KR101556639B1 - Pet-mri 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
PET-MRI 장치 및 그 제조 방법이 개시된다. 솔레노이드 코일(Solenoid Coil) 및 자기장 보정 코일을 포함하는 원통형 구조 또는 이중극자 구조의 자기공명단층촬영장치(Magnetic Resonance Imaging, MRI) 및 도넛형상의 일측면 및 타측면에 PET 영상센서 전극을 형성하는 원통형 구조 또는 격자형 구조의 양전자방출단층촬영장치(Positron Emission Tomography, PET)를 포함하고, PET의 전기장 방향과 MRI의 자기장 방향이 평행하도록 PET를 MRI의 내부에 형성한다.
Description
본 발명은 PET-MRI 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 자기장에 영향을 받지 않는 PET-MRI 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
세포, 전임상, 임상실험 및 환자의 진단을 위해 사용되는 의료영상은 일반적으로 크게 구조적인 영상과 기능적인 영상으로 분류된다. 구조적인 영상은 인체의 구조 및 해부학적 영상을 의미하고, 기능적인 영상은 인체의 인지, 감각기능 등에 대한 기능 정보를 직접 또는 간접적인 방법으로 영상화하는 것이다. 구조 및 해부학적 영상 기술에는 컴퓨터단층촬영장치(Computed Tomography, CT), 자기공명단층촬영장치(Magnetic Resonance Imaging, MRI)등이 있고, 인체의 생리적 및 생화학적 작용을 관찰하여 기능 정보를 영상화하는 기술로서는 양전자방출단층촬영장치(Positron Emission Tomography, PET)가 널리 사용되고 있다.
PET는 비침습적으로 인체 기능을 계량화하는 강력한 생물학적 영상도구로서, 방사성 활성을 갖는 양전자 방출 동위원소로 표지된 생물학적 탐지자(probe) 분자를 체내에 주입한 후, 방사능의 분포를 단층촬영으로 재구성하여 영상화하여 인체의 각 장기 내의 생리적, 생화학적인 반응을 정량화할 수 있다. PET에 의해 제공되는 뇌, 장기 등의 인체 구조에 대한 기능적/분자학적 정보는 질병의 병인 연구, 진단 예후 판정 및 항암 치료 후 경과 관찰 등에 유용하게 이용할 수 있다.
또한 PET는 인체조직의 기능적 정보를 분자 수준의 민감도를 가지고 제공하면서, 본질적으로 낮은 해상도 측면의 한계성을 극복하기 위해 PET-CT 융합장치, PET-광학영상기기와 같은 융합형 PET 의료영상장비로 그 개념이 발전하고 있다.
도 1은 종래 기술인 원통형 MRI의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 MRI(100)는 자기장을 균질하게 생성하는 솔레노이드 코일(Solenoid Coil)(150) 및 자기장 보정 코일을 포함한다. MRI(100)의 자기장 방향(B)(120)은 원통의 길이방향으로 자기장을 형성된다.
MRI(100)는 자기장을 생성하는 커다란 원통 속에 인체를 들어가게 한 후, 고주파를 생성시켜 신체부위에 있는 수소 원자핵을 공명시켜 각 조직에서 나오는 신호의 차이를 측정하여 컴퓨터를 통해 재구성하여 영상화하는 장치이다. 즉, MRI(100)는 자석으로 구성된 장치에서 인체에 고주파를 쏘아 인체에서 메아리와 같은 신호가 발산되면 이를 되받아서 디지털 정보로 변화하여 영상화하는 것을 말한다.
도 2는 종래 기술인 원통형 PET의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 종래의 PET(200)는 도넛형상의 원통형 구조를 이루고, PET 영상센서 전극(250)을 포함한다. PET 영상센서 전극(250)은 원통형의 외부 원주 영역 및 내부 원주 영역에 형성된다. 따라서, PET(200)의 전기장 방향(E)(220)은 원통의 길이방향과 수직으로 전기장이 형성된다.
방사선 동위원소에서 방출된 양전자가 방출 후, 아주 짧은 시간 동안에 자체 운동에너지를 모두 소모하고 이웃하는 전자와 결합하여 소멸하게 되는데, 이때 180˚의 각도로 2개의 소멸 방사선을 방출하게 된다. PET(200)는 동시에 상기 방출되는 2개의 소멸 방사선을 검출하는 모듈이다.
