KR101892976B1 - Mr-보디 코일 - Google Patents

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KR101892976B1
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루드비그 에벌러
폴커 마츠쉴
위르겐 니스틀러
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지멘스 헬스케어 게엠베하
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Abstract

본 발명은 MR-보디 코일, 자기 공명 장치 및 자기 공명 장치 조작 방법에 관한 것이다. MR-보디 코일은 적어도 하나의 안테나 유닛 및 적어도 하나의 전치 증폭 유닛을 포함하고, 전치 증폭 유닛은 안테나 유닛의 피드 포인트에 배열되고, 전치 증폭 유닛은 안테나 유닛의 피드 포인트에서 0.7보다 큰 값의 입력 반사 팩터를 갖는다.

Description

MR-보디 코일{MR-BODY COIL}
본 발명은 MR-보디 코일, 자기 공명 장치 및 자기 공명 장치를 조작하기 위한 방법에 관한 것이다.
자기 공명 이미징(MRI)에 의한 대상물, 특히 환자의 이미징 검사의 경우, 대개는, 전신 공명기로도 지칭될 수 있는 통상적으로 영구 설치된 MR-보디 코일(body coil)이 자기 공명 신호를 여기하기 위해 일반적으로 사용되며, 이것은 이러한 목적을 위한 안테나 유닛을 갖는다. 자기 공명 신호는 통상적으로 라모어 주파수(Lamor frequency) 주변의 주파수를 갖는다. 자기 공명 신호를 수신하기 위해서도 MR-보디 코일을 사용하는 것이 가능하지만, 이러한 목적을 위해서는 전용 MR-MR-로컬 코일(local coil)들이 통상적으로 사용된다. 이들은 통상적으로 환자에 가깝게 배치되며, 결과적으로 높은 신호 대 잡음비(SNR)를 제공한다. 더구나, 현대의 MR-로컬 코일들은 통상적으로 다수의 개별 코일 요소를 포함한다. 수신 간격 동안 수신되는 코일 요소의 자기 공명 신호는 수신 증폭기에 의해 증폭될 수 있다. 다수의 코일 요소는 예로서 SENSE(Sensitivity Encoding) 또는 GRAPPA(Generalized Autocalibrating Partially Parallel Acquisition)와 같은 이미징 기술, 특히 병렬 이미징 기술을 적용하여 부분적으로는 동일한 이미지 품질을 가지면서 스캐닝 시간을 크게 줄일 수 있다는 것을 의미한다.
높은 이미지 품질을 달성하기 위해, MR-보디 코일과 하나 이상의 MR-로컬 코일(들)의 결합을 가능한 한 줄이는 것이 바람직하다. 결합은 MR-로컬 코일의 디튜닝(detuning)을 유발할 수 있으며, 따라서 수신 증폭기에 대한 코일 요소의 조정이 영향을 받는다. 더구나, MR-보디 코일로부터의 잡음도 MR-로컬 코일에 결합될 수 있다. 양 효과는 결과적인 이미지 품질의 상당한 저하를 유발하며, 이는 더 나쁜 신호 대 잡음비로 그리고/또는 MR-로컬 코일의 변경된 공간 수신 특성으로 나타날 수 있다. 이러한 이유로 인해, 대개는 현재 MR-로컬 코일만이 또는 MR-보디 코일만이 자기 공명 신호를 수신하는 데 사용된다.
통상적인 MR-보디 코일에서는 수신 간격 동안 MR-보디 코일과 MR-로컬 코일의 결합을 억제하기 위해 디튠 회로(detune circuit)들로 알려진 것이 사용된다. 이들은 예로서 PIN 다이오드들을 가지며, 수신 간격 동안 MR-보디 코일을 비활성화한다. 디튠 회로의 기능은 통상적으로 MR-보디 코일의 안테나 유닛 내의 전류 경로를 분리하고/하거나 통상적으로 라모어 주파수에 대응하는 안테나 유닛의 동작 주파수를 시프트시켜 MR-로컬 코일에 대한 최적으로 낮은 결합이 발생하게 하는 것이다.
