KR100427146B1

KR100427146B1 - Ｒｆ코일 및 자기공명촬상장치

Info

Publication number: KR100427146B1
Application number: KR10-2000-0006755A
Authority: KR
Inventors: 쉬모유키토쉬; 호쉬노가주야
Original assignee: 지이 요꼬가와 메디칼 시스템즈 가부시끼가이샤
Priority date: 2000-02-14
Filing date: 2000-02-14
Publication date: 2004-04-14
Also published as: KR20010081365A

Abstract

RF 자계를 효율적으로 발생시키기 위해, 피검체를 수용하는 공간내에 RF 자계를 발생시키기 위한 전류를 운반하는 전기 경로들(612)과, 피검체에서 전기 경로들(612)까지 보다 피검체로부터 더 멀리 떨어져 위치되며 전기경로들(612)의 각 단부를 링크시키는 환형 전기 경로들(614)로 구성되는 RF 코일이 사용된다.

Description

ＲＦ 코일 및 자기 공명 촬상 장치{RF COIL, RF MAGNETIC FIELD GENERATING APPARATUS AND MAGNETIC RESONANCE IMAGING METHOD AND APPARATUS}

본 발명은 RF(radio frequency) 코일, RF 자계 발생 장치 및 자기 공명 촬상 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 RF 자계를 발생시키기 위한 전류를 운반하는 복수의 전기 경로와, 복수의 전기 경로의 각 단부를 링크 시키는 환형 전기 경로를 갖는 RF 코일, 그러한 RF코일을 이용하는 RF 자계 발생 장치, 및 그러한 RF 자계 발생 장치를 이용하는 자기 공명 촬상 방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적으로 수직 자계형 자기 공명 촬상 장치로 일컬어지며 피검체의 신체 축에 수직인 정적 자계 방향을 가진 자기 공명 촬상 장치는, 개방 정적 자계 공간(open static magnetic space)을 발생하며, RF 자계를 발생하는 RF 코일로서 정적 자계 발생 유닛의 극편(pole piece)표면에 평행한 루프 표면을 갖는 RF 코일을 이용한다. 이러한 유형의 RF 코일은 표면 루프 표면에 평행한 방향으로 RF 자계를 발생시켜, 정적 자계 방향에 수직하게 RF 자계를 생성한다. 이러한 RF 코일이 본 출원인의 미국 특허 제 5,760,583 호에 기술되어 있다.

다른 한편으로, 직각(quadrature) RF 코일로 일컬어지는 다른 유형의 RF 코일이 있는데, 이는 두 개의 RF 코일의 조합으로 구성되며 이 두 개의 RF 코일에 의해 발생되는 각각의 RF 자계의 벡터 합성으로 그 세기가 증대된 RF 자계를 제공하거나 또는 코일 당 구동 전력을 감소시켜 원하는 세기의 RF 자계를 획득 할 수 있다.

그러나, 이러한 종래의 RF 코일에서, 주 경로들을 링크 시키기 위한 이음(tie) 경로들을 통해 흐르는 전류로부터 원치않는 RF 자계가 발생된다. 원치않는 RF 자계는 주 경로로부터 발생되는 RF 여기 자계를 소거시키기 때문에, RF 자계를 발생시키는 데 있어서의 효율이 감소되고, 원하는 자계의 세기를 얻기 위해서는 보다 큰 여기 전력이 요구된다.

또한, 이에 대응하여 주 경로 및 이음경로를 통해 흐르는 전류가 커지게 되어, 피검체의 고 주파수 전력 흡수, 즉 전체 SAR(특정흡수비율(specific absorption rate))이 증가되는 부가적인 문제가 발생된다.

더욱이, 이음 경로에 의해 발생되는 원치 않은 RF 자계는 RF여기를 소거시킬 뿐만 아니라, 피검체의 국부적인 고 주파수 전력 흡수, 즉 국부적인 SAL을 증대시키게 된다.

그러므로, 본 발명의 목적은 RF 코일, RF 자계를 효율적으로 발생시키는 RF 자계 발생 장치, 및 그러한 RF 자계 발생 장치를 이용하는 자기 공명 촬상 방법 및 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 RF 코일, 적은 피검체의 SAL을 제공하는 RF 자계 발생 장치, 및 그러한 RF 자계 발생 장치를 이용하는 자기 공명 촬상 방법 및 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 제 1 측면에 따르면, 피검체를 수용하는 공간 내에 RF 자계를 발생하기 위한 전류를 운반하는 방사형으로 확장되는 전기 경로들과, 공간으로부터 방사형으로 확장되는 전기 경로들까지 보다, 공간으로부터 더 멀리 떨어진 곳에 위치하며, 방사형으로 확장되는 전기 경로들의 각 단부를 링크시키는 환형 전기 경로를 포함하는 RF 코일이 제공된다.

본 발명의 제 2 측면에 따르면, 피검체를 수용하는 공간 내에 RF 자계를 발생시키기 위한 전류를 운반하는 복수의 상호 평행인 전기 경로들과, 공간으로부터 복수의 전기 경로들 까지 보다, 공간으로부터 더 멀리 떨어진 곳에 위치하고 복수의 전기 경로들의 양단부상에 배치되며, 복수의 전기 경로들의 각 단부를 링크 시키는 환형 전기 경로들을 포함하는 RF 코일이 제공된다.

