KR100397896B1 - 자계 안정화 방법, 자계 발생 장치 및 자기 공명 영상 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자계 안정화 방법, 자계 발생 장치 및 설치 공간에서의 온도 분포에 영향을 받지 않는 자기 공명 영상 장치를 제공하고자 하는 것으로써, 서로 공간을 두고 마주하는 한 쌍의 영구자석 및 상기 영구자석용 자기 회로를 구성하는 요크들을 갖는 자계 발생 장치의 자계를 안정화시키는 데 있어 복수의 위치들에 인가될 열량이 요크 상의 복수의 위치(154, 158)에서 검출된 온도에 기초하여 개별적으로 제어됨으로써 복수의 위치에서의 각 온도를 안정화시킨다.

Description

자계 안정화 방법, 자계 발생 장치 및 자기 공명 영상 장치{MAGNETIC FIELD STABILIZATION METHOD, MAGNETIC FIELD GENERATING APPARATUS AND MAGNETIC RESONANCE IMAGING APPARATUS}

본 발명은 자계 안정화 방법, 자계 발생 장치 및 자기 공명 영상 장치에 관한 것으로, 보다 특별하게는 영구자석을 이용하는 자계 발생 장치의 자계를 안정화시키는 방법, 안정된 자계를 발생시키는 자계 발생 장치 및 그러한 자계 발생 장치를 이용하는 자기 공명 영상 장치에 관한 것이다.

자기 공명 영상을 위해 영구자석을 이용하는 자계 발생 장치는 공간적으로 이격되어 수직 방향으로 마주하는 한 쌍의 영구자석과 상기 영구자석용 자계 회로를 구성하는 요크(yokes)를 지니고 있다. 주변 온도의 변화로 인한 자계 세기의 변화를 방지하면서 안정된 자계를 발생시키기 위해서, 자계 발생 장치는 일정한 온도로 유지된다. 이 일정한 온도는 일반 온도보다 약간 높게 그리고 영구자석이 그의 자력을 잃지 않도록 선택된다. 예컨대, 30 ℃의 온도가 선택된다.

전기 히터를 열 공급원으로 이용함으로써 이 온도가 유지되며, 전기 히터의 열 방출량은 제어기에 의해 제어된다. 제어기에는 자계 발생 장치의 소정 위치에서 측정된 온도를 표시하는 피검출 신호가 공급된다. 상기 피검출 신호를 얻기 위한 열 측정 지점은 예컨대 상부 영구자석 바로 위에 있는 요크 내에 위치한다. 제어기는 상기 피검출 신호의 값이 소정 값과 동등해지도록 전기 히터의 열 방출량을 제어한다.

사용되는 전기 히터는 자계 발생 장치의 큰 열 용량에 대응하는 큰 열 방출량을 갖는 것으로 되며, 제어기는 전기 히터를 PWM(펄스폭 변조) 신호로 온-오프 제어한다. ON과 OFF 사이의 듀티비(duty rate)는 소정 값으로부터 검출 신호의 편차에 따라서 PID-제어(proportional-plus-integral-plus-derivative-controlled)된다.

전술한 온도 제어로 자계 발생 장치의 일정 온도를 유지하는 데 있어, 추운 겨울에서의 이동식 자기 공명 영상 장치의 경우에서와 같이 자계 발생 장치가 설치되는 공간에서 상부 위치와 하부 위치 사이에서의 온도 차이가 증가할 때 상부 자석과 하부 자석의 온도 차이가 발생하여 안정성이 저하되는 문제가 있다.

또한, 큰 방출량을 갖는 전기 히터가 사용되기 때문에, 작은 온도 편차 즉, 낮은 파급 상태(low-ripple state)에서 온도 제어가 수행되게 되면 ON과 OFF 사이에서의 스위칭 주파수가 증가하게 되어, 결과적으로 자계 발생 장치에서의 열전도의 지연으로 인하여 제어가 불안정해지는 경향이 나타난다. 또한, ON과 OFF 사이에서의 스위칭 주파수의 증가는 노이즈를 야기하여 촬영된 영상의 질을 저하시키게 된다.

그러므로, 본 발명의 한 목적은 자계 안정화 방법, 자계 발생 장치 및 설치 공간에서의 온도 분포에 영향을 받지 않는 자기 공명 영상 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 자계 안정화 방법, 자계 발생 장치 및 그 제어 시스템이 양호한 안정을 갖는 자기 공명 영상 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 제 1 양상에 따르면, 서로 공간을 두고 마주하는 한 쌍의 영구자석 및 상기 영구자석용 자기 회로를 구성하는 요크들을 갖는 자계 발생 장치의 자계 안정화 방법이 제공되는 바, 이 방법은 상기 요크들에서의 복수의 위치에서 온도를 검출하는 단계와, 그리고 상기 복수의 위치의 각 온도들을 안정화시키기 위해 상기 복수의 위치의 상기 검출된 온도에 기초하여 상기 복수의 위치에 인가될 각각의 열량을 제어하는 단계를 포함한다.

