KR101830008B1 - 자기공명영상용 rf 코일 어레이의 감결합 방법, 및 rf 코일 어셈블리, 및 자기공명영상 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자기공명영상용 RF 어레이 코일의 감결합 방법에 있어서, 다수개의 폐회로 표면 코일을 2층으로 배열하며; 각각의 폐회로 표면 코일을 그의 위층 또는 아래층에 배열된 하나 이상의 폐회로 표면 코일과 겹치도록 배열하며; 상기 각각의 폐회로 표면 코일이 다른 각각의 폐회로 표면 코일과 겹치는 영역이 각 폐회로 표면 코일의 내부면적을 기준으로 25~49%가 되도록 배열하며; 같은 층에 나란히 배열된 폐회로 표면 코일이 존재하는 경우, 각각의 폐회로 표면 코일을 인접하는 다른 폐회로 표면 코일 각각과 2~10개의 커패시터, 인덕터 및 변압기로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 매개하여 연결하며; 각각의 폐회로 표면 코일이 폐회로 내에 2~20개의 커패시터를 포함하게 하는 것을 특징으로 하는 자기공명영상용 RF 어레이 코일의 감결합 방법, RF 코일 어셈블리, 및 자기공명영상 시스템을 제공한다.

Description

자기공명영상용 RF 코일 어레이의 감결합 방법, 및 RF 코일 어셈블리, 및 자기공명영상 시스템{Decoupling method for radio frequency coil array for magnetic resonance imaging and radio frequency coil assembly for magnetic resonance imaging and magnetic resonance imaging system}

본 발명은 자기공명영상용 RF 코일 어레이의 감결합 방법, 및 RF 코일 어셈블리, 및 자기공명영상 시스템에 관한 것이다.

자기공명영상(MRI) 시스템은 인체에 무해하고, 3차원 영상화가 가능하며, 고해상도의 영상을 얻을 수 있다는 등의 장점들 때문에 의료 진단 분야에서 널리 쓰이고 있다. 특히, 7T(7 Tesla)의 고자장 MRI 시스템은 기존 1.5T 또는 3T의 저자장 MRI 시스템에서보다 높은 신호 대 잡음비(SNR: Signal to Noise Ratio)와 높은 해상도(resolution)의 영상을 제공할 수 있고, 대뇌 피질 층의 영상까지도 얻을 수 있어, 뇌 질환 환자들에게 보다 양질의 의료 서비스를 제공할 수 있다는 점에서 주목을 받고 있다.

일반적인 MRI 시스템에서 인체 두부의 영상을 획득하고자 할 때는 주로 송수신 겸용의 코일을 사용하고 있다. 저자장 자기공명영상(MRI) 시스템에서는 머리 전용 RF 코일에서 발생되는 자기장이 전체적으로 균일하나, 주파수 300MHz 이상의 고자장 자기공명영상(MRI) 시스템에서 기존의 송수신 겸용 코일을 사용할 경우, 머리의 유전율(permittivity)에 의해 유효 RF 파장(effective RF-wavelength)이 짧아져서 머리 내부에서 균일한 자기장을 형성할 수 없게 되는 문제점이 있다. 즉, 고자장 자기공명영상(MRI) 시스템에서는 RF 코일 내측에 위치하는 머리 내부에서 정상파(standing wave)가 발생하여, 머리의 중앙부는 밝고 주변부는 어둡게 나타나게 되어 진단이 어려워지는 문제점이 있다. 뿐만 아니라, 고자장 MRI 시스템에 사용되는 RF 코일은 저자장 MRI 시스템에서와는 달리 개발하는데 많은 어려움이 있다. 그 이유는 다음과 같다.

첫째, 공명 주파수가 자장의 크기에 비례하기 때문에, 고자장 MRI 시스템에서는 신호의 파장이 짧아지는 문제가 있다. 저주파의 교류(AC) 신호의 경우에는 선로나 회로의 크기에 비해 파장이 상당히 길기 때문에 신호의 파장에 대해 별다른 고려가 필요하지 않지만, 주파수가 300MHz가 넘어가면 파장이 cm 단위로 짧아져, 선로 상에서 위상의 중첩이 발생하게 된다. 파장이 긴 저주파 신호의 경우에는, 교류(AC) 파형이 선로 상에서 중첩되더라도 위상 차이(phase shift)가 작기 때문에 파형의 왜곡은 거의 일어나지 않는다. 하지만, 파장이 짧은 고주파의 경우에는, 위상이 어긋나서 중첩된다면 신호 파형은 완전히 왜곡되어 원 파형을 유지하지 못할 수 있다. 이러한 문제를 회피하기 위해서는 회로 크기 자체를 줄일 수 밖에 없고, 코일 설계시 회로나 구성 소자(component)의 구조, 길이, 크기 등의 모든 치수(dimension)를 고려해야 한다.

둘째, 혼선(crosstalk)이 늘어나는 문제가 있다. 저주파 신호의 경우에도 선로 간의 간섭, 즉 혼선이 존재한다. 그러나, 주파수가 올라갈수록, 코일의 실제적인 부분이 아닌, 신호를 주거나 받는데 기여하지 않는 다른 부분도 코일처럼 동작하여 많은 양의 전자파 에너지를 방사하게 되고, RF 회로에서의 커플링(coupling)은 더욱 중요한 영향을 미치게 된다. 결국 파장 문제와 더불어 RF 코일 회로의 설계는 점점 더 구조 설계처럼 되어간다. 역으로 이러한 커플링을 이용하여 RF 코일에서 회로 설계를 할 수도 있다.

