KR100265813B1

KR100265813B1 - 개방형 자기공명영상장치용 그레디언트 코일 및 그 제작방법

Info

Publication number: KR100265813B1
Application number: KR1019980012627A
Authority: KR
Inventors: 문창욱; 이정한
Original assignee: 윤종용; 삼성전자주식회사
Priority date: 1998-04-09
Filing date: 1998-04-09
Publication date: 2000-09-15
Also published as: KR19990079822A

Abstract

본 발명에 따른 개방형 자기공명영상장치용 그레디언트 코일은, 자석의 N극 및 S극이 상호 대면하도록 마련되어 있는 C형 요크의 상기 N극의 상면(혹은 하면)과 S극의 하면(혹은 상면)에 각각 설치되어 인가된 전류의 크기 및 방향에 따라 대응되는 크기와 방향을 가지는 자기장을 형성하는 그레디언트 코일에 있어서, 상기 그레디언트 코일은 X, Y, Z의 각 방향의 경사자기장을 형성하기 위한 복수의 코일군이 소정 패턴으로 권선되되, X, Z방향의 그레디언트 코일에 의해 형성되는 자기장이 상호 직교하도록 권선된다.

이와 같은 본 발명에 의하면, X, Z방향의 그레디언트 코일이 각각 상호 대칭인 반원형의 지문형 권선 코일로 되어 있고, 그 X, Z방향의 각 그레디언트 코일이 상호 직교하도록 설치되므로, 경사자계를 형성함에 있어서 선형성을 유지하면서도 인덕턴스를 작게 할 수 있는 장점이 있다.

Description

개방형 자기공명영상장치용 그레디언트 코일 및 그 제작방법

본 발명은 자기공명영상장치(magnetic resonance image system)에 채용되는그레디언트(gradient) 코일에 관한 것으로서, 더 상세히는 개방형 자기공명영상장치에 채용되는 그레디언트 코일 및 그 제작방법에 관한 것으로, 특히 X, Y, Z의 각방향의 자기장을 형성시킬 수 있는 개방형 자기공명영상장치용 그레디언트 코일 및 그 제작방법에 관한 것이다.

일반적으로, 자기공명영상장치는 각종 질병을 진단하기 위해 널리 쓰이고 있는 영상진단기기이다. 이러한 자기공명영상장치에 대하여,“Insertable bipolar gradient coils for magnetic resonance imaging," M. A. Petropoulos 외, Rev. Sci. Instrum,. pp. 2639-2645, 62(11), Nov. 1991에 소개된 바 있다.

최근 폐쇄공포증이 있는 환자에게 보다 안락감을 주기 위해서, 또는 자기공명 촬영을 하는 도중 환자에게 조직 검사용 바늘을 투입하거나 간단한 수술을 하는 등의 중재의학적 응용(interventional studies)을 위해서 개방형 구조의 자기공명영상장치가 보급되고 있다. 개방형 자기공명영상장치를 만들기 위해서는 우선 주자계(main magnetic field)를 형성하는 주자석의 구조가 개방형이어야 한다. 현재 많이 쓰이고 있는 개방형 주자석은 주로 영구자석이다. 최근까지 소개된 개방형 주자석의 모양 중 가장 개방 면적이 큰 구조는 도 1에 예시한 바와 같은 C형의 영구자석(11)이다. 이 영구자석(11)은 마주 보는 극면(pole face) 사이에 촬영 공간을 만들고 이 두 극 사이의 자로(magnetic path)를 C형으로 만들어 촬영 공간을 전후좌우 4방향 중 3방향으로 접근할 수 있도록 하고 있다. 개방형 자기공명영상장치를 구성하기 위해서는 주자석인 상기 영구자석(11) 뿐만 아니라 경사자계(gradient magnetic field)를 만드는 경사자계코일(12)도 개방형 구조를 가져야만 한다. 이와 같은 경사자계코일(12)은 균일한 강자기장 속에 놓인 물체의 입체 영상을 얻을 수 있도록 방향은 강자기장 방향으로, 자기변화 기울기는 X, Y, Z의 각 방향으로 자기장을 형성해주는 역할을 한다. 경사자계코일(12)의 구조 중 가장 많이 쓰이고 있는 구조는 도 2에 도시된 바와 같은 평면형 구조이다. 이러한 평면형 경사자계코일은 2개의 평행한 평면 구조체(21)에 의해 그 형상이 유지된다. 즉, 두 평면 구조체(21) 위에 경사자계를 형성하는 경사자계코일이 각각 배치되는 것이다. 평면 구조체(21)는 코일에 전류를 인가할 때 발생하는 전자기적인 힘을 지탱하도록 적당한 기계적인 강도를 가지는 절연체로 만들어진다. 도 1에서 참조번호 13은 고주파 코일, 14는 환자, 15는 환자이송체, B₀는 자기장을 각각 나타낸다.