본 발명의 제 2 양상에 따르면, 서로 공간을 두고 마주하는 한 쌍의 영구자석 및 상기 영구자석용 자기 회로를 구성하는 요크들을 갖는 자계 발생 장치의 자계 안정화 방법이 제공되는 바, 이 방법은 상기 요크들의 온도를 검출하는 단계와 그리고 자계를 안정화시키기 위해 상기 검출된 온도에 기초하여 상기 요크에 인가될 열량을 제어하는 단계를 포함하며, 상기 요크에 인가될 열량은 복수의 열 발생원에 의해 발생되는 열량들을 조합함으로써 얻어진다.

본 발명의 제 3 양상에 따르면, 서로 공간을 두고 마주하는 한 쌍의 영구자석과, 상기 자석용 자기 회로를 구성하는 요크들과, 상기 요크에서의 복수의 위치의 온도를 검출하는 복수의 온도 검출 수단과, 상기 복수의 위치에 인가될 각각의 열량들을 발생하는 복수의 열 발생 수단과, 그리고 상기 복수의 위치들의 각각의 온도를 안정화시키기 위해 상기 복수 위치의 상기 검출된 온도에 기초하여 상기 복수의 열 발생 수단을 각각 제어하는 복수의 온도 조절 수단을 포함하는 자계 발생 장치가 제공된다.

본 발명의 제 4 양상에 따르면, 서로 공간을 두고 마주하는 한 쌍의 영구자석과, 상기 영구자석용 자기 회로를 구성하는 요크들과, 상기 요크에서의 복수의 위치의 온도를 검출하는 복수의 온도 검출 수단과, 상기 복수의 위치에 인가될 각각의 열량들을 발생하는 복수의 열 발생 수단과, 그리고 상기 복수의 위치들의 각각의 온도를 안정화시키기 위해 상기 복수의 위치의 상기 검출된 온도에 기초하여 상기 복수의 열 발생 수단을 각각 제어하는 복수의 온도 조절 수단을 포함하는 자계 발생 장치가 제공되며, 상기 열 발생 수단은 복수의 열 발생원을 포함하며, 상기 온도 조절 수단은 또한 상기 복수의 열 발생원의 열량들의 조합을 제어한다.

그러므로, 본 발명은 자계 안정화 방법, 자계 발생 장치 및 설치 공간에서의 온도 분포에 영향을 받지 않는 자기 공명 영상 장치를 제공할 수 있다. 또한 본 발명은 자계 안정화 방법, 자계 발생 장치 및 그 제어 시스템이 양호한 안정을 갖는 자기 공명 영상 장치를 제공할 수 있다.

본 발명의 기타 목적 및 장점들이 첨부도면에 예시한 바와 같은 바람직한 실시예들에 대한 다음의 상세한 설명으로부터 분명해질 것이다.

도 1은 본 발명의 한 바람직한 실시예에 따른 장치의 블록선도,

도 2는 도 1에 보인 장치의 정자계 발생부의 구성을 개략적으로 예시하는 도면,

도 3은 도 1에 보인 장치의 정자계 발생부의 구성을 개략적으로 예시하는 도면,

도 4는 도 2에 보인 정자계 발생부의 온도 제어 시스템의 블록선도,

도 5는 도 4에 보인 열 소자의 열 방출 패턴을 보인 도면,

도 6은 도 2에 보인 정자계 발생부의 온도 제어 시스템의 다른 블록선도,

도 7은 온도 상한 센서와 전력 차단기 간의 연결 관계를 예시하는 전기 회로 선도,

도 8은 도 1에 보인 장치의 정자계 발생부의 구성을 개략적으로 예시하는 도면,

도 9(a)-9(f)는 도 1에 보인 장치에 의해 실행되는 펄스 시퀀스의 예시도,

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

16 : 경사 구동부 18 : 송신기부

20 : 수신기부 22 : A-D 변환기부

172 : 온도 제어 회로 174 : 온도 제어 회로

176 : 교류 전원 204 : 전력 차단기

이제, 첨부도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 한 실시예인 자기 공명 영상 장치를 보인 것이다. 본 장치의 구성은 본 발명에 따른 장치의 한 실시예를 나타낸다.

도 1에 보인 바와 같이, 본 장치는 그 내부 공간에 균일한 정자계(homogeneous static magnetic field)를 발생시키는 정자계 발생부(2)를 포함한다. 정자계 발생부(2)는 본 발명의 자계 발생 장치의 실시예를 나타낸다. 정자계 발생부(2)의 구성은 본 발명의 장치 실시예를 나타내며, 자계 발생부(2)의 동작은 본 발명의 방법 실시예를 나타낸다. 정자계 발생부(2)는 또한 본 발명의 정자계 발생 수단의 일 실시예를 나타낸다. 정자계 발생부(2)는 소정 거리를 유지한 채 수직 방향으로 서로 마주하며, 그 공간 내에서 정자계(수직 자계)를 발생시키는 한 쌍의 영구자석을 포함하는 바, 이에 대해서는 이후에 보다 상세히 설명하기로 한다.

