KR100891057B1

KR100891057B1 - 탈장착형 ｐｅｔ－ｍｒｉ통합 유닛

Info

Publication number: KR100891057B1
Application number: KR1020070053034A
Authority: KR
Inventors: 이재성; 송인찬; 권순일; 미끼꼬 이또우; 홍성종
Original assignee: 이재성; 송인찬; 권순일; 미끼꼬 이또우; 홍성종
Priority date: 2007-05-31
Filing date: 2007-05-31
Publication date: 2009-03-31
Also published as: KR20080105443A

Abstract

본 발명은 탈장착형 PET-MRI 통합 유닛에 관한 것으로, 개방형 또는 밀폐형 자기 공명 영상 촬영기(Magnetic Resonance Imaging)의 내부에 탈착형 양전자 방출 단층촬영기(Positron Emission Tomography)와 국소 RF 코일을 일체형으로 통합하여 구성함으로써, 동시에 PET 및 MRI 영상을 얻을 수 있는 탈장착형 PET-MRI 통합 유닛을 제공하는 데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명은 주 자석(Main Magnet)과 그 내부에 설치되어 핵의 스핀 방향에 일정한 기울기를 가진 경사 자장을 전자장을 더해 주는 경사 코일(Gradient Coil)과; 자기 공명을 발생시킨 다음 여기된 시그널를 받아 들이는 RF 코일을 포함하는 양전자 방출 단층촬영기(Positron Emission Tomography) 내부에 고주파 차폐판에 의해 차폐된 방사선 PET 검출기 및 신호처리부를 포함하는 양전자 방출 단층촬영기(Positron Emission Tomography)가 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 양전자 방출 단층촬영기는 국소 RF 코일의 내부 또는 외부에 위치하도록 구성하는 것을 특징으로 한다.

PET, MRI, 국소 RF 코일, 차폐판

Description

탈장착형 ＰＥＴ－ＭＲＩ통합 유닛{Retractable PET-and-MRI Integrated Unit}

도 1은 본 발명에 따른 탈장착형 PET-MRI 통합 유닛의 구성을 보여 주기 위한 사시도.

도 2는 본 발명에 따른 탈장착형 PET-MRI 통합 유닛의 장착 상태를 개략적으로 보여주기 위해 일부를 단면한 사시도.

도 3은 본 발명에 따른 탈장착형 PET-MRI 통합 유닛의 장착 상태를 보여주기 위한 또 다른 실시예의 단면 사시도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 양전자 방출 단층촬영기(PET) 11 : PET 검출기

12 : 고주파 차폐판 13 : 섬광 결정체

14 : 광전소자 및 신호처리부 20 : 겐트리(Gantry)

21 : 경사 코일(Gradient Coil) 24 : 국소 RF 코일

본 발명은 탈장착형 PET-MRI 통합 유닛에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 신체 일부의 구조적(해부학적) 이상을 진단하는 자기공명 영상 찰영기(MRI) 내부에 신진대사 과정을 촬영하는 탈착형 양전자 방출 단층촬영기(PET)를 통합함으로써, 국소 부위에 대하여 동시에 PET와 MRI 영상을 얻을 수 있는 탈장착형 PET-MRI 통합 유닛에 관한 것이다.

일반적으로 자기 공명 영상 촬영기(Magnetic Resonance Imaging: 이하, MRI라 칭함)는 인체의 내부에 생기는 암세포나 종양의 해부학적 영상을 촬영하는 장치로, 연 조직 대비가 뛰어난 영상 촬영 장치이다. 특히, 두뇌의 백색질과 회색질의 판별, 혈관의 산소 준위 판별로 두뇌의 기능을 보여주는 두뇌 연구에 있어서 중요한 의료 장비중의 하나이다.

MRI는 인체의 대부분이 물로 이루어져 있으므로 피검자의 몸에 강한 자기장을 쪼여 몸 안의 수소 원자가 공명 현상에 의해 특정 에너지를 흡수하였다가 다시 방출될 때까지 걸리는 시간이 정상 세포와 질병이 있는 세포 간에 서로 다르기 때문에, 이 정보를 분석하여 원하는 부위의 영상을 얻을 수 있다.