본 발명의 제 3 측면에 따르면, 피검체를 수용하는 공간 내에 RF 자계를 발생하기 위한 전류를 운반하는 방사형으로 확장되는 전기 경로들과; 공간으로부터의 방사형으로 확장되는 전기 경로들까지 보다, 공간으로부터 더 멀리 떨어진 곳에 위치하며, 방사형으로 확장되는 전기 경로들의 각 단부들을 링크시키는 환형 전기 경로와; 서로간에 90°위상차를 갖는 RF 신호들을, 환형 전기 경로의 중앙으로부터의 방향이 서로간에 90°차이가 있는 환형 전기 경로상의 두 위치에 공급하는 RF 신호 공급 수단을 포함하는 RF 자계 발생 장치가 제공된다.

본 발명의 제 4 측면에 따르면, 피검체를 수용하는 공간 내에 RF 자계를 발생하기 위한 전류를 운반하는 복수의 상호 평행인 전기 경로들과; 공간으로부터 복수의 전기 경로까지 보다, 공간으로부터 더 멀리 떨어진 곳에 위치하고 복수의 전기 경로들의 양단부에 배치되며, 복수의 전기 경로들의 각 단부를 링크시키는 환형 전기 경로들과; 서로간에 90°위상차를 갖는 RF 신호들을, 환형 전기 경로의 중앙으로부터의 방향이 서로간에 90°차이가 있는 환형 전기 경로들중 어느 하나의 두 위치에 공급하는 RF 신호 공급 수단을 포함하는 RF 자계 발생 장치가 제공된다.

본 발명에 따르면, 환형 전기경로와 피검체 사이의 거리를 증가시켜 RF 여기 자계에 대한 환형 전기 경로의 소거 영향을 감소시키고 피검체의 SAR을 감소시킨다.

그러므로, 본 발명은 RF 코일과, RF 자계를 효율적으로 발생시키는 RF 자계 발생장치, 및 그러한 RF 자계 발생 장치를 이용하는 자기 공명 촬상 방법 및 장치를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 RF 코일과, 적은 피검체의 SAL을 제공하는 RF 자계 발생장치 및 그러한 RF 자계 발생 장치를 이용하는 자기 공명 촬상 방법 및 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 장치의 블럭도,

도 2는 도 1의 장치의 전송 코일부 구성의 개략도,

도 3은 도 1의 장치의 전송 코일부 구성의 개략도,

도 4는 도 1의 장치의 전송 코일부의 전기회로를 예시한 도면,

도 5는 도 1의 장치의 전송 코일부에서의 전기분포를 예시한 도면,

도 6은 도 1의 장치의 전송 코일부에 의해 발생되는 RF 자계를 예시한 도면,

도 7은 도 1의 장치의 전송 코일부에서의 전기분포를 예시한 도면,

도 8은 도 1의 장치의 전송 코일부에 의해 발생되는 RF 자계를 예시한 도면,

도 9는 도 1의 장치의 전송 코일부에 의해 발생되는 RF 자계의 세기 분포를 예시한 도면,

도 10은 도 1의 장치의 전송 코일부에서의 예시적인 전기경로 패턴을 도시된 도면,

도 11은 도 10에 도시된 전기경로 패턴을 A-A선을 따라 절취한 단면도,

도 12는 RF 차폐부의 단면도와 함께, 도 10에 도시된 전기경로 패턴을 A-A선을 따라 절취한 단면도,

도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 장치의 블럭도,

도 14는 도 13의 장치에서 몸체 코일부 구성의 개략도,

도 15는 도 13의 장치에서 RF 차폐부와 몸체 코일부의 구성의 개략도,

도 16은 자기 공명 촬상을 위한 예시적인 펄스 시퀀스의 개략도.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

6, 6' : 전송 코일부

602, 602', 606, 606', 614, 614' : 환형 전기 경로

700, 700' : RF 차폐부

본 발명의 다른 목적 및 장점들이 첨부 도면에 예시된 바와 같은 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 다음의 상세한 설명으로부터 분명해 질 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예에 대해서 보다 상세히 설명한다. 도 1에는 본 발명의 일실시예인 자기 공명 촬상 장치의 블럭도가 도시된다. 본 장치의 구성은 본 발명에 따른 장치의 한 실시예를 나타내며, 본 장치의 동작은 본 발명에 따른 방법의 실시예를 나타낸다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 장치는 그 내부 공간에 동종의 정적 자계를 발생하는 정적 자계 발생부(2)를 포함한다. 정적 자계 발생부(2)는 소정 거리를 유지한 채 도면에서 수직 방향으로 서로 마주하며 그들 사이의 공간 내에 정적 자계(수직자계)를 발생시키는 영구자석과 같은 한 쌍의 자계 발생기(도시않됨)를 포함한다. 본 자계 발생기는 영구자석에만 국한되는 것이 아니라 초전도성 전자석, 일반적인 도전성 전자석 등일 수도 있음을 알 수 있을 것이다.

정적 자계 발생부(2)의 내부 공간 내에 경사(gradient) 코일부(4,4')와 전송 코일부(6,6')가 배치되는데, 이들은 각각 거리를 유지한 채 수직방향으로 서로 마주한다. 경사 코일부(4,4')와 전송 코일부(6,6')사이에는 RF 차폐부(도 1에는 도시않됨)가 제공된다. 이 RF 차폐부는 동박(copper foil)과 같은 도전성 재료로 구성된다. 전송 코일부(6,6')는 본 발명의 RF 코일의 실시예를 나타내는바, 이에 대해서는 이후에 상세히 설명될 것이다.