정자계 발생부(2)의 내부 공간에는 소정 거리를 유지한 채 수직 방향으로 서로 마주하는 경사 코일부(4, 4')와 전송 코일부(6, 6')가 배치된다. 피검체(8)는 영상 테이블(10) 상에 놓이며, 운반 수단(도시 안 됨)에 의해 서로 마주하는 전송 코일부(6,6')들 사이의 공간 내로 운반된다. 피검체(8)의 신체축은 정자계의 방향에 수직이다. 영상 테이블(10)은 피검체(8)의 촬영 부위를 둘러싸는 수신 코일부(120)가 고정된다.

경사 코일부(4, 4')는 구동 신호를 경사 코일부(4, 4')에 공급하는 경사 구동부(16)와 연결되어 경사 자계를 발생시키게 된다. 경사 코일부(4,4') 및 경사 구동부(16)는 함께 본 발명의 경사 자계 발생 수단의 한 실시예를 나타낸다. 발생될 경사 자계는 다음의 세 가지 즉, 슬라이스 자계, 판독 경사 자계 및 위상-인코딩 경사 자계가 된다.

전송 코일(6, 6')은 구동 신호를 전송 코일부(6, 6')에 공급하는 전송기부(18)와 연결되어 RF(무선 주파수) 자계를 발생시킴으로써 피검체(8) 내에서 스핀을 일으킨다. 전송 코일부(6, 6')와 전송기부(8)는 함께 본 발명의 고주파수 자계 발생 장치의 실시예를 나타낸다.

수신 코일부(120)는 피검체(8) 내에서 일어난 스핀에 의해 발생되는 자기 공명 신호를 수신한다. 수신 코일부(12)는 수신기부(20)의 입력에 연결되어, 이 수신기부(20)에는 상기 수신 코일부(120)로부터 상기 수신 신호가 공급된다. 수신기부(20)의 출력은 아날로그-디지탈(A-D) 변환기부(22)의 입력에 연결되어, 상기 A-D 변환기부(22)가 상기 수신기부(20)의 출력 신호를 디지털 신호로 변환한다. 수신코일부(120), 수신기부(20) 및 A-D 변환기부(22)는 함께 본 발명의 측정 수단의 실시예를 나타낸다.

A-D변환기부(22)의 출력은 컴퓨터(24)에 연결된다. 컴퓨터(24)는 A-D변환기부(22)로부터 디지털 신호를 수신하여 이 신호를 메모리(도시 안 됨)에 저장한다. 메모리에는 2차원 퓨리에(Fourier) 공간을 구성하는 데이터 공간이 형성된다. 컴퓨터(24)는 2차원 퓨리에 공간에 있는 데이터에 대해 2차원 역 퓨리에(inverse Fourier) 변환을 수행하여 피검체(8)의 영상을 재구성하게 된다. 컴퓨터(24)는 본 발명의 영상 생성 수단의 실시예를 나타낸다.

컴퓨터(24)는 제어부(30)에 연결되며, 제어부(30)는 경사 구동부(16), 전송기부(18), 수신기부(20) 및 A-D 변환기부(22)에 연결된다. 제어부(30)는 컴퓨터(24)로부터 공급되는 각각의 명령들에 기초하여 경사 구동부(16), 전송기부(18), 수신기부(20) 및 A-D 변환기부(22)를 제어하여 자기 공명 영상화(즉, 스캔)를 수행하게 된다.

컴퓨터(24)에는 컴퓨터로부터 출력되는 재구성된 영상 및 여러 가지 정보를 표시하는 디스플레이부(32)와 여러 가지 명령 및 정보들을 컴퓨터(24)에 입력하는 인간 오퍼레이터에 의해 조작되는 조작부(3)가 연결된다.

도 2는 정자계 발생부(2)의 예시적인 구성을 개략적으로 보인 것이다. 도시된 바와 같이, 정자계 발생부(2)는 연성의 철과 같은 그러한 자기 물질의 일반적으로 8각형의 평평한 플레이트로 된 한 쌍의 수평 요크(102, 104)를 갖는다. 수평 요크(102, 104)는 한 쌍의 수직 요크(106, 108)에 의해 서로 평행하게 지지되며, 소정 거리를 유지한 채(도면에서) 수직 방향으로 서로 마주한다. 수직 요크(106,108)는 또한 연성의 철과 같은 그러한 자기 물질로 만들어지며, 프리즘과 같은 형상으로 되어 있다. 수직 요크(106,108)의(도면에서) 하부는 정자계 발생부(2) 전체를 지지하는 다리(legs)로서 역할을 한다.

도시한 바와 같이, 수평 요크(102)는 영구자석(112)과 함께 그 상부의 중앙부에 고정되며, 영구자석(112)의 상부면에는 극편(114)이 고정된다. 극편(11)은 연성 철과 같은 그러한 자기 물질로 만들어진다.

수평 요크(104)는 위치 관계에 있어서 영구자석(116)(도 2에서는 숨겨져서 보이지 않음)과 그의 하부(도면에서)에 고정되어, 상기 수평 요크(10)가 영구자석(16)과 마주하고 그리고 영구자석(116)의 하부면에는 극편(118)(역시 도2에서는 숨겨져서 보이지 않음)이 고정된다. 영구자석(112, 116)은 본 발명의 영구자석의 실시예를 나타낸다.