이러한 MRI의 구성을 살펴 보면, 원통 형상의 겐트리(Granty) 내부에 설치되어 강한 자장을 형성시켜 주는 메인 자석(Main Magnet)과, 물질 속에 있는 핵의 스핀 방향을 알 수 있도록 x,y,z축 방향으로 일정한 기울기를 가진 경사 자장을 가해 주는 경사 코일(Gradient Coil)과, 인간의 신체로부터 발생되는 주파수나 라모 주파수에 가까운 공명을 일으켜 샘플 조직(피검자의 신체 전체 또는 일부)으로부터 여기된 시그널를 받아 들이는 RF 코일과, RF 코일로부터 입력받은 시그널를 영상 처리하는 시그널 처리 장치로 구성된다.

특히, 상기 RF 코일은 촬영 부위 즉, 전신 촬영을 위하여 MRI 겐트리에 고정되어 부착된 전신 RF 코일(body coil)과 두뇌, 사지, 유방 등 국소 부위의 영상질을 향상시키기 위하여 탈착이 가능하며 인체에 근접하게 위치시키는 국소 RF 코일(local RF coil, 이하 국소 RF 코일 또는 국소용 코일)로 구분이 되며, 공명 현상으로 여기된 MRI 영상에 필요한 시그널를 받아 들이게 된다.

또한, 상기 MRI는 보통 밀폐형으로 제작된 것을 많이 사용하였으나, 어린이나 노약자 또는 폐쇄 공포증이 있는 환자가 밀폐형 갠트리에서 느끼는 폐쇄성 공포증이나 불안감을 없애기 위해 근래에는 일부가 개방된 개방형 MRI가 많이 보급되고 있다.

MRI의 작동 원리는 다음과 같다. 피검자가 갠트리 내에 누운 상태에서 메인 자석에 의해 자력을 받게 되면, 회전 운동을 하던 원자핵이 자화되면서 세차 운동을 하게 된다. 이렇게 자화된 상태에서 RF 코일을 이용하여 고주파를 가하였다가 끊게 되면, 원자핵은 고에너지 상태가 되었다가 다시 원래의 상태로 되돌아 가면서 원자핵의 고유 주파수를 방출하게 된다. RF 코일은 이 고유 주파수를 수집하고 시그널 처리 장치를 이용하여 영상 처리를 하게 된다.

여기서, 상기 RF 코일은 촬영하고자 하는 부위에 따라 상술한 바와 같이 전신 RF 코일 또는 국소 RF 코일을 의미한다.

양전자 방출 단층촬영기(Positron Emission Tomography: 이하, PET라 칭함)는 신진 대사 과정을 촬영하여 대사의 이상 유무를 진단하는 장치이다.

PET는 γ-선을 검출하도록 링이나 다각형으로 배치된 여러 개의 섬광 결정체(scintillator)와, 광전 소자 그리고 신호처리부로 구성된다.

특히, 상기 PET 검출기는 사각 기둥 형상의 섬광 결정체를 1단 또는 다단으로 적층한 구조로 이루어진 것을 많이 사용하고 있으며, 그 상단에는 검출된 시그널을 처리하는 광전소자 및 신호처리부를 포함하여 이루어진다.

이와 같이 이루어진 PET는 양전자를 방출하는 방사성추적자를 정맥주사나 흡입에 의한 방법으로 체내에 주입하고, 이른바 쌍소멸(Pair annihilation) 현상에 의해 양전자 방출 핵종으로부터 방출된 양전자가 근처의 전자와 결합하여 서로 반대 방향으로 방출되는 γ-선을 상기 검출기가 측정하여 방사성추적자의 3차원 공간 분포를 추정하게 된다.

특히, 상기 섬광 결정체는 방출된 방사선과 충돌로 발광하는 물질이며, 이 섬광 신호를 광전자 증배관, 광다이오드 등의 광전소자를 통해 전기적 신호로 변환하고 신호 처리부 및 영상처리를 통해 원하는 영상을 얻게 된다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 안출한 것으로, 개방형 또는 밀폐형 자기 공명 영상 촬영기(Magnetic Resonance Imaging)의 내부에 탈착형 양전자 방출 단층촬영기(Positron Emission Tomography)와 국소 RF 코일을 일체형으로 통합하여 구성함으로써, 동시에 PET 및 MRI 영상을 얻을 수 있는 탈장착형 PET-MRI 통합 유닛을 제공하는 데 그 목적이 있다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 탈장착형 PET-MRI 통합 유닛의 구성에 대하여 설명하면 다음과 같다.

첨부도면 도 1은 본 발명에 따른 탈장착형 PET-MRI 통합 유닛의 구성을 보여 주기 위한 사시도이다. 여기서, 도면 부호 20은 MRI용 겐트리(Gantry)를, 도면에 도시되지 않은 부호 22와 23은 각각 RF 코일과 전신 RF 코일을 나타낸다.