PET-MRI 장치는 양전자를 방출하는 방사성 의약품을 이용하여 인체에 대한 생화학적, 기능적 영상을 3차원으로 나타내는 PET(200) 및 초전도 자석과 라디오 고주파를 이용하여 인체의 조직과 혈관 등을 3차원으로 검사하는 MRI(100)를 동시에 수행한다. 즉, PET-MRI 장치는 초고감도 분자 영상을 보여주는 PET(200) 및 고해상도 기능적 영상이 가능한 MRI(100)를 결합한 융합 분자영상 시스템이다. 이를 통해 PET-MRI 장치는 진단 정확도 향상, 새로운 영상 바이오 마커, 신약 개발, 방사선 피폭저감 및 환자 편의성 향상을 제공한다.
현재 PET-MRI 장치는 MRI(100)의 내부에 PET(200)를 삽입하여 포함하고 있으며, 일체화하는 과정에서 PET의 영상센서가 자기장 영향을 최소화를 하기 위해 여러 방법들을 이용하고 있다. 그 중에서 섬광체의 방사선 반응소재와 이로부터 생성된 가시광선을 전자로 변환하는 광전증배관 또는 얇은 실리콘 계열의 반도체 수공센서를 이용한다.
하지만 어떤 경우에서도 MRI의 자기장에 대한 영향을 근본적으로 제거하지는 못하고 있다. 따라서, PET-MRI 장치 장비의 효율이 떨어지고 있는 실정이다.
한국 공개특허공보 2012-0057601은 필터링을 이용한 PET-MRI 장치 융합장치에서의 PET 신호의 잡음제거방법 및 이를 이용한 PET-MRI 장치 융합장치에서의 PET에 관한 것이다.
한국 공개특허공보 2013-0013293은 PET와 이를 포함하는 PET-MRI 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 PET와 MRI 간의 상호 간섭을 최소화하여 PET와 MRI 영상을 동시에 획득할 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 PET 영상센서가 MRI의 자기장 영향을 원리적으로 받지 않는 PET-MRI 장치 및 그 제조 방법을 제공한다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 자기장 영향으로 활용되지 않던 고성능의 방사선 영상 첨단 소재를 이용하는 PET-MRI 장치 및 그 제조 방법을 제공한다.
PET-MRI 장치는 솔레노이드 코일(Solenoid Coil) 및 자기장 보정 코일을 포함하는 원통형 구조의 자기공명단층촬영장치(Magnetic Resonance Imaging, MRI) 및 도넛형상의 일측면 및 타측면에 PET 영상센서 전극을 형성하는 원통형 구조의 양전자방출단층촬영장치(Positron Emission Tomography, PET)를 포함하고, 상기 PET의 전기장 방향과 상기 MRI의 자기장 방향이 평행하도록 상기 PET를 상기 MRI의 내부에 형성한다.
상부자석 및 하부자석이 서로 이격되는 이중극자 구조의 MRI 및 두 개의 가로막대 형상인 제1 및 제2 PET 영상센서를 포함하는 격자형 구조의 PET를 포함하고, 상기 제1 및 제2 PET 영상센서는 서로 평행하게 이격되며, 상기 PET의 전기장 방향과 상기 MRI의 자기장 방향이 평행하도록 상기 제1 및 제2 PET 영상센서를 상기 상부자석 및 상기 하부자석 사이에 형성한다.
PET-MRI 장치의 제조 방법은 MRI가 제공되는 제1 단계, PET가 제공되는 제2 단계 및 상기 MRI의 자기장 방향 및 상기 PET의 전기장 방향이 서로 평행하도록 상기 MRI의 내부에 상기 PET가 포함되는 제3 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 PET-MRI 장치 및 그 제조 방법은 PET 영상센서가 MRI의 자기장 영향을 원리적으로 받지 않을 수 있다.
또한 자기장 영향으로 활용되지 않던 고성능의 방사선 영상 첨단 소재를 이용할 수 있다.
또한 PET 영상센서가 자기장에 영향을 받지 않는 구조를 발명함으로, 별도로 자기장에 영향을 받지 않는 소재를 개발할 필요가 없을 수 있다.
도 1은 종래 기술인 MRI의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 종래 기술인 PET의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 PET 및 MRI의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 PET-MRI 장치의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 개방형 PET-MRI 장치의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 개방형 PET-MRI 장치의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 6의 PET에 대한 구조를 더 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 PET-MRI 장치를 제조하는 방법을 도시한 순서도이다.
