KR100530432B1 - Nmr을위한타원형직교버드케이지코일 - Google Patents

Abstract

코일의 인접하는 레그들 사이의 일정한 전기적 위상을 이루는 설계에서 타원형 버드케이지 공진기를 위한 각도 및 전류 분배들이 실현된다. 직각 모드들의 구동 레드들에서 동일한 피크 전류들은 정확한 직교 동작을 유도한다.

Description

NMR을 위한 타원형 직교 버드케이지 코일

본 발명은 NMR 기기 분야에 속하며, 특히 실질적으로 타원형의 단면을 보이는 연구 대상에 NMR 송신기/수신기를 결합시키는 것에 관한 것이다.

샘플에 rf 여기(excitation)를 인가하여 그 결과로 나온 공진 신호를 취하는 것은 샘플을 에워싸는 구조에서 달성되며, 이는 나선형 코일, 새들(saddle) 코일, 공진 공동(cavity), 혹은 버드케이지 공진기일 수 있다. 후자의 구조가 본 발명의 대상이며, 단면이 실질적으로 타원형인 샘플에 결합하는 것이 바람직하다. 버드케이지(bird cage) 코일은 그 자체가 폐쇄된 래더(ladder) 회로이며 코일 주위의 전류 흐름은 정현파형으로 분포된다. 동조된 rf 회로로서, 이들은 rf 여기 및 신호 검출 기능들 중 하나 혹은 이들 모두를 위해 핵 자기 공명(nuclear magnetic resonance) 장치에서 사용된다.

버드케이지 코일은 그 이산 구조에 의해서 새들 코일들, 나선들 및 기하 구조들과 기본적인 점에서 차이가 난다. 버드케이지 코일에 있어서, 위상 시프트는 0 에서 2π (혹은 2π k, k는 정수)까지 코일의 원주 둘레에 이산적으로 분포되어 있도록 요구된다. 각 요소의 위상 시프트는 상당히 주파수 의존적이며, 결국 버드케이지 코일은 원하는 위상 시프트 요건을 달성하기 위해서 이산 주파수에 동조된다.

버드케이지 코일은 특히 의료 영상 장치 및 생체 분석 분광계에서 으레 접하게 되는 부피가 큰 샘플들에 매우 적합하다. 종래 기술의 버드케이지 코일들은 1985년 J. Mag. Res., vol. 63, 622-628페이지에서, 헤이스(Hayes) 등에 의해 논의되었다.

버드케이지 구조는 그 자체가 폐쇄된 주기적인 구조로서 간주될 수 있다. 구조물의 주기적인 요소들은 폐쇄된 루프에 대해 합해졌을 때 합계가 2π 의 몇 배가 되어야 하는 위상 시프트들을 생성한다. 기하학적으로, 공진기는 원통 대칭성을 가지며 구조물의 주변을 따라 축 방향으로 rf 전류는 sin kθ 및/또는 cos kθ 에 비례하는 것이 바람직하며, 여기서 θ 는 원통축에 관한 방위각(azimuthal angle)이다. k=1 모드는, 분석적인 NMR 응용들에서 일반적으로 사용되는 바와 같이, 가장 균일한 횡 자기장들(transverse magnetic fields)을 생성한다.

연구되는 대상과 NMR 송신기/수신기간에 불완전한 결합 구성요소는 측정 수행을 몇몇의 방법들로 제한한다. 먼저, 약한 공진 신호들이 고유 잡음을 초과할 정도로 충분히 수신기에 결합되지 않을 때에 기구 성능의 감도에 한계가 있다. 비최적의 충전 인자, 예를 들면 대상이 전체 감응 크기 미만을 점유한 경우의 결과인 신호 대 잡음비에 한계가 있다. 또한 감응 크기 전체에 걸쳐 rf 자기장이 분포되는 비균질에 기인한 정밀성 손실이 있다.

결합 구성요소는 연구되는 대상을 에워싸는 유도성 구조 형태를 취한다. 전형적으로 이것은 공동 형태(예를 들면 주파수들), 또는 더욱 일반적으로, 솔레노이드, 새들 혹은 버드케이지 기하구조를 취할 수 있다. 버드케이지 기하구조가 본 발명의 대상이며, 의료 영상 목적들을 위해 인체의 단면에 더욱 양호하게 일치하는 타원형 단면의 버드케이지 기하구조를 이용하는 것이 바람직하다.