이러한 종래 기술로부터 시작하여, 본 발명의 목적은 더 쉽게 그리고 효과적으로 디튜닝될 수 있는 MR-보디 코일을 개시하는 것이다.
그러한 목적은 독립 청구항들의 특징들에 의해 달성된다. 유리한 실시예들이 종속 청구항들에서 설명된다.
따라서, 본 발명의 MR-보디 코일은 적어도 하나의 안테나 유닛 및 안테나 유닛의 피드 포인트에 배열되는 적어도 하나의 전치 증폭 유닛을 포함한다. 전치 증폭 유닛은 안테나 유닛의 피드 포인트에서 입력 반사 팩터를 가지며, 그 값은 0.7보다 크고, 바람직하게는 0.8보다 크고, 특히 바람직하게는 0.9보다 크다.
적어도 하나의 안테나 유닛은 통상적으로 전자기파를 방출하기 위한, 특히 자기 공명 신호를 여기하기 위한 그리고/또는 전자기파, 특히 자기 공명 신호를 수신하기 위한 기술적 배열, 특히 도체 구조이다. 임의의 수신된 자기 공명 신호는 적어도 하나의 전치 증폭 유닛으로 전송되고, 그에 의해 증폭될 수 있다. 피드 포인트는 안테나 유닛의 입력으로서 그리고/또는 적어도 하나의 전치 증폭 유닛이 적어도 하나의 안테나 유닛에 접속되는 전기 접속 포인트로서 간주될 수 있다.
산란 파라미터, 약어로는 S-파라미터(S11)로도 지칭될 수 있는 입력 반사 팩터는 적어도 하나의 안테나 유닛의 피드 포인트에서의 적어도 하나의 전치 증폭 유닛의 거동을 설명하는 데 사용된다. 그 값은 최대 1일 수 있다. 적어도 하나의 전치 증폭 유닛의 입력 반사 팩터의 값은 유리하게 가능한 한 높은데, 즉 가능한 한 1에 가깝다. 이것은 높은 임피던스는 물론, 낮은 임피던스에 의해서도 달성될 수 있다. 결과적으로, 안테나 유닛의 공명이 감쇠될 수 있고/있거나, 가능한 MR-로컬 코일들에 대한 MR-보디 코일의 결합이 최소화될 수 있다.
따라서, 통상적으로 사용되는 바와 같은 가능한 디튠 회로가 생략될 수 있는데, 즉 안테나 유닛은 바람직하게 디튠 회로를 갖지 않는다. 대신, 전치 증폭 유닛의 디튜닝 효과가 사용된다.
가능한 디튠 회로를 갖지 않는 것은 현저한 간소화를 유도한다. 따라서, 디튠 회로들을 위한 가능한 재료 비용 및 그들의 통합을 위한 노동 비용은 MR-보디 코일의 제조에 대해서는 적용되지 않는다. 더구나, MR-보디 코일의 신뢰성이 증가되는데, 이는 결과적으로 더 이상 필요하지 않지만 통상적인 MR-보디 코일들에서 스위칭 요소들로서 사용되는 PIN 다이오드들이 비교적 큰 고장 위험을 갖기 때문이다. 더구나, MR-보디 코일 내에 디튠 회로를 갖지 않는 것은 안테나 유닛의 튜닝을 용이하게 하는데, 이는 그렇지 않을 경우에는 필요한 디튠 회로들에 대한 신호 라우팅이 안테나 유닛의 대칭성을 파괴하기 때문이다. 특히, 안테나 유닛의 장 분포에 대한 영향이 그에 의해 방지될 수 있다. 마지막으로, 디튠 회로들에서의 가능한 손실이 방지될 수 있는데, 즉 동일한 양의 송신 전력을 이용하여 더 높은 장 강도가 달성될 수 있으므로, 안테나의 효율이 증가할 수 있다.
