KR101765649B1

KR101765649B1 - 자기공명영상용 라디오 주파수 코일

Info

Publication number: KR101765649B1
Application number: KR1020160143319A
Authority: KR
Inventors: 한상덕; 김경남; 류연철; 정준영
Original assignee: 가천대학교 산학협력단; (의료)길의료재단
Priority date: 2016-10-31
Filing date: 2016-10-31
Publication date: 2017-08-07
Also published as: WO2018080291A1

Abstract

본 발명은 자기공명영상용 라디오 주파수 코일을 제시하고 있다. 본 발명에 따른 자기공명영상용 라디오 주파수 코일은 길이에 따라 특정한 공진 주파수를 갖는 다이폴 안테나와, 상기 다이폴 안테나 양 측면에 각각 위치하는 전기적 스위치를 포함하며 길이 조정이 가능하다. 본 발명에 따르면, 단일의 라디오 주파수 코일을 초고자장에서 전기적 스위치와 직류를 이용하여 길이를 임의로 조절 가능하고, 단일의 라디오 주파수 코일을 이용하여 단일 핵종이 아닌 다수 핵종의 신호를 획득할 수 있으며, 이를 통해 단일의 라디오 주파수 코일에서 다수개의 공진 주파수를 가질 수 있는 효과가 있다.

Description

자기공명영상용 라디오 주파수 코일{RADIO FREQUENCY COIL FOR MAGNETIC RESONANCE IMAGING}

본 발명은 자기공명 영상장치용 라디오 주파수 코일에 관한 것으로, 보다 상세하게는 길이 조정이 가능하며, 자기공명 영상장치에서 사용되는 다수개의 공진 주파수를 가질 수 있는 라디오 주파수 코일 기술에 관한 것이다.

핵자기 공명(Nuclear Magnetic Resonance: NMR) 현상을 이용하는 자기공명 시스템으로서 자기공명영상(Magnetic Resonance Imaging: MRI) 장치, 자기공명분광(Magnetic Resonance Spectroscopy: MRS) 장치 등이 알려져 있다. 자기공명영상장치는 핵자기 공명 현상을 이용하여 인체의 단면을 촬영한다. 인체 내에 존재하는 수소, 인, 나트륨, 탄소동위원소 등의 원자핵은 핵자기 공명현상에 의해 각기 고유한 회전자계상수를 가지므로, 주자기장(main magnetic field)의 방향으로 정렬된 원자핵의 자화벡터(magnetization vector)에 라디오주파수(RF,radio frequency) 코일을 이용하여 고주파를 인가하고, 주파수 공명으로 인해 수직평면으로 자화벡터가 재정렬되면서 발생되는 자기공명 신호를 라디오 주파수 코일이 수신함으로써 인체의 단면 영상을 획득할 수 있다.

라디오 주파수 코일은 자화벡터를 공명시키기 위하여 고주파를 송신하고 자기공명 신호를 수신할 수 있는 라디오주파수안테나를 포함할 수 있다. 한 개의 RF 코일(RF 안테나)로 자화벡터를 공명시키는 것(RF 송신 모드)과 자기공명 신호를 수신하는 것(RF 수신 모드)을 같이 수행할 수도 있다. 또는, RF 송신 모드 전용의 RF 코일과 RF 수신 모드 전용의 RF코일 두 개를 각기 따로 사용하여 RF 송신 모드와 RF 수신 모드를 별개로 수행할 수도 있다. 한 개의 코일로 송신 및 수신모드를 다 수행하는 코일을 송수신(Tx/Rx) 코일이라 하며, 송신 전용의 코일을 송신 코일, 수신 전용의 코일을 수신 코일이라 한다. 대부분의 RF 송신 코일은 주자석의 내측에 설치되며, 인체가 들어 갈 수 있는 크기의 원형 혹은 원형 프레임 위에 새장(birdcage)형으로 만들어진다. 반면, RF 수신코일은 인체에 인접한 부분에 위치하며 인체의 부위별 형상에 따라 다양한 형태로 제작되는 것이 일반적이다.