타원형 버드케이지 단면의 RF 코일들은 인체의 두부 및 신체에 대한 의료 영상화에 사용하는 것으로 알려져 있다. Proc. SMRM, 272페이지(1992)의 빈슨(Binson), 마틴(Martin), 그리피스(Griffiths) 및 에드워즈(Edwards); Proc. SMRM, 1342(1993), 라이(Li) 및 스미스(Smith); Proc. SMRM, 4025페이지(1992), 쿠레제브스키(kurczewski), 파블로비치(Pavlovich), 스티들리(Stiedly) 및 롤린스(Rollins); Proc. ISMRM, 1411페이지(1996), 라이(Li) 등에 의해 보고된 논문을 참조할 수 있다.

빈슨(Binson) 등에 의한 논문은 코일 요소들 및 타원형 실린더(그의 단면에서)의 중심축에 의해 형성된 세그먼트들이 동일 영역들을 포함하는 레그(leg) 요소들의 배열과, 코일의 단부 링들에 관하여 정현파형으로 몇 개의 레그들 사이에 분배되는 전류를 교시하고 있다.

라이(Li) 및 스미스(Smith)는 외주 상에 주변 거리 증분들에서 등간격으로 이격된 16개의 요소들(레그들)을 갖는 타원형 코일로부터 얻어질 수 있는 B₁ 필드를 연구하였다. 반장축 A 및 반단축 B의 타원형에 대해서, 타원형의 표면상의 전류 밀도에 대한 근사화 공식은 단축에 실질적으로 평행한 자기장을 제공하도록

J_c(θ ) = J_Ocos(θ )/(B²cos²(θ ) + A²sin²)

로서 주어진다.

쿠프체브시키(Kurczewski) 등은 동일 각도 증분들에서 레그들이 이격된 타원형 버드케이지 코일을 구성하였다.

도 1은 본 발명에 따른 개략도.

도 2a는 직교 동작에 맞게 된 저역통과 타원형 버드케이지 코일의 개략도.

도 2b는 도 2a에 대응하는 단순화된 송신선을 도시하는 도면.

도 2c는 직교 동작에 맞게 된 고역통과 타원형 버드케이지 코일의 개략도.

도 2d는 도 2c에 대응하는 단순화된 송신선을 도시하는 도면.

도 3a는 비교를 위해 사인 및 코사인 곡선들과 함께, 3:2 타원의 경계 둘레에 2개의 직교 모드들에 대해 식 1의 연속 전류 밀도를 도시한 도면.

도 3b는 여현파 여기로, 종래의 3:2 타원형 버드케이지 코일에 대해 계산된 (수직) 필드 균질성을 도시한 도면.

도 3c는 정현파 여기로, 종래의 3:2 타원형 버드케이지 코일에 대해 계산된 (수평) 필드 균질성을 도시한 도면.

도 4a는 본 발명에 의한 3:2 타원형 버드케이지 코일에 대해 계산된 (수직) 필드 균질성을 도시한 도면.

도 4b는 본 발명에 의한 3:2 타원형 버드케이지 코일에 대해 계산된 (수평) 필드 균질성을 도시한 도면.

도 5은 본 발명의 타원형 버드케이지 코일의 단일 망 요소를 도시한 도면.

도 6은 바람직한 공초점의 차폐물과 함께 타원형 단면을 도시한 도면.

도 7은 상의 중앙 평면을 통한 부분을 따라 취한 이미지 밀도 분포와 더불어 균일한 밀도 상의 이미지를 도시한 도면.

본 발명의 출발점은 타원형 실린더의 표면상에 연속한 표면 전류 분포 K_Z(θ )를 얻는 것으로, 이 전류 분포는 타원체 내부에서 직교(quadrature) 동작에 대해 균일하고 직각인 자기장들을 생성할 것이다. 공지된 등각 매핑 기술은 원통형 기하 구조보다 단순한 경우로 변환하기 위해 사용될 수 있다. 다음에, 불연속 전류 분포가 얻어지는데, 이것은 연속한 전류의 경우에 대해 등가 필드 분포를 제공한다. 직교 동작을 달성하기 위해서, 4M개의 레그들(M은 정수)상에 불연속 전류들을 지속시키는 것이 바람직하다. 상기 불연속 경우는 포트들간에 동일한 파워 분할을 생성하기 위해 수동 직교 혼성 결합기들이 사용될 수 있도록 직각 모드들을 구동하는 동일 피크 진폭들의 상황에서는 더욱 제약된다. 상호관계에 의해서, rf 전류원으로부터의 버드케이지 코일의 여기에 대한 분석은 근본적으로 코일내의 샘플로부터 코일에 도입된 신호들의 수신과 동일하다. 본 발명을 통해서, 코일에 대한 샘플 여기 기능은 서로 같은 신호 수신 기능을 기술하는 것으로 이해된다.