피검체(8)는 촬상 테이블(10)상에 배치되고 운반 수단(도시않됨)에 의해 서로 마주하는 전송코일부(6) 및 (6') 사이의 공간 내 또는 밖으로 이동된다. 피검체(8)의 신체축은 정적 자계의 방향과 수직을 이룬다. 촬상 테이블(10)에는 피검체(8)의 촬상 부위를 에워싸는 수신 코일부(106)가 부착되어 있다. 이 수신 코일부(106)는 예컨대 L-척주 (요추 척주)를 촬상하기 위한 것으로, 피검체(8)의 엉덩이를 둘러싸도록 부착된다. 수신 코일부(106)는 L-척주 주변 및 원하는 촬상 부위에 대응하는 임의의 위치에 배치될 수 있음을 주지해야 할 것이다.

경사 코일부(4) 및 (4')는 경사 구동부(16)와 연결되는데, 이 경사 구동부(16)는 경사 자계들을 발생시키기 위해 경사 코일부(4, 4')에 구동 신호를 공급한다. 다음과 같은 3가지의 경사 자계들이 발생된다. 즉, 슬라이스(slice) 경사 자계, 판독(readout) 경사 자계 및 위상-엔코딩 경사 자계가 그것이다.

전송 코일부(106)는 전송기부(18)와 연결되며, 이 전송기부는 RF 자계를 발생시키기 위해 전송 코일부(6,6')에 구동신호를 공급하며, 그에 의해 피검체(8)내의 스핀(spins)을 여기(excitation)시킨다.

수신 코일부(106)는 여기된 스핀들에 의해 생성된 자기 공명 신호들을 수신한다. 수신 코일부(106)는 수신기부(20)의 입력단에 연결되며 그 수신된 신호를 수신기부(20)에 입력시킨다. 수신기부(20)의 출력단은 A-D 변환기(22)의 입력단에 연결되며, 이 A-D 변환기(22)는 수신기부(20)의 출력 신호를 디지털 신호로 변환한다. A-D 변환기부(22)의 출력단은 컴퓨터(24)에 연결된다.

컴퓨터(24)는 A-D 변환기부(22)로부터 디지털 신호를 수신하며, 그 신호를 메모리(도시않됨)에 저장한다.

메모리에는 푸리에 공간(Fourier space)을 구성하는 데이터 공간이 형성된다. 컴퓨터(24)는 푸리에 공간 내의 데이터에 대해 역 푸리에 변환을 수행하여 영상을 재구성한다.컴퓨터(24)는 제어부(30)에 연결되고, 이 제어부(30)는 경사 구동부(16), 전송기부(18), 수신기부(20) 및 A-D 변환기부(22)에 순차 연결된다. 제어부(30)는 컴퓨터(24)로부터 공급되는 명령에 근거하여 경사 구동부(16), 전송기부(18) 및 A-D 변환기부(22)를 제어하여, 자기 공명 촬상을 수행한다.

컴퓨터(24)는 컴퓨터(24)로부터 출력되는 여러 가지 정보 및 재구성된 영상을 디스플레이하는 디스플레이부(32)에 연결되고 여러 가지 명령 및 정보를 컴퓨터(24)에 입력하는 인간 오퍼레이터에 의해 조작되는 조작부(34)에 연결된다.

도 2는 전송 코일부(6,6')의 구성을 개략적으로 도시한 도면으로써, 전송 코일부(6,6')의 주요부분을 구성하는 RF 코일의 3차원 구조가 예시된다. 3차원 공간에서의 3개의 상호 직교하는 방향들이 x, y, z로 표시된다. z 방향은 정적 자계의 방향에 대응한다. 도시된 바와 같이, 전송 코일부(6)는 하나의 x-y평면에 형성되는 전기경로를 가지며, 전송 코일부(6')는 다른 x-y 평면에 형성되는 전기경로를 갖는데, 이때, 다른 x-y 평면은 하나의 x-y 평면으로부터 z축 방향으로 이격된 것이다.

전송 코일부(6)는 본 발명의 환형 전기 경로(602)에 대한 예시를 나타낸 환형 전기 경로를 가진다. 환형 전기 경로(602)내에는 중앙부로부터 방사형으로 확장되는 복수의 전기 경로(604)가 제공된다. 전기 경로(604)는 본 발명의 방사형으로 확장되는 전기 경로의 일 실시예를 나타낸다. 방사형으로 확장되는 전기 경로의 수는 예컨대 8개이다. 그러나, 이 전기 경로(604)의 수는 8개로만 제한되지 않으며 4의 정수배일 수 있다. 전기 경로들(604)은 도면의 한 위치에 참조 부호로 표시되었음을 주지해야 할 것이다. 전기 경로들(604) 각각은 일단이 전기 경로(602)에 연결되고 타단은 중앙의 환형 전기 경로(606)에 연결된다.

내부 중앙으로 부터의 각 방향이 서로간에 90°차이가 있는 전기 경로(602)상의 2 위치에는 전송기부(18)로부터 각 RF신호들이 공급된다. 이들 두 위치에 공급되는 RF 신호들은 서로 90°위상차를 가진다.

전송 코일부(6')는 본 발명의 환형 전기 경로의 한 실시예를 나타내는 환형 전기 경로(602')를 가진다. 환형 전기 경로(602')내에는 중앙부로부터 방사형으로 확장되는 복수의 전기 경로들(604')이 제공된다. 전기 경로(604')는 본 발명의 방사형으로 확장되는 전기 경로들의 한 실시예를 나타낸다. 방사형으로 확장되는 전기 경로들(604')의 수는 예컨대 8개이다. 전기 경로들(604')의 수는 8개로 제한되지 않으며 4의 정수배일 수 있다. 전기 경로들(604')은 도면의 한 위치에 참조 부호로 표시되었음을 주지해야 할 것이다. 전기 경로들(604') 각각의 일 단부는 전기 경로(602')에 연결되고, 타 단부는 중앙 환형 전기 경로(606')에 연결된다.