한편, 상기 평면 구조체(21) 상에 배치되는 코일의 형상은 촬영 공간 내에 원하는 경사자계를 형성하도록 설계된다. 상기 경사자계코일(12)의 구동기의 출력 용량이 작은 경우 원하는 세기의 경사자계를 얻기 위해서 종래에는 권선의 모양을 결정한 뒤 권선 수를 증가시키는 방법을 주로 사용하였다. 즉, 권선 수를 증가시키는 만큼 그에 비례하여 경사자계의 세기가 증대되는 것이다. 그러나, 그와 같이 권선 수를 증가시키는 방법으로 경사자계의 세기를 쉽게 높일 수는 있으나, 인덕턴스는 권선 수의 제곱에 비례하여 증가하는 문제점이 있다. 이에 대해 최근에 경사자계코일의 인덕턴스를 최소화하기 위해 경사자계코일의 권선들을 공간적으로 분산시키는 방법이 제안되었다. 이 방법에서는 경사자계코일이 형성하는 자계 에너지를 공간주파수 영역에서 최소화하는 방법으로 권선 모양을 설계하는데, 설계된 권선 형상이 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 지문과 비슷한 형태를 가지고 있어 이 경사자계코일(31)(41)을 지문형 경사자계코일이라 부르기도 한다. 이 지문형 경사자계코일(31)(41)은 종래의 권선이 집중된 형태의 경사자계코일에 비하여 인덕턴스가 대폭 줄어드는 장점이 있는 것으로 알려져 있다. 그러나, 지문형 경사자계코일은 경사자계의 선형성이 열악한 문제점이 있는데, 특히 평면형 경사자계코일의 경우 경사자계의 선형성이 매우 나쁜 것으로 알려져 있다. 한편, 종래에는 환자를 상,하,좌,우로 에워싸는 형태의 경사자계코일을 사용하였다. 그러나, 개방형에서는 환자의 좌,우 공간이 트인 상태로 만들어주어야 한다는데 어려움이 있다. 그리고, 경사자계를 만들 때 선형성을 유지하면서 인덕턴스를 작게 할 수 있는 방법으로 코일을 만들어주어야 하는 기술적인 어려움이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 창출된 것으로서, 경사자계를 형성함에 있어서 선형성을 유지하면서 인덕턴스를 작게 할 수 있는 개방형 자기공명영상장치용 그레디언트 코일 및 그 제작방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 개방형 자기공명영상장치의 개략적인 장치구성도.

도 2는 도 1의 개방형 자기공명영상장치의 경사자계코일의 기본 구조를 설명하기 위한 개요도.

도 3 및 도 4는 종래의 인덕턴스를 최소화하는 방법으로 설계된 평면형 경사자계코일의 권선 형태를 나타내보인 평면도.

도 5는 본 발명에 따른 개방형 자기공명영상장치용 그레디언트 코일이 채용된 C형 요크의 개략적인 구성도.

도 6은 본 발명에 따른 개방형 자기공명영상장치용 그레디언트 코일의 X,Y,Z방향 그레디언트 코일의 배치도.

도 7은 본 발명에 따른 개방형 자기공명영상장치용 그레디언트 코일의 X방향 그레디언트 코일의 권선 상태를 나타내 보인 평면도.

도 8은 본 발명에 따른 개방형 자기공명영상장치용 그레디언트 코일의 Z방향 그레디언트 코일의 권선 상태를 나타내 보인 평면도.

도 9는 본 발명에 따른 개방형 자기공명영상장치용 그레디언트 코일의 X,Z방향 그레디언트 코일을 베이클라이트판의 상,하면에 권선한 상태를 나타내 보인 투영도.

도 10은 본 발명에 따른 개방형 자기공명영상장치용 그레디언트 코일의 Y방향 그레디언트 코일의 제작을 위해 링형 베이클라이트판을 3등분한 상태도.

도 11은 본 발명에 따른 개방형 자기공명영상장치용 그레디언트 코일의 조립상태를 개략적으로 나타내 보인 단면도.