도 2는 종래 기술인 PET의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 PET 및 MRI의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 PET-MRI 장치의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 개방형 PET-MRI 장치의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 개방형 PET-MRI 장치의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 6의 PET에 대한 구조를 더 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 PET-MRI 장치를 제조하는 방법을 도시한 순서도이다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명할 수 있다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 할 수 있다. 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 당업자에게 자명하거나 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 PET 및 MRI의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, MRI(10) 및 PET(20)는 사용자의 단층을 촬영할 수 있다. MRI(10)는 자기공명을 이용하여 사용자의 단층을 촬영할 수 있다. PET(20)는 양전자방출를 이용하여 사용자의 단층을 촬영할 수 있다.
MRI(10)는 솔레노이드 코일 및 자기장 보정 코일을 포함할 수 있다. MRI(10)는 원통형 구조일 수 있고, 가운데가 관통된 도넛형일 수 있다. MRI(10)는 솔레노이드 코일을 포함하여 자기장을 일정하게 생성할 수 있다. 상기 솔레노이드 코일은 복수일 수 있고, 일정한 간격으로 포함될 수 있다. 이를 통해 MRI(10)는 자기장을 생성시킬 수 있다. 또한 상기 자기장의 방향(320)은 MRI(10)의 길이방향일 수 있다.
PET(20)는 PET 영상센서 전극(25)을 포함할 수 있다. PET(20)는 원통형 구조일 수 있고, 가운데가 관통된 도넛형일 수 있다. PET(20)는 PET 영상센서 전극(25)이 도넛형상의 일측면 및 타측면에 형성될 수 있다. 이를 통해 PET(20)는 전기장을 생성시킬 수 있다. 상기 전기장의 방향(340)은 PET(20)의 길이방향이다.
PET(20)는 MRI(10)의 소정 영역에 삽입되어 형성될 수 있다. 삽입된 PET(20)는 MRI(10)와 융합하여 PET-MRI 장치가 될 수 있다. 또한 상기 자기장이 일정하게 생성되는 영역은 MRI(10)의 내부 중 점선으로 도시된 부분일 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 PET-MRI 장치의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, PET-MRI 장치(1)는 원통형 형상이면서 가운데가 관통된 형상일 수 있다. PET-MRI 장치(1)는 원주 방향으로 자른 단면이 도넛형일 수 있다. 또한 PET-MRI(1)는 원통형인 PET(20) 및 원통형인 MRI(10)를 융합한 것일 수 있다.
PET-MRI 장치(1)는 원통형인 MRI(10)의 내부에 원통형인 PET(20)가 삽입되어 포함된 것일 수 있다. PET-MRI 장치(1)는 PET(20)를 MRI(10)의 내부 중 자기장이 일정한 영역에 삽입하여 형성할 수 있다.
MRI(10)는 원통형이고, 가운데가 관통된 도넛형일 수 있다. MRI(10)는 솔레노이드 코일 및 자기장 보정 코일을 포함할 수 있다. MRI(10)는 일정한 간격으로 상기 솔레노이드 코일 및 자기장 보정 코일을 포함할 수 있다. 또한 MRI(10)는 복수개의 상기 솔레이노이드 코일을 포함할 수 있다.
상기 솔레노이드 코일은 긴 원통에 원형 도선을 여러 번 균일하게 감은 코일을 말하며, 상기 코일에 전류를 흘리면 원통의 외부에서는 자기장이 거의 0이지만 내부에서는 비교적 균일한 크기의 자기장을 형성시킨다. 이때 내부 자기장의 크기는 전류의 크기에 비례하고, 단위 길이당 코일을 감은 수에 비례한다.
상기 자기장 보정 코일은 상기 솔레노이드 코일에서 생성되는 자기장의 미세한 부분을 보정해주어서 일정한 자기장이 생성되도록 한다.
따라서, MRI(10)는 일정한 자기장을 생성할 수 있다. 상기 자기장의 방향(B)(320)은 MRI(10)의 길이 방향일 수 있다.
PET(20)는 원통형이고, 가운데가 관통된 도넛형일 수 있다. PET(20)는 도넛형상의 일측면 및 타측면에 형성된 PET 영상센서 전극(25)을 포함할 수 있다. PET 영상센서 전극(25)는 전기장을 생성할 수 있다. PET 영상센서는 섬광체와 실리콘 반도체 결합형 또는 단일 화합물 반도체를 포함할 수 있다.
전기장의 방향(E)(340)은 도넛형상의 일측면에서 타측면 방향일 수 있다. 즉, 전기장의 방향(340)은 PET(20)의 길이방향일 수 있다.