내부 중앙으로부터의 각 방향이 서로간에 90°차이가 있는 전기경로들(602')상의 두 개의 위치에는 전송기부(18)로부터 각각의 RF신호들이 공급된다. 이들 두 위치에 공급되는 RF 신호들은 서로 90°의 위상차를 가진다.

그러한 전송 코일부(6,6')는 미러-영상 관계로 서로 마주하며, 본 장치의 RF 코일을 구성한다. 전송 코일부(6,6')로의 RF 신호 공급은, 도 3에 예시된 바와 같이, 전송기부(18)로부터 출력된, 서로 90°위상차를 가진 두 개의 RF 신호를 전송함과 아울러 각각의 전력 분배기(182,184)로 파워가 동등하도록 RF 신호들을 분배함으로서 수행된다. 정확히 동등한 조건하에서 전송 코일부(6,6')를 RF 구동하는데 있어서, 그와 같은 RF 신호들의 공급이 바람직하다. 각각의 RF 파워 증폭기들이 필요에 따라 분배기(182,184)와 전송 코일부 (6,6')사이에 배치될 수 있음을 주지해야 할 것이다.

따라서, 동일한 파워 및 동일한 위상을 갖는 RF 신호들이 공통 신호원으로부터의 두 개의 서로 마주하는 코일 루프에 동시에 공급되기 때문에, 코일들 간의 전기 자기적 커플링(electromagnetic coupling)이 미약해진다. 또한, 코일들간의 거리가 충분히 크므로, 코일들간의 정전 커플링(electrostatic coupling)이 미약해진다. 따라서, 뛰어난 주파수 성질을 갖는 RF 코일이 얻어질 수 있다.

코일에 RF신호를 공급하기 위한 신호라인들은 동심 케이블과 같은 적절한 신호라인으로 형성되며, 이 라인들은 자유롭게 적용될 수 있다. 그러므로, 자기 공간 내로 이송되는 피검체(8)에게 방해를 주지 않고도 신호 라인들을 쉽게 다룰수 있게 되며, 자계 공간의 개방이 가능해진다.

전송 코일부(6)의 전기회로가 도 4에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 방사형으로 확장되는 전기경로(604)에 의해 서브섹션들로 구획되는 환형 전기경로(602)는 각각 서브섹션에 직렬 연결된 각각의 커패시터(608)를 갖는다. 커패시터(608)는 도면의 한 위치에 참조 부호로 표시되었음을 주지해야 할 것이다. 커패시터들 중 일부는 캐패시턴스를 조정하는 각각의 가변 커패시터들과 병렬로 연결된다. 가변 커패시터들은 0°위상과 90°위상의 직교성을 정밀하게 조정하는데 사용된다.

위상 0°와 90°를 갖는 RF신호들은 전송기부(18)로부터 각각의 커패시터(608)의 양단으로 인가되는데, 이 커패시터(608)는 중앙으로 부터의 각 방향이 서로간에 90°차이가 나는 두 개의 서브섹션에 배치된다.

이제, 0°의 위상을 갖는 RF 신호에 대해 생각해보기로 한다. 전기 경로들을 통해 흐르는 전류의 비율이 도 5에 도시되어 있다. 특히, 바깥측 환형 전기 경로(602)에 있어서, RF 신호가 공급되는 서브섹션과 이와 마주하는 서브섹션은 0의 전류 비율을 가지며, 상술한 두 개의 서브섹션으로부터 90°떨어진 방향을 갖는 두 개의 서브섹션은 1의 전류 비율을 가지며, 나머지 서브섹션들은 0.7의 전류비율을 갖는다. 안쪽의 환형 전기 경로(606)에 있는 서브섹션들은 각각 바깥의 전기 경로(602)의 대응 서브섹션에서의 전류 비율과 유사한 전류 비율을 각각 갖는다.

방사형으로 확장되는 전기 경로(604)에 있어서, 0의 전류 비율을 갖는 환형 전기 경로(602)에 있는 두 개의 서브섹션의 양측에 놓여 있는 4개의 전기 경로에 대한 전류비율은 0.7이며, 1의 전류 비율을 갖는 환형 전기 경로(602)에 있는 두 개의 서브섹션의 양측에 놓여 있는 4개의 전기 경로에 대한 전류 비율은 0.3이다.

RF 신호의 한 극성에서, 전기 경로의 전류 방향은 도 5에서 화살표로 표시된 방향이다. 특히, 바깥의 환형 전기 경로(602)에서, 전류는 0의 전류 비율을 갖는 서브섹션에 대해 도면의 우측과, 좌측에서 각각 시계반대 방향으로 그리고 시계방향으로 흐르며, 안쪽의 환형 전기 경로(606)에서의 전류는 바깥의 환형 전기경로(602)에서의 방향에 반대로 흐른다. 방사형으로 확장되는 전기 경로(604)에서, 상술한 전류로부터 분기되는 전류는 중앙에 대해서 대칭으로 정렬되는 전기경로들(604)의 각 쌍에 대해 반대방향으로 흐른다.