영구자석(112, 116)에 있어서, 이들의 자극은 반대 극성끼리 서로 마주함으로써 서로 다른 극편(114, 118) 사이의 공간에 수직 자계를 발생시킨다. 수평 요크(102, 104) 및 수직 요크(106, 108)는 영구자석(112, 116)의 자속을 위한 경로를 형성한다. 수평 요크(102, 104)와 수직 요크(106, 108)로 구성되는 부분은 본 발명의 요크에 대한 실시예를 나타낸다.

수평 요크(102)의 측면에는 전기 히터(122)가 고정된다. 전기 히터(122)는 그 주변을 따라 일정한 간격으로 수평 요크(102) 측면의 네 곳의 위치에 부착된다. 전기 히터(122) 중 2 개가 도 2에 도시되어 있으며, 나머지는 가려져 보이지 않는다. 마찬가지로, 수평 요크(104)에는 4 개의 전기 히터(124)가 고정되는데, 이들 중 단지 하나만 도 2에서 확대하여 도시하였다. 전기 히터(122, 124)는 본 발명의 열 발생 수단의 실시예를 나타낸다.

전기 히터(124)는 전기 저항으로 구성되는 두 개의 열 소자(142, 144)를 갖는다. 이 열 소자(142, 144)는 본 발명의 열 발생원의 실시예를 나타낸다. 열 소자(142, 144)는 서로 다른 열 방출량을 갖는데, 예컨대 열 소자(142)는 열 방출량이 120 W이며, 열 소자(144)는 열 방출량이 30 W이다. 그러나, 열 소자(142, 144)는 동일한 열 방출량을 가질 수도 있다. 또한, 열 소자의 수는 2 개로만 제한되지 않고 그 이상으로 될 수 있다. 다음의 설명은 열 소자의 수가 2 개인 경우에 관해서만 이루어지지만 이는 열 소자의 수가 2 개 이상인 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.

열 소자(142, 144)는 4 개의 나사(138)에 의해 조여지는 지지판(146)을 이용하여 수평 요크(104)의 측면에 결속된다. 열 소자(142, 144)는 수평 요크(104), 지지판(146) 및 나사(148)와 전기적으로 절연된다. 전기 히터(122)는 유사한 구성을 가지며, 두 개의 열 소자(132, 124)(도 2에는 도시 안 됨)를 갖는다. 이들 두 개의 전기 히터(122, 124)는 온도 제어 회로에 연결되는데, 이에 대해서는 하기에 설명하기로 한다.

수평 요크(104)에는 그 상부면의 중앙부에 단부가 막힌 홀(156)이 제공되며, 이 홀 내에는 예컨대 온도 측정기로 되는 온도 센서(158)가 삽입된다. 비록 도 2에서 숨겨져 도시하지는 않았지만 수평 요크(102)에는 또한 그 하부 중앙부에도 온도 센서(154)가 삽입되는 단부가 막힌 홀(152)이 제공된다. 온도 센서(154, 158)는 본 발명의 온도 검출 수단의 실시예를 나타낸다. 온도 센서(154, 158)는 온도 제어 회로에 연결되는데, 이에 대해서는 하기에 설명한다.

상기 구조는 커버(162)에 포함된다. 커버는 비록 도 2에서는 커버(162)가 대부분 제거된 것으로 도시하였지만, 서로 마주하는 극편(114, 118) 사이의 공간부가 개방되는 구성을 갖는다. 커버(162) 내부에는 예컨대 폴리우레탄 폼(foam)으로 된 열 절연 물질(164)이 제공된다. 이렇게 구성된 정자계 발생부(2)를 도 3에서 단면도로 도시하였는데, 여기서 수평 요크(102, 104)와 수직 요크(106, 108)의 중앙부를 포함하는 수직 단면이 도시된다.

도 4는 정자계 발생부(2)와 관련된 온도 제어기의 블록도이다. 도시한 바와 같이, 온도 제어기는 두 개의 온도 제어 회로(172, 174))로 구성된다. 온도 제어 회로(172,174)는 예컨대 마이크로프로세서로 구성된다. 온도 제어 회로(172)에는 온도 센서(154)로부터의 검출 온도 신호(t1)가 공급되며, 온도 제어 회로(174)에는 온도 센서(158)로부터의 검출 온도 신호(t2)가 공급된다. 온도 제어 회로(172, 174)에는 공통의 사전 설정된 온도값(Ts)이 주어진다. 주지사항으로써 온도 제어 회로(172, 174)는 개별적인 사전설정된 온도값(Ts)을 가질 수도 있다.

온도 제어 회로(172)는 사전설정된 온도값(Ts)으로부터의 검출 온도 신호(t1)의 편차에 관하여 제어 출력을 계산하는 PID 연산과 같은 그러한 계산을 수행한다. 온도 제어 회로(174)는 사전설정된 온도값(Ts)으로부터의 검출 온도 신호(t2)의 편차에 관하여 제어 출력을 계산하는 PID 연산과 같은 그러한 계산을 수행한다.