셋째, 높은 안테나 이득을 필요로 하는 문제가 있다. RF 코일의 송수신 신호는 무선 신호이기 때문에, 실제 사용시에 요구되는 명세(specification)로 인해 작게 만들어야 하는 경우가 대부분이다. 하지만 코일의 크기가 작을수록, 그 이득도 줄어들게 된다. 따라서, RF 코일 설계시 작은 크기로 보다 높은 이득을 얻기 위한 많은 기술들이 필요하다.

고자장 MRI 시스템에서는 신호의 파장이 짧아지는 문제를 해결하고, 높은 신호대 잡음비를 가지는 표면 영상을 얻기 위한 방법으로 다수개의 채널을 확보하는 방법이 이용되고 있다.

다수개의 채널을 확보하기 위해서는 채널 간의 감결합이 매우 중요하다. 도 3은 종래 기술의 감결합 방법을 나타낸다. 도 3과 같은 감결합 방법에 따르면 다수개의 채널을 확보하기 위해서 각 채널을 형성하는 표면 코일의 크기가 제한된다는 문제가 있다. 즉, 심부영상을 얻기 위해서는 표면 코일의 크기가 커야 하는데, 상기와 같은 종래의 감결합 방법으로는 다수개의 채널을 확보하면서 표면 코일의 크기를 크게 하는 것이 불가능하다.

대한민국 공개특허 10-2015-0033440

본 발명은, 종래기술의 상기와 같은 문제를 해소하기 위하여 안출된 것으로서, 심부영상을 얻을 수 있는 표면 코일의 크기를 유지하면서, 다수개의 채널을 확보할 수 있는 감결합 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 감결합 방법에 의해 구성되는 자기공명영상 시스템용 RF 코일 어셈블리를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 RF 코일 어셈블리를 포함하는 자기공명영상 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은,

자기공명영상용 RF 어레이 코일의 감결합 방법에 있어서,

다수개의 폐회로 표면 코일을 2층으로 배열하며;

각각의 폐회로 표면 코일을 그의 위층 또는 아래층에 배열된 하나 이상의 폐회로 표면 코일과 겹치도록 배열하며;

상기 각각의 폐회로 표면 코일이 다른 각각의 폐회로 표면 코일과 겹치는 영역이 각 폐회로 표면 코일의 내부면적을 기준으로 25~49%가 되도록 배열하며;

같은 층에 나란히 배열된 폐회로 표면 코일이 존재하는 경우, 각각의 폐회로 표면 코일을 인접하는 다른 폐회로 표면 코일 각각과 2~10개의 커패시터, 인덕터 및 변압기로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 매개하여 연결하며;

각각의 폐회로 표면 코일이 폐회로 내에 2~20개의 커패시터를 포함하게 하는 것을 특징으로 하는 자기공명영상용 RF 어레이 코일의 감결합 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은

자기공명영상 시스템용 RF 코일 어셈블리에 있어서,

다수개의 폐회로 표면 코일이 2층으로 배열된 구조를 가지며;

각각의 폐회로 표면 코일은 그의 위층 또는 아래층에 배열된 하나 이상의 폐회로 표면 코일과 겹치도록 배열되며;

상기 각각의 폐회로 표면 코일이 다른 각각의 폐회로 표면 코일과 겹치는 영역은 각 폐회로 표면 코일의 내부면적을 기준으로 25~49%가 되도록 배열되며;

같은 층에 나란히 배열된 폐회로 표면 코일이 존재하는 경우, 각각의 폐회로 표면 코일은 인접하는 다른 폐회로 표면 코일 각각과 2~10개의 커패시터, 인덕터 및 변압기로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 매개하여 연결되며;

각각의 폐회로 표면 코일은 폐회로 내에 2~20개의 커패시터를 포함하는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 자기공명영상 시스템용 RF 코일 어셈블리를 제공한다.

또한, 본 발명은

자기공명영상 시스템에 있어서,

청구항 5의 RF 코일 어셈블리,

상기 RF 코일 어셈블리에 의해 형성된 공간에 주자기장이 형성되도록 상기 RF 코일 어셈블리에 전기 신호를 인가하는 RF 송신 모드 및 상기 형성된 주자기장 내에 위치한 피검체로부터 자기공명 신호를 수신하는 RF 수신 모드를 스위칭하는 RF 코일 제어부, 및

상기 피검체로부터 수신된 상기 자기공명 신호에 기초하여 상기 피검체에 대한 자기공명영상을 생성하는 영상처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기공명영상 시스템을 제공한다.

본 발명의 감결합 방법은 표면 코일들 간의 극단적인 겹침 배열을 통하여 심부영상을 얻을 수 있는 표면 코일의 크기를 유지하면서 다수개의 채널을 확보할 수 있게 하므로, 자기공명영상 시스템에 적용될 경우 고감도의 심부영상을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 자기공명영상 시스템용 RF 코일 어셈블리는 심부영상을 얻을 수 있는 표면 코일의 크기를 유지하면서, 다수개의 채널을 확보할 수 있기 때문에 자기공명영상 시스템에 적용되는 경우 고감도의 심부영상을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 자기공명영상 시스템은 상기 RF 코일 어셈블리를 포함하므로 해상도가 우수한 영상을 제공할 수 있다.

도 1및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기공명영상 시스템의 구성을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 종래 기술의 감결합 방법을 도시한 도면이다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 평면형 감결합 방법 및 RF 코일 어셈블리의 일실시 형태를 도시한 도면들이다(도 4 및 도 6에서 (a): 평면도, (b): 전면도).
도 8 내지 도 10은 본 발명의 원통형 감결합 방법 및 RF 코일 어셈블리의 일 실시형태를 도시한 도면들이다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명하기에 앞서 관련된 공지기능 및 구성에 대한 구체적 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 설명은 생략하기로 한다.