그러한 전류는 도 6에서 점선으로 도시된 바와 같이 1의 전류 비율을 갖는 전기 경로에 수직인 직경 방향 및 도면에서 안쪽 환형 전기 경로(606)의 반대측 즉, 전송 코일부(6')와 마주하는 측면상에 자계를 발생시킨다.

RF 신호의 다른 극성에서, 전류 방향은 상술한 방향에 대해 정 반대로 되며, 그에 의해 자계 방향을 반전시킨다. 따라서, 전송 코일부(6)는 RF 신호에 대응하는 RF 자계를 발생시킨다.

90°위상을 갖는 전류를 고려해보면, RF 신호의 한 극성에서 전류경로의 전류 비율은 도 7에 도시된다. RF 신호공급 위치는 0°의 위상을 갖는 RF 신호에 대한 공급위치로부터 90°만큼 공간적으로 떨어져 있기 때문에, 도 7은 90°만큼 시계반대방향으로 회전된 도 5와 같다. 따라서, RF 자계 방향은, 도 8에서 점선의 화살표로 표시된 바와 같이, 도 6에 도시된 방향으로부터 시계반대방향으로 90°만큼 회전된다.

전송코일부(6)는 상술한 두 개의 RF 자계의 결과하는 벡터로서 RF 자계를 발생시킨다. 두 개의 RF 자계가 90°의 위상차를 갖기 때문에, 결과하는 RF 자계는 RF 신호의 주파수로 회전하는 회전자계가 된다. 따라서, 전송 코일부(6)는 직각 RF 코일로서 작용한다.

전송코일부(6')는 동일한 회로 구성을 가지며, 유사한 회전자계를 발생한다. 그러나, 전송코일부(6')에서의 전기 경로의 전류방향은 전송 코일부(6)에서의 방향에 대해 완전히 반전된 것으로, 전송코일부(6')와 미러-영상 관계를 갖는다. 전류방향의 이와 같은 반전은, 예컨대 커패시터(608)의 양단에 대한 신호 라인들의 연결을 반전시킴으로써 쉽게 달성될 수 있다. 이 경우에, 안쪽 환형 전기경로(606') 바로 위에서 발생되는 즉, 전송 코일부(6)와 마주하는 측에서 발생되는 RF 자계는 전송 코일부(6)로부터 발생되는 상술한 자계와 동일한 방향을 가지며, 그에 따라 이들 자계의 합산에 의해 RF 자계가 형성된다.

따라서, 전송코일부(6,6')사이의 공간에서 Z-축 방향에 수직인 평면에서 회전하는 RF 자계가 발생된다. 도 9에 예시한 바와 같이, Z-방향에서의 RF 자계의 세기 프로필(intensity profile)은 두 코일로부터 발생되는 RF 자계를 합산함으로써 정적자계(Z/2)의 중앙을 포함하는 넓은 범위에 걸쳐 동질성을 갖는다.

전송 코일부(6,6')의 전기 경로는 예컨대 도전성 포일(conductive foil)로 구성된다. 이 도전성 포일로 구성되는 전송 코일부(6)의 회로패턴의 예가 도 10에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 모든 전기 경로(602, 604, 606)는 동박과 같은 도전성 재료로 구성된다. 동박의 두께는 예컨대 대략 10-100 마이크로미터 범위이다. 전기 경로(602, 604)의 폭은 예컨대 대략 수 센티미터 또는 10 센티미터 이상이다. 이 회로 패턴은 지지 부재(도시않됨)상에 구성될 수 있음을 주지해야 한다.

환형 전기 경로(602)는 서브섹션에 각각의 슬릿(610)을 가지며, 커패시터(608)는 전기 경로(602)를 직렬 연결하는 슬릿(610)내에 배치된다. 도 10에서 커패시터(608)는 생략되었다. 또한, 슬릿(610)은 도면의 한 위치에 참조 부호로 표시되었다.

방사형으로 확장되는 전기경로(604)를 큰 폭을 갖는 전기 경로로 구성함으로써, 전류를 운반하지 않는 인접 전기 경로들(604)사이 부분의 비율은 와이어로 구성된 전기 경로(604)에 비교해 크게 감소될 수 있다. 이에 따라 인접 전기 경로들(604)사이의 중간 부분에서의 자계 세기의 감소를 경감시킬 수 있는바, 그에 의해 자계 세기 분포의 비동질성 정도가 경감된다.

전기 경로(606)는 전술한 바와 같은 환형이 아니라 그 중앙부가 폐쇄된 디스크로 구성된다. 환형과는 달리 전류가 디스크 전체에 걸쳐 분포되어 흐르기 때문에, 중앙부에서의 전류 부재로 인한 중앙부에서의 자계 감소가 방지되며 그럼으로써 적합한 자계 발생이 얻어지게 된다.

환형 전기 경로(602)와 방사형으로 확장되는 전기 경로(604) 사이에 숄더(shoulders)가 제공된다. 특히, 도 11의 A-A선을 따라 절취한 단면도에 도시된 바와 같이, 환형 경로(602)가 정적 자계의 중앙으로부터 방사형으로 확장되는 전기경로(604)까지 보다, 정적 자계의 중앙으로부터 훨씬 멀리 배치되도록 숄더가 제공된다. 따라서, 정적 자계공간 내에 놓인 피검체(8)와 환형 전기 경로(602)사이의 거리가 증가되어, RF 여기 자계에 대한 환형 전기 경로(602)의 소거 영향(cancellation effect)이 감소된다.