PET-MRI 장치(1)는 PET(20)의 전기장 방향(340)과 MRI(10)의 자기장 방향(320)이 실질적으로 평행하도록 설계된다. 이를 위해, 본 발명의 PET-MRI 장치(1)에서는 MRI(10)의 소정 위치에 MRI(10)의 양측면의 원주 방향과 평행하도록 PET(20)의 양측면을 형성한다. 그리고, PET(20)의 양측면에 PET 영상센서 전극(25)을 형성한다.
또한 PET-MRI 장치(1)는 자기장이 일정한 영역에 PET(20)를 형성할 수 있다. 바람직하게는, PET-MRI 장치(1)는 PET(20)를 MRI(10)의 가운데에 위치 배치할 수 있다.
PET-MRI 장치(1)는 상기 위치 배치로 인하여 자기장 방향(320)과 전기장 방향(340)이 평행하기 때문에 PET(20)에 자기장의 영향을 원리적으로 차단할 수 있다.
PET-MRI 장치(1)는 자기장 내부에서 운동하는 전하입자는 [수학식 1]에 의해 힘을 제공받을 수 있다. 즉, [수학식 1]은 제공되는 힘에 대한 자기장 내부에서 운동하는 전하입자에 대해 나타낸 수학식이다.
여기서, 
는 힘의 방향을 의미하고, 
는 상수를 의미하며, 
는 전하입자의 운동방향을 의미하고, 
는 MRI의 자기장 방향을 의미한다. 특히, 
는 방사선에 의해 반응한 PET 영상센서 전극(25)에 인가된 전압에 의해 생성할 수 있다.
PET-MRI 장치(1)와 같이 PET 영상센서 전극(25)이 도넛형상의 일측면 및 타측면에 형성되면, [수학식 2]는 [수학식 1]을 기초로 산출할 수 있다. [수학식 2]는 전하입자의 운동방향과 전기장 방향이 비례관계라는 것을 나타낸 수학식이다.
여기서, 
는 PET 센서 내부의 전기장 방향을 의미한다.
자기장 내부에서 반도체 내부에서 생성된 전자 또는 정공에 영향을 주는 힘은 [수학식 1] 및 [수학식 2]을 기초로 [수학식 3]을 산출할 수 있다. [수학식 3]은 제공되는 힘, 자기장 내부에서 운동하는 전하입자 및 자기장 내부에서의 전기장이 서로 비례관계를 가지는 것을 나타내는 수학식이다.
PET-MRI 장치(1)는 [수학식 3]이 성립될 수 있다. 또한 PET-MRI 장치(1)는 전기장과 자기장이 평행한 방향이므로 [수학식 4]가 성립될 수 있다. 상기 평행한 방향은 같은 방향 또는 반대 반향일 수 있다.
[수학식 4]는 자기장 내부에서 전기장의 방향이 자기장의 방향과 평행하여 서로에게 주는 힘이 0임을 나타내는 수학식이다.
즉, PET-MRI 장치(1)는 전기장과 자기장이 서로 영향을 주는 힘이 0일 수 있다. PET-MRI 장치(1)는 MRI(10)에서 생성되는 자기장이 PET(20)에서 생성되는 전기장에 영향을 원리적으로 주지 않을 수 있다. 이를 통해 PET-MRI 장치(1)는 효율 및 특성이 우수한 방사선 영상 첨단 소재를 활용할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 개방형 PET-MRI 장치의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, PET-MRI 장치(2)는 개방형 형상일 수 있다. PET-MRI(2)는 이중극자 구조의 MRI(50) 및 격자형 구조의 PET(60)를 포함할 수 있다.
MRI(50)는 상부자석(52) 및 하부자석(54)를 포함할 수 있다. 상부자석(52) 및 하부자석(54)는 이중극자석일 수 있다. 상기 이중극자석은 영구자석을 이용하여 자기장을 생성시킬 수도 있다. 상부자석(52) 및 하부자석(54)은 평행하게 서로 이격될 수 있다. 상부자석(52)는 하부자석(54)보다 높은 위치에 배치될 수 있다. 또한 상부자석(52) 및 하부자석(54)은 서로 대응될 수 있고, 대응되는 위치에 배치될 수 있다.
상부자석(52)의 하면은 N극 또는 S극일 수 있다. 상부자석(52)은 원판, 삼각판, 사각판 및 다각판 중 어느 하나의 판 형상일 수 있다. 하부자석(54)의 상면은 상기 상부자석(52)에 대응하여 S극 또는 N극일 수 있다. 하부자석(54)은 원판, 삼각판, 사각판 및 다각판 중 어느 하나의 판 형상일 수 있다.