자기공명영상시스템에서 사용되는 라디오 주파수 코일은 주로 루프형태의 코일이 사용된다. 루프 형태 코일의 경우 초고자장에서 코일이 만들어내는 자기장(B1)의 균질도(Uniformity)가 일정하지 않은 문제점을 가지고 있으며 이에 초고자장에서 일정한 자기장의 균질도를 가지는 진행파 코일(다이폴 안테나)의 사용빈도수가 증가하고 있다. 또한 자기공명 영상시스템에서 사용되는 라디오 주파수 코일은 주로 단일의 핵종에 대한 특정 주파수를 가지도록 설계되어 있다. 다양한 핵종은 같은 자기장 세기 내에서 서로 다른 Larmor frequency를 가지고 있으며 이는 Gyromagnetic ratio에 비례한다. 결국 기존에 다양한 핵종에 대한 실험을 할 경우 특정 주파수를 가지는 코일을 번갈아가며 획득을 해야 하는 문제점이 있었다. 각각 코일을 번갈아 가며 획득할 시에는 기구적인 움직임으로 인하여 정확한 같은 위치의 영상을 획득하지 못하는 문제점이 수반되었으며, 이를 해결하기 위한 기존 방법은 각각 다른 핵종의 공진 주파수를 가지는 코일을 공간적으로 중첩하여 배열하는 방법이 주로 사용었으나, 이는 공간적인 제약이 뒤따르는 문제가 발생하였다. 따라서 기존의 진행파 코일은 다이폴 안테나를 구부려서 사용하는 민더라인, 스파이럴 형태의 진행파 코일을 사용하였으나 이 또한 물리적으로 길이를 변형한 경우이므로 다양한 핵종에 대한 실험을 할 경우 불편을 야기하였다.

한국공개특허공보 제10-2011-0049844호 (다중 공명 라디오 주파수 코일)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 길이를 임의로 조절 가능한 라디오 주파수 코일을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 단일 코일을 이용하여 다수 핵종의 신호를 획득할 수 있어, 단일 코일을 통하여 다수개의 공진 주파수를 가질 수 있는 라디오 주파수 코일 제공을 또 다른 목적으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 자기공명영상용 라디오 주파수 코일은 자기공명영상용 라디오 주파수 코일에 있어서, 길이에 따라 특정한 공진 주파수를 갖는 다이폴 안테나와, 상기 다이폴 안테나 양 측면에 각각 위치하는 전기적 스위치를 포함하는 것을 일 특징으로 한다.

바람직하게는 상기 전기적 스위치에 전압을 공급하여 상기 전기적 스위치의 on-off를 조절하는 전원부;를 더 포함하고, 상기 양 측면에 각각 위치하는 전기적 스위치는 상기 다이폴 안테나 중심으로부터 특정 간격만큼 떨어져 있을 수 있다.

바람직하게는 상기 양 측면에 각각 위치하는 전기적 스위치는, 상기 다이폴 안테나 좌측에 위치하는 복수개의 전기적 스위치 및 상기 좌측에 위치하는 복수개의 전기적 스위치와 대칭되는 배열로 구성된 상기 다이폴 안테나 우측에 위치하는 복수개의 전기적 스위치일 수 있다.

바람직하게는 상기 다이폴 안테나는 민더라인 또는 스파이럴 중 어느 하나의 형태로 이루어진 다이폴 안테나일 수 있다.

바람직하게는 상기 다이폴 안테나 및 상기 다이폴 안테나 양 측면에 각각 위치하는 전기적 스위치를 일 구성으로 하여 상기 일 구성을 복수개 배열한 것을 특징으로 하는 평면다채널 형태의 자기공명영상용 라디오 주파수 코일일 수 있다.

바람직하게는 상기 다이폴 안테나 및 상기 다이폴 안테나 양 측면에 각각 위치하는 전기적 스위치를 일 구성으로 하여 상기 일 구성을 복수개 배열한 것을 특징으로 하는 실린더다채널 형태의 자기공명영상용 라디오 주파수 코일일 수 있다.

