KR101630634B1 - 자기 공명 장치의 로컬 코일을 위한 기울임에 무관한 심 코일 - Google Patents

자기 공명 장치의 로컬 코일을 위한 기울임에 무관한 심 코일 Download PDF

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Abstract

자기 공명 장치의 로컬 코일을 위한 기울임에 무관한 심 코일
본 발명은, 특히 로컬 코일(6, 7) 내에 끼움장착 및/또는 배치하기 위한 자기 공명 장치(1)용 심 코일 장치(8, 9)에 관한 것으로, 하나 이상의 전도체 루프(12)에 의해 형성되는 하나 이상의 심 코일(11) 및 하나 이상의 전도체 루프(14, 15, 24, 25)에 의해 형성되는 하나 이상의 보상 코일(13)을 포함하며, 상기 심 코일(11) 및 보상 코일(13)은 동일한 코일 평면(16)에 배치되고, 상기 심 코일(11) 및 보상 코일(13)의 전체 배열체는, 제 1 중심축(20) 및 제 2 중심축(21)에 대해 대칭이며, 상기 중심축(20, 21)들은 서로 직각이며, 코일 평면(16)에 놓여지고, 그리고 보상 코일(13)의 전도체 루프(14, 15, 24, 25)들에 의해 봉입되는 전체 유도 표면은 상기 심 코일(11)의 전도체 루프(12)들에 의해 봉입되는 유도면에 대응하는 것을 특징으로 한다.

Description

자기 공명 장치의 로컬 코일을 위한 기울임에 무관한 심 코일 {GRADIENT-INDEPENDENT SHIM COIL FOR A LOCAL COIL OF A MAGNETIC RESONANCE DEVICE}
본 발명은, 하나 이상의 전도체 루프(loop)에 의해 형성되는 하나 이상의 심 코일(shim coil)을 포함하는, 자기 공명 장치용, 특히 로컬(local) 코일 내에 설치 및/또는 배열하는 심 코일 장치에 관한 것이다. 게다가, 본 발명은 로컬 코일, 및 자기 공명 장치에 관한 것이며, 또한 심 코일 장치를 배치하는 방법에 관한 것이다.
자기 공명 영상은, 특히 의료 공학 분야에서 사용되는 공지의 입증된 영상 기술이다. 진단 평가에 양호한 이미지들을 얻기 위해서, 특히, 가능한 한 양호한 신호대 잡음비(SNR)를 얻는 것을 목적으로 하고 있다. 이를 위해서, 이른바 로컬 코일들, 즉 환자의 바로 근처, 환자 (전방) 위에 또는 환자 (후방) 아래에 배치되는 안테나 시스템(antenna system)들의 사용이 공지되어 있다. 자기 공명 이미지 데이터(image data)의 기록중, 여기된 코어(core)들은 로컬 코일들의 개별 안테나 또는 전도체 루프들(conductor loops)에 전압을 유도하며, 이 전압은 저잡음 전치 증폭기(LNA: low noise preamplifier)에 의해 증폭되며, 그리그 마지막으로, 케이블(cable)을 통해 자기 공명 이미지 데이터(magnetic resonance image data)를 추가로 처리하는 수신 장치에 공급된다.
특히, 고해상 자기 공명 이미지들에 대한 신호대 잡음비의 추가의 개선, 이른바 하이-필드(high-field) 시스템들이 목적이며, 이 시스템의 기본 자기장은 1.5 테슬라(T) 내지 12 테슬라 또는 12 테슬라 초과의 강도를 갖는다.
모든 자기 공명 영상화 목적들을 위해서, 기본 자기장의 균일성(B0)이 특히 중요하다. 균일성으로부터의 아주 큰 변동들이 영상 볼륨에서 발생한다면, 아티팩트(artifact)들 또는 디스토션(distortion)들이 생기거나 지방 포화와 같은 특정 적용분야들이 더 이상 기능하지 않는다. 지방 포화(지방 세트)는, 지방 또는 지방 물질들 내로 결합되는 양성자들의 주파수 편이(shift)가, 말하자면 지방 조직으로부터 기원하는 신호들의 주파수를 제외하기 위해 사용되는, 이른바 포화 펄스(saturation pulse)가 지방 주파수에 센드 펄스(send pulse)로서 사용되는 영상 기술이다. 물에서의 양성자 주파수와 지방에서의 양성자 주파수 사이의 차이가 매우 작고, 특히, 수 ppm의 기본 필드에 등가이기 때문에, 이러한 영상 기술은 기본 자기장의 공간적 균일성에 크게 의존한다. 이러한 경우에, 0.5 ppm 까지의 균일성이 예컨대, 30×30×30cm 의 영상 볼륨(volume)들 전반에 걸쳐 도달될 수 있음이 현재 공지되어 있다.