MRI(50)는 상부자석(52)에서 하부자석(54) 및 하부자석(54)에서 상부자석(52)로 자기장이 형성될 수 있다. 즉, 자기장의 방향(520)은 위에서 아래 방향 및 아래에서 윗방향 중 어느 하나의 방향일 수 있다.
PET(60)는 두 개의 가로막대 형상인 제1 PET 영상센서(62) 및 제2 PET 영상센서(64)를 포함할 수 있다. 제1 PET 영상센서(62)는 제2 PET 영상센서(64)보다 높은 위치에 배치될 수 있다. 제1 PET 영상센서(62) 및 제2 PET 영상센서(64)는 서로 평행하게 서로 이격될 수 있다. 또한 제1 PET 영상센서(62) 및 제2 PET 영상센서(64)는 서로 대응될 수 있고, 대응되는 위치에 배치될 수 있다.
제1 PET 영상센서(62)는 상면과 하면에 이중 전극이 형성된 복수의 PET 영상센서로 형성될 수 있다. 상기 PET 영상센서의 전극(65)은 상면이 (+)극이고, 하면이 (-)극일 수 있다. 또는 상기 PET 영상센서의 전극(65)은 상면이 (-)극이고, 하면이 (+)극일 수 있다. 제1 PET 영상센서(62)는 상기 복수의 PET 영상센서가 가로방향으로 연결되어 하나의 가로막대 형상을 이룰 수 있다.
제2 PET 영상센서(64)는 상면과 하면에 이중 전극이 형성된 복수의 PET 영상센서로 형성될 수 있다. 상기 PET 영상센서의 전극(65)은 상면 및 하면이 제1 PET 영상센서(62)의 전극의 상면 및 하면과 동일한 극성으로 형성될 수 있다. 제2 PET 영상센서(64)는 상기 복수의 PET 영상센서가 가로방향으로 연결되어 하나의 가로막대 형상을 이룰 수 있다.
PET(60)는 제1 PET 영상센서(62)에서 제2 PET 영상센서(64) 방향으로 전기장이 형성될 수 있다. 즉, 상기 전기장의 방향(540)은 위에서 아래 방향일 수 있다. 또는 상기 전기장의 방향(540)은 아래에서 위 방향일 수 있다.
따라서, PET-MRI 장치(2)는 전기장 방향(540)과 자기장 방향(520)이 평행한 방향일 수 있다. 상기 평행한 방향은 전기장 방향(540)이 자기장 방향(520)과 동일한 방향이거나 반대 방향인 것일 수 있다. PET-MRI 장치(2)는 [수학식 4]가 성립될 수 있다. 즉, PET-MRI 장치(2)는 전기장과 자기장이 서로 영향을 주는 힘이 0일 수 있다.
PET-MRI 장치(2)는 전기장 방향(540)과 자기장 방향(520)이 평행하기 위해 위에서 아래 방향으로 된 기하학적 구조로 이루어질 수 있다. PET-MRI 장치(2)는 위에서부터 아래 방향으로 상부자석(52), 제1 PET 영상센서(62), 제2 PET 영상센서(64) 및 하부자석(54)이 순서대로 배치될 수 있다. 또한 PET-MRI 장치(2)의 구성요소들은 일정한 간격으로 이격될 수 있다.
상기 구조에 따라, PET-MRI 장치(2)는 MRI(50)에서 생성되는 자기장이 PET(60)에서 생성되는 전기장에 영향을 원리적으로 주지 않을 수 있다. 이를 통해 PET-MRI 장치(2)는 효율 및 특성이 우수한 방사선 영상 첨단 소재를 활용할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 개방형 PET-MRI 장치의 구조를 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 도 6의 PET에 대한 구조를 더 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, PET-MRI 장치(3)는 PET-MRI 장치(2)의 다른 실시예일 수 있다. PET-MRI 장치(3)는 PET-MRI 장치(2)보다 제3 PET 영상센서(72) 및 제4 PET 영상센서(74)를 더 포함할 수 있다. 이를 통하여 PET-MRI 장치(3)는 보다 강한 전기장을 생성할 수 있다.
PET-MRI 장치(3)는 상부자석(52) 및 하부자석(54)을 포함하는 MRI(50)와 제1 PET 영상센서(62), 제2 PET 영상센서(64), 제3 PET 영상센서(72) 및 제4 PET 영상센서(74)를 포함하는 PET(70)를 포함할 수 있다.