아래 설명과 도면은 당업자가 설명되는 장치와 방법을 용이하게 실시할 수 있도록 특정 실시예를 예시한다. 다른 실시예는 구조적, 논리적으로 다른 변형을 포함할 수 있다. 개별 구성 요소와 기능은 명확히 요구되지 않는 한, 일반적으로 선택될 수 있으며, 과정의 순서는 변할 수 있다. 몇몇 실시예의 부분과 특징은 다른 실시예에 포함되거나 다른 실시예로 대체될 수 있다.

본 발명은, 도 4 내지 도 10에 예시된 바와 같이, 자기공명영상용 RF 어레이 코일의 감결합 방법에 있어서, 다수개의 폐회로 표면 코일(10, 20)을 2층으로 배열하며;

각각의 폐회로 표면 코일(10, 20)을 그의 위층 또는 아래층에 배열된 하나 이상의 폐회로 표면 코일과 겹치도록 배열하며;

상기 각각의 폐회로 표면 코일이 다른 각각의 폐회로 표면 코일과 겹치는 영역이 각 폐회로 표면 코일의 내부면적을 기준으로 25~49%가 되도록 배열하며;

같은 층에 나란히 배열된 폐회로 표면 코일이 존재하는 경우, 각각의 폐회로 표면 코일을 인접하는 다른 폐회로 표면 코일 각각과 2~10개의 커패시터(12, 22), 인덕터 및 변압기로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 매개하여 연결하며;

각각의 폐회로 표면 코일이 폐회로 내에 2~20개의 커패시터(11, 21)를 포함하게 하는 것을 특징으로 하는 자기공명영상용 RF 어레이 코일의 감결합 방법에 관한 것이다.

본 발명의 감결합 방법은 송신 및 수신모드를 함께 수행하는 송수신(Tx/Rx) RF 어레이 코일의 감결합에 관한 것이다.

상기 겹치는 영역이 각 폐회로 표면 코일의 내부면적을 기준으로 25% 미만일 경우에는 심부영상을 얻을 수 있는 표면 코일의 크기를 얻기 어려우며, 겹치는 영역이 49%를 초과하는 경우는 물리적으로 제조하기 어려운 점이 있다.

본 발명의 감결합 방법은 심부영상을 얻을 수 있는 표면 코일의 크기를 유지하면서, 다수개의 채널을 확보하는 것을 가능하게 하는 것을 특징으로 한다. 즉, 심부영상을 얻을 수 있는 크기의 표면 코일을 사용하면서, 다수개의 채널을 확보하기 위하여 표면 코일 간의 극단적인 겹침(Overlapping) 구조를 활용하되, 표면 코일들 간의 상호 인덕턴스 커플링을 커패시터의 배치에 의하여 최소화하는 것을 특징으로 한다.

상기 각각의 폐회로 표면 코일이 다른 각각의 폐회로 표면 코일과 겹치는 영역이 각 폐회로 표면 코일의 내부면적을 기준으로 35~49%가 되도록 배열하는 것이 더욱 바람직하며, 40~49%가 되도록 배열하는 것이 더 더욱 바람직하다.

본 발명의 감결합 방법에서, 상기 아래층 폐회로 표면 코일(10)과 위층 폐회로 표면 코일(20)의 적층 간격은 특별히 요구되지 않으며, 아래층 폐회로 표면 코일(10)과 위층 폐회로 표면 코일(20) 사이에 절연막이 게재된 상태로 직접 적층될 수 있다. 또한, 코일이 적층되는 곳에서만 코일의 도체를 일부 띄워서 절연을 확보하는 방법으로도 적층될 수도 있다.

본 발명의 감결합 방법이 적용되는 RF 코일 어셈블리 및 자기공명영상 시스템은 도 1 및 도 2와 같은 형태를 갖는다. 도 1 및 도 2에 예시된 바와 같이, RF 코일 어셈블리(130)는 자기공명영상 시스템(100)에서 피검체의 신체 일부, 예를 들어 머리, 가슴, 다리 등의 국부에 대한 자기공명영상을 촬영하기 위해서 피검체의 신체 일부에 설치된다. RF 코일 어셈블리(130)는 원형 하우징(190) 외부에 구비된 별도의 독립적인 장치로서, 자기공명영상의 촬영을 원하는 피검체의 신체 일부에 위치되도록 이동 가능한 장치이다. 도 1에서는 평면형의 RF 코일 어셈블리(130)가 도시되어 있고, 도 2에서는 도 1과는 다른, 원형의 RF 코일 어셈블리(130)가 도시되어 있으나, 도 1 및 도 2에서의 RF 코일 어셈블리(130)의 기능 및 역할은 동일하다.

상기 RF 코일 어셈블리(130)는 하나 이상의 폐회로 표면 코일이 어레이 된 것을 포함하며, 본 발명의 감결합 방법은 상기 폐회로 표면 코일의 어레이에 적용된다. 자기공명영상 시스템(100)에 대해서는 하기에서 다시 자세히 설명하기로 한다.

본 발명의 RF 어레이 코일의 감결합 방법에 있어서, 도 6, 7, 9 및 10에 예시된 바와 같이, 상기 겹치는 영역을 형성하는 위층 폐회로 표면 코일(20)과 아래층 폐회로 표면 코일(10)의 회로부분은 2~10개의 커패시터(30), 인덕터 및 변압기로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 매개하여 서로 연결할 수 있다. 이와 같이 위층 폐회로 표면 코일과 아래층 폐회로 표면 코일을 커패시터에 의해 연결하는 방법으로 코일과 코일간의 isolation (mutual inductance coupling을 이 확보된)을 적용하여 디커플링 효과를 확보할 수 있다.