이에 관련해서, 기본 자기장의 균일성에 대한 기록될 대상 자체, 특히 환자의 영향이 무시되는 것은 아니다. 이에 따라, 예컨대, 환자의 목덜미(nape of the neck) 영역에서, 신체 조직의 자화율(susceptibility)로 인한 공간적으로 강력한 불균일 분배 때문에, 기본 자기장의 디스토션들이 발생할 수 있음이 알려져 있다. 이러한 디스토션들을 정류하기 위해서, 이른바 심 코일들이 공지되어 있다. 이러한 경우, 상이한 심 코일들의 갯수, 이들의 배치 및 구동은, 종래의 코일들, 특히 구리 코일들에 의해 발생되는 심 전류들과 대응하는 심 자기장들에 의해, 주로 초전도 기본 계자(field magnet)의 불균일성을 보상하기 위한 제한된 개수의 자유도들만을 허용한다. 심 코일들에 의해 제공되는 자유도들 또는 옵션들은 특히 목 경추부(vertebrae)의 영역에서의 불균일성들을 보상하기 위해서 이미 공지된 수많은 자기 공명 장치들에서는 충분하지 않다. 흉곽(thorax)으로부터 목/머리로의 전이의 결과로서 자화율의 큰 점프가 이 시점에서 정교하게 발생한다.
그러나, 균일성이 검지되는 대상물 또는 환자의 존재뿐만 아니라 자석 시스템 자체의 특성에 의해서만 균일성이 방해를 받는 것만은 아니므로, 예컨대, 보정이 또한 요망되는 불균일성이 균일성 볼륨의 에지(edge of the homogeneity volume)에서 발생할 수 있다.
이러한 문제들을 해결하기 위해서, 후속하여 공개된 독일 특허 출원 DE 10 2011 077 724에서는, 로컬 코일의 일부이며 이에 따라 관심 영역(roi: region of interest)에서 검진을 받게 될 환자에 근접하게 배치되는 심 코일에 의해 자기 공명 장치 내의 국부적 자기장들을 급격하게 변화시키는 것에 대해 보상하는 것이 제안되었다.
지방 포화 기술들의 분야에서 자기 공명 영상의 사용시 주된 문제는, 부적절한 지방 포화 발생이 나타나게 되는 점이다. 이는, 예컨대 목덜미 영역에서의 지방 조직이, 지방 포화가 지방 조직을 숨기도록 설계되었을지라도 이미지에서 밝게 조사됨에 따라 여전히 나타남을 의미한다. 이러한 효과는 그곳에서의 지방 조직이, 국부적 BO 변동으로 인하여 예상되는 공명 주파수를 가질 수 없기 때문에 발생한다. 지방 조직의 스핀(spin)들을 완전 활성화시켜야 하는 포화 펄스(saturation pulse)는, 스핀들(spins)의 공명 주파수(resonance frequency)가 상이하기 때문에 스핀들에 도달하지 못한다. 이러한 문제점에 대하여, 로컬 코일의 일부로서 제공되는 심 코일이 양호한 해결책으로의 접근법의 일례이다.
그러나, 심 액티비티(shim activity)의 방해 및 이에 따라 또한 이 경우 심 코일의 시밍(shimming) 효과가 존재하지 않을 수 있기 때문에 심 코일이 구배 필드(gradient field)로부터 디커플되어야(decoupled) 하는 점이 이의 불확실한 양태이다. 통상, 이에 관련해서, 구배 필드들은 저주파수이기 때문에, 로우패스 필터링(lowpass filtering)을 사용하는 것이 제공된다. 그러나, 이에 필요한 로컬 코일 내의 페라이트 필터들 및 적절한 자기장 크기의 사용은 불가능하다. 무페라이트(ferrite-free) 필터들은, 이들의 볼륨으로 인하여 로컬 코일에 사용되지 않는다. 그러나, 이러한 로우패스 필터링없이, 심 코일에서 유도된 전류가 로컬 심 코일에 의해 생성된 구배 필드 또는 심 필드의 디스토션을 유발한다. k-공간의 위치는 구배들로 나눈(over) 시간 정수를 표시하기 때문에, 심지어 작은 외란(disturbance)들도 시퀀스 런타임(sequence runtime)에 걸쳐서 빠르게 축적될 수 있다. 로컬 코일 내로 통합된 심 코일들의 추가의 특색은, 디커플링(decoupling)(로컬 코일 자체가 환자 지지체의 이동에 직접적으로 또는 경유하여 움직일 수 있기 때문에)이 환자 챔버(patient chamber)의 길이 방향(z 방향)으로 로컬 코일 안에 통합된 심 코일의 위치와는 독립적이라는 점이다.
따라서, 본 발명의 기초가 되는 목적은, 로컬 코일 내로 통합되는 그의 능력을 유지하면서 구배 필드들로부터 디커플링되고/디커플링되거나 디커플링될 수 있는 심 코일 장치 및 그의 배열체를 예시하는 것이다.
이 목적을 이루기 위해서, 본 발명에 따르면, 특히 로컬 코일 내에 설치 및/또는 배치하기 위한 자기 공명 장치용 심 코일 장치가 제공되며, 이 장치는 하나 이상의 전도체 루프에 의해 형성되는 하나 이상의 심 코일 및 하나 이상의 전도체 루프에 의해 형성되는 하나 이상의 보상 코일을 포함하며, 상기 심 코일 및 보상 코일은 동일한 코일 평면에 배치되고, 상기 심 코일 및 보상 코일의 전체 배열체는, 제 1 중심축 및 제 2 중심축에 대해 대칭이며, 상기 중심축들은 서로 직각이며, 코일 평면에 놓여지고, 보상 코일의 전도체 루프들에 의해 봉입되는 전체 유도 표면은 상기 심 코일의 전도체 루프들에 의해 봉입되는 유도면에 대응한다.