전기 히터(122)의 열 소자(132, 134)에는 교류 전원(176)으로부터 스위치(182, 184)를 통하여 각각의 전력이 제공된다. 다시, 열 소자(142, 144)는 전술한 바와 같이 수평 요크(104) 내의 네 곳의 위치에 배치되는데, 도 4에서는 편의를 위해 한 위치에 대해서만 도시하였다. 열 소자(142, 144)의 전원은 교류 전원을 이용할 수도 있으므로, 전원 회로가 간단해질 수 있다.

스위치(182, 184)의 ON과 OFF 사이의 듀티비는 온도 제어 회로(172)로부터의 2 개의 출력 신호에 의해 개별적으로 제어되며, 열 소자(132,134)의 각각의 평균 열 방출량은 정자계 발생부(2)의 하부 온도가 미리 설정된 온도값(Ts)과 같아지도록 제어된다. 온도 제어 회로(172)와 스위치(182, 184)로 구성되는 부분은 본 발명의 온도 조절 수단의 실시예를 나타낸다.

마찬가지로, 스위치(192, 194)의 ON과 OFF 사이의 듀티비는 온도 제어 회로(174)로부터의 2 개의 출력 신호에 의해 개별적으로 제어되며, 열 소자(142, 144)의 각각의 평균 열 방출량은 정자계 발생부(2)의 상부 온도가 미리 설정된 온도값(Ts)과 같아지도록 제어된다. 온도 제어 회로(174)와 스위치(192, 194)로 구성되는 부분은 본 발명의 온도 조절 수단의 실시예를 나타낸다.

따라서, 두 개의 온도 제어 시스템에 의해 정자계 발생부(2)의 하부 및 상부를 개별적으로 제어함으로써, 정자계 발생부(2)가 설치된 환경에서 그 상부와 하부사이에서의 온도차가 큰 경우에도 상부 및 하부 영구자석 사이의 온도차가 제거될 수 있다. 따라서, 그 설치 환경에 있어서 수직 방향에서의 온도 분포에 관계없이 정 자계가 안정화될 수 있다.

제어 대상에 인가되는 열량이 두 개의 열 소자에 의해 발생되기 때문에 이들의 온 및 오프 패턴이 개별적으로 조절될 수 있으며, 이들 각각의 열 방출량들 간의 차이와 결합으로 단일 열 소자를 사용하는 경우에 비해 보다 다양한 열 방출 패턴이 발생될 수 있으며, 그럼으로써 적절한 온도 제어가 용이해진다.

전형적인 열 방출 패턴이 도 5에 도시되어 있다. 도 5에서, 패턴 1에서는 두 개의 열 소자(A와 B) 모두가 계속해서 ON 된다. 이는 가장 큰 열량을 발생시킨다. 패턴 2에서는 가장 큰 열 방출량을 갖는 열 소자 A가 계속해서 ON되고, 가장 적은 열 방출량을 갖는 열 소자 B가 계속해서 OFF된다. 패턴 2는 패턴 1에서보다 적은 열량을 발생시킨다. 패턴 3에서는 가장 큰 열 방출량을 갖는 열 소자(A)가 계속해서 OFF이고 가장 적은 열 방출량을 갖는 열 소자 B가 계속해서 ON된다. 패턴 3은 패턴 2에서보다 적은 열량을 발생시킨다.

패턴 4에서는 PWM에 의해 열 소자 A가 ON 및 OFF로 되고 그리고 열 소자 B가 계속해서 ON된다. 패턴 4는 A의 PWM에 대응하는 값으로 패턴 1에서 보다 큰 열량을 발생시킨다. 패턴 5에서는 열 소자(A)가 PWM에 의해 ON 및 OFF 되고 열 소자 B가 계속해서 ON된다. 패턴 5는 OFF로 된 열 소자(B)에 대응하는 값으로 패턴 2에서보다 적은 열량을 발생시킨다.

패턴 6에서는 PWM에 의해 열 소자(A)가 계속해서 ON 되고, 열 소자(B)가 ON 및 OFF로 된다. 이 패턴은 PWM에 대응하는 값으로 패턴 2에서 보다 큰 열량을 발생시킨다. 패턴 7에서는 열 소자(A)가 계속해서 OFF되고 열 소자(B)가 PWM에 의해 ON 및 OFF된다. 이 패턴은 OFF로 된 소자(A)에 대응하는 값으로 패턴 6보다 적은 열량을 발생시킨다.

패턴 8에서는 PWM에 의해 열 소자(A)와 (B)가 ON 및 OFF된다. 패턴 8은 이들 열 소자의 PWM을 개별적으로 조절함으로써 가장 넓은 변화 범위를 갖는 열을 발생시킬 수 있다.

그러한 열 방출 패턴을 적절히 이용함으로써, 제어 대상의 조건에 따른 가장 적절한 열 방출 패턴으로 온도 제어가 수행될 수 있다. 보다 구체적으로, 예컨대 온도 변화가 클 때 정자계 발생부(2)가 신속히 가열되는 경우, 정자계 발생부(2)는 가장 큰 열량으로 가열되며, 만일 자기 공명 영상 장치의 동작 시 조절 제어를 시작할 때처럼 온도 편차가 적을 때, 즉 낮은 파급 상태에 있을 때 온도 제어가 수행되는 경우, 가장 적은 열 방출량을 갖는 열 소자는 예컨대 일정한 온도를 유지하도록 PWM에 의해 ON 및 OFF로 된다.