본 발명의 RF 어레이 코일의 감결합 방법에 있어서, 도 4 내지 7에 예시된 바와 같이, 상기 같은 층에 배열된 각각의 폐회로 표면 코일들은 동일 평면상에 배열될 수 있다.

또한, 도 8내지 10에 예시된 바와 같이, 상기 같은 층에 배열된 각각의 폐회로 표면 코일들은 원통형상을 갖도록 배열될 수도 있다.

본 발명의 RF 어레이 코일의 감결합 방법에 있어서, 상기 위층과 아래층에 배열되는 각각의 폐회로 표면 코일들은 동일한 형태 및 사이즈의 폐회로 표면 코일일 수 있다. 예컨대, 상기 감결합 방법은 원통형상의 경우 위층에 배열되는 폐회로 표면 코일 8개 및 아래층에 배열되는 폐회로 표면 코일 8개로 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명은, 도 4 내지 도 10에 예시된 바와 같이, 자기공명영상 시스템용 RF 코일 어셈블리에 있어서,

다수개의 폐회로 표면 코일(10, 20)이 2층으로 배열된 구조를 가지며;

각각의 폐회로 표면 코일(10, 20)은 그의 위층 또는 아래층에 배열된 하나 이상의 폐회로 표면 코일과 겹치도록 배열되며;

상기 각각의 폐회로 표면 코일(10, 20)이 다른 각각의 폐회로 표면 코일과 겹치는 영역은 각 폐회로 표면 코일의 내부면적을 기준으로 25~49%가 되도록 배열되며;

같은 층에 나란히 배열된 폐회로 표면 코일이 존재하는 경우, 각각의 폐회로 표면 코일(10, 20)은 인접하는 다른 폐회로 표면 코일 각각과 2~10개의 커패시터(12), 인덕터 및 변압기로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 매개하여 연결되며;

각각의 폐회로 표면 코일(10, 20)은 폐회로 내에 2~20개의 커패시터(11, 21)를 포함하는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 자기공명영상 시스템용 RF 코일 어셈블리(200)에 관한 것이다.

상기 RF 코일 어셈블리(200)는 송신 및 수신모드를 함께 수행하는 송수신(Tx/Rx)용 RF 코일 어셈블리이다.

상기 RF 코일 어셈블리(200)에 있어서, 각각의 폐회로 표면 코일(10, 20)이 다른 각각의 폐회로 표면 코일과 겹치는 영역이 각 폐회로 표면 코일의 내부면적을 기준으로 25% 미만일 경우에는 심부영상을 얻을 수 있는 표면 코일의 크기를 유지하기 어려우며, 겹치는 영역이 49%를 초과하는 경우는 물리적으로 제조하기 어렵다.

상기 겹치는 영역이 각 폐회로 표면 코일의 내부면적을 기준으로 35~49%가 되도록 배열하는 것이 더욱 바람직하며, 40~49%가 되도록 배열하는 것이 더 더욱 바람직하다.

본 발명의 RF 코일 어셈블리(200)에 있어서, 상기 아래층 폐회로 표면 코일(10)과 위층 폐회로 표면 코일(20)의 적층 간격은 특별히 요구되지 않으며, 아래층 폐회로 표면 코일(10)과 위층 폐회로 표면 코일(20) 사이에 절연막이 게재된 상태로 직접 적층될 수 있다. 또한, 코일이 적층되는 곳에서만 코일의 도체를 일부 띄워서 절연을 확보하는 방법으로도 적층될 수도 있다.

상기 RF 코일 어셈블리(200)에 있어서, 같은 층에 나란히 배열된 폐회로 표면 코일이 존재하는 경우, 각각의 폐회로 표면 코일(10, 20)은 인접하는 다른 폐회로 표면 코일 각각과 2~10개의 커패시터, 인덕터 및 변압기로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 매개하여 연결된다. 이와 같은 연결에 의하여 코일과 코일간의 isolation (mutual inductance coupling을 이 확보된)을 적용하여 디커플링 효과를 확보할 수 있다. 상기에서 2개 미만의 커패시터, 인덕터 및 변압기로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상에 의하여 연결되는 경우에는 극단적인 겹침구조에 의한 인턱턴스 커플링을 방지하기 어렵다. 상기 인턱턴스는 2개 이상에서부터 코일의 구조 및 주파수의 특성에 따라 적절한 개수로 포함될 수 있다.

상기 RF 코일 어셈블리(200)에 있어서, 각각의 폐회로 표면 코일(10, 20)은 폐회로 내에 2 이상의 커패시터(11, 21)를 포함하는 구조를 갖는다. 상기 각각의 폐회로 표면 코일(10, 20)이 폐회로 내에 2개 미만의 커패시터를 포함하는 경우에는 인턱턴스 커플링을 최소화하기 어렵다. 상기 캐패시터는 2개 이상에서부터 코일의 구조 및 주파수의 특성에 따라 적절한 개수로 포함될 수 있다. 예를 들어, 시중에서 구할 수 있는 캐패시터의 용량을 고려하는 경우 2개 내지 20개를 포함할 수 있다.

상기 RF 코일 어셈블리(200)에 있어서, 도 6, 7, 9 및 10에 예시된 바와 같이, 상기 겹치는 영역을 형성하는 위층 폐회로 표면 코일(20)과 아래층 폐회로 표면 코일(10)의 회로부분은 2~10개의 커패시터(30), 인덕터 및 변압기로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 매개하여 서로 연결될 수 있다. 이와 같이 위층 폐회로 표면 코일(20)과 아래층 폐회로 표면 코일(10)을 커패시터(30)에 의해 연결하는 방법으로 코일과 코일간의 isolation (mutual inductance coupling을 이 확보된)을 적용하여 디커플링 효과를 확보할 수 있다. 상기에서 2개 미만의 커패시터, 인덕터 및 변압기로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상에 의하여 연결되는 경우에는 극단적인 겹침구조에 의한 인턱턴스 커플링을 방지하기 어렵다. 상기 인턱턴스는 2개 이상에서부터 코일의 구조 및 주파수의 특성에 따라 적절한 개수로 포함될 수 있다.

