연구

Purpose : Motion effects in parallel magnetic resonance imaging (MRI) are investigated. Parallel MRI is known to be robust to motion due to its reduced acquisition time. However, if there are some involuntary motions such as heart or respiratory motions involved during the acquisition of the parallel MRI, motion artifacts would be even worse than those in conventional (non-parallel) MRI. In this paper, we defined several types of motions, and their effects in parallel MRI are investigated in comparisons with conventional MRI. Materials and Methods : In order to investigate motion effects in parallel MRI, 5 types of motions are considered. Type-1 and 2 are periodic motions with different amplitudes and periods. Type-3 and 4 are segment-based linear motions, where they are stationary during the segment. Type-5 is a uniform random motion. For the simulation, Cartesian and spiral grid based parallel and non-parallel (conventional) MRI are used. Results : Based on the motions defined, moving artifacts in the parallel and non-parallel MRI are investigated. From the simulation, non-parallel MRI shows smaller root mean square error (RMSE) values than the parallel MRI for the periodic (type-1 and 2) motions. Parallel MRI shows less motion artifacts for linear(type-3 and 4) motions where motions are reduced with shorter acquisition time. Similar motion artifacts are observed for the random motion (type-5). Conclusion : In this paper, we simulate the motion effects in parallel MRI. Parallel MRI is effective in the reduction of motion artifacts when motion is reduced by the shorter acquisition time. However, conventional MRI shows better image quality than the parallel MRI when fast periodic motions are involved.

목적 : 본 논문에서는 자기공명영상 데이터 획득 시 객체의 움직임이 병렬 자기공명영상에 미치는 영향에 대하여 연구하였다. 일반적으로 병렬 자기공명영상 방법의 경우 데이터 획득 시간이 일반 자기공명영상 방법보다 짧기 때문에 움직임에 강인하다고 알려져 있다. 그러나 생체내의 비자발적인 장기 운동 등과 같은 불가피한 움직임이 포함된 경우 병렬 영상의 움직임 아티펙트는 일반적인 영상에 비하여 더 심각할 수 있다. 따라서 본 논문에서는 실제 환경에서 나타날 수 있는 다양한 움직임 종류를 정의하고, 이러한 움직임이 발생하였을 때 병렬 자기공명영상에 나타나는 영향을 일반적인 영상방법과 비교하여 살펴보았다. 대상 및 방법 : 병렬 자기공명영상 데이터를 획득할 때 발생하는 움직임에 의한 영향을 확인하기 위하여 실제 환경에서 발생할 수 있는 5가지 움직임 종류를 정의하였다. 즉 움직임-1과 2는 서로 다른 크기와 주기를 갖는 주기적인 움직임이고, 움직임-3과 4는 일정 시간 (segment) 단위로 운동하는 선형적인 움직임이다. 마지막으로 움직임-5는 비 주기 랜덤 운동이다. 사용된 영상 방법은 직각 좌표 기반 영상과 나선 주사 (비 직각 좌표) 영상으로 각각에 대해 병렬 영상법과 일반적인 영상법을 적용하여 움직임 효과를 살펴 보았다. 결과 : 본 논문에서 정의한 움직임 종류에 대한 병렬 자기공명영상에서의 움직임 효과를 알아보았다. 움직임-3과 4와 같이 병렬 자기공명영상에 의하여 움직임이 감소하는 경우 움직임 아티팩트는 일반 자기공명영상에 비하여 줄어들었다. 그러나 움직임-1과 2와 같이 주기적으로 진동할 경우 병렬 영상의 왜곡이 일반 자기공명영상에 비하여 더 크게 나타났다. 움직임-5와 같이 랜덤 한 경우 일반 자기공명영상과 병렬 자기공명영상이 서로 유사하게 나타났다. 결론 : 본 논문에서는 자기공명영상 데이터 획득 시 객체의 움직임이 병렬 자기공명영상에 미치는 영향에 대하여 연구하였다. 그 결과 병렬 자기공명영상을 통해 움직임이 줄어드는 경우를 제외한 다른 움직임 종류에 대해서는 병렬 자기공명영상보다 일반 자기공명영상이 더 좋은 화질을 나타내었다.