따라서, 로컬 코일 내로 통합될 수 있으며, 그럼에도 불구하고, 특히 환자 챔버의 길이 방향(z 방향)으로 이동할 수 있는 심 코일 장치를 만드는 것이 가능하며, 예컨대 자기 공명 장치의 기본 자계의 균일성 볼륨에서 모든 z 위치들을 위해 구배 필드들로부터 디커플링되는 일반적인 설계 원칙이 제안된다. 이러한 경우에, 하기에 보다 상세히 설명하는 디커플링 코일이 필드 생성 심 코일에 근접 배치됨으로써, 하기에 보다 상세히 설명되는 대응하는 상호작용이 발생된다.
궁극적으로, 디커플링을 얻기 위해서, 특히, 로컬 코일 내에 배치되는 심 코일 장치가 본 발명에 따라 제공될 수 있으므로, 제 2 중심축에 수직하며 제 1 중심축을 포함하는 중심 평면이 자기 공명 장치의 등각점을 포함하고, 코일은 제 2 중심축을 중심으로 임의로 부여되는 방식으로 회전된다. 본 발명의 실시예의 기초가 되는 원리는, 자기 공명 장치의 수직축들(normal axes)에 대해 이하에서 상세히 설명될 것이며, 넥 코일(neck coil)이 예시로서 고려될 것이고, 이 코일은 자기 공명 장치의 등각점 아래에 위치된다. 이 경우, z 축은 통상 본질적으로 원통형인 환자 챔버의 중심 축(길이 방향 축)에 해당해야 하며, y 축은 상기 축에 직각을 이루는 수직축에 해당해야 하며, 그리고 x 축은 상기 축에 직각을 이루는 수평축에 해당해야 한다. 로컬 코일에 걸쳐서 환자의 등(back)이 환자 지지부 상에 놓여지는 환자가 있다고 가정하면, x 축은 횡방향 축에 해당하며, y 축은 시상(sagittal) 축에 해당하고, z 축은 길이방향 축에 해당한다. 예시들로서 이들 x/y/z 축들을 사용하여 하기에 설명한 것은, 물론, 동등한 방식으로 다른 축 배열체들로 해석될 수 있다.
자기 공명 장치들에서는 언제나 있는 일이지만, 이하에서, 구배 필드들은, z 방향을 가리키는 것으로 가정되며, 작지만 이에 따라 본원에서의 고려로부터 제외되는 구배 코일들에 의해 추가의 필드들이 또한 발생될 수 있다는 점이 일반적으로 공지되어 있다. 또한, 이에 대하여, 보상 코일들에서의 심 코일들의 전도체 루프들의 배열이 본질적으로 코일 평면에 있는 것으로써 보여지는 것에 주목해야 하며, 당업자에게 공지된 바와 같이, 코일 평면으로부터 전도체의 구조적으로 관련된 작은 일탈들은, 당연히, 또한 하나의 코일 평면의 배열의 의미 내에 속하게 된다.
-특히, 본 실시예에서, 넥 코일(neck coil)로서-, 항상 등각점 아래에만 위치되기 때문에, 로컬 코일 및 이에 의해, 심 코일이 y 축에 대해 등각점에 결코 정교하게 배치될 수 없다는 사실이 제안된 예시에서, 고려되어야 한다. 심 코일들이 포지티브(positive) 및 네거티브(negative) y 구배들(또는 할당된 플럭스(flux)들)을 취하는 기회가 없기 때문에, 이를 위해, 등각점 위아래에 배치되는 2 개의 표면을 가질 수 있다.
먼저, 이에 의해, 하나의 코일 평면에 배치되며, 제 1 대칭축, 제 1 중심축을 갖는 심 코일이 제공된다. 본 예시에서, 심 코일은, 횡방향 평면(xy)에 배치될 것이며, 이 심 코일은 시상 평면에 대칭으로 구체화된다. 이렇게 하여, x 구배들로부터의 디커플링이 발생되는데, 이는 대응하는 비율들이 서로 명확하게 바로 상쇄되기 때문이다. 이러한 경우들에서, 등각점은 시상 평면 내에 위치되며, 또한, 예시에서, 이 평면은 중앙 평면에 해당한다. 이때에, 본 발명 및 또한 본 발명의 예시적 실시예를 고려하면, 구배들의 선형성에 의해, 심 코일 장치의 전도체 코일들에서 (궁극적으로 회피되는) 유도의 원인이 되는 자속이 또한 공간적으로 대응하는 선형 곡선(linear curve)을 갖는 것에 주목해야 하는데, 이는 각각의 시점에서, 구배 코일들이 이러한 선형 곡선을 발생시키며, 이에 의해 필드 성분들의 부분적 도출이 시간으로 나눈 선형 곡선을 갖는다는 가정이 정당화되기 때문이다.