도 12는 본 발명에 따른 개방형 자기공명영상장치용 그레디언트 코일의 Y방향의 그레디언트 코일을 구성하는 편각코일의 단면도.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

11...주자석(영구자석) 12...경사자계코일

13...고주파코일 14...환자

15...환자이송체 21...평면구조체

31,41...경사자계코일 51...C형 요크

51n...자석 N극 51s...자석 S극

52...(본발명)그레디언트 코일 52x...X방향 그레디언트 코일

52y...Y방향 그레디언트 코일 52z...Z방향 그레디언트 코일

101,102,103...3등분된 베이클라이트판의 제1,제2,제3조각판

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 개방형 자기공명영상장치용 그레디언트 코일은, 자석의 N극 및 S극이 상호 대면하도록 마련되어 있는 C형 요크의 상기 N극의 상면(혹은 하면)과 S극의 하면(혹은 상면)에 각각 설치되어 인가된 전류의 크기 및 방향에 따라 대응되는 크기와 방향을 가지는 자기장을 형성하는 그레디언트 코일에 있어서, 상기 그레디언트 코일은 X, Y, Z의 각 방향의 경사자기장을 형성하기 위한 복수의 코일군이 소정 패턴으로 권선되되, X, Z방향의 그레디언트 코일에 의해 형성되는 자기장이 상호 직교하도록 권선되어 있는 점에 그 특징이 있다.

여기서, 상기 그레디언트 코일은 X, Y, Z의 각 방향의 경사자기장을 형성하기 위한 3개의 코일군으로 구성되며, 특히 X, Z방향의 경사자기장을 만들어주는 그레디언트 코일은 각각 전체적으로 하나의 원을 이루면서 지문 형태로 권선되는데, 반원을 경계로 상호 대칭형으로 권선된다. 그리고, 이 X, Z방향의 그레디언트 코일은 서로 동일한 형태를 가지며, 상호 직교되도록 설치된다.

또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 개방형 자기공명영상장치용 그레디언트 코일 제작방법은, X, Y, Z의 각 방향의 경사자기장을 형성하는 그레디언트 코일의 제작방법에 있어서, 세포입 베이클라이트(bakelite) 판의 상,하면에 지문 형태의 홈을 형성하는 단계; 상기 X, Z방향의 그레디언트 코일을 상기 지문 형태의 홈에 삽입한 후 에폭시로 몰딩하는 단계; 및 링형 베이클라이트판을 3조각으로 등분하고, 3등분된 링형 베이클라이트판 조각의 제1,제2판조각과 제2,제3판조각 사이에 편각코일을 삽입하여 상기 Y방향의 그레디언트 코일을 만드는 단계를 포함하는 점에 그 특징이 있다.

여기서, 상기 Y방향의 그레디언트 코일을 만들기 위해 링형 베이클라이트판을 3조각으로 등분하되, 동심원상의 3개의 링형 조각이 되도록 등분한다. 그리고, 3등분된 판조각의 제1,제2판조각 사이에는 9회의 편각코일을 권선하고, 제2,제3판조각 사이에는 3회의 편각코일을 권선한다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 5는 본 발명에 따른 개방형 자기공명영상장치용 그레디언트 코일이 채용된 C형 요크의 개략적인 구성도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 개방형 자기공명영상장치용 그레디언트 코일(52)은 자석의 N극(51n) 및 S극(51s)이 상호 대면하도록 마련되어 있는 C형 요크(51)의 N극(51n)의 상면 및 S극(51s)의 하면에 각각 설치된다.

여기서, 상기 그레디언트 코일(52)은 도 6에 도시된 바와 같이 X, Y, Z의 각 방향의 경사자기장을 형성하기 위한 3개의 코일군(52y)(52z)(52x)이 소정 패턴으로 권선되는데, 특히 X, Z방향의 그레디언트 코일(52x)(52z)에 의해 형성되는 자기장이 상호 직교하도록 권선된다. 즉, X, Z방향의 경사자기장을 만들어주는 그레디언트 코일(52x)(52z)은 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 각각 전체적으로 하나의 원을 이루면서 지문 형태로 권선되는데, 반원을 경계로 상호 대칭형으로 권선된다. 그리고, 이 X, Z방향의 그레디언트 코일(52x)(52z)은 서로 동일한 형태를 가지며, 도 9에 도시된 바와 같이 상호 직교되도록 설치된다.

그러면, 여기서 이와 같은 그레디언트 코일을 제작하는 과정에 대해 간략히 설명해 보기로 한다.

먼저, 세포입 베이클라이트판의 상,하면에 지문 형태의 홈을 형성한다. 이때, 이와 같은 홈은 이 홈에 삽입, 권선되는 그레디언트 코일(X, Z방향의 그레디언트 코일)의 코일 간 간격이 최소 2mm가 유지될 수 있도록 형성된다.