PET(70)는 가로막대 형상인 제1 PET 영상센서(62) 및 제2 PET 영상센서(64) 및 세로막대 형상인 제3 PET 영상센서(72) 및 제4 PET 영상센서(74)를 포함할 수 있다. 제1 PET 영상센서(62) 및 제2 PET 영상센서(64)는 서로 평행할 수 있고, 제3 PET 영상센서(72) 및 제4 PET 영상센서(74)도 서로 평행할 수 있다.
PET(70)는 제1 PET 영상센서(62), 제2 PET 영상센서(64), 제3 PET 영상센서(72) 및 제4 PET 영상센서(74)와 서로 연결되어 고리 형상을 이룰 수 있다. 즉, 제1 PET 영상센서(62)는 제3 PET 영상센서(72) 및 제4 PET 영상센서(74)와 연결될 수 있고, 제2 PET 영상센서(64)는 제3 PET 영상센서(72) 및 제4 PET 영상센서(74)와 연결될 수 있다. 제3 PET 영상센서(72)는 제1 PET 영상센서(62) 및 제2 PET 영상센서(64)와 연결될 수 있고, 제4 PET 영상센서(74)는 제1 PET 영상센서(62) 및 제2 PET 영상센서(64)와 연결될 수 있다.
제3 PET 영상센서(72)는 상면에 PET 영상센서 전극(65)이 상면과 하면에 극성을 달리하여 각각 형성될 수 있다. 제3 PET 영상센서(72)는 복수의 PET 영상센서가 적층되어 하나의 세로막대 형상을 이룰 수 있다. 제3 PET 영상센서(72)는 (+)극과 (-)극이 각각의 단위센서로 형성된 상기 복수의 PET 영상센서로 적층될 수 있다.
제4 PET 영상센서(74)는 상면에 PET 영상센서 전극(65)이 상면과 하면에 극성을 달리하여 각각 형성될 수 있다. 제4 PET 영상센서(74)는 복수의 PET 영상센서가 적층되어 하나의 세로막대 형상을 이룰 수 있다. 제4 PET 영상센서(74)는 (+)극과 (-)극이 각각의 단위센서로 형성된 상기 복수의 PET 영상센서로 적층될 수 있다.
각각의 제3 및 제 4 PET 영상센서 전극(65)의 상면 및 하면은 각각의 제1 및 제 2 PET 영상센서 전극(65)의 상면 및 하면과 대응되어 동일한 극성으로 형성된다.
제3 PET 영상센서(72) 및 제4 PET 영상센서(74)는 PET 영상센서 전극(65)이 각각의 단위센서마다 (+)극과 (-)극이 형성되어 있기 때문에 전기장의 방향(540)이 위에서 아래 방향으로 향할 수 있다. 또는 전기장의 방향(54)이 아래에서 위 방향으로 향할 수 있다.
따라서, 제3 PET 영상센서(72) 및 제4 PET 영상센서(74)의 전기장 방향은 제1 PET 영상센서(62) 및 제2 PET 영상센서(64)의 전기장 방향과 동일할 수 있다. 특히, 전기장 방향(520)은 제1 내지 제4 PET 영상센서(64, 65, 72, 74)의 적층구조에서 한 방향의 전기장을 형성되면 되기 때문에 아래에서 위 또는 위에서 아래로 선택이 가능하다.
PET-MRI 장치(3)는 전기장 방향(540)과 자기장 방향(520)이 평행한 방향일 수 있다. 상기 평행한 방향은 전기장 방향(540)이 자기장 방향(520)과 동일한 방향이거나 반대 방향인 것일 수 있다. PET-MRI 장치(3)는 [수학식 4]가 성립될 수 있다. 즉, PET-MRI 장치(3)는 전기장과 자기장이 서로 영향을 주는 힘이 0일 수 있다.
PET-MRI 장치(3)는 전기장 방향(540)과 자기장 방향(520)이 평행하기 위해 위에서 아래 방향으로 된 기하학적 구조로 이루어질 수 있다. PET-MRI 장치(3)는 위에서부터 아래 방향으로 상부자석(52), 고리형상의 PET(70) 및 하부자석(54)이 순서대로 배치될 수 있다.