본 발명에서, 이산 레그들은 기하 구조면에서 타원형 주변에 동일하지 않게 이격되어 있으며 전기 위상의 동일 각도 간격들로 이격되어 있다.

본 발명의 물리적인 배경은 NMR 장치이다. 이상적인 예시가 도 1에 도시된다.

내경(bore)(11)을 갖는 자석(10)은 주 자기장(main magnetic field)을 제공한다. 시간 및 방향에서 정밀하게 자기장을 제어하기 위해서, 자기장 증감 코일들(도시되지 않음)이 제공된다. 이들은 증감 전원(16, 18, 20)에 의해서 각각 구동된다. 또한, 기본 자기장에서 바람직하지 못한 잔류 공간 비균질성들을 보상하기 위해서 다른 증감 코일들(도시되지 않음) 및 전원들(도시되지 않음)이 필요할 수도 있다. 분석할 대상(이하 "샘플"이라 함)을 내경(11) 내 자기장 내에 두고 rf 자기장이 내경(11) 내부 내의 자기장과 바람직한 직교 관계로 정렬되게 하여, 이 샘플에 rf 파워를 조사한다. 이것은 내경(11) 내부에 송신기 코일(12)를 통해서 달성된다. 공진 신호들은 내경(11) 내의 샘플에 가까운, 수신기 코일에 유도된다. 송신기 및 수신기 코일은 동일한 구조, 혹은 별개의 구조일 수 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, rf 파워는 송신기(24)로부터 제공되고, 변조기(26)를 통해 변조되어 변조된 rf 파워의 펄스들(진폭 혹은 주파수 또는 위상 혹은 이의 조합)이 출력되고 증폭기(31)에 의해 증폭된 후 멀티플렉서(27)를 통해 내경(11) 내에 있는 송신기 코일(12)로 보내진다. 송신기 및 수신기 코일은 명백히 그 자체로선 동시에 동작하지 않는다. 양 기능들을 위해서 필요하다면 동일한 코일을 채용할 수 있다. 따라서, 멀티플렉서(27)는 수신기를 송신기로부터 분리시키기 위해서 제공된다. 별도의 송신기 및 수신기 코일들의 경우, 구성요소(27)는 엄밀하게 멀티플렉서가 아니지만, 수신기 동작을 제어하는 유사한 분리 기능을 수행할 것이다.

변조기(26)는 미리 선택된 시간 간격들에서 rf 캐리어에 대한 원하는 진폭, 기간 및 위상의 rf 펄스들을 제공하는 펄스 프로그래머(29)에 의해 제어된다. 펄스 프로그래머는 하드웨어 및/또는 소프트웨어 속성들을 가질 수 있다. 펄스 프로그래머는 또한 증감들이 필요하다면 증감 전원들(16, 18, 및 20)을 제어한다. 이들 증감 전원은 필요하다면 각각의 증감 코일들에서 선택된 고정된 증감들을 유지할 수 있다.

과도 핵 공진 파형은 수신기(28)에 의해서 처리되며 또한 위상 검출기(30)를 통해 위상 직교로 분해된다. 위상 검출기(30)로부터 위상 분해된 시간 영역 신호들은 푸리에 변환기(32)로 보내져 처리의 특정 요건들에 따라 주파수 영역으로 변환된다. 위상 분해된 신호들에 대해 편의상 위상 검출기(30)의 구성요소로서 간주될 수 있는 아날로그 디지털 변환기(ADC) 구조들을 통해 아날로그 공진 신호의 디지털 형태로의 변환이 통상적으로 수행된다.