그러므로, 소정의 RF 자계 세기를 얻기 위한 여기 전력이 감소될 수 있어 효율적인 RF 여기가 얻어지게 된다. 또한, 전기 경로를 통해 흐르는 RF 전류가 그에 대응하여 감소될 수 있기 때문에, 피검체(8)의 전체적인 SNR이 감소될 수 있다. 더욱이, 피검체(8)와 환형 전기 경로(602)사이의 거리를 증가시킴으로써, 피검체(8)의 국부적인 SAR이 전류의 감소와 더불어 감소된다.

전송코일부(6')의 회로패턴은 전송 코일부(6)의 회로패턴과 미러-영상 관계로 구성된다. 따라서, 피검체(8)와 환형 전기 경로(602')사이의 거리가 증가되고 그럼으로써 RF 여기 자계에 대한 환형 전기 경로(602')의 소거 영향이 감소된다. 그러므로, 상기와 마찬가지 방식으로 전체 및 국부적인 SAR을 감소시킴과 함께 효율적인 RF 여기가 얻어지게 된다.

숄더를 제공함으로써, 경사 코일부(4)와 전송 코일부(6)사이에 제공되는 RF 차폐부(700)와 전기 경로(602)사이의 거리가 도 12에 예시한 바와 같이 감소된다. 따라서, 전기 경로(602)를 통해 흐르는 RF 전류는 보다 큰 미러효과(mirror effect)를 갖는다. 이 미러 효과에 의해 RF 차폐부(700)에 대하여 전기 경로(602)에 대칭인 위치를 따라 전기 경로(602)를 통해 흐르는 RF 전류와 극성이 반대인 전류(미러 전류)를 발생하는 것과 조건이 동일해진다. 그러므로, 미러 효과가 커지면 미러전류의 소거 영향이 커지게 되며, 전기 경로(602)를 통해 흐르는 전류에 의해 발생되는 RF 자계가 소거된다. 따라서, RF 여기에서의 효율이 더욱 향상되고, 피검체(8)의 전체 및 국부적인 SAR이 보다 감소된다.

도 13은 자기 공명 촬상 장치의 다른 예를 도시한 것으로 이는 본 발명의 다른 실시예이다. 본 장치의 구성은 본 발명에 따른 장치의 한 실시예를 나타내며, 그의 동작은 본 발명에 따른 방법의 한 실시예를 나타낸다.

도 13에서, 도 1에 도시된 것과 동일한 구성 요소들은 동일 부호로 표시하였으며, 그에 대한 설명은 생략한다. 도 13에 도시된 바와 같이, 본 장치는 전반적으로 원통형인 정적 자계 발생부(21)를 포함하는바, 이는 본 발명의 정적 자계 발생수단의 한 실시예를 나타낸다. 정적 자계 발생부(21)는 예컨대 초전도 전자석(superconductive electromagnet)으로 구성된다. 정적 자계 발생부(21)는 그 내부공간에 정적 자계를 발생시킨다. 정적 자계의 방향은 피검체(8)의 신체축과 일반적으로 평행하며, 그러므로 이 정적자계는 이른바 수평자계를 형성한다.

정적 자계 발생부(21)의 내부공간에는 전반적으로 원통형인 경사 코일부(41)가 배치되며, 그 경사 코일부(41)내에는 몸체 코일부(61)가 배치된다. RF 차폐부(도시않됨)가 경사 코일부(41)와 몸체코일부(61)사이에 제공된다. 피검체(8)는 몸체 코일부(61)의 내부 공간내에 놓인다.

몸체 코일부(61)는 전송기부(18)에 의해 구동되어, RF 자계를 발생시킨다. 몸체 코일부(61)는 또한 피검체(8)로부터 발생되는 자계 공명 신호들을 검출하여 그 신호들을 수신기부(20)에 공급한다. 즉, 몸체 코일부(61)는 RF 신호의 전송 및 수신을 위해 사용된다.

도 14는 몸체 코일부(61)의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 도시된 바와 같이, 몸체 코일부(61)는 복수의 상호 병렬인 전기 경로(612)를 가진다. 전기 경로(612)는 한 위치에 참조 부호로 표시되었다. 전기 경로(612)는 본 발명의 복수의 상호 평행한 전기경로들의 일 실시예를 나타낸다. 복수의 전기 경로(612)의 양단은 환형 전기 경로(614, 614')에 의해 링크된다. 환형 전기 경로(614, 614')는 본 발명의 환형 전기 경로의 한 실시예를 나타낸다.

환형 전기 경로(614, 614') 각각은 복수의 전기 경로(612)의 연결점에 의해 형성되는 서브섹션내의 커패시터들(도시않됨)을 구비한다. 환형 전기 경로(614, 614')들중 하나는 환형부(annulus)의 중앙으로부터의 각각의 방향이 서로 90°차이가 나는 두 위치에 RF 신호 전력 공급부(도시않됨)를 구비한다. 또한, 전력 공급부 RF신호들을 픽업하는데 이용된다. 이와 같은 종류의 RF코일을 새장(birdcage) 코일이라 하는 경우도 있다.

그러한 새장 코일에 있어서, RF 여기 자계 발생에 기여하는 것은 복수의 전기 경로(612)이다. 양단부상의 환형 전기 경로(614,614')는 여기 자계의 발생에 기여하지 않으며 RF 전류에 대한 귀환 경로로서 작용한다.