상기 RF 코일 어셈블리(200)에 있어서, 상기 위층과 아래층에 배열되는 각각의 폐회로 표면 코일(10, 20)들은 동일한 형태 및 사이즈의 폐회로 표면 코일일 수 있다. 이와 같이, 동일한 형태 및 사이즈를 갖는 경우는 코일에 인가되는 RF source에 의한 자기장의 세기 즉, 송신필드의 크기 및 수신 시의 sensitivity의 크기가 일정하므로 영상에서 균일한 자기공명영상신호를 획득 할 수 있다.

상기 RF 코일 어셈블리(200)에 있어서, 상기 겹치는 영역을 형성하는 위층 폐회로 표면 코일(20)과 아래층 폐회로 표면 코일의 회로부분(10)은 2개의 커패시터(30)에 의해 서로 연결되며;

같은 층에 나란히 배열된 폐회로 표면 코일(10, 20)이 존재하는 경우, 각각의 폐회로 표면 코일은 인접하는 다른 폐회로 표면 코일 각각과 2개의 커패시터(12, 22)에 의하여 연결되며;

각각의 폐회로 표면 코일은 폐회로 내에 4~8개의 커패시터(11, 21)를 포함하는 구조를 가질 수 있다.

상기 RF 코일 어셈블리(200)에 있어서, 상기 폐회로 표면 코일들의 소재는 특별히 한정되지 않으며, 예컨대, 구리 또는 구리합금으로 제조될 수 있다.

상기 RF 코일 어셈블리(200)에 있어서, 도 4 내지 7에 예시된 바와 같이, 상기 자기공명영상 시스템용 RF 코일 어셈블리(200)는 고분자 플레이트(미도시) 위에 아래층 폐회로 표면 코일(10)이 배열되고, 상기 아래층 폐회로 표면 코일 위에 위층 폐회로 표면 코일(20)이 배열될 수 있다. 상기 아래층 폐회로 표면 코일(10)과 위층 폐회로 표면 코일(20)은 절연소재를 매개하여 적층될 수 있다.

상기 위층과 아래층에 배열되는 각각의 폐회로 표면 코일들은 동일한 형태 및 사이즈를 가지며,

상기 아래층 폐회로 표면 코일(10)이 위층 폐회로 표면 코일(20)보다 1개 더 많은 형태로 배열되거나(도 4 내지 7 참고), 위층 폐회로 표면 코일(20)이 아래층 폐회로 표면 코일(10)보다 1개 더 많은 형태로 배열될 수 있다.

상기 RF 코일 어셈블리(200)에 있어서, 상기 고분자 플레이트는 평면형 또는 곡면형일 수 있다.

상기 고분자 플레이트 소재는 특별히 한정되지 않으나, 예컨대, 아크릴계 수지 등으로 제조될 수 있다.

상기 RF 코일 어셈블리(200)에 있어서, 도 8 내지 10에 예시된 바와 같이, 상기 자기공명영상 시스템용 RF 코일 어셈블리(200)는 고분자 원통형 관체(미도시)의 외주면에 아래층 폐회로 표면 코일(10)이 배열되고, 상기 아래층 폐회로 표면 코일 위에 위층 폐회로 표면 코일(20)이 배열되며;

상기 아래층 폐회로 표면 코일들(10)과 위층 폐회로 표면 코일들(20)은 2층의 원통형 관체 형태를 형성할 수 있다.

상기 위층과 아래층에 배열되는 각각의 폐회로 표면 코일들은 동일한 형태 및 사이즈를 가지며, 상기 아래층 폐회로 표면 코일과 위층 폐회로 표면 코일의 개수가 동일하게 배열될 수 있다. 이와 같이, 동일한 형태 및 사이즈를 갖는 경우는 코일에 인가되는 RF source에 의한 자기장의 세기 즉, 송신필드의 크기 및 수신 시의 sensitivity의 크기가 일정하므로 영상에서 균일한 자기공명영상신호를 획득 할 수 있다.

상기 아래층 폐회로 표면 코일과 위층 폐회로 표면 코일은 예컨대, 각각 6-8개씩 동일한 개수로 배열되어 12-16 채널을 형성할 수 있다. 그러나 채널의 개수는 바디 코일로 제작할 경우 주파수에 따라 달리 설정될 수 있으므로 상기 범위로 한정되는 것은 아니다.

상기 고분자 원통형 관체의 소재는 특별히 한정되지 않으나, 예컨대, 아크릴계 수지 등으로 제조될 수 있다.

상기 RF 코일 어셈블리(200)에 포함되는 각각의 폐회로 표면 코일(10, 20)에는 이 분야에 공지된 방법에 따라 전류가 인가될 수 있다. 예를 들어, 상기 전류가 각각의 폐회로 표면 코일(10, 20)에 인가되면 자기장이 형성되고, 폐회로 표면 코일 각각에서 형성된 자기장은 피사체에 침투하여 자기공명 영상 데이터를 생성하게 된다.

상기 다수개의 폐회로 표면 코일(10, 20)의 각 채널에 입력되는 신호들은 원형 편파(circularly polarized)를 형성하기 위해서 서로 다른 위상차 2pi/ 코일의 개수로 설정될 수 있다. 예를 들어 22~90도 씩의 위상차를 가지고 입력될 수 있다.