본 발명에 따르면, 단일의 라디오 주파수 코일을 초고자장에서 전기적 스위치와 직류 전류를 이용하여 길이를 임의로 조절 가능하고, 단일의 라디오 주파수 코일을 이용하여 단일 핵종이 아닌 다수 핵종의 신호를 획득할 수 있으며, 이를 통해 단일의 라디오 주파수 코일에서 다수개의 공진 주파수를 가질 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기공명영상용 라디오 주파수 코일의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전원부를 더 포함한 자기공명영상용 라디오 주파수 코일의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다이폴 안테나 양 측면에 복수개의 전기적 스위치를 갖는 자기공명영상용 라디오 주파수 코일의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 민더라인 또는 스파이럴 형태의 자기공명영상용 라디오 주파수 코일의 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 평면다채널 형태의 자기공명영상용 라디오 주파수 코일의 예를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 실린더다채널 형태의 자기공명영상용 라디오 주파수 코일의 예를 나타낸 도면이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 도면에 기재된 내용을 참조하여야 한다. 또한 본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 마찬가지로 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기공명영상용 라디오 주파수 코일(1)의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전원부를 더 포함한 자기공명영상용 라디오 주파수 코일의 구성도이다. 이를 참조하여 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 자기공명영상용 라디오 주파수 코일(1)은 다이폴 안테나(10)와 전기적 스위치(20)을 포함하며, 본 발명의 일 측면에 따른 자기공명영상용 라디오 주파수 코일(2)은 다이폴 안테나(10)와 전기적 스위치(20) 및 전원부(30)를 포함한다.

다이폴 안테나(10)를 설명하기 전에 일반적인 다이폴 안테나의 경우 길이에 의하여 주파수의 튜닝이 결정되는 특성을 가지고 있다. 즉 다이폴 안테나의 길이를 조절을 할 수 있다면 특정 공진 주파수로 변경 할 수 있다. 따라서 다이폴 안테나(10)는 길이에 따라 특정한 공진 주파수를 가질 수 있으며 이를 통해 자기공명영상용 라디오 주파수 코일의 길이 조정이 가능하다.

전기적 스위치(20)은 일반적인 전기적 스위치이며 다이폴 안테나(10)의 양 측면에 각각 배치될 수 있으며, 이 때 특정 간격 또는 특정 배열로 배치될 수 있으며 일 실시예로써 동일한 간격디자 동일한 배열, 대칭 또는 비대칭적으로 위치할 수 있다. 전기적 스위치(20)의 전원이 on되는 경우 작동되어 다이폴 안테나(10)의 길이를 연장시키는 효과를 가지며 전원이 off되는 경우 비작동되어 다이폴 안테나(10)의 길이를 줄이는 효과를 가진다.

전기적 스위치(20)는 일 실시예로써 핀다이오드일 수 있다.

전원부(30)는 전기적 스위치(20)에 전원을 공급하여 전기적 스위치(20)의 on-off를 조절하는 역할을 하며 전술하였듯이 전원부(30)의 전원 공급에 의하여 전기적 스위치(20)이 on-off가 조절되어 다이폴 안테나(10)의 총 길이가 연장 혹은 축소될 수 있다.

도 2를 참조하여 설명하면, 전원부(30)의 전원 공급으로 인해 전기적 스위치(20)의 전원이 on되는 경우(DC on) 다이폴 안테나(10)를 포함한 자기공명영상용 라디오 주파수 코일(2)의 총 길이는 연장되어 201과 같으며, 전원부(30)의 전원 공금 중단으로 전기적 스위치(20)의 전원이 off되는 경우(DC off) 다이폴 안테나(10)를 포함한 자기공명영상용 라디오 주파수 코일(2)의 총 길이는 축소되어 202와 같을 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다이폴 안테나 양 측면에 복수개의 전기적 스위치를 갖는 자기공명영상용 라디오 주파수 코일(3)의 구성도이다. 이를 참조하여 설명하면 다이폴 안테나(10)는 전술한 바와 같고, 다이폴 안테나(10) 좌측에 배열된 복수개의 전기적 스위치 및 우측에 배열된 복수개의 전기적 스위치를 통틀어 전기적 스위치(21)라 할 수 있으며 역할은 전술한 전기적 스위치(20)과 같다. 전기적 스위치(21) 역시 일 실시예로써 핀다이오드일 수 있다. 전원부(31) 역시 복수개의 그라운드(GND1, GND2) 및 직류전원(Vcc1, Vcc2)을 가질 수 있으며 전술한 전원부(30)와 동일한 기능을 수행한다. 전기적 스위치(21)는 다이폴 안테나(10) 양 측면으로 복수개씩 배치되어 자기공명영상용 라디오 주파수 코일(2)은 전술한 자기공명영상용 라디오 주파수 코일(1)보다 길이 조종이 더욱 용이하며 다수개의 공진 주파수를 가질 수 있게 튜닝될 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 민더라인 또는 스파이럴 형태의 자기공명영상용 라디오 주파수 코일의 예를 나타낸 도면으로 이를 참조하여 설명한다. 기존의 민더라인 형태의 다이폴 안테나(a-1)과 기존의 스파이럴 형태의 다이폴 안테나(b-1)에 전술한 방법을 적용하여 전기적 스위치를 적용하여, 본 발명의 일 실시예로서 제안하는 민더라인 형태의 자기공명영상용 라디오 주파수

