Magnetic Resonance Imaging has been extensively applied to many areas of the diagnostic imaging and brain unctional imaging. But, one of the important obstacle in the use of MRI techniques has been the acoustic noise generated in MRI scanners, both in patient scanning as well as in many areas of the neuroscience research such as fMRI (functional MRI). Besides physical discomfort, acoustic noise acts on some negative effects to the study of fMRI by the decrease of activation or unwanted response in auditory sensory portions of the brain.
Although a number of ideas have been suggested to reduce or eliminate acoustic noise, the progresses by them have been slow due to the basic role of gradient pulsing in MRI. The gradient pulsing means the switching of the current flows through the gradient coils in the main magnetic field of MRI scanners during imaging and it causes to the heavy and fast vibrations of the gradient coil. To solve this acoustic noise problem in MRI, the systematic analyses of acoustic noise behaviors and their characteristics in several MRI systems were studied firstly. In comparison, data from both a commercial MRI scanner (GE Signa 1.5 T) as well as a research-type MRI scanner (KAIS 2.0 T) are used.
By the results of the analyses of the acoustic noise pattern in MRI, the DC gradient concept was introduced to the imaging technique. Because it did not use the gradient switching, it generates no Lorentz force in all directional coils. From the application of DC gradient, new imaging pulse sequences such as Silent Spin-Echo sequence using a rotating DC gradient and Silent FM DANTE sequences, are explored. And, to show other possibility to acoustic noise reduction using the circular type z-directional gradient characteristic, the acoustic noise reduction effect in fMRI dependent on imaging views of GE EPI was studied. From the result of fMRI studies using a typical commercial whole-body MRI scanner (GE Signa 1.5T), the acoustic noise level was able to reduce about 10.1 dB (A-weighted) and the its corresponding results were increased up to 2.32 times, depending on the its imaging views in GE EPI.
In this paper, the behaviors of acoustic noise in MRI were analyzed and its several applications for the possible acoustic noise reduction in MRI were also studied. And, these efforts will be an important asset for future research on this acoustic noise problem in MRI, especially in connection with the newly developing high-speed fMRI and other cognitive science research.'
자기공명 영상을 얻어내는 과정에 발생되는 소음의 문제는 오랫동안 환자들에게 물리적ㆍ심리적인 고통을 주어서 정확한 진단 영상을 얻는 데에 어려움을 주어왔다. 또한 최근에 들어와서 새롭게 연구되는 자기공명 영상기법을 이용한 뇌기능 영상 연구에 있어서 이 소음의 영향은 자극에 관련되지 않는 부분의 반응이 발생되거나, 반응 영역에서의 발생되는 신호의 감소나 지연을 야기시키는 문제를 일으켜왔다.
발생되는 소음은 각 영상기법에 맞는 경사자계를 일으키기 위하여, 내부의 경사자계 코일에 전류를 가하여줄 때 발생하는 로렌쯔의 힘에 의해서 코일이 진동하므로 생긴다. 그러므로 발생되는 소음의 양은 영상기법에 따른 경사자계의 모양 및 크기와 비례 관계가 있으며, 주자기장 방향과 수직인 경사자계 방향에 의한 소음이 더 크게 나타나는 경사자계 코일의 특성과도 연관 관계를 가지고 있다.
이전의 연구들을 통하여 소음의 원인에 대한 여러 분석들이 수행되었으며 소음을 감쇄 시키기 위한 방법들이 연구되었다. 연구된 소음 감쇄의 방법들은 자기공명 영상을 얻는 과정에서 역 위상의 소음을 인위적으로 만들어 더하여줌으로써 고주파 대역의 소음을 줄이는 방법과 경사자계 코일의 특성을 이용하여 주자기장 방향과 수직인 경사자계 코일 방향으로 발생되는 로렌쯔 힘을 감쇄 시키기 위한 보상 코일을 추가하는 방법으로 크게 2가지로 분리된다. 역 위상의 소음을 더하는 방법의 경우에는 영상을 얻을 때마다 새로운 역 위상의 소음을 얻어야 하는 것과 정확히 위상이 맞지 않을 경우에 오히려 전체적인 소음의 발생을 늘릴 수 있는 문제가 있고, 주 자기장 방향과 수직인 방향으로 보상코일을 추가하는 것은 발생되는 소음은 감쇄 시키지만 전체적인 경사자계의 특성을 전류량의 증가를 가져오는 문제를 가지고 있어서 효과적으로 쓰이지 않았다.
그러므로 본 논문에서는 자기공명 영상을 얻는 과정에서 발생하는 소음에 대한 정량적인 분석으로 각 영상기법에 따른 경사자계에 의한 소음 발생의 결과를 얻어내었으며, 이 결과를 응용하여 발생되는 소음을 감쇄 시킬 수 있는 방법으로 DC 경사자계를 이용한 새로운 자기공명 영상 기법들을 개발하였다. 그리고 소음에 의한 뇌기능 영상 신호의 왜곡이 가장 심하게 발생되는 고속 자기공명 영상기법 중에서 EPI를 이용하여 실제 뇌기능 영상에서 일어나는 소음의 영향을 실험적으로 보였다.