MR-보디 코일의 일 실시예는 MR-보디 코일이 종종 새장 안테나(birdcage antenna)로도 지칭되는 새장 코일 및/또는 TEM 안테나 및/또는 안장 코일(saddle coil)을 포함하는 것으로 규정한다.
새장 코일들은 통상적으로 복수의, 특히 병렬인 로드(rod)에 의해 서로 접속되는 2개의 단부 링을 포함한다. 피드 포인트는 바람직하게 단부 링들 중 하나의 단부 링에 배치되지만, 예로서 복수의 로드 중 하나의 로드 상에 중앙에 배치될 수도 있다. 새장 코일들은 높은 신호 균일성을 가지며, 그들이 특히 적합한 것은 이러한 이유 때문이다.
TEM 안테나는 가로 전자기(TEM) 파를 송신 및/또는 수신하도록 설계되며, 종종 복수의, 특히 병렬인 능동 도체를 포함한다. TEM 안테나는 통상적으로 단부 링을 갖지 않는다.
안장 코일들은 낮은 장 강도에 관해 특히 적합하다.
바람직하게, 전치 증폭 유닛은 0.7보다 큰, 바람직하게는 0.8보다 큰, 특히 바람직하게는 0.9보다 큰 값을 갖는 입력 반사 팩터를 갖는 전치 증폭기를 포함한다. 이것은 MR-보디 코일이 특히 효과적으로 디튜닝될 수 있다는 것을 의미하는데, 즉 수신 증폭기로도 지칭될 수 있는 이러한 유형의 전치 증폭기는 가능한 MR-로컬 코일들에 대한 MR-보디 코일의 결합을 최소화하는 데 사용될 수 있다. 결과적으로 MR-보디 코일 내의 디튠 회로들이 생략될 수 있다.
전치 증폭 유닛은 바람직하게 전치 증폭기를 안테나 유닛의 피드 포인트에 접속하기 위해 스위치를 포함한다. 스위치를 작동시킴으로써, 예로서 무선 주파수(RF) 신호, 특히 자기 공명 신호를 수신하기 위한 제1 동작 상태 및 RF 신호를 송신하기 위한 제2 동작 상태와 같은 복수의 동작 상태 사이에서 변환하는 것이 가능하다. 제1 동작 상태에서, 전치 증폭기는 바람직하게 안테나 유닛의 피드 포인트에 접속된다. 제2 동작 상태에서, 예로서 전력 분할기 및/또는 RF 전력 증폭기 및/또는 RF 펄스를 위한 RF 생성기를 포함할 수 있는 가능한 송신 유닛이 바람직하게 안테나 유닛의 피드 포인트에 접속된다.
MR-보디 코일은 결과적으로 송신은 물론 수신을 위해서도 사용될 수 있으며, MR-보디 코일은 수신시에 전치 증폭 유닛에 의해 디튜닝된다.
MR-보디 코일의 일 실시예는 전치 증폭 유닛이 고전력 임피던스(high-power impedance)를 포함하는 것으로 규정한다. 특히, 예로서 병렬 방지 다이오드들 또는 송신-수신 스위치를 포함하는 보호 회로를 고전력 임피던스로서 사용하는 것이 상상된다. 이것은 가능한 MR-로컬 코일들의 송신 모드를 가능하게 한다.
통상적인 전치 증폭기들은 잠재적으로는 가능한 MR-로컬 코일들의 송신 모드 동안 손상 없이 유지될 만큼 전력 안정성이 충분하지 않을 것인데, 즉 수신 모드에서의 MR-로컬 코일로부터 MR-보디 코일로의 과잉 결합된 전력은 MR-보디 코일의 전치 증폭기를 손상시킬 수 있다. 예로서, 고전력 임피던스가 MR-로컬 코일의 송신 기간 동안 MR-보디 코일의 안테나 유닛의 피드 포인트에 접속되므로 치유가 이루어질 수 있다.