실제로 푸리에 변환기(32)는 위상 분해된 데이터가 저장된(저장부(34)에) 표현에 대해 작용함이 이해된다. 이것은 신호 대 잡음비를 향상시키기 위해서 시간 영역 위상 분해된 많은 파형들을 평균화하는 일반적인 실행을 반영한다. 그 다음에 변환 기능은 그 결과로 생긴 평균화된 파형에 적용된다. 표시 장치(36)는 조사를 위해 획득된 데이터를 나타내도록 그 데이터에 대해 동작한다. 대부분 하나 이상의 컴퓨터들을 포함하는 제어기(38)는, 장치 전체의 동작을 제어하고 상호 관련시킨다.

먼저, 타원형 실린더 내부에 균일하고 직각인 자기장들을 생성할 타원형 실린더 주위에 적합한 연속적인 전류 분포가 되게 하는 것이 바람직하다. 총계 2π k가 되는 위상 시프트들에 대응하는 공진 모드들 및 k=2, 3,...에 대해 4배, 6배 및 그 이상의 차원의 다극 필드 패턴들의 처리는 k=1에 대해 이하 주어지는 것들과 유사한 전개들에 이어서 얻어지고 발생된다는 것이 이해된다. 이하 자기 공진 응용들에 대해 가장 유용한 실질적으로 균질한 필드들을 생성하는 k=1 모드로 한정된다. 그 결과를 얻기 위해서 대안의 실시예가 사용될 수 있으나, 베쓰(Beth)의 결과들(IEEE Trans. Nuc. Sci, vol. 14, 386-388페이지, 1967년)이 간편하다. 반장축 m, 반단축 n, 초점이 a = {m²-n²}^1/2에 있고 편심률 e=a/m인 타원형을 고찰한다. 표준 극좌표들로 변환 후에 전류 밀도는

로 구해진다. 여기서, θ 는 장축으로부터 측정된 기하학적 각도이며, 이 식의 실수부들은 장축 및 단축 각각에 평행한 필드들을 제공하는 모드들을 나타낸다. 진동 여기는 진공 주파수 ω에서 인가되며, 물리적인 양들은 이 식의 실수부 및 식 3의 실수부에 의해서 주어진다는 것이 이해된다. -j로 표현된 90°위상 시프트는 원형 버드케이지 코일들에 대해 일반적인 실행에 따라 코일 내에 원형으로 분극된 필드를 생성하기 위해서 사인 모드와 코사인 모드 사이에 도입되었다. 비교를 위해 사인 곡선과 코사인 곡선이 제공된 상태에서, 종횡비가 3:2인 타원형에 대해서 도 3a에 공간적인 변화를 도시하였다.

N개의 도전 레그들의 어레이에 이산 전류들을 흘려 타원형 실린더의 물리적인 실현이 얻어진다. 그러므로 전류를 전달하는 레그들이 배치된 타원형에 대해 각도 위치들, 그에 지지되는 전류들을 명시하는 것이 요구된다. 연속 전류 모델에 대한 많은 이산 근사화들이 가능하다. 공진 구조물은 2개의 모드들을 직교로 지지해야 하며 실질적으로 균질의 횡 필드들을 생성해야 하는 요건에 의해서 선택이 제약된다. 원형 직교 구동된 버드케이지 코일에 있어서는, 구조물의 원주에 등간격으로 있는 N=4M의 도전 레그들을 필요로 하며, 더욱이 2개의 모드들에 대한 동일한 피크 구동 전류들이 동일한 크기의 필드들을 생성하는 것을 필요로 한다. 원형 버드케이지 코일의 이와 같은 균일한 각도 간격을 타원형 표면에 매핑하면 다음과 같은 각도들에 있는 레그들에 대해 각도 간격이 균일하지 못하게 된다.