지문 형태의 홈의 형성이 완료되면, 상기 X, Z방향의 그레디언트 코일(52x) (52z)을 그 지문 형태의 홈에 삽입한 후 에폭시로 몰딩한다. 이렇게 하여 일단 X, Z방향의 그레디언트 코일(52x)(52z)의 제작이 완료된다. 다음으로 Y방향의 그레디언트 코일을 제작하기 위해 도 10에 도시된 바와 같이 링형 베이클라이트판을 3조각으로 등분한다. 이때, 링형 베이클라이트판을 3조각으로 등분하되, 동심원상의 3개의 링형 조각이 되도록 등분한다. 이렇게 하여 링형 베이클라이트판이 동심원상의 3개의 링형 조각으로 등분되면, 도 11에 도시된 바와 같이 그 3등분된 링형 베이클라이트판 조각의 제1, 제2판조각(101)(102)과 제2, 제3판조각(102)(103) 사이에 Y방향의 그레디언트 코일(52y)을 각각 삽입한다. 이때, 제1,제2판조각(101) (102) 사이에는 9회의 편각코일(C)을 권선하고, 제2,제3판조각(102)(103) 사이에는 3회의 편각코일(C)을 권선하며, 편각코일(C)은 도 12에 도시된 바와 같이 그 단면적이 2×5㎟인 것이 사용된다. 이로써 X,Y,Z 방향의 그레디언트 코일의 제작이 완료된다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 개방형 자기공명영상장치용 그레디언트 코일은 X, Z방향의 그레디언트 코일이 각각 상호 대칭인 반원형의 지문형 권선 코일로 되어 있고, 그 X, Z방향의 각 그레디언트 코일이 상호 직교하도록 설치되므로, 경사자계를 형성함에 있어서 선형성을 유지하면서도 인덕턴스를 작게 할 수 있는 장점이 있다.

Claims

자석의 N극 및 S극이 상호 대면하도록 마련되어 있는 C형 요크의 상기 N극의 상면(혹은 하면)과 S극의 하면(혹은 상면)에 각각 설치되어 인가된 전류의 크기 및 방향에 따라 대응되는 크기와 방향을 가지는 자기장을 형성하는 그레디언트 코일에 있어서,

상기 그레디언트 코일은 X, Y, Z의 각 방향의 경사자기장을 형성하기 위한 복수의 코일군이 소정 패턴으로 각각 권선되되, X, Z방향의 그레디언트 코일에 의해 형성되는 자기장이 상호 직교하도록 권선되어 있는 것을 특징으로 하는 개방형 자기공명영상장치용 그레디언트 코일.
제1항에 있어서,

상기 그레디언트 코일은 X, Y, Z의 각 방향의 경사자기장을 형성하기 위한 3개의 코일군으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 개방형 자기공명영상장치용 그레디언트 코일.
제1항에 있어서,

상기 X, Z방향의 경사자기장을 만들어주는 그레디언트 코일은 각각 전체적으로 하나의 원을 이루면서 지문 형태로 권선되되, 반원을 경계로 상호 대칭형으로 권선되어 있는 것을 특징으로 하는 개방형 자기공명영상장치용 그레디언트 코일.
제1항에 있어서,

상기 X, Z방향의 경사자기장을 만들어주는 그레디언트 코일은 서로 동일한 형태를 가지며, 상호 직교되도록 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 개방형 자기공명영상장치용 그레디언트 코일.
X, Y, Z의 각 방향의 경사자기장을 형성하는 그레디언트 코일의 제작방법에 있어서,

세포입 베이클라이트판의 상,하면에 지문 형태의 홈을 형성하는 단계;

상기 X, Z방향의 그레디언트 코일을 상기 지문 형태의 홈에 각각 삽입한 후 에폭시로 몰딩하는 단계; 및

링형 베이클라이트판을 3조각으로 등분하고, 3등분된 링형 베이클라이트판 조각의 제1,제2판조각과 제2,제3판조각 사이에 각각 편각코일을 삽입하여 상기 Y방향의 그레디언트 코일을 만드는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 개방형 자기공명영상장치용 그레디언트 코일 제작방법.
제5항에 있어서,

상기 링형 베이클라이트판을 동심원상의 3개의 링형 조각이 되도록 3등분하는 것을 특징으로 하는 개방형 자기공명영상장치용 그레디언트 코일 제작방법.
제5항에 있어서,

상기 3등분된 판조각의 제1,제2판조각 사이에는 9회의 편각코일을 권선하고, 제2,제3판조각 사이에는 3회의 편각코일을 권선하는 것을 특징으로 하는 개방형 자기공명영상장치용 그레디언트 코일 제작방법.
제5항에 있어서,

상기 지문 형태의 홈은 그 홈에 삽입권선되는 그레디언트 코일의 코일 간 간격이 최소 2mm가 유지되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 개방형 자기공명영상장치용 그레디언트 코일 제작방법.
제5항에 있어서,

상기 편각 코일은 그 단면적이 2×5㎟인 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 개방형 자기공명영상장치용 그레디언트 코일 제작방법.