환형 전기 경로(614,614')의 직경은 복수의 전기 경로(612) 어레이에 의해 형성되는 원통형 공간의 직경보다 크며, 전기 경로(612)의 양단부는 환형 전기 경로(614,614')에 연결되도록 원통형 공간의 바깥쪽으로 절곡된다. 따라서, 환형 전기 경로(614.614')는 피검체(8)로부터 전기 경로(612)까지 보다, 원통형 공간내에 위치된 피검체(8)로부터 보다 멀리 놓이게 된다. 따라서, 여기 자계에 대한 환형 전기경로(614,614')의 소거 영향이 감소되어 여기 효율이 증대된다. 추가로, 피검체(8)의 전체 및 국부적인 SAR이 감소된다. 이들 효과들은 도 15에 도시된바와 같이, 몸체 코일부(61)과 경사 코일부(41)사이에 배치된 RF 차폐부(700')에 근접한 환형 전기 경로(614,614')로부터의 미러 효과의 증대에 의해 더욱 향상된다.

이제, 본 발명의 동작에 대해 설명하기로 한다. 상세한 설명이 도 1에 도시된 장치의 동작과 관련하여 이루어졌지만은 이는 도 13에 도시된 장치의 동작에도 적용이 된다. 본 장치의 동작은 제어부(30)의 제어하에서 수행된다. 예시적인 자기공명 촬상 절차로써, 경사 에코(gradient echo)방식에 의한 촬상에 대해 설명한다. 본 자기 공명 촬상은 단지 경사 에코 방식으로만 수행되는 것이 아니며 스핀 에코(spin echo) 또는 EPI(echo-planar 촬상)방식과 같은 다른 적절한 방식으로도 수행될 수 있음을 주지해야 할 것이다.

경사 에코 방식에 의한 촬상에 있어서, 도 16에 예시한 바와 같은 펄스 시퀀스(pulse sequence)가 이용된다. 이 펄스 시퀀스는 시간축 t'를 따라 좌측으로부터 우측으로 진행된다. 펄스 시퀀스의 수행은 제어부(30)에 의해 제어된다.

도 16(1)에 도시한 바와 같이, α°펄스에 의해 RF 여기가 수행된다. 전술한 바와 같은 RF코일의 구성 및 미러효과에 의해 효율적인 RF 여기가 가능해지고, 피검체(8)의 전체 및 국부적인 SAR이 낮게 유지되므로, 피검체(8)의 전체 및 국부적인 온도 증가가 감소될 수 있다.

넓은 범위에 걸쳐 양호한 동질성을 가진 RF 여기가 이루어진다. RF 여기에 있어서, 슬라이스 경사자계 Gs가 도 16(2)에 도시된 바와 같이 인가된다. 따라서 피검체(8)의 소정 부위에서의 스핀이 선택적으로 여기된다. 선택적인 여기가 끝나면 스핀은 경사 자계(Gs)에 의해 리페이징(rephasing)된다.

다음, 도 16(4)에 도시된 바와 같이, 위상 엔코딩 경사 자계(Gp)에 의해 위상 엔코딩이 수행된다. 그 다음, 스핀은 판독 경사 자계(Gr)에 의해 디페이징(dephasing)되며, 이어서 경사 자계의 극성이 반전되어 자기 공명 신호(경사 에코)를 판독하게 된다.

기설정된 반복 시간 TR에 그러한 펄스 시퀀스를 반복함으로써, 각각의 경사 에코가 얻어지게 된다. 위상 엔코딩 경사 자계(Gp)의 크기는 시간 TR 마다 변하며, 복수의 뷰(view)들에 대한 자기 공명 신호가 메모리에 수집된다. 컴퓨터(24)가 메모리에 수집된 데이터에 대해 2차원 역 퓨리에 변환을 수행하여 촬상 부위에 대한 단층 영상을 생성한다. 단층 영상은 디스플레이부(32)에 디스플레이된다.본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않고 많은 다른 실시예가 구성될 수 있을 것이다. 본 발명은 명세서에서 설명된 상세한 실시예로 국한되지 않고, 첨부된 명세서에 의해서 한정되어야 할 것이다.

본 발명에 따르면, 환형 전기 경로와 피검체 사이의 거리가 증대되어 RF 여기 자계상에서의 환형 전기 경로의 소거 영향이 감소됨은 물론 피검체의 SAR이 감소된다.

Claims

서로간에 병렬로 배치되어 그 사이에 피검체(8)의 배치 및 RF 자장을 위해 소용될 공간을 형성하는 한쌍의 평탄 코일(6,6') - 상기 평탄 코일 각각은 제 1 직경을 가진 제 1 환형 전기 경로(606, 606'); 상기 공간에 주 RF 자장을 제공하기 위한 것으로, 각각이 두개의 단부를 가지며, 일측 단부가 제 1 환형 전기 경로에 연결된 다수의 방사형으로 확장되는 전기 경로들(604,604'); 및 상기 제 1 직경보다 더 큰 제 2 직경을 가지며, 상기 다수의 방사형으로 확장된 전기 경로의 타측 단부에 연결되고, 상기 주 RF 자장이 제공되는 공간으로 부터 상기 평탄 코일(6, 6')의 평면에 대하여 대략 수직인 방향으로 소정 거리 떨어진 곳에 배치된 제 2 환형 전기 경로(602, 602')를 포함함 - 과,

적어도 두개의 개별 RF 신호를, 서로간에 90°떨어진 위치에 있는 상기 제 2 환형 전기 경로에 공급하기 위해 RF 신호를 제공하는 수단(18, 182, 184)