여기서, φ_p는 전기 위상각이며, p = 0, 1, 2, ..., N-1 및 N은 직교 동작을 지지하는 4의 정수배이다. 오프셋 각 φ₀ = 0은 완성된 버드케이지 코일의 레드들을 축들상에 있게 하는 한편, φ₀ = π/N은 이들 위치들에 윈도우들이 있게 한다. 제 1 경우는 레그(들)에 전기적인 결합이 사용될 때 유용하며 제 2 경우는 링 부재(member)들에 전기적인 결합이 사용될 때 유용하다. 어느 구성이든 유도성 결합에 적합하다. 당업자는 다른 대안적인 결합 방법들 및 오프셋 각도들의 상이한 값들의 효능을 인식할 것이다. 따라서, 레그들은 등각도로 이격되지도 않으며 극좌표들의 타원형에 관한 주변 거리의 증분들에서 등간격으로 있지 않고, 전기 위상각에 균일하게 분포된다. 도 6에 도시되어 있고 변위 및 각도 단위들 u 및 v를 각각 명시하기 위해 공초점의 타원형들 및 쌍곡선에 의해 기술된 바와 같이, 타원형 원통좌표들에서 이러한 시스템을 고찰한다. 타원형 코일은 u = ln b, 여기서 b={(m+n)/(m-n)}^1/2로 기술된다. 원형 버드케이지 코일에서 전기 위상각 변수 φ는 이 타원형에서 변수 v로 맵핑함을 설명할 수 있다. 따라서, 레그들은 동일한 위상 간격들로 이격되고 타원형을 자연 좌표들로 보았을 때 동일 간격들로 이격된다. 이것은 타원형 상의 레그들이 쌍곡선 v = {0, 2π/N, 4π/N...}과의 교점들에 배치된 것을 나타낸 도 6에 도시되었다. 위상각이 균일하게 증분하는 곳의 레그들의 간격은 직교 동작 뿐 아니라 선형 동작에 매우 중요하다.

위상각 φ_p - π/N에서 φ_p + π/N까지 식 1을 적분하여, P번째 레그에 의해 지지되는 전류에 대한 식을 얻는다.

동일한 피크 전류는 각각의 직각 모드들에서 기술됨에 유념한다.

타원형에 관하여 원하는 전류 분포를 발생시키기 위해서 레그들간 동일 위상 간격을 제공하는 것이 필요하게 된다. 실제 코일에서, 유한 길이의 레그들은 리액티브 링 도체들에 의해 접속되어 전송선을 형성한다. 동일 위상 간격들을 달성하는 것은 원형 버드케이지 코일의 전송선 특성들을 타원형 기하구조에 매핑하는 것과 동일하다. 이에 영향을 미치는 회로 구성요소 변환은 쉽게 도출된다.

타원형 전송선의 단면을 도 5에 도시하였으며, 요소들은 이들이 타원형 둘레 위치에 따라 달라지므로, 즉 망의 자기-인덕턴스 및 다른 망에 대한 그의 상호 인덕턴스는 이들의 지수들에 의존하므로, 망 번호 p로 표기되었다. 버드케이지 코일의 행동은 망 자기-인덕턴스 및 가장 가까운 인접 결합에 의해 좌우되므로, 따라서 링들 및 레그들에 배치된 2세트의 트림(trim) 캐패시터들을 부가함과 아울러 타원형 주위에 이들 두 가지들을 동일하게 하면, 일반적으로 사용된 가장 가까운 인접 근사화 내에서 원하는 성분 변환이 달성된다. 그러므로 캐패시터들은 링 및 레그 위치들로 도시되어 있다. 다음 설명이 고역통과, 대역통과 및 대역저지 형태들로 쉽게 확장되고 본 발명이 이들을 포함할지라도, 한정성을 위해 x 축 중심에 레그가 있는 저역통과 버드케이지 구조를 고찰한다. 인접하는 망들간 플럭스 결합은 일단 코일 기하구조가 선택되면 변경될 수 없으나, 이들의 유효 상호 인덕턴스 M_p,q는 공유된 레그의 유효 인덕턴스 L_p를 변경함으로써 변경될 수 있다. 상호 인덕턴스는 유효 자기 인덕턴스 dM_p,q=2dL_p보다 2배 빠르게 변경됨을 알 수 있으므로, M_p,q는 작은 리액턴스를 갖는

인 레그 트림 캐패시터를 부가시켜 가장 작은 결합 M_N-1,0과 같게 만들어진다. 개념적으로 이러한 캐패시터는 레그 인덕턴스의 일부이지만, 물리적으로 통상의 레그 캐패시터 C2₀에 결합되어 하나의 레그 용량

를 제공할 수 있다.