본 발명은 상기 겐트리(20) 내부에 PET(10)와 국소 RF 코일(24)를 탈장착이 가능하도록 설치하여 이루어진다. 특히, 상기 MRI가 전신용 MRI인 경우, 상기 PET(10)는 전신 RF 코일(21)의 내부에 설치된다. 여기서, 상기 MRI는 밀폐형 MRI이거나 개방형 MRI라도 상관이 없다.

이를 좀 더 상세하게 설명하면, 통상의 MRI는 원기둥 형상의 겐트리(20)를 포함하여 이루어지는데, 이 겐트리(20)의 테두리 쪽에서 점차 안쪽으로 경사 코일(21: Gradient Coil)과 RF 코일(22)이 설치되어 있다.

특히, 상기 RF 코일(22)은 피검자의 신체 전체를 촬영할 수 있는 전신 RF 코일(23)과, 두뇌나 사지, 유방 등 신체의 일부를 촬영할 수 있는 국소 RF 코일(24)로 구분되며, 상기 전신 RF 코일(23)이 국소 RF 코일(24)보다 바깥쪽에 설치된다.

본 발명의 바람직한 구현예에서, 신체 일부의 촬영을 목적으로 하고 있기 때문에, 상기 PET(10)를 상기 전신 RF 코일(23)의 내부에 위치하도록 설치하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 바람직한 구현예에서, 상기 PET(10)는 국소 RF 코일(24)의 안쪽 또는 바깥쪽 위치하도록 그 장착 위치를 선택할 수 있게 하는 것이 바람직하다.

이러한 국소 RF 코일(24)는 전도띠와 전자장치로 이루어지며 RF방출과 MRI신호를 수신하며, PET-MRI장치의 MRI 영상은 전신 또는 국소 RF코일로 여 기(excitation) 시키며, MRI 신호는 전신 또는 국소 RF코일에서 받게 된다. 특히, 상기 국소 RF 코일(24)로 여기시키고 국소 RF 코일(24)로 MRI 신호를 받을 경우, 국소 코일이 발생시키는 RF로부터 PET을 보호하기 위한 차폐장치의 설계가 용이하기 때문이다. 전신 코일로 RF를 여기시킬 경우에는, 전신 코일에서 발생되는 RF가 PET 장치(차폐장치 포함)를 투과해서 피사체에 도달하여 MRI 영상에 미치는 영향을 최소화하도록 본 발명의 통합 장치(차폐장치 포함)를 설계할 수 있게 된다.

한편, 상기 PET(10)는 통상의 기술의 섬광 결정체(13)를 포함하는 방사선 PET 검출기(11)와, 이 PET 검출기를 보호하기 위한 고주파 차폐판(12)과, 방사선과의 충돌로 얻은 시그널을 영상 처리하는 광전소자 및 신호처리부(14)를 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 PET 검출기(11)에 사용되는 섬광체(scintillator)로는 NaI, BGO(Bismuth Germanate Oxide), LSO(Lutetium Oxyorthosilicate), LuYAP, LYSO, LGSO 또는 LaBr₃와 같은 섬광 결정들이 사용되며, 본 발명의 바람직한 구현예에서는 상기 섬광 결정을 2층 또는 다층의 다층 구조로 구성하고, 그 위에 광전소자 및 신호처리부(readout)가 적층된 구조로 이루어진 것을 사용함으로써, 공간 분해능과 민감도를 극대화시킬 수 있게 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 광전소자 및 신호처리부(14)는 시그널을 실질적으로 받아 들이는 부분으로 광다이오드 부분과, 이를 보호하기 위한 회로와, MRI의 RF 필터 회로와 신호 처리를 위한 아날로그와 디지털 회로, 전자 신호를 광신호로 변환하는 회로, 광전송 회로를 포함하여 이루어진다. 특히, 상기 광다이오드로는 사태 광다이오드(APD) 또는 거이거 사태 광다이오드(GAPD) 타입의 반도체 광증배관(SSPM), 실리콘 광증배관(SiPM), 또는 다중 픽셀 광계수기(MPPC) 중에서 선택된 1개를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 고주파 차폐판(12)은 전도체로 이루어진 박막 형태 또는 그물 형태로 제작하여 사용하게 되며, 본 발명의 바람직한 구현예에서는 상기 고주파 차폐판(12)의 재질로 구리를 사용한다.