이는 낮은 파급 상태에서 열 소자의 ON 과 OFF 사이의 스위칭 주파수를 감소시킬 수 있으며, 제어의 안정성을 증대시킬 수 있다. 또한, ON과 OFF 사이의 스위칭 주파수에서의 감소는 노이즈 등을 감소시키며, 촬영된 영상의 품질 개선에 기여한다. 또한, 스캔을 행하는 동안 열 소자 ON 또는 OFF로 되는 것을 방지함으로써 보다 뛰어난 품질의 영상을 제공하는 것이 가능하다.

주변 온도에서의 갑작스런 변화와 같은 그러한 외부적인 교란이 온도 편차를 변경시키는 경우, 가장 적합한 복구 동작을 행해지도록 할 수 있는 열 방출 패턴이 그 교란의 상태에 따라 선택될 수 있다. 그러므로, 갑작스런 외부 교란이 발생한 때에도 제어의 안정성이 유지될 수 있다.

지금까지는 설치 환경에 있어서 수직 방향으로의 온도 차이의 발생을 제거하는 경우에 관하여 설명하였지만, 만일 설치 환경이 수평 방향에서 온도 차이를 갖는 경우에 상기와 유사한 온도 제어가 정자계 발생부(2)의 좌-우 방향 또는 전-후 방향으로 복수의 위치에 대해 수행될 수 있다.

영구자석은 높은 온도에서 그 자성을 잃기 때문에, 만일 온도 제어 회로(172, 174)등에서의 고장으로 인한 제어 고장에 의해 온도가 과도하게 증대되면 정자계 발생부(2)는 정자계를 발생시킬 수 없게 된다. 그러한 문제를 방지하기 위해, 온도 제어 회로(172, 174)에는 이상 상태에 대한 차단기능이 제공된다. 그러나, 만일 예컨대 온도 센서(154 또는 156)에서의 감도 저하로 인해 온도가 실제 온도보다 낮게 되는 경우, 영구자석은 비록 온도 제어 회로(172, 174)가 정상적으로 동작한다 해도 과잉 온도에 노출될 수 있다.

따라서, 온도 센서(154, 158)로부터 개별적으로 온도를 검출하여 과도하게 높은 온도가 검출될 때, 열 소자로의 전원 공급을 강압적으로 차단하는 수단이 제공된다. 도 6은 그러한 수단을 포함하는 정자계 발생부(2)의 블록도이다. 도 6에서, 도 4에 보인 것과 유사한 부분들은 동일 부호로 표시하였으며 이들에 대한 설명은 생략하기로 한다.

도 6에 보인 바와 같이, 정자계 발생부(2)에는 적절한 위치에 온도 상한 센서(202)가 설치된다. 온도 상한 센서(202)는 본 발명의 온도 과잉 검출 수단의 실시예를 나타낸다. 바람직하게는, 구조가 간단하고 동작 신뢰성을 갖는 자동 온도 조절 장치가 온도 상한 센서로서 사용된다. 그 설치 위치로는 가능한 한 영구자석에 가깝게 하는 것이 바람직하다. 온도 상한 센서(202)의 수는 하나로만 제한되지 않으며, 복수의 온도 상한 센서(202)가 복수의 위치에 각각 부착될 수 있다.

온도 상한 센서(202)에 의해 검출된 온도 신호는 교류 전원(176)으로부터 전원 공급 라인에 배치된 전력 차단기(204)에 입력된다. 전력 차단기(204)는 본 발명의 온도 강하 수단의 실시예를 나타낸다. 바람직하게는, 구조가 간단하고 동작 신뢰성을 갖는 전력 계전기가 전력 차단기(204)로서 사용된다. 이와는 달리, 전력 계전기(204)와 동등한 기능을 하는 반도체 소자가 사용될 수도 있다.

자동 온도 조절기와 전력 계전기를 사용하는 예시적인 전원 차단 회로가 도 7에 도시되어 있다. 도시한 바와 같이, 상한 온도를 초과하지 않을 때, 전력 계전기(204)는 자동 온도 조절기(202)의 단락된 접점을 통해 전원(206)으로부터 공급되는 자화 전류에 의해 ON 상태로 유지되며, 전력이 교류 전원(202)으로부터 부하에 공급된다. 온도가 상한을 초과하면, 자동 온도 조절기(202)의 접점은 개방되어 자화 전류가 사라지며, 전력 계전기(204)의 접점이 개방됨으로써 부하로의 전력 공급이 차단된다.

복수의 온도 조절 장치(202)를 정자계 발생부(2)의 복수의 위치에 설치하여 사용할 때, 모든 온도 조절 장치(202)는 만일 어떤 위치에서 온도가 상한을 초과하는 경우 전력 공급을 차단하도록 직렬로 연결될 수 있다. 자동 온도 조절 장치 대신에 온도 퓨즈가 사용될 수도 있다.