망 인덕턴스로 돌아가서, p번째 망의 자기 인덕턴스를 M_p,p로 표시하고 가장 작은 망의 유효 자기 인덕턴스 M_0,0는 P=1 망과 공유된 레그 내에 트림 캐패시터(2개의 가장 작은 망들에 의해 공유된 레그에는 트림 캐패시터가 없다)의 존재에 의해서 감소됨에 유의한다. 즉,

보다 큰 망들의 자기 인덕턴스는 통상 저역통과 코일에는 없는 각각의 링 세그먼트에 트림 캐패시터들 C1을 부가함으로써 M_0,0 ^(eff)으로 감소될 수 있다. 이러한 망들의 자기 인덕턴스는 또한 이들의 상호 인덕턴스 트림 캐패시터들에 의해서 감소되어 를 제공하였으나, 2개의 링 트리머들은 다음의 유효 인덕턴스 차에 대해서만 보상할 필요가 있다.

이러한 식들로 변환이 완료된다. 또한, 고역통과 코일에 대해 수치적으로 계산된 링 트림 용량 생각은 종래 기술로부터 공지된 것임을 유념한다. 마지막으로, 인접한 망들의 가장 가까운 인접 결합은 2개의 망들간 공유된 레그에 의해 좌우됨에 유념한다. 그러므로 가장 가까운 인접 결합의 변화들은 작으며 편심률이 별로 크기 않은 타원형들의 경우엔 무시할 수도 있으므로, 이러한 경우들에서 레그 트림 캐패시터를 제거할 수 있다.

앞에 기술한 3개의 단락들에 규정한 바에 따라, 저역통과 타원형 코일의 리액턴스들는 가장 가까운 인접 근사화의 틀 내에서 등가 원통 버드케이지를 정하는 공칭 파라미터들 C2₀, M_0,0 ^(eff) 및 M_N-1,p로 변환된다. 실제 목적들을 위해, 타원형 버드케이지는 전기적으로 원형 케이지로 변환되었다. 망 결합에서 무시된 변화들의 영향들은 이러한 원형 코일의 매우 작은 변동(perturbation)들이다. 전기 성분 변환들은 서두에 기술한 것과 일관성 있는 것으로, 타원형 주위의 유효 성분값들을 동일하게 함으로써 임의의 인접한 레그들간 전기 위상 시프트가 일정하게 되고, C2₀는 주변 주위의 전체 위상 시프트를 2π와 같게 만드는 것이다. 타원형 고역 및 대역통과 코일들을 위해, 대응하는 과정들 및 결과들이 얻어진다.

본 발명의 특정한 주 문제점은 송신기 혹은 수신기 코일(11)의 특별한 구조이다. 물리적으로, 종래 기술의 저역통과 버드케이지 코일은 도 2a의 사시도와 동일할 수 있으며, 전기적으로 도 2b의 회로망과 동일할 수 있다. 동일 축 확장, 흑은 길이방향 부재들 A_i는 직렬 LC 성분들이며, 이의 직렬 인덕턴스 L₂는 일반적으로 도체 길이, 혹은 길이방향 바에 걸쳐 분포된다. 각각의 인접한 한쌍의 바들 A_i 및 A_i-1이 결합되어 결합 요소의 인덕턴스를 포함하는 고리 모양의 결합 요소들 B_i를 통해 바들 A_i의 평행한 어레이를 형성한다. 특정한 결합 구성들을 제안하기 위해서 전형적인 결합점들(40, 42, 및 44, 46)이 도시되었다. 도시되지는 않았으나, 트림 캐패시터들은 위와 같이 설명된다.

무손실 코일에 있어서, 동일한 피크 크기 전류들이 각 직교 모드의 구동된 레그에 흐른다.

도 3b 및 3c는 각각의 횡 직각 필드 모드들에 대해 계산된 횡 필드 칸토어도(contour plot)들(수직 및 수평)로서, 종횡비 m:n이 3:2이고, 타원형의 주위를 따라 등간격들의 변위로 종래 기술의 코일 레그들로 구성된 이산 16극 타원형의 중심에 필드 강도로 정규화되었다. 도 3b에서 전류 분포는 여현파적이며 도 3c에서 전류 분포는 정현파적이다. 각 경우에 칸토어 간격은 도면의 중심에 정규화된 필드 강도로부터 대략 5%의 변이들을 나타낸다.