고전력 임피던스를 안테나 유닛의 피드 포인트에 접속하기 위해, 전치 증폭 유닛은 유리하게 스위치를 갖는다. 이 스위치는 예로서 고전력 임피던스에 대한 안테나 유닛의 피드 포인트의 접속에 더하여 전치 증폭기 및 송신 유닛에 대한 접속도 가능하게 하는 3-방향 스위치에 의해 통합될 수 있다.
바람직하게, 강한 전력 임피던스는 0.7보다 큰, 바람직하게는 0.8보다 큰, 특히 바람직하게는 0.9보다 큰 값을 갖는 입력 반사 팩터를 갖는다. MR-보디 코일은 결과적으로 특히 효과적으로 디튜닝될 수 있는데, 즉 가능한 MR-로컬 코일들에 대한 MR-보디 코일의 결합을 최소화하기 위해 이러한 유형의 고전력 임피던스가 사용될 수 있다. 특히, 강한 전력 임피던스의 임피던스는 그에 따라 전치 증폭 유닛에 의해 통합될 수도 있는 가능한 전치 증폭기의 임피던스와 동일하며, 따라서 강한 전력 임피던스는 전치 증폭기와 같이 안테나 유닛의 피드 포인트에서 적절한 입력 반사 팩터를 갖는다.
바람직하게, 전치 증폭 유닛의 입력 반사 팩터는 안테나의 피드 포인트에서 165도 내지 195도, 바람직하게는 170도 내지 190도, 특히 바람직하게는 175도 내지 185도의 위상을 갖는다. 이상적으로, 이 위상은 180도이다.
전치 증폭 유닛의, 특히 가능한 전치 증폭기 및/또는 가능한 강한 전력 임피던스의 입력 반사 팩터는 결과적으로 안테나 유닛의 피드 포인트에서 변환되며, 따라서 그의 공명이 결과적으로 가능한 한 많이 감쇠되고/되거나, 전치 증폭 유닛의 디튜닝 효과가 최대화된다. 대개는, 안테나 유닛의 피드 포인트에서의 단락 회로가 이러한 목적에 유리하다.
일 실시예는 전치 증폭 유닛이 입력 반사 팩터의 위상을 조정하기 위해 적어도 하나의 변환 요소, 특히 위상 시프터를 갖는 것으로 규정한다. 위상은 그에 의해 특히 쉽게 조정될 수 있다.
전치 증폭 유닛이 입력 반사 팩터의 위상을 조정하기 위해 위상으로 조정되는 적어도 하나의 케이블 길이를 갖는 것도 상상 가능하다. 이것은 특히, 이상적으로는 180도인 피드 포인트에서의 입력 반사 팩터의 원하는 위상이 가능한 전치 증폭기에서 직접 측정되는 입력 반사 팩터의 위상
Figure 112016068774665-pat00001
에서 (송신시의) 케이블의 위상 길이
Figure 112016068774665-pat00002
의 2배를 뺀 값과 동일할 경우에 달성될 수 있다.
180도 =
Figure 112016068774665-pat00003
- 2
Figure 112016068774665-pat00004
이 분야의 기술자에게 알려진 바와 같이, 기계적 길이 L은 라모어 주파수 및 케이블 고유 감소 팩터가 고려될 때 위상 길이
Figure 112016068774665-pat00005
로부터 산출된다.
케이블 길이를 조정함으로써, 추가 컴포넌트 없이 위상에 영향을 주는 것이 가능하다.
추가 실시예는 전치 증폭 유닛이 송신 경로와 수신 경로 사이에서 안테나 유닛의 피드 포인트를 스위칭하도록 설계되는 제1 스위치를 포함하는 것으로 규정한다. 전치 증폭 유닛은 바람직하게 수신 경로 내에 종단 임피던스, 전치 증폭기 및 제2 스위치를 포함한다. 제2 스위치는 종단 임피던스와 전치 증폭기 사이에서 스위칭하도록 설계된다.