정자계 발생부(2)의 설치 환경에서 상부와 하부 사이에서의 온도차를 감소시키기 위해, 도 8에 예시적으로 보인 바와 같이 정자계 발생부(2)가 놓이는 바닥 면에 온도 조절을 위한 열 방출 매트를 깔 수도 있다. 도시한 바와 같이, 열 방출 매트(302)를 바닥면(300)과 정자계 발생부(2)사이에 깔고, 매트(302)의 온도를 온도 제어기(304)로 조절한다. 이렇게 함으로써, 예컨대 매우 추운 곳에서도 이동형 자기 공명 영상 장치의 정자계 발생부가 안정되게 동작되도록 할 수 있다. 열 방출 매트(302)는 본 발명의 온도 안정화 수단의 실시예를 나타낸다.

정자계 발생부를 바닥면이 아닌 벽에 부착할 경우, 열 방출 매트(302)는 그 부착면과 정자계 발생부 사이에 배치된다.

전술한 설명은 정자계 발생부(2)의 온도가 주변 온도보다 높게 유지되는 경우와 관련하여 이루어졌지만 정자계 발생부(2)의 온도가 주변 온도보다 반드시 높게 유지될 필요가 없으며, 주변 온도보다 낮게 유지될 수도 있음을 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 이 경우에, 네거티브(-) 열량을 발생하는 시스템, 즉 냉각기가 정자계 발생부(2)에 열량을 인가하는 수단으로서 이용된다. 냉각기도 본 발명의 열 발생 수단의 실시예를 나타낸다. 전술한 바와 같이, 냉각기에 온도 제어를 가함으로써, 상기와 같은 동일한 효과가 얻어질 수 있다. 그러나, 자동 온도 조절 장치에 의해 과도한 온도 증가가 검출된 때에는 열 발생 수단(즉, 상기 냉각기)을 차단시키는 대신에 비상용의 냉각기를 작동시킨다.

이제, 본 발명의 장치의 동작에 대해 설명하기로 한다. 피검체(8)를 영상 테이블(10) 상에 배치하고, 수신 코일부(120)를 영상 테이블(10)에 부착한다. 다음, 영상 테이블(10)을 정자계 발생부(2)의 내부 공간 안으로 운반하고 영상 동작을 시작한다. 이 영상 동작은 제어부(30)의 제어 하에서 수행된다. 다음의 설명은 자기 공명 영상의 특별한 예로서 스핀-에코(spin-echo) 기술을 이용한 영상 동작과 관계된다. 스핀-에코 기술은 도 9에 예시적으로 보인 바와 같이 펄스 시퀀스를 이용한다.

도 9는 한 뷰(view)에 대한 자기 공명 신호(스핀-에코 신호)를 얻기 위한 펄스 시퀀스의 개략적인 블록 선도이다. 그러한 펄스 시퀀스는 예컨대 256 개의 뷰에 대한 스핀-에코 신호를 얻기 위하여 256번 반복된다.

펄스 시퀀스의 실행 및 스핀-에코 신호의 취득은 제어부(30)에 의해 제어된다. 자기 공명 영상은 스핀-에코 기술을 사용하여 수행하는 것만으로 제한되지 않으며, 경사-에코(gradient-echo) 기술과 같은 다른 여러 가지 기술들이 사용될 수 있다.

도 9(a)에 보인 바와 같이, 펄스 시퀀스는 시간축을 따라 4 개의 주기(a)-(d)로 분할된다. 먼저, 도 9(a)에 보인 바와 같이 주기(a)에서 90°펄스(P90)에 의해 RF 여기(RF excitation)가 이루어진다. RF 여기는 전송기부(18)에 의해 구동되는 전송 코일부(6, 6')에 의해 수행된다.

RF 여기를 따라서, 도 9(b)에 보인바와 같이 슬라이스(slice) 경사 자계(Gs)가 인가된다. 슬라이스 경사 자계(Gs)의 인가는 경사 구동부(16)에 의해 구동되는 경사 코일부(4, 4')에 의해 수행된다. 따라서, 피검체(8) 내의 미리 설정된 슬라이스에서 스핀이 여기(선택적 여기)된다.

다음으로, 도 9(c)에 보인바와 같이 주기(b)에서 위상-인코딩(phase-encoding) 경사 자계(Gp)가 인가된다. 위상-인코딩 경사 자계(Gp)의 인가 역시 경사 구동부(16)에 의해 구동되는 경사 코일부(4,4')에 의해 수행된다. 따라서, 스핀들에 대한 위상 인코딩이 이루어진다.

또한, 위상-인코딩 주기에서 스핀들에 대한 리페이징(rephasing)이 도 9(b)에 보인 바와 같이 슬라이스 경사 자계(Gs)에 의해 이루어진다. 추가로, 도 9(d)에 보인 바와 같이 상기 스핀들을 디페이징(dephasing)하기 위해 판독(readout) 경사 자계(Gr)가 인가된다. 판독 경사 자계(Gr)의 인가는 경사 구동부(16)에 의해 구동되는 경사 코일부(4, 4')에 의해 수행된다.

이어서, 도 9(a)에 보인 바와 같이 주기(c)에서 180°펄스(P180)가 인가되어, 상기 스핀들이 반전되게 한다. 이 스핀들의 반전은 전송기부(18)에 의해 RF 구동되는 전송 코일부(6, 6')에 의해 이루어진다.