폐회로 표면 코일(10, 20)들 각각이 신호와 생성된 자기공명 영상 데이터를 송수신하는 동축 케이블과 연결될 때 상기 폐회로 표면 코일(10, 20)과 동축 케이블 사이에는 예를 들어, 33~77옴의 임피던스를 가지는 정합회로가 삽입될 수 있다.

상기 동축 케이불은 노이즈 제거필터(Ground Breaker)를 통하여 라디오주파수 증폭기에 연결될 수 있다.

또한, 본 발명은

도 1 및 도 2에 예시된 바와 같은, 자기공명영상 시스템에 있어서,

도 4 내지 10에 예시된 바와 같이, 다수개의 폐회로 표면 코일(10, 20)이 2층으로 배열된 구조를 가지며;

각각의 폐회로 표면 코일(10, 20)은 그의 위층 또는 아래층에 배열된 하나 이상의 폐회로 표면 코일과 겹치도록 배열되며;

상기 각각의 폐회로 표면 코일(10, 20)이 다른 각각의 폐회로 표면 코일과 겹치는 영역은 각 폐회로 표면 코일의 내부면적을 기준으로 25~49%가 되도록 배열되며;

같은 층에 나란히 배열된 폐회로 표면 코일이 존재하는 경우, 각각의 폐회로 표면 코일(10, 20)은 인접하는 다른 폐회로 표면 코일 각각과 2~10개의 커패시터(12, 22), 인덕터 및 변압기로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 매개하여 에 의하여 연결되며;

각각의 폐회로 표면 코일(10, 20)은 폐회로 내에 2~20개의 커패시터(11, 21)를 포함하는 구조를 갖는 RF 코일 어셈블리(200)를 제공한다.

상기 RF 코일 어셈블리에 의해 형성된 공간에 주자기장이 형성되도록 상기 RF 코일 어셈블리에 전기 신호를 인가하는 RF 송신 모드 및 상기 형성된 주자기장 내에 위치한 피검체로부터 자기공명 신호를 수신하는 RF 수신 모드를 스위칭하는 RF 코일 제어부(110), 및

상기 피검체로부터 수신된 상기 자기공명 신호에 기초하여 상기 피검체에 대한 자기공명영상을 생성하는 영상처리부(120)를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기공명영상 시스템(100)에 관한 것이다.

상기에서 전술된 본 발명의 RF 코일 어셈블리에 관한 내용은 본 발명의 자기공명영상 시스템(100)에 그대로 적용된다. 따라서, 중복되는 부분의 기술은 생략한다.

이하에서, 본 발명의 자기공명영상 시스템(100)에 포함되는 일반적인 구성들에 대하여 자세히 설명한다. 하기 설명은 자기공명영상 시스템의 일반적인 구성을 예시적으로 설명하기 위한 것으로서 하기에 예시된 구성들은 공지의 기술들로 대체될 수 도 있다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기공명영상 시스템(100)의 구성도를 도시한 도면이다. 도 1 및 도 2에서는 RF 코일 어셈블리(130)의 형태에만 평면형 또는 원형으로서 차이가 있을 뿐, 다른 구성들은 동일하므로, 이하에서는 도 1 및 도 2를 연계하여 설명하도록 한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예의 자기공명영상 시스템(100)은 컴퓨팅 장치(100) 및 원형 하우징(190)을 포함한다.

원형 하우징(190)은 내측으로부터 외측의 순서로, 송신전용의 볼륨형 RF 코일 장치(140), 경사 자계 코일(150), 및 주자석(160)을 포함한다. 피검체는 테이블(170)상에 누운 상태로 원형 하우징(190)의 중공(190a) 속에 이동하게 되며, 이후 자기공명영상의 촬영이 이루어지게 된다.

자기공명영상 시스템(100)에서 원형 하우징(190)을 구성하는 송신전용의 볼륨형 RF 코일 장치(140), 경사 자계코일(150), 및 주자석(160)은 컴퓨팅 장치(100)에 연결되어 구동 및 제어된다. 컴퓨팅 장치(100)는, 촬영된 피검체의 자기공명영상을 표시하여주거나 사용자의 조작 신호가 입력되는 콘솔(미도시)에 또한 연결될 수 있다.

자기공명영상 시스템(100)에서 송신전용의 볼륨형 RF 코일 장치(140)는 피검체의 피검 부위에 설치되는 도 1의 평면형의 RF 코일 어셈블리(130) 또는 도 2의 원형의 RF 코일 어셈블리(130)와 함께 컴퓨팅 장치(100)의 RF 코일 제어부(110)에 의해 독립적으로 구동 및 제어될 수 있다.

주자석(160)은 인체 내에 분포해 있는 원소 중 자기공명 현상을 일으키는 원소, 즉 수소, 인, 나트륨, 카본 등의 원자핵을 자화시키기 위한 주자계를 발생시키는 것으로서, 초전도 전자석이나 영구 자석일 수 있다.

경사 자계 코일(150)은 자기공명영상을 촬영하기 위해서는 공간적으로 선형적인 경사 자계를 발생시키는 코일로서, 통상적으로 자기공명영상에는 x-, y-, z-방향으로 경사 자계를 각기 형성하는 세 개의 경사 자계 코일이 사용된다. 경사 자계 코일(150)은 자화 벡터가 횡평면에서 회전할 때 자화 벡터의 회전 주파수나 위상을 공간적으로 제어하여 자기공명영상 신호가 공간 주파수 영역, 즉 k-영역에서 표현되도록 하는 역할을 한다.