이제, 더 단순히 고려하기 위해서, 여기서 또한 코일 평면에 해당하는 상기 횡방향 평면에 등각점이 놓여진다고 먼저 가정할 것이다. 이에 의해, z 구배로부터의 디커플링이 이미 기본적으로 제공된다.
y 구배에 대하여, 이미 설명된 바와 같이, 등각점에의 심 코일의 배열이 당연히 불가능하다는 문제가 존재하는데, 이는 궁극적으로 기록되어야 할 관심 영역(roi)이 거기에 위치되어야 하기 때문이다. 이를 위해, 본 발명에 따르면, 보상 코일이 제공되며, 이는 시상 평면(yz)에 대칭적으로 유사하게 배치된다. 또한, 보상 코일은, x 구배로부터 마찬가지로 디커플링될 필요가 있는데, 이는 횡방향 평면(xy)에서의 전형적인 배열이 등각점을 포함하기 때문이며, 또한 코일 평면에서 z 구배로부터 디커플링된다.
y 구배들이 스위치될 때 포지티브 및 네거티브 플럭스들(positive and negative fluxes)이 기록될 수 없다는 사실은, 홀로 디커플링되지 않는 심 코일에서 유도가 발생한다는 것을 의미한다. 이에 의해, 보상 코일의 전도체 루프들이 추가로 제공되는데, 이 루프들은 본 발명의 경우에, 제 2 중심축(여기서는 횡방향 축에 대해 평행한 등각점을 통과하는 축에 해당함)에 대칭인 심 코일의 전도체 루프들과 유사하게 제공된다. 한편으로는, 보상 코일(또한 디커플링 코일로서 언급될 수 있음)이 심 코일과 같이 제 2 중심축에 대해 동일한 대칭을 나타낼 때만, z 구배 및 y 구배로부터의 동시적인 디커플링이 가능하기 때문에 이는 필수이다. 이는 일련의 부수 효과(side effect)들을 갖는다. 다른 한편으로, 심 코일 및 보상 코일은, 궁극적으로, 동일한 평균(mean) 플럭스, 즉 제 2 중심축을 따르는 것을 겪게 됨으로써, 표면 유사성에 의해 보상이 제공된다. 다른 한편으로, 균일한(even) 변동(deviation)들이 제 2 중심축 둘레에서의 심 코일 장치의 경사를 통해 발생하며, 이후 보상 코일을 통해 보상이 반드시 허용되는 것으로 도시되어 있는데, 이는, 궁극적으로, 기여(contribution)들이 z 구배들로부터 또는 y 구배들로부터 기원된 것을 보상하는지 간에 대칭으로 기인하여 적절하기 때문이다. z 방향으로의 심 코일 장치의 이동에 의해, 즉, 코일 평면이 더이상 등각점을 포함하지 않지만, 상기 등각점이 중심 평면에만 포함되는 경우에, 모든 구배들에 대한 디커플링이 발생하는 점이 다른 결과이다.
설명된 대칭들 때문에, 심 코일 장치는 등각점의 x 좌표에서만 놓여져야 하며, 등각점의 y 좌표 또는 z 좌표로부터의 경사 및 편향은 보상 코일에 의해 보정될 수 있다.
이 점에서, 보상 코일들이 제 2 중심축에 대하여 어떠한 대칭도 나타내지 않아, 설명된 관점에서 z 디커플링이 더이상 가능하지 않은 심 코일 장치들을 만드는 것이 기본적으로 상정가능하다는 점에 또한 주목해야 한다. 보상 코일의 전도체 표면들에 의해 봉입되는 표면은, 이후 대응하는 필수의 고려에 의해 규정되어야만 한다.
이에 의해, 등각점을 포함하도록 코일 평면이 제공되는 것이 어느 곳이나(overall) 전체로(entirely) 가능하지만, 이는, 특히 z 가동성 및 여전히 유지되는 z 디커플링에 대해 반드시 필요한 것은 아니다.
이렇게 하여, 요약하여 말하면, 특히 바람직한 기술적인 변형은, 모든 구배들로부터 로컬 코일에 심 코일의 디커플링이 제공되는 것이 가능하며, 이에 의해 심 코일이 원활하게 기능하는 것이 보장되는 것으로 기재될 수 있다. 이를 위해 단지 필요한 것들은 추가의 보상 코일과 상기 대칭들이다.
이 경우, 이때에, 본 발명의 심 코일 장치의 배열에서, 심 코일의 전도체 루프의 하나 이상의 전도체 섹션이 보상 코일의 전도체 루프의 모든 전도체 섹션들에서보다 등각점 또는 일반적으로 기록된 관심 영역(roi)에 더 근접하게 배치된다는 점에 또한, 주목해야 한다. 이렇게 하여, 보상 코일의 전도체 섹션들에 의해 완벽하게 무효로 되는(negated) 관심 영역(roi)에 근접하게 위치된 전도체 섹션의 효과가 회피됨으로써, 필드 형성 효과가 유지된다. 이러한 전도체 섹션은, 예컨대 제 2 중심축에 평행하게 이어지는 전도체 섹션일 수 있고, 제 2 중심축 둘레에서 심 코일 장치의 팁핑(tipping)이 있을 경우, 제 2 중심축에 평행하게 이어지는 2 개의 전도체 섹션들이 필드 형성 방식으로 작용하게, 즉 관심 영역(roi) 또는 관심 영역들(rois) 상의 균일화로 작용하게 사용될 수 있도록, 배열체가 또한 선택될 수 있다. 보상 코일이 추가로 입수가능하며, 적어도 부분적으로 이러한 효과에 영향을 미치기 때문에, 높은 심 전류들이 요구되도록 전체 효과가 또한 발생될 수 있다.