또한, 상기 고주파 차폐판(12)은 다층 구조로 이루어진 상기 PET 검출기(11)의 섬광체 각각을 하나씩 감싸는 방식으로 구성하는 것도 가능하며, 링 형태로 구성된 PET 검출기(11)의 내부와 외부를 한꺼번에 감싸는 방식으로 구성하는 것도 가능하다.

본 발명의 바람직한 구현예에서, 상기 PET 장치는 MRI 영상에 미치는 영향을 최소화할 수 있도록 자성이 약한 재질로 제작하는 것이 바람직하다.

상기 PET(10)는, 겐트리(20)의 내부에 장착되는 구조에 있어서, 첨부도면 도 2와 같이 국소 RF 코일(24)의 안쪽에 설치하거나, 또는 첨부도면 도 3에서와 같이 국소 RF 코일(24)의 바깥쪽에 설치하는 것도 가능하다.

또한, 상기 PET(10)는 MRI에 탈장착이 가능하도록 구성하여, MRI로 전신 촬영을 하고자 하는 경우에 본 발명에 따르는 PET(10)를 갠트로(20)로부터 탈거하여 MRI 촬영을 할 수 있게 하는 것이 바람직하다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명은 MRI 내부에 탈착형 PET를 구성함으로써 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

1) PET와 MRI의 통합으로 두뇌와 사지에 대하여 동시에 두 가지 영상을 얻을 수 있다.

2) 이에 따라, 두뇌와 사지에 대한 기능과 해부학적 특성을 동시에 파악할 수 있게 된다.

3) 탈착형 PET는 전신용 PET보다 크기가 작아 경제적이면서도 전신 PET에 비해 뛰어난 공간 분해능을 얻을 수 있다.

4) 기존의 밀폐형 MRI 또는 개방형 MRI에 상관없이 장착하여 사용하는 것이 가 능하다.

5) 본 발명의 PET가 개방형 MRI에 장착되는 경우, MRI와 PET 영상 뿐만 아니라 혈액 추출 등을 수월하게 할 수 있게 되어 이를 통한 PET 영상의 정량 분석도 가능하게 된다.

Claims

겐트리의 내부에 설치되어 핵의 스핀 방향에 일정한 기울기를 가진 경사 자장을 더해 주는 경사 코일(Gradient Coil)과; 상기 겐트리에 고정되어 피측정대상의 전신을 촬영하는 전신 RF 코일;을 포함하는 자기공명 영상촬영기(Magnetic Resonance Imaging)에 있어서,

상기 자기공명 영상촬영기의 내부에는,

광전소자 및 신호처리부와 섬광결정체가 포함된 PET 검출기를 포함하고, 한쌍의 고주파 차폐판에 의하여 차폐되며, 상기 피측정대상의 국소적 부위를 촬영하는 양전자 방출 단층촬영기(Positron Emission Tomography: 10); 및

상기 양전자 방출 단층촬영기의 외부 또는 내부에 구비되고, 상기 피측정대상의 국소적 부위를 촬영하고, MIR신호를 수신하는 국소 RF 코일;이 구비되고, 그리고

상기 섬광결정체는 한개의 층 또는 다층이고, 상기 섬광결정체는 NaI, BGO(Bismuth Germanate Oxide), LSO(Lutetium Oxyorthosilicate), LYSO, 또는 LGSO로 이루어지며, 상기 양전자 방출 단층촬영기 및 상기 국소 RF 코일은 탈착가능한 것을 특징으로 하는 탈장착형 PET-MRI 통합 유닛.
삭제
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 각 고주파 차폐판(12)은 박막 또는 그물망 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 탈장착형 PET-MRI 통합 유닛.
제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,

상기 한 쌍의 고주파 차폐판(12)은 각각 구리인 것을 특징으로 하는 탈장착형 PET-MRI 통합 유닛.
삭제
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 광전소자 및 신호처리부는 시그널을 검출하는 광다이오드와, 광다이오드를 보호하기 위한 보호회로와, MRI의 RF 필터 회로와 신호 처리를 위한 아날로그와 디지털 회로, 전자 신호를 광신호로 변환하는 회로, 광전송 회로를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 탈장착형 PET-MRI 통합 유닛.
제 8 항에 있어서,

상기 광다이오드는 사태 광다이오드(APD) 또는 거이거 사태 광다이오드(GAPD) 타입의 반도체 광증배관(SSPM), 실리콘 광증배관(SiPM), 또는 다중 픽셀 광계수기(MPPC) 중에서 선택된 1개인 것을 특징으로 하는 탈장착형 PET-MRI 통합 유닛.