다음으로, 도 9(d)에 보인 바와 같이 주기(d)에서 판독 경사 자계(Gr)가 인가된다. 따라서, 도 9(e)에 보인 바와 같이 피검체(8)로부터 스핀-에코 신호(MR)가 발생된다. 스핀-에코 신호 MR은 수신 코일부(120)에 의해 수신된다.

상기 수신된 신호는 수신기부(20)와 A-D 변환기부(22)를 통해 컴퓨터에 입력된다. 컴퓨터(24)는 그 입력 신호를 측정 데이터로서 메모리에 저장한다. 따라서, 한 뷰에 대한 스핀-에코 데이터가 메모리에 기억된다.

상기 동작은 예컨대 소정 주기에서 256번 반복된다. 반복될 때마다 위상-인코딩 경사 자계(Gp)가 변화되어, 매번 위상 인코딩이 달라지게 된다. 이는 도 9(c)의 파형에서 복수의 점선으로 표시했다.

컴퓨터(24)는 메모리에 기억된 모든 뷰에 대한 스핀-에코 데이터에 기초하여 영상 재구성을 수행하여 영상을 생성한다. 전술한 바와 같이, 정자계 발생부(2)는 온도 제어되므로, 발생된 정자계는 양호한 안정성을 가지며 온도 제어와 관계되는 노이즈 발생이 감소될 수 있어, 고품질의 영상이 생성되게 된다.

본 발명에 따르면, 자계 발생 장치 전체가 요크에서의 복수의 위치들의 온도를 검출하고 그리고 상기 복수의 위치들의 각각의 온도를 안정화하기 위해 상기 각각의 검출된 온도에 기초하여 상기 복수의 위치들에 인가되는 각각의 열량을 제어함으로써 일정한 온도를 유지할 수 있게 된다. 더욱이 상기 제어는 상기 요크에 인가될 열량들을 발생시키는 복수의 열 발생원의 열량들의 조합을 제어함으로써 또한 안정화된다.

Claims (16)

1. 서로 공간을 두고 마주하는 한 쌍의 영구자석 및 상기 영구자석쌍용 자기 회로를 구성하는 복수의 요크(yokes)를 갖는 자계 발생 장치의 자계 안정화 방법에 있어서,

   상기 복수의 요크에서 복수의 위치에서 복수의 개별 온도를 검출하는 단계와,

   상기 복수의 위치에서 검출된 상기 복수의 개별 온도에 기초하여 상기 복수의 위치에 인가될 복수의 열량 각각을 제어함으로써 상기 복수의 위치의 각 온도들을 안정화시키는 단계

   를 포함하는 자계 안정화 방법.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 열량은 전기 히터(electric heaters)에 의해 얻어지는 것을 특징으로 하는 자계 안정화 방법.
4. 삭제
5. 자계 발생 장치에 있어서,

   서로 공간을 두고 마주하는 한 쌍의 영구자석과,

   상기 영구자석쌍용 자기 회로를 구성하는 복수의 요크와,

   상기 복수의 요크에서 복수의 위치에서의 복수의 개별 온도를 검출하는 복수의 온도 검출 수단과,

   상기 복수의 위치에 인가될 각각의 열량을 발생시키는 복수의 열 발생 수단과,

   상기 복수의 위치에서 검출된 상기 복수의 개별 온도에 기초하여 상기 복수의 열 발생 수단을 각각 제어함으로써, 상기 복수의 위치에서의 상기 각각의 개별 온도를 안정화시키는 복수의 온도 조절 수단

   을 포함하는 자계 발생 장치.
6. 제 5 항에 있어서,

   설치면(an installation surface)과 접촉하는 부분의 온도를 안정화시키는 온도 안정화 수단을 포함하는 자계 발생 장치.
7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,

   상기 복수의 열 발생 수단은 상용 주파수(a commercial frequency)를 갖는 교류 전원에 기초하여 상기 열량을 발생시키는 자계 발생 장치.
8. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,

   사전결정된 제한치를 초과하는 상기 요크의 온도를 검출하는 온도 초과 검출 수단과,

   상기 온도 초과 검출수단으로부터의 출력 신호에 기초하여, 상기 요크의 상기 온도를 낮추는 온도 강하 수단

   을 포함하는 자계 발생 장치.
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 제 5 항에 있어서,

    상기 열량은 전기 히터에 의해 얻어지는 자계 발생 장치.
14. 삭제
15. 삭제
16. 피검체(a subject)를 포함하는 공간 내에 정자계(a static magnetic field)를 발생시키는 정자계 발생 수단으로서 제 5 항의 자계 발생 장치를 포함하는 자기 공명 영상 장치에 있어서,

    상기 공간 내에 경사 자계(gradient magnetic field)를 발생시키는 경사 자계 발생 수단과,

    상기 공간 내에 고주파 자계를 발생시키는 고주파 자계 발생 수단과,

    상기 공간으로부터의 자기 공명 신호를 측정하는 측정 수단과,

    상기 측정 수단에 의해 측정된 상기 자기 공명 신호에 기초하여 영상을 생성하는 영상 생성 수단

    을 포함하는 자기 공명 영상 장치.