특히, 제 1 중심축의 방향으로의 보상 코일의 전도체 루프들의 크기가 제 1 중심축의 방향으로의 심 코일의 전도체 루프의 크기보다 작다는 것이 이와 같이 증명된다. 차이가 더 클수록, 심 효과에 기여하는 전도체 루프의 전도체 섹션들과, 특히 평행하게 이어지는 보상 코일의 전도체 루프의 전도체 섹션들 사이의 차이가 더 커서, 더 큰 비율의 효과가 유지된다.
본 발명의 추가의 실시예에서, 하나 이상의 조절 가능한 정전류원이 심 코일 및/또는 보상 코일에 제공될 수 있다. 이렇게 하여, 디커플링이 사실상 이상적인 것이 아니기 때문에, 예컨대, 기생 커플링 효과들이 전체적으로 감소되거나 제거될 수 있음이 추가로 가능하다. 이에 의해, 심 코일의 필드는 빠르게 조절될 수 있는 정전압원에 의해 제어됨으로써 일정하게 유지될 수 있다. 디커플링에 구배들에 의한 임의의 효과가 제공되기 때문에, 이러한 정전류원에 대한 요구가 감소된다.
추가로, 직렬로(serially) 연결되는 심 코일 및 보상 코일이 제공될 수 있다. 이러한 유형의 직렬 연결이 제공되고, 심 코일 및 보상 코일의 권선 방향들이 대향 방향들로 정렬된다면, 특히 단순한 회로가 만들어지게 되는데, 이 회로는, 심 코일 상의 구배들의 스위칭 또는 구배들의 효과들을 직접적으로 무효화하는데, 이는 특히 y 구배들에 기인하여 상기 예시에서 심 코일에 유도된 전류들이 디커플링이 전체적으로 존재하도록 보상 코일에 정교하게 반대로 발생되기 때문이다.
본 발명의 추가의 실시예에서, 심 코일 다음에 측방향으로 배열된 2 이상의 전도체 루프들을 포함하는 보상 코일이 제공될 수 있다. 이 경우, 대응하는 대칭들을 개설하기 위해서, 보상 코일의 전도체 루프에 인접한 심 코일의 제 2 중심축을 따라 각각의 좌우에 제공될 수 있다. 이들은 특히, 이미 설명된 바와 같이, 제 1 중심축의 방향으로 더 작은 크기를 가질 수 있다.
게다가, 심 코일의 전도체 루프 내에 그리고 이 루프에 동심으로 배치되는 2 이상의 동심 전도체 루프들을 포함하는 보상 코일이 제공될 수 있다. 이 경우, 심 코일 내의 표면은, 심 코일 또는 그의 전도체 루프들을 제공하도록 사용되며, 이는 설계를 전체적으로 더 컴팩트하게 만든다.
심 코일 장치 이외에, 본 발명은 본 발명의 심 코일 장치를 포함하는 로컬 코일에 관한 것이다. 이 경우에, 전술한 바와 같은 배열체가 특히 선택될 수 있다. 심 코일 장치에 관해 제공되는 모든 정보가 본 발명의 로컬 코일에 유사한 방식으로 전달될 수 있어, 언급된 이점들이 이에 의해 또한 이루어질 수 있다.
이러한 유형의 로컬 코일은, 예컨대 넥 코일 또는 헤드 코일로서 구체화될 수 있다.
본 발명은, 또한, 본 발명의 로컬 코일을 포함하는 자기 공명 장치에 관한 것이다. 이미 설명된 바와 같이, 제 2 중심축에 수직하며 제 1 중심축을 포함하는 중심 평면이 등각점을 포함하도록 완전한 배열체가 선택될 수 있다. 이미 설명된 바와 같이, 이 경우에 제 2 중심축 둘레에 궁극적으로 임의의 양으로 트위스팅(twisting)이 부여될 수 있다. 심 코일의 다수의 외부 전도체 섹션들이 균일성의 관점에서 상이한 위치들에 있는 필드에 영향을 미치기 위해서 사용될 수 있다.
자기 공명 장치에서는, 로컬 코일 및 심 코일 장치에 관련된 정보가 대응하여 전달될 수 있음이 또한 사실이다.
마지막으로, 본 발명은, 또한, 본 발명의 심 코일 장치를 배치하는 방법에 관한 것으로, 심 코일 배열체가 특히 로컬 코일 내에 배열됨으로써, 제 2 중심축에 수직하며 제 1 중심축을 포함하는 중심 평면이 자기 공명 장치의 등각점을 포함하고, 코일이 제 2 중심축 둘레에 임의의 방식으로 회전된다. 이미 설명된 바와 같이, 이렇게 하여, 서로에 직각으로 세워진 3 개의 구배들 전체의 디커플링이 이루어진다. 특히, 이 경우, 코일 평면이 등각점을 포함하도록 배열체가 제공될 수 있어, 이것이 필수는 아니지만, 보상 코일들의 대칭들과 존재로 인해 등각점의 z 좌표로부터 이동하기 때문에, z 구배들로부터의 디커플링이 또한 여전히 유지된다.