자기공명영상 신호를 만들기 위해 자화 벡터를 횡평면으로 정렬시켜야 하는데 이를 위해서는 라모(Larmor) 주파수를 중심 주파수로 하는 RF 자계를 발생시키는 볼륨형 RF 코일 장치(140)와 RF 코일 어셈블리(130)가 필요하다. 라모 주파수 대역의 RF 전류가 인가된 볼륨형 RF 코일 장치(140)와 RF 코일 어셈블리(130)는 라모 주파수로 회전하는 회전 자계를 형성한다. 이 회전 자계에 의하여 자화 벡터의 공명, 즉 핵자기 공명이 야기되면, 자화 벡터가 횡평면으로 정렬되게 된다. 자화 벡터가 일단 횡평면으로 정렬되게 되면 횡평면에서 라모 주파수로 회전하는 자화 벡터는 패러데이(Faraday) 법칙에 의해 볼륨형 RF 코일 장치(140)와 RF 코일 어셈블리(130)에 기전력을 발생시킨다. 이와 같은 기전력 신호, 즉 수신되는 RF 신호를 고주파 증폭기로 증폭한 뒤 라모 주파수의 정현파로 복조(demodulation)하면 기저 대역(base band)의 자기공명 신호를 얻을 수 있다. 기저 대역의 자기공명 신호는 컴퓨팅 장치(100)로 전송되어, 영상 처리부(120)에 의해 양자화 등의 처리를 거친 후 자기공명영상이 생성되게 된다.

위와 같이, 자기공명영상 시스템(100)에서 자기공명영상이 생성되는 일반적인 원리를 간략하게 설명하였다.

자기 공명영상이 생성되는 과정에 관한 보다 상세한 설명은 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 자명하므로, 본 실시예에서는 생략하도록 한다.

자기공명영상 시스템(100)에서 원형 하우징(190) 내에 구비된 볼륨형 RF 코일 장치(140)는 피검체의 전신에 대한 자기공명영상을 촬영하기 위해 사용될 수 있다. 이와 달리, 피검체의 신체 일부, 예를 들어 머리, 가슴, 다리 등의 국부에 대한 자기공명영상을 촬영하기 위해서는 피검체의 신체 일부에 설치되는 RF 코일 어셈블리(130)가 사용될 수 있다. RF 코일 어셈블리(130)는 원형 하우징(190) 외부에 구비된 별도의 독립적인 장치로서, 자기공명영상의 촬영을 원하는 피검체의 신체 일부에 위치되도록 이동 가능한 장치이다.

앞서 설명한 바와 같이, 도 1에서는 평면형의 RF 코일 어셈블리(130)가 도시되어 있고, 도 2에서는 도 1과는 다른, 원형의 RF 코일 어셈블리(130)가 도시되어 있으나, 도 1 및 도 2에서의 RF 코일 어셈블리(130)의 기능 및 역할은 동일하다.

한편, 자기공명영상 시스템(100)에 최적화된 RF 코일의 공진주파수는 자기공명영상 시스템(100)의 운영 주파수(operating frequency)에 따라 달라지게 된다. 자기공명영상 시스템(100)이 3T(tesla)로 운영되는 경우 127.74 MHz의 운영 주파수, 4.7T로 운영되는 경우 200 MHz의 운영 주파수, 7T로 운영되는 경우 300 MHz의 운영 주파수, 9.4T로 운영되는 경우 400 MHz의 운영 주파수를 갖는다.

상기에서 본 발명의 RF 코일 어레이의 감결합 방법, 및 RF 코일 어셈블리, 및 자기공명영상 시스템은 종래의 기술과 비교하여 특징적인 부분을 중심으로 설명되었다. 따라서, 상기에서 설명된 특징적인 부분을 제외한 구성들은 공지의 기술이 그대로 적용될 수 있다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련되어 설명되었지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서, 첨부된 특허청구범위는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

10: 아래층 폐회로 표면 코일 20: 위층 폐회로 표면 코일
11, 21, 12, 22, 30: 커패시터
100: 자기공명영상 시스템 110: RF 코일 제어부
120: 영상 처리부 130: RF 코일 어셈블리
140: 볼륨형 RF 코일 장치 150: 경사 자계 코일
160: 주자석 170: 테이블
190: 원형 하우징 190a: 중공
200: RF 코일 어셈블리

Claims (16)