종단 임피던스는 강하게 설계될 필요가 없다. 종단 임피던스는 바람직하게 실질적으로 -1의 입력 반사 팩터를 갖는다. 이것은 종단 임피던스를 단락 회로로서 설계함으로써 달성될 수 있다. 단락 회로를 구현하기 위해, 예로서 동축 시스템의 경우에 내부 도체가 외부 도체에 직접 접속될 수 있다.
MR-보디 코일은 통상적으로 여기 신호 파장을 갖는 여기 신호들을 방출하도록 설계된다. 예로서, 1.5 T의 주 자기장을 갖는 자기 공명 장치의 경우의 여기 주파수는 약 65 MHz이며, 이것은 공기 중의 약 4.7 m 및 케이블 내의 약 3.3 m의 여기 신호 파장에 대응한다. 안테나 유닛의 피드 포인트와 종단 임피던스 사이에서, 전치 증폭 유닛은 바람직하게 실질적으로 여기 신호 파장의 절반 파장의 정수배인 케이블 길이를 갖는다. 따라서, 전술한 예에서의 케이블 길이는 바람직하게 약 1.63 m 또는 3.3 m 또는 4.95 m 등이다.
종단 임피던스가 실질적으로 -1의 입력 반사 팩터를 갖는 경우, 안테나 유닛의 피드 포인트에서 전치 증폭 유닛은 예로서 0.7보다 큰 값의 입력 반사 팩터를 쉽게 가질 수 있다.
제1 스위치는 바람직하게 제2 스위치보다 큰 전력 안정성을 갖는다. 제1 스위치는 바람직하게 송신 경로 상에서 주어진 전력들을 신뢰성 있게 스위칭할 수 있도록 큰 전력 안정성을 갖는다. 수신 경로 상에서 전송되는 전력들은 통상적으로 더 작으며, 따라서 그곳에 위치하는 제2 스위치는 손상을 유발하지 않고서 더 작은 전력 안정성을 갖도록 설계될 수도 있다.
구체적으로, 자기 공명 신호들의 여기, 즉 여기 신호들의 전송이 예로서 가능한 MR-로컬 코일들을 통해서가 아니라 MR-보디 코일을 통해서만 발생하는 것으로 규정되는 경우, 전치 증폭 유닛은 그에 따라 더 간단한 설계를 가질 수 있다.
본 발명의 MR-보디 코일을 포함하는 자기 공명 장치도 제안된다. 자기 공명 장치의 장점들은 위에서 상세히 설명된 MR-보디 코일의 장점들과 실질적으로 일치한다.
제안되는 MR-보디 코일에 의해 가능해지는, 달리는 통상적인 디튠 회로들의 생략은 예로서 디튠 회로들을 위한 전압 및 전류 생성, 제어 논리, 케이블링 등과 같은 기반구조가 생략될 수 있으므로 자기 공명 장치가 간소화될 수 있다는 것을 의미한다.
자기 공명 장치는 바람직하게 적어도 하나의 MR-로컬 코일을 포함한다. 이러한 적어도 하나의 MR-로컬 코일은 MR-보디 코일과 동시에 자기 공명 신호들을 수신할 수 있는데, 이는 MR-로컬 코일 및 MR-보디 코일이 설명되는 회로에 의해 분리되기 때문이다.
더구나, MR-보디 코일 및 적어도 하나의 MR-로컬 코일을 갖는 자기 공명 장치를 조작하기 위한 방법은 다음의 단계들을 포함한다:
- 자기 공명 신호들을 여기하는 단계
- 자기 공명 신호들 중 적어도 일부를 수신하는 단계.
자기 공명 장치를 조작하기 위한 본 발명의 방법의 장점들은 위에서 상세히 설명된 본 발명의 MR-보디 코일 및/또는 본 발명의 자기 공명 장치의 장점들과 실질적으로 일치한다. 이와 관련하여 설명되는 특징들, 장점들 또는 대안 실시예들이 또한 나머지 청구 발명들에 전달될 수 있고, 그 반대도 가능하다.