본 발명의 추가의 이점들 및 상세들은, 하기 설명되는 예시적 실시예들 그리고 또한 도면을 참고로 하여 분명해진다.
도 1은 본 발명의 로컬 코일(local coil)을 갖는 본 발명의 자기 공명 장치의 기본 개략도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 가능한 심(shim) 코일 장치 회로의 개략도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 심 코일 장치의 예시적 실시예의 코일들의 상대적 배열에 대한 기본 개략도를 도시한다.
도 4는 심 코일 및 보상 코일의 추가의 가능한 상대적 배열체에 대한 기본 개략도를 도시한다.
도 5는 보상 코일 및 심 코일의 추가의 가능한 배열체에 대한 기본 개략도를 도시한다.
도 6은 코일의 Z방향으로의 범위에 대한 개략도를 도시한다.
도 1 은 본 발명의 자기 공명 장치(1)의 횡단면의 기본 개략도를 도시한다. 이 장치는, 기본적으로 알려진 바와 같이, 환자 지지부(4)가 그 안에 도입될 수 있는 환자 챔버(3)를 갖는 기본 자기장 유닛(2)을 포함한다. 환자 챔버(3) 내에서, 보다 더 자세한 상세가 도시되지 않은 구배 코일들과 전신(whole body) 고주파 코일이 제공된다. 환자(5)가 환자 지지부(4) 상에서 환자 챔버(3) 내로 움직일 수 있음으로써, 도 1에서 예시로서 환자 지지부에서 넥(neck) 코일이 제공되는 것으로 구체화된 로컬 코일(7)과 헤드 코일로서 구체화된 로컬 코일(6)에 의해서, 검사들을 실행하며, 존재한다면, 로컬 코일들에 의해 자기 공명 신호들을 기록한다. 본 발명의 심 코일 장치(8, 9)들은, 특정의 대칭 축에 배열되어 하나 이상의 보상 코일에 심 코일을 포함하는 로컬 코일(6)과 또한 로컬 코일(7) 양자에 제공되며, 이 심 코일 장치(8, 9)들은, 구배 필드들로부터의 디커플링이 좌표계(10)에 기초하여 규정되는 바와 같이 x 방향, y 방향 및 z 방향으로 제공되도록 배치된다. 이 경우 z 방향은 또한 필드 방향에 해당하는 환자 챔버(3)의 길이 방향에 해당한다. 수평의 횡단 방향을 x 방향으로 표시하고, 수직 방향을 y 방향으로 표시한다. 자기장의 z 성분이 해당 방향으로 선형(linear) 방식으로 변화한다면, 구배 존재가 요구된다. 이하에서는, 기본 자기장(basic magnetic field) 및 또한 구배 필드들이 z 방향에 존재하는 것으로 고려되는 것으로 가정한다.
도 2는 추가의 기본 스케치 형태로 심 코일 장치(9)의 기본 구조와 회로 트리(tree)를 도시하며, 이의 전체 기하학적 형상은, 이후 도 3의 기본 스케치와 관해서 보다 자세히 설명한다.
본 발명의 예시적 실시예에서, 심 코일 장치(9)는 전도체 루프(12)를 갖는 심 코일(11) 및 각각 전도체 루프(14, 15)들을 갖는 2개의 보상 코일(13)들을 포함한다. 심 코일(11) 및 보상 코일(13)들은 직렬로(in series) 연결되며, 상이한, 즉 반대 방향의 권선(winding)을 갖는다. 전체적으로, 이들은, 여기서 x-y 평면, 즉 좌표계(10)에 해당하는 코일 평면(16)에 놓인다. 전원 공급을 위해서, 정전류원(constant current source)(17)이 공급되며, 이 정전류원은 1 ~ 1000 ㎲ 의 일정한 시간 범위에 의해 조절한다.
도 3은, 심 코일 장치(9)의 대칭 및 기하학적 특성들이 보다 상세히 설명되게 돕는 추가의 다소 개략적인 기본 스케치를 도시한다. 심 코일 장치(9) 이외에, 관심 영역(roi)(18) 및 등각점(isocenter)(19)이 도시되어 있으며, 이 등각점은 또한 좌표계(10)의 원점(origin)으로서 규정된다. 여기서, 코일 평면(16)과 같이 x-y 평면에 배치된 심 코일 장치(9)는 심 코일(11) 및 보상 코일(13)의 전체 배열에 대해 2 개의 대칭 축들, 즉, x축에 평행한 대칭축(S2) 및 여기서 y 축에 해당하는 대칭축(S1)을 갖는다. 대칭축(S1)은 제 1 중심축(20)이다. 대칭축(S2)은 제 2 중심축(21)이다. 제 2 중심축(21)에 수직으로(at right angle) 제 1 중심축(20)을 포함하는 중심 평면이 이에 따라 반드시 등각점(19)을 또한 포함한다.
이 실시예는, 또한, 심 코일(11)의 전도체 루프(12)에 의해 봉입되는 표면(AS)(이 경우, 권선들의 개수(NS)는 1임)은, 보상 코일(13)들의 전도체 루프(14, 15)에 의해 봉입되는 표면(A1)들(이 경우, N1=2) 전체에 해당하도록 이루어진다. 이에 따라, 일반적으로 하기와 같이 적용된다: ASxNS = A1xN1 + A1xN1.