상기 구조에 따라, PET-MRI 장치(3)는 MRI(50)에서 생성되는 자기장이 PET(70)에서 생성되는 전기장에 영향을 원리적으로 주지 않을 수 있다. 이를 통해 PET-MRI 장치(3)는 효율 및 특성이 우수한 방사선 영상 첨단 소재를 활용할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 PET-MRI 장치를 제조하는 방법을 도시한 순서도이다.
도 8을 참조하면, PET-MRI 장치는 MRI 내부 중 자기장 및 전기장이 서로 평행한 방향으로 생성되는 위치에 PET를 배치할 수 있다. 따라서, PET에서 생성되는 전기장은 MRI에서 생성되는 자기장에 영향을 받지 않을 수 있다. PET-MRI 장치는 3단계에 의해 구현될 수 있다.
제1 단계는 MRI가 제공된다(S100). MRI는 원통형 구조 및 이중극자 구조를 포함할 수 있다. MRI는 원통형 및 개방형 중 어느 하나의 형태일 수 있다. MRI는 일정한 자기장을 생성할 수 있다.
MRI가 원통형이면, MRI의 자기장 방향은 길이방향일 수 있다. MRI가 이중극자 구조이면, MRI의 자기장 방향은 위에서 아래 방향 및 아래에서 윗방향 중 어느 하나의 방향일 수 있다.
제2 단계는 PET가 제공된다(S110). PET는 원통형 구조 및 격자형 구조를 포함할 수 있다. PET는 상기 MRI의 형태에 따라 대응되는 형태로 제공될 수 있다. PET는 일정한 전기장을 생성할 수 있다.
PET가 원통형 구조이면, PET 영상센서 전극은 도넛형상의 일측면 및 타측면에 형성될 수 있다. 따라서, 원통형 PET는 전기장 방향이 길이방향일 수 있다.
PET가 격자형 구조이면, PET 영상센서 전극은 상면 및 하면에 형성될 수 있다. 상기 PET 영상센서 전극을 포함하는 PET 영상센서들이 가로로 복수의 PET 영상센서가 연결되면 제1 및 제2 영상센서 전극이 형성되고, 세로로 복수의 PET 영상센서가 적층되면 제3 및 제4 영상센서 전극이 형성될 수 있다. 따라서, 격자형 구조인 PET는 전기장 방향은 위에서 아래 방향 및 아래에서 윗방향 중 어느 하나의 방향일 수 있다.
상기 PET 영상센서는 섬광체와 실리콘 반도체 결합형 또는 단일 화합물 반도체가 포함될 수 있다.
제3 단계는 MRI의 자기장 방향 및 PET의 전기장 방향이 서로 평행하도록 MRI의 내부에 PET가 포함된다(S120). PET는 MRI의 내부 중 자기장이 일정한 위치에 포함될 수 있다. 또한 PET는 전기장 방향 및 자기장 방향이 평행하도록 MRI에 형성될 수 있다.
즉, 상기 전기장 방향은 상기 자기장 방향 및 상기 자기장 방향의 반대 방향 중 어느 하나의 방향일 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
1, 2, 3: PET-MRI 장치
10, 50: MRI 20, 60, 70: PET
25, 65, 250: PET 영상센서 전극 52: 상부자석
54: 하부자석 62: 제1 PET 영상센서
64: 제2 PET 영상센서 72: 제3 PET 영상센서
74: 제4 PET 영상센서 100: 종래의 MRI
150: 솔레노이드 코일 200: 종래의 PET
120, 320, 520: 자기장 방향 220, 340, 540: 전기장 방향
10, 50: MRI 20, 60, 70: PET
25, 65, 250: PET 영상센서 전극 52: 상부자석
54: 하부자석 62: 제1 PET 영상센서
64: 제2 PET 영상센서 72: 제3 PET 영상센서
74: 제4 PET 영상센서 100: 종래의 MRI
150: 솔레노이드 코일 200: 종래의 PET
120, 320, 520: 자기장 방향 220, 340, 540: 전기장 방향
Claims (17)
- 솔레노이드 코일(Solenoid Coil) 및 자기장 보정 코일을 포함하는 원통형 구조의 자기공명단층촬영장치(Magnetic Resonance Imaging, MRI); 및
도넛형상의 일측면 및 타측면에 PET 영상센서 전극을 형성하는 원통형 구조의 양전자방출단층촬영장치(Positron Emission Tomography, PET);를 포함하고,
상기 PET의 전기장 방향과 상기 MRI의 자기장 방향이 평행하도록 상기 PET를 상기 MRI의 내부에 형성하는 PET-MRI 장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 자기장 방향은 상기 MRI의 길이 방향이고, 상기 전기장 방향은 상기 자기장 방향 및 상기 자기장 방향의 반대 방향 중 어느 하나의 방향인 것을 특징으로 하는 PET-MRI 장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 PET는 상기 MRI의 내부 중 자기장이 일정한 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 PET-MRI 장치.