을 포함하되,

그에 의해 상기 제 2 환형 전기 경로에 의해 생성되는 RF 자장이 상기 공간내의 다수의 방사형으로 확장되는 전기 경로에 의해 생성되는 주 RF 자장에 대한 소거 영향을 감소시키는, RF 코일.
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피검체(8)를 수용하는데 소용될 공간내에 정적 자계를 발생시키는 수단(2,21)과,

상기 공간에 경사 자계들을 발생시키는 수단(4,41,16)과,

상기 공간에 RF 자계들을 발생시키기 위한 RF 자계 발생 수단으로서, 상기 공간내에 서로간에 병렬로 배치된 한쌍의 평탄 코일(6,6') - 상기 코일 각각은 제 1 직경을 가진 제 1 환형 전기 경로(606, 606'); 각각이 두개의 단부를 가지며, 일측 단부가 제 1 환형 전기 경로에 연결되고, 상기 공간에 주 RF 자계를 제공하는 다수의 방사형으로 확장되는 전기 경로들(604,604'); 및 상기 제 1 직경보다 더 큰 제 2 직경을 가지며, 상기 다수의 방사형으로 확장된 전기 경로의 타측 단부에 연결되고, 상기 주 RF 자장이 제공되는 공간으로 부터 상기 평탄 코일(6, 6')의 평면에 대하여 대략 수직인 방향으로 소정 거리 떨어진 곳에 배치된 제 2 환형 전기 경로(602, 602')를 포함함 - 과, 적어도 두개의 개별 RF 신호를, 서로간에 90°떨어진 위치에 있는 상기 제 2 환형 전기 경로에 공급하기 위해 RF 신호를 제공하는 수단(18, 182, 184)을 포함하되, 그에 의해 상기 제 2 환형 전기 경로에 의해 생성되는 RF 자장이 상기 공간내의 다수의 방사형으로 확장되는 전기 경로에 의해 생성되는 주 RF 자장에 대한 소거 영향을 감소시키는 상기 RF 자계 발생 수단과,

상기 공간으로부터의 자기 공명 신호들을 측정하는 수단(20, 30, 22, 24, 34)과,

상기 측정 수단에 의해 측정된 자기 공명 신호들에 근거하여 영상을 제공하는 수단(32)

을 포함하는 자기 공명 촬상 장치.
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제 1 항에 있어서,

상기 한쌍의 평탄 코일중 적어도 일측상에 배치된 자기 차폐부(700)를 포함하는,

RF 코일.
제 1 항에 있어서,

상기 각 코일은 제 1 평면에 배치된 다수의 방사형으로 확장된 전기 경로와, 상기 제 1 평면위의 제 2의 다른 평면에 배치된 제 2 환형 전기 경로를 포함하되, 상기 공간으로부터 상기 평탄 코일(6, 6')의 평면에 대하여 대략 수직인 방향으로 상기 제 2 환형 전기 경로까지의 거리가 상기 주 RF 자장을 제공하는 상기 다수의 방사형으로 확장된 전기 경로까지 보다 더 멀도록 구성하는,

RF 코일.
제 1 항에 있어서,

상기 다수의 방사형으로 확장되는 전기 경로는 4N개이고, 여기서 N은 적어도 정수 1인,

RF 코일.
제 18 항에 있어서,

상기 제 2 평면위에 배치된 평탄 RF 차폐부를 포함하는,

RF 코일.
제 1 항에 있어서,

상기 각 코일은, 상기 제 2 환형 전기 경로내의, 상기 제 2 환형 경로와 상기 다수의 방사형으로 확장되는 전기 경로의 타측 단부와의 접속점 사이에 배치된 커패시터(608)를 포함하는,

RF 코일.
제 1 항에 있어서,

상기 RF 신호를 제공하는 수단은 상기 두개의 개별적인 RF 신호에 대해 동일한 전력을 제공하는 전력 분배기(182,184)를 포함하는,

RF 코일.
제 1 항에 있어서,

상기 RF 신호를 제공하는 수단은 동심 케이블을 포함하는,

RF 코일.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 환형 전기 경로와, 상기 다수의 방사형으로 확장되는 전기 경로 및 상기 제 2 환형 전기 경로는 10 내지 100㎛의 두께 범위를 가지며 수 센티미터 내지 대략 10센티미터의 너비를 가진 구리 포일로 구성되는,

RF 코일.
제 1 항에 있어서,

상기 한쌍의 평탄 코일은, 상기 공간과 상기 제 2 환형 전기 경로간 상기 평탄 코일(6, 6')의 평면에 대하여 대략 수직인 방향으로의 거리가 증가되도록, 서로간에 미러 영상 관계로 배치되고, 그에 의해 상기 다수의 방사형으로 확장되는 경로에 의해 생성되는 주 RF 자계에 대한 상기 제 2 환형 전기 경로에 의해 생성된 자계의 소거 영향이 감소되는,

RF 코일.
제 1 항에 있어서,

상기 한쌍의 코일 각각에 있어서 제 1 환형 전기 경로, 다수의 방사형으로 확장된 경로 및 제 2 환형 전기 경로는 평탄 광역 컨덕터이고, 상기 제 1 환형 전기 경로는 폐쇄 서클(closed circle)을 형성하는,

RF 코일.
제 1 항에 있어서,

제 1 환형 전기 경로와, 다수의 방사형으로 확장된 전기 경로 및 제 2 전기 경로는 콘덕티브 와이어(conductive wire)로 구성된,

RF 코일.
제 7 항에 있어서,

상기 RF 자계를 생성하는 수단과 상기 경사 자계를 생성하는 수단사이에 배치된 RF 자기 차폐부(700)를 포함하는,

자기 공명 촬상 장치.