도 4a 및 4b는 본 발명에 대해 도 3b 및 3c에 대응하는 계산된 필드 칸토어도를 도시한 것으로, 코일 레그들은 식 2a 및 식 2b에 따라 전기 위상의 등간격들로 배치되고, 전류 분포는 식 3에 의해 주어진다. 개선된 동질성이 명백하다.

버드케이지 코일은 보통 도전성 차폐에 의해 둘러싸인다. 코일(56)의 타원형 단면과 공초점인 타원형 차폐물(54)은, 다극 대칭성이 최상으로 보유된다는 점에서 이론적으로 이점이 있음이 발견된다. 그러나, 실제론, 임의의 기하구조의 차폐물이 있음으로해서 도입될 수 있는 변동들은 전술한 방법을 사용하여 보상될 수 있어, 전송선의 구간마다 원하는 일정한 위상 시프트를 유지하게 된다.

본 발명의 동작 수행을 도7에 도시되었으며, 여기서 종래의 자기 공진 영상 장치에 본 직교 구동된 버드케이지 코일을 사용하여 균일한 밀도의 상이 형성되었다. 상의 중간면을 통해 취해진 부분을 따라 분포된 이미지 크기는 거의 균일한 프로파일을 나타낸다. 그레이 스케일 표시기는 밀도를 대략 추정하기 위해서 이미지 우측에 포함된다. 반단축 상부에 나타나는 필드 균질성이 약간 불완전한 것은 코일의 동작 주파수가 영상 기기의 주파수로 약간 증가되었을 때 도입된 θ=π/2에 놓인 레그의 리액턴스 변화 때문이다. 축들의 눈금은 센티미터로 되어 있다.

타원형 버드케이지 내에 둘러싸인 도전성 타원형 원통 샘플의 경우, 균일한 장축 및 단축 필드들은 2개의 모드들에 대해 똑같지 않을 것으로 예상될 수 있다. 이러한 행동은 사실, 도전성 타원형 원통 샘플이, 원형 버드케이지 코일을 포함하는, 실제 균일한 자기장들을 제공하는 임의의 코일 구조 내에 있을 때 발생한다.

직각 모드들에 의한 똑같지 않은 로딩의 경우는 샘플에 관하여 여기 필드들의 상대적인 회전에 의해 본 실시예에서 다루어질 수 있다. 예를 들면, 코일이 RF 전류를 구동된 레그에 결합함으로써 구동되고 레그들의 수가 8의 정수배일 경우, 타원형의 장축 및 단축에 관하여 45°전기 위상각에 놓인 레그들을 구동하는 것은 샘플을 특징화하는 로딩의 동일 선형 조합으로부터 2개의 모드들의 동일한 로딩 효과를 가질 수 있다. 이러한 방위로, 각각의 모드는 수평 및 수직 로딩의 동일한 선형 조합을 겪게 될 것이다. 그렇지 않다면 레그들이 원하는 구동된 점들 각각에 있도록 위의 주어진 바와 같이 레그들의 분포 패턴의 회전에 의해서 적당한 필드 방위가 달성될 수도 있다.

본 발명이 특정 실시예들 및 예들을 참조하여 기술하였으나, 다른 수정들 및 변경들이 위의 교시된 바에 따라 당업자에게 일어날 것이다. 첨부된 청구범위들 내에서 이 발명은 구체적으로 기술된 바와 다르게 실시될 수 있으나, 많은 수정들은 청구범위들에 포함된다는 것을 이해해야 한다. 청구범위들에서, 수단 기능 부분들은 인용된 기능을 수행할 때 여기 정해진 구조들과 구조적인 등가물들 뿐만 아니라 등가구조물을 포함하도록 된 것이다.

Claims (12)

1. 타원형 직교 구동 버드케이지 공진기에 있어서,

   (a) 공통축에 평행하게 배치되고 상기 축을 에워싸는 타원형의 경계 주위에 분포되는 N개의 레그 부재들로서, N은 4의 배수를 포함하고, 상기 타원형의 경계는 반장축 m과 반단축 n을 가지며, 상기 레그 부재들은,

   θ_p = tan^-1{(n/m)tanφ_p} 이고,

   φ_p = 2π p/N + φ₀ 이며, φ₀= 0 혹은 π/N인, p번째 레그 부재에 대해 주어진 각도로 배치되는, 상기 N 레그 부재들과,

   (b) 인접한 상기 레그 부재들을 연결시키는 리액티브 요소들로서, 상기 레그 부재들 및 리액티브 요소들은 상기 경계에 의해 규정된 상기 축에 대해 횡방향의 표면상에 배치된 전송선을 형성하며,