- 제 1항에 있어서,
서로 평행한 상기 MRI의 자기장 및 상기 PET의 전기장은 하기 수학식에 따라 서로 간의 영향이 0 인 것을 특징으로 하는 PET-MRI 장치:
[수학식]
여기서,는 PET센서 내부의 전기장의 방향을 의미하고,
는 MRI의 자기장의 방향을 의미한다.
- 제 1항에 있어서,
상기 PET 영상센서는 섬광체와 실리콘 반도체 결합형 또는 단일 화합물 반도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 PET-MRI 장치.
- 상부자석 및 하부자석이 서로 이격되는 이중극자 구조의 MRI; 및
두 개의 가로막대 형상인 제1 및 제2 PET 영상센서;를 포함하는 격자형 구조의 PET를 포함하고,
상기 제1 및 제2 PET 영상센서는 서로 평행하게 이격되며,
상기 PET의 전기장 방향과 상기 MRI의 자기장 방향이 평행하도록 상기 제1 및 제2 PET 영상센서를 상기 상부자석 및 상기 하부자석 사이에 형성하는 PET-MRI 장치.
- 제 6항에 있어서,
상기 제1 및 제2 PET 영상센서는,
각각 (+)극 및 (-)극을 형성하는 복수의 PET 영상센서가 가로방향으로 연결되어 가로막대 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 PET-MRI 장치.
- 제 6항에 있어서,
상기 PET는,
두 개의 세로막대 형상인 제3 및 제4 PET 영상센서를 더 포함하고,
상기 제3 및 제4 PET 영상센서는 상기 제1 및 제2 PET 영상센서와 연결되어 고리형상을 이루는 것을 특징으로 하는 PET-MRI 장치.
- 제 8항에 있어서,
상기 제3 및 제4 PET 영상센서는,
각각 (+)극 및 (-)극을 형성하는 복수의 PET 영상센서가 적층되어세로막대 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 PET-MRI 장치.
- 제 6항에 있어서,
상기 상부자석의 하면은 N극 또는 S극이고, 상기 하부자석의 상면은 상기 상부자석에 대응하여 S극 또는 N극인 것을 특징으로 하는 PET-MRI 장치.
- 제 6항에 있어서,
상기 자기장 방향은 상기 상부자석에서 상기 하부자석으로 향하는 방향 및 상기 하부자석에서 상기 상부자석으로 향하는 방향 중 어느 하나의 방향이고, 상기 전기장 방향은 상기 자기장 방향 및 상기 자기장 방향의 반대 방향 중 어느 하나의 방향인 것을 특징으로 하는 PET-MRI 장치.
- 제 6항에 있어서,
상기 PET는 상기 상부자석 및 상기 하부자석 사이의 자기장 중 일정한 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 PET-MRI 장치.
- 제 6항에 있어서,
서로 평행한 상기 MRI의 자기장 및 상기 PET의 전기장은 하기 수학식에 따라 서로 간의 영향이 0 인 것을 특징으로 하는 PET-MRI 장치:
[수학식]
여기서,는 PET 센서 내부의 전기장의 방향을 의미하고,
는 MRI의 자기장의 방향을 의미한다.
- 제 6항에 있어서,
상기 PET 영상센서는 섬광체와 실리콘 반도체 결합형 또는 단일 화학물 반도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 PET-MRI 장치.
- MRI가 제공되는 제1 단계;
PET가 제공되는 제2 단계; 및
상기 MRI의 자기장 방향 및 상기 PET의 전기장 방향이 서로 평행하도록 상기 MRI의 내부에 상기 PET가 포함되는 제3 단계;를 포함하는 PET-MRI 장치의 제조 방법.
- 제 15항에 있어서,
상기 제2 단계는,
섬광체와 실리콘 반도체 결합형 또는 단일 화학물 반도체가 포함된 PET 영상센서 전극이 형성되는 PET가 제공되는 것을 특징으로 하는 PET-MRI 장치의 제조 방법.
- 제 15항에 있어서,
상기 제3 단계는,
상기 PET는 상기 MRI의 내부 중 자기장이 일정한 영역에 형성되는 것을 특징으로 PET-MRI 장치의 제조 방법.
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