이하, 디커플링이 하기 방식으로 발생된다. 제 1 중심 축(20)(즉, 궁극적으로는, y-z 평면)에 대한 심 코일(11) 및 보상 코일(13)의 대칭은, 논의된 바와 같이 중심 평면이 등각점(19)을 포함하기 때문에, x-구배에 대한 디커플링에 주의를 기울인다. 이는, x 구배의 스위칭 시에, 제 1 중심 축(20)으로부터 나와서, 일방향으로 상승하고, 다른 방향으로 떨어지는 자속(magnetic flux)의 결과로서, 양 측면들의 기여(contribution)들이 선형성의 결과로서 서로 정교하게 일치하는 것을 의미한다.
하기의 예시적 실시예에서, 어떠한 전도체 루프들도 z 방향으로 이어지지 않기 때문에, z 구배에 대한 디커플링이 여전히 제공되지만, 심 코일 장치(9)는 또한 제 2 중심축(21) 주위에 경사 배치될 수 있고, 심 배열체(9)가 등각점(19)의 z 위치에 위치되지 않을지라도, z 구배에 대한 디커플링은, y 구배에 대해 이하에 기술하는 바와 동일한 기구들에 의해 여전히 재현되며, 이 y 구배는 궁극적으로, 대응하는 평면 상으로의 돌기(projection)들에만 단지 의존한다.
y 구배로부터의 디커플링에 대해서는, 심 코일 배열체(9)가 그 자체로 등각점(19)에 배치될 수 있는 것이 아니라, 등각점(19)으로부터 y 방향으로 양(y1)만큼 오프셋(off)으로 배치되는 것으로, 이 경우에 고려되어야만 한다. x 구배를 갖는 경우에서와 같이, 구배 필드의 포지티브 및 네거티브 성분들이 서로 상쇄되는 디커플링은, 이와 같이 논의의 대상이 되지 않는데, 이는 왜냐하면 보상 코일(13)들이 제공되기 때문이며, 그의 전도체 루프들은 심 코일(11)의 전도체 루프들에 의해 봉입되는 표면과 동일한 표면을 봉입한다. 권선 방향이 반대이기 때문에, 유도된 전류들은 단순히 서로 상쇄된다. 제 2 중심축(21) 둘레 경사를 위해서, 또한 z 구배에 대해 이러한 효과(effect)가 발생하며, 제 2 중심축(21)에 대한 대칭의 결과로서 발생한다. 중심축(21)(또는 x-z 평면)에 대한 대칭은, 이에 따라 z 구배 및 y 구배로부터의 동시적인 디커플링을 가능하게 한다.
이러한 기본적인 디커플링이 제공되기 때문에, 잔류 기생 효과(remaining parasitic effect)들이 대응하는 제어(심 코일 전류를 일정하게 유지함)로써 전류원(17)에 의해 쉽게 보정될 수 있다.
도 3으로부터, 제 1 중심축(20)의 방향으로의 심 코일(11)의 범위(extent)(d1)는, 제 1 중심축(20)의 방향으로의 보상 코일(13)의 범위(d2) 보다 큰 것이 또한, 명백하다. 이러한 이유는, 전도체 섹션(22)이 분명히 관심 영역(18)에 가장 근접하게 위치되고, 이에 따라 관심 영역(18)에서의 소망하는 심 필드에 대부분 제공되기 때문이다. 직렬 회로(serial circuitry) 및 대응하여 흐르는 전류들 때문에, 보상 코일(13)의 전도체 섹션(23)들에 의해 발생된 필드들은, 기본적으로, 전도체 섹션(22)의 심 필드에 대해 작용하지만, 이제, 이들은 관심 영역(18)으로부터 더 멀리 위치됨으로써, 이 경우에, 그리고 필요하다면, 더 높은 전류들이 요구될지라도 효과는 유지된다.
도 4 및 도 5는 심 코일 장치(9)를 위한 추가의 가능한 실시예들을 도시하는데, 여기에는, 심 코일(11) 및 하나 이상의 보상 코일(13)의 다른 배열체들이 도시되어 있다. 이에 따라, 도 4는, 아주 폭이 넓은, 하나의 전도체 루프의 배열체가 하나의 보상 코일(13)을 위해서 선택됨으로써, 이것이 심 코일(11)을 넘어 측방향으로 돌출하는 배열체를 도시한다.
도 5는 심 코일(12)이 또 다시 2개의 전도체 루프(24, 25)들을 포함하는 보상 코일(13)을 봉입하는 특히 컴팩트한 실시예를 도시한다.
도 6은, 심 코일(11)과 보상 코일(13)이 또한 z 방향으로 연장하며, z 방향의 크기 (z1, z2, 및 z3)가 서로 대응하지만, z1=z2=z3 인 경우를 마지막으로 도시한다.
본 발명이 바람직한 예시적 실시예에 의해 예시되고 보다 상세히 기술되었지만, 본 발명은 개시된 예시들로 제한되지 않으며, 다른 변경예들이 본 발명의 보호 범위를 벗어나지 않고 당업자에 의해 여기에서 유래될 수 있다.