   상기 리액티브 요소들은 대응하는 크기가

   I_p = Ce^{jω t}(m+n)sinπ/N(-cosφ_p + jsinφ_p)

   이고 C는 상수인, 각각의 레그 부재들에 의해 전달되도록 상기 각 레그 부재들에 전류를 분배하도록 하는 전류 분할기를 포함하며, 상기 각 레그 부재는 상기 대응하는 위상 φ_p의 RF 전류를 지지할 수 있으며, 상기 리액티브 요소들은 인접한 레그들간에 실질적으로 동일한 전기 위상각 증분을 달성하기 위해 선택된 값의 트림 캐피시터들을 포함하는, 상기 리액티브 요소들과,

   (c) 2개의 상기 레그 부재들로서, 그 사이에 90°의 위상각 차를 가지며 동일한 피크 진폭 및 직교 관계에 있는 RF 전류원들 각각과 통신하는, 상기 2개의 레그 부재들을 포함하는, 타원형 직교 구동 버드케이지 공진기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 2개의 레그 부재들은 실질적으로 각각의 타원형 장축 및 단축과 정렬된, 타원형 직교 구동 버드케이지 공진기.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 2개의 레그 부재들은 실질적으로 각각의 타원형 장축 및 단축에 45°의 전기 위상각도로 정렬된, 타원형 직교 구동 버드케이지 공진기.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 2개의 레그 부재들은 상기 전류원들에 유도성 결합을 통해 상기 RF 전류원들과 통신하는, 타원형 직교 구동 버드케이지 공진기.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 2개의 레그 부재들은 상기 전류원들에 비유도성 결합을 통해 상기 RF 전류원들과 통신하는, 타원형 직교 구동 버드케이지 공진기.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 2개의 리액티브 요소들은 상기 전류원들에 유도성 결합을 통해 상기 RF 전류원들과 통신하는, 타원형 직교 구동 버드케이지 공진기.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 2개의 리액티브 요소들은 상기 전류원들에 비유도성 결합을 통해 상기 RF 전류원과 통신하는, 타원형 직교 구동 버드케이지 공진기.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 공진기를 횡방향으로 에워싸고, 이로부터 이격된 도전성 차폐물을 더 포함하는, 타원형 직교 구동 버드케이지 공진기.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 도전성 차폐물은 상기 타원형의 경계와 초점을 공유하는, 타원형 직교 구동 버드케이지 공진기.
10. 타원형 직교 구동 버드케이지 공진기에 있어서,

    (a) 공통축에 평행하고, 상기 축을 에워싸는 타원형의 경계 주변에 분포되는 복수의 레그 부재들로서, 상기 타원형의 경계는 종횡비 m/n 및 장축 및 단축을 갖는, 복수의 레그 부재들과,

    (b) 인접한 상기 레그 부재들을 연결시키는 리액티브 요소들로서, 상기 레그 부재들 및 리액티브 요소들은 상기 경계에 의해 규정된 상기 축에 대해 횡방향의 표면상에 배치된 전송선을 형성하며, 상기 레그 각각은 각각 RF 위상을 갖는 RF 전류를 지지할 수 있는, 상기 리액티브 요소들과,

    (c) 상기 레그들의 제 1 및 제 2 레그들로서, 그들 사이의 90°의 전기 위상각 거리로 배치되고, 상기 장축 및 단축(14)에 대하여 45°의 전기 위상 각도로 배치된 상기 제 1 및 제 2 레그들과,

    (d)각각 I 와 Q=I+90°의 위상들을 갖는 제 1 및 제 2 RF 전류원들로서, 상기 제 1 및 제 2 RF 전류원들은 각각 제 1 및 제 2 레그들과 통신하는, 상기 전류원들을 포함하는, 타원형 직교 구동 버드케이지 공진기.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 공진기를 횡방향으로 에워싸고, 이로부터 이격된 도전성 차폐물을 더 포함하는, 타원형 직교 구동 버드케이지 공진기.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 도전성 차폐물은 상기 타원형의 경계와 초점을 공유하는, 타원형 직교 구동 버드케이지 공진기.