코일(a-2) 및 스파이럴 형태의 자기공명영상용 라디오 주파수 코일(b-2)을 구현할 수 있다(좌측에

표시는 우측과 동일함을 의미함)

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 평면다채널 형태의 자기공명영상용 라디오 주파수 코일의 예를 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 실린더다채널 형태의 자기공명영상용 라디오 주파수 코일의 예를 나타낸 도면으로서 전술한 다이폴 안테나(10), 전기적 스위치(20, 21), 전원부(30, 31)를 각각 복수개 활용하여 평면다채널 형태의 자기공명영상용 라디오 주파수 코일 및 실린더다채널 형태의 자기공명영상용 라디오 주파수 코일 역시 구현 가능하다.

지금까지 본 발명을 바람직한 실시예를 참조하여 상세히 설명하였다. 그러나 본 발명이 상기한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 또는 수정이 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 미친다 할 것이다.

Claims

자기공명영상용 라디오 주파수 코일에 있어서,
길이에 따라 특정한 공진 주파수를 갖는 다이폴 안테나;
상기 다이폴 안테나 양 측면에 각각 위치하는 전기적 스위치 를 포함하는 것을 특징으로 하는 길이 조정이 가능한 자기공명영상용 라디오 주파수 코일.
제1항에 있어서,
상기 전기적 스위치에 전압을 공급하여 상기 전기적 스위치의 on-off를 조절하는 전원부;를 더 포함하고, 상기 양 측면에 각각 위치하는 전기적 스위치는 상기 다이폴 안테나 중심으로부터 특정 간격만큼 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 길이 조정이 가능한 자기공명영상용 라디오 주파수 코일.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 양 측면에 각각 위치하는 전기적 스위치는, 상기 다이폴 안테나 좌측에 위치하는 복수개의 전기적 스위치 및 상기 좌측에 위치하는 복수개의 전기적 스위치와 대칭되는 배열로 구성된 상기 다이폴 안테나 우측에 위치하는 복수개의 전기적 스위치인 것을 특징으로 하는 길이 조정이 가능한 자기공명영상용 라디오 주파수 코일.
제2항에 있어서,
상기 다이폴 안테나 및 상기 다이폴 안테나 양 측면에 각각 위치하는 전기적 스위치를 일 구성으로 하여 상기 일 구성을 복수개 배열한 것을 특징으로 하는 평면다채널 형태의 자기공명영상용 라디오 주파수 코일.
제2항에 있어서,
상기 다이폴 안테나 및 상기 다이폴 안테나 양 측면에 각각 위치하는 전기적 스위치를 일 구성으로 하여 상기 일 구성을 복수개 배열한 것을 특징으로 하는 실린더다채널 형태의 자기공명영상용 라디오 주파수 코일.
제4항 또는 제5항에 있어서,
상기 다이폴 안테나는 민더라인 또는 스파이럴 중 어느 하나의 형태로 이루어진 다이폴 안테나인 것을 특징으로 하는 길이 조정이 가능한 자기공명영상용 라디오 주파수 코일.