1 : 자기 공명 장치
2 : 기본 자기장 유닛
3 : 환자 챔버
4 : 환자 지지부
5 : 환자
6 : 로컬 코일
7 : 로컬 코일
8 : 심 코일 장치
9 : 심 코일 장치
10 : 좌표계
11 : 심 코일
12 : 전도체 루프
13 : 보상 코일
14 : 전도체 루프
15 : 전도체 루프
16 : 코일 평면
17 : 정전류원
18 : 관심 영역(roi)
19 : 등각점
20 : 중심축
21 : 중심축
22 : 전도체 섹션
23 : 전도체 섹션
24 : 전도체 루프
25 : 전도체 루프
S1 : 대칭축
S2 : 대칭축

Claims (13)

  1. 자기 공명 장치(1)용 심 코일 장치(shim coil apparatus)(8, 9)에 있어서,
    하나 이상의 전도체 루프(conductor loop)(12)에 의해 형성되는 하나 이상의 심 코일(11) 및 하나 이상의 전도체 루프(14, 15, 24, 25)에 의해 형성되는 하나 이상의 보상 코일(13)을 포함하며, 상기 심 코일(11) 및 보상 코일(13)은 동일한 코일 평면(16)에 배치되고, 상기 심 코일(11) 및 보상 코일(13)의 전체 배열체(overall arrangement)는, 제 1 중심축(20) 및 제 2 중심축(21)에 대해 대칭이며, 상기 중심축(20, 21)들은 서로 직각이며, 코일 평면(16)에 놓여지고, 그리고 보상 코일(13)의 전도체 루프(14, 15, 24, 25)들에 의해 봉입되는(enclosed) 전체 유도 표면(overall induction surface)은 상기 심 코일(11)의 전도체 루프(12)들에 의해 봉입되는 유도면에 대응하며,
    상기 심 코일(11) 및 상기 보상 코일(13)은 직렬로 연결되며, 반대 권선 방향(opposing direction of winding)을 갖는 것을 특징으로 하는,
    자기 공명 장치용 심 코일 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 심 코일 장치(8, 9)가 로컬 코일(6, 7) 내에 배치됨으로써, 제 2 중심축(21)에 수직하며 제 1 중심축(21)을 포함하는 중심축은 상기 자기 공명 장치(1)의 등각점(isocenter)(19)을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    자기 공명 장치용 심 코일 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 코일 평면(16)은 상기 등각점(19)을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    자기 공명 장치용 심 코일 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 심 코일(11) 및 상기 보상 코일(13) 중의 한 가지 이상에는 하나 이상의 조절가능한 정전류원(17)이 공급되는 것을 특징으로 하는,
    자기 공명 장치용 심 코일 장치.
  5. 삭제
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보상 코일(13)은, 상기 심 코일(11) 다음에 측방향으로 배열되는 2 이상의 전도체 루프(14, 15)들을 포함하거나,
    2 이상의 전도체 루프(24, 25)들을 포함하는 상기 보상 코일(13)은 상기 심 코일(11)의 전도체 루프(12) 내에 그리고 전도체 루프에 동심으로 배치되거나, 또는,
    상기 보상 코일(13)은, 상기 심 코일(11) 다음에 측방향으로 배열되는 2 이상의 전도체 루프(14, 15)들을 포함하고, 2 이상의 전도체 루프(24, 25)들을 포함하는 상기 보상 코일(13)은 상기 심 코일(11)의 전도체 루프(12) 내에 그리고 전도체 루프에 동심으로 배치되는 것을 특징으로 하는,
    자기 공명 장치용 심 코일 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 심 코일(11)의 전도체 루프(conductor loop; 12)의 상기 제 1 중심축(20)을 따른(along) 크기는, 상기 보상 코일(13)의 전도체 루프(14, 15, 24, 25)의 상기 제 1 중심축(20)에 따른 크기보다 더 큰 것을 특징으로 하는,
    자기 공명 장치용 심 코일 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 자기 공명 장치용 심 코일 장치(8, 9)를 포함하는, 로컬 코일(6, 7).
  9. 제 8 항에 있어서,
    넥(neck) 코일 또는 헤드(head) 코일로서 구현되는, 로컬 코일(6, 7).
  10. 제 8 항에 기재된 로컬 코일(6, 7)을 포함하는, 자기 공명 장치(1).
  11. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 자기 공명 장치용 심 코일 장치(8, 9)의 배치 방법에 있어서,
    상기 심 코일 장치(8, 9)는, 제 2 중심축(21)에 수직하며 제 1 중심축(20)을 포함하는 중심 평면 내에서, 상기 자기 공명 장치(1)의 등각점(19)을 포함하도록 배열되는 것을 특징으로 하는,
    자기 공명 장치용 심 코일 장치의 배치 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 코일은, 상기 코일 평면(16)이 등각점(19)을 포함하도록 배치되는 것을 특징으로 하는,
    자기 공명 장치용 심 코일 장치의 배치 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 심 코일 장치(8, 9)는,
    로컬 코일(local coil)(6, 7) 내에, 끼움장착(fitting) 하기 위한, 배치하기 위한, 또는 끼움장착하여 배치하기 위한 것인,
    자기 공명 장치용 심 코일 장치.
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