1. 자기공명영상용 RF 어레이 코일의 감결합 방법에 있어서,
   다수개의 폐회로 표면 코일을 2층으로 배열하며;
   각각의 폐회로 표면 코일을 그의 위층 또는 아래층에 배열된 하나 이상의 폐회로 표면 코일과 겹치도록 배열하며;
   상기 각각의 폐회로 표면 코일이 다른 각각의 폐회로 표면 코일과 겹치는 영역이 각 폐회로 표면 코일의 내부면적을 기준으로 25~49%가 되도록 배열하며;
   같은 층에 나란히 배열된 폐회로 표면 코일이 존재하는 경우, 각각의 폐회로 표면 코일을 인접하는 다른 폐회로 표면 코일 각각과 2~10개의 커패시터, 인덕터 및 변압기로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 매개하여 연결하며;
   각각의 폐회로 표면 코일이 폐회로 내에 2~20개의 커패시터를 포함하게 하는 것을 특징으로 하는 자기공명영상용 RF 어레이 코일의 감결합 방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 겹치는 영역을 형성하는 위층 폐회로 표면 코일과 아래층 폐회로 표면 코일의 회로부분은 2~10개의 커패시터, 인덕터 및 변압기로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 매개하여 서로 연결하는 것을 특징으로 하는 감결합 방법.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 같은 층에 배열된 각각의 폐회로 표면 코일들은 동일 평면상에 배열되는 것을 특징으로 하는 감결합 방법.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 같은 층에 배열된 각각의 폐회로 표면 코일들은 원통형상을 갖도록 배열되는 것을 특징으로 하는 감결합 방법.
5. 자기공명영상 시스템용 RF 코일 어셈블리에 있어서,
   다수개의 폐회로 표면 코일이 2층으로 배열된 구조를 가지며;
   각각의 폐회로 표면 코일은 그의 위층 또는 아래층에 배열된 하나 이상의 폐회로 표면 코일과 겹치도록 배열되며;
   상기 각각의 폐회로 표면 코일이 다른 각각의 폐회로 표면 코일과 겹치는 영역은 각 폐회로 표면 코일의 내부면적을 기준으로 25~49%가 되도록 배열되며;
   같은 층에 나란히 배열된 폐회로 표면 코일이 존재하는 경우, 각각의 폐회로 표면 코일은 인접하는 다른 폐회로 표면 코일 각각과 2~10개의 커패시터, 인덕터 및 변압기로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 매개하여 연결되며;
   각각의 폐회로 표면 코일은 폐회로 내에 2~20개의 커패시터를 포함하는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 자기공명영상 시스템용 RF 코일 어셈블리.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 겹치는 영역을 형성하는 위층 폐회로 표면 코일과 아래층 폐회로 표면 코일의 회로부분은 2~10개의 커패시터, 인덕터 및 변압기로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 매개하여 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 자기공명영상 시스템용 RF 코일 어셈블리.
7. 청구항 5에 있어서,
   상기 자기공명영상 시스템용 RF 코일 어셈블리는 고분자 플레이트 위에 아래층 폐회로 표면 코일이 배열되고, 상기 아래층 폐회로 표면 코일 위에 위층 폐회로 표면 코일이 배열되는 것을 특징으로 하는 자기공명영상 시스템용 RF 코일 어셈블리.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 위층과 아래층에 배열되는 각각의 폐회로 표면 코일들은 동일한 형태 및 사이즈를 가지며,
   상기 아래층 폐회로 표면 코일이 위층 폐회로 표면 코일보다 1개 더 많은 형태로 배열되거나, 위층 폐회로 표면 코일이 아래층 폐회로 표면 코일보다 1개 더 많은 형태로 배열되는 것을 특징으로 하는 자기공명영상 시스템용 RF 코일 어셈블리.
9. 청구항 7에 있어서,
   상기 고분자 플레이트는 평면형 또는 곡면형인 것을 특징으로 하는 자기공명영상 시스템용 RF 코일 어셈블리.
10. 청구항 5에 있어서,
    상기 자기공명영상 시스템용 RF 코일 어셈블리는 고분자 원통형 관체의 외주면에 아래층 폐회로 표면 코일이 배열되고, 상기 아래층 폐회로 표면 코일 위에 위층 폐회로 표면 코일이 배열되며;
    상기 아래층 폐회로 표면 코일들과 위층 폐회로 표면 코일들은 2층의 원통형 관체 형태를 형성하는 것을 특징으로 하는 자기공명영상 시스템용 RF 코일 어셈블리.
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 위층과 아래층에 배열되는 각각의 폐회로 표면 코일들은 동일한 형태 및 사이즈를 가지며,
    상기 아래층 폐회로 표면 코일과 위층 폐회로 표면 코일의 개수가 동일하게 배열되는 것을 특징으로 하는 자기공명영상 시스템용 RF 코일 어셈블리.
12. 자기공명영상 시스템에 있어서,
    청구항 5의 RF 코일 어셈블리,
    상기 RF 코일 어셈블리에 의해 형성된 공간에 주자기장이 형성되도록 상기 RF 코일 어셈블리에 전기 신호를 인가하는 RF 송신 모드 및 상기 형성된 주자기장 내에 위치한 피검체로부터 자기공명 신호를 수신하는 RF 수신 모드를 스위칭하는 RF 코일 제어부, 및
    상기 피검체로부터 수신된 상기 자기공명 신호에 기초하여 상기 피검체에 대한 자기공명영상을 생성하는 영상처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기공명영상 시스템.
13. 청구항 12에 있어서,
    상기 RF 코일 어셈블리는 고분자 플레이트 위에 아래층 폐회로 표면 코일이 배열되고, 상기 아래층 폐회로 표면 코일 위에 위층 폐회로 표면 코일이 배열되는 것을 특징으로 하는 자기공명영상 시스템.
14. 청구항 13에 있어서,
    상기 위층과 아래층에 배열되는 각각의 폐회로 표면 코일들은 동일한 형태 및 사이즈를 가지며,
    상기 아래층 폐회로 표면 코일이 위층 폐회로 표면 코일보다 1개 더 많은 형태로 배열되거나, 위층 폐회로 표면 코일이 아래층 폐회로 표면 코일보다 1개 더 많은 형태로 배열되는 것을 특징으로 하는 자기공명영상 시스템.
15. 청구항 12에 있어서,
    상기 자기공명영상 시스템용 RF 코일 어셈블리는 고분자 원통형 관체의 외주면에 아래층 폐회로 표면 코일이 배열되고, 상기 아래층 폐회로 표면 코일 위에 위층 폐회로 표면 코일이 배열되며;
    상기 아래층 폐회로 표면 코일들과 위층 폐회로 표면 코일들은 2층의 원통형 관체 형태를 형성하는 것을 특징으로 하는 자기공명영상 시스템.
16. 청구항 15에 있어서,
    상기 위층과 아래층에 배열되는 각각의 폐회로 표면 코일들은 동일한 형태 및 사이즈를 가지며,
    상기 아래층 폐회로 표면 코일과 위층 폐회로 표면 코일의 개수가 동일하게 배열되는 것을 특징으로 하는 자기공명영상 시스템.

Images