여기는 자기 공명 장치에 의해, 특히 MR-보디 코일에 의해 그리고/또는 적어도 하나의 MR-로컬 코일에 의해 생성되는 RF 신호들을 이용하여 발생할 수 있다. RF 신호들은 검사 대상물의 핵들에 의해 흡수될 수 있다. 결과적으로, 핵들은 MR-보디 코일에 의해서만 또는 적어도 하나의 MR-로컬 코일에 의해서만 또는 양 타입의 코일에 의해 적어도 부분적으로 동시에 수신될 수 있는 자기 공명 신호들을 방출할 수 있다.
MR-보디 코일은 바람직하게 안테나 유닛 및 고전력 임피던스를 포함하며, 적어도 하나의 MR-로컬 코일에 의한 자기 공명 신호들의 여기의 경우, MR-보디 코일의 안테나는 고전력 임피던스에 접속되는데, 즉 고전력 임피던스는 송신 간격 동안 활성화되고, 따라서 송신 MR-로컬 코일로부터 MR-보디 코일로의 전력 전송으로 인한 어떠한 손상도 가능한 전치 증폭기에 대해 발생하지 않는다.
자기 공명 신호들이 적어도 하나의 MR-로컬 코일 및 MR-보디 코일에 의해 동시에 수신되는 것도 제안된다.
신호들이 적어도 하나의 MR-로컬 코일 및 MR-보디 코일에 의해 동시에 수신될 때 이미지 균일성의 개선이 달성될 수 있다. 이것은 MR-보디 코일들이 통상적으로 MR-로컬 코일들에 비해 더 높은 균일성의 공간 수신 프로필을 갖는다는 사실에 의해 설명될 수 있다. 따라서, MR-보디 코일에 의해 수신되는 자기 공명 신호들은 표면으로부터 떨어진 검사 대상물의 슬라이스들에서의 이미지 품질의 개선에 기여할 수 있다.
더구나, MR-로컬 코일들은 물론, MR-보디 코일로부터의 자기 공명 신호들을 요구하는 일부 이미징 방법들은 신호들의 동시 수신으로 인해 가속화될 수 있다. 이들은 예로서 신호들이 일반적으로 MR-로컬 코일들 및 MR-보디 코일들에 의해 순차적으로 스캐닝되는 정규화 방법들을 포함한다.
더구나, 조사들은 중대 사례, 예로서 사람의 복부 영역 검사의 경우에 결과적인 이미지의 신호 대 잡음비가 신호들을 동시에 수신하는 적어도 하나의 MR-로컬 코일 및 MR-보디 코일에 의해 증가될 수 있다는 것을 보여주었다.
대안으로서, 자기 공명 신호들은 MR-보디 코일에 의해서만 여기된다. MR-보디 코일의 안테나 유닛은 자기 공명 신호들이 적어도 하나의 MR-로컬 코일에 의해 수신될 때 종단 임피던스에 접속된다. 이러한 변형은 전치 증폭 유닛의 더 간단한 구성을 가능하게 하는데, 이는 가능한 고전력 임피던스 및 가능한 전력 안정성 3 방향 스위치가 생략될 수 있기 때문이다.
본 발명의 추가 장점들, 특징들 및 상세들이 아래에서 도면들을 참조하여 설명되는 예시적인 실시예들로부터 나타난다. 모든 도면들에서 서로 대응하는 요소들에는 동일한 참조 번호들이 부여된다.
도면들에서:
도 1은 통상적인 MR-보디 코일의 개략도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 MR-보디 코일의 개략도를 나타낸다.
도 3은 확장된 본 발명의 MR-보디 코일의 개략도를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 자기 공명 장치의 개략도를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 방법의 블록도를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 MR-보디 코일의 추가 변형의 개략도를 나타낸다.
도 4는 자기 공명 장치(10)를 개략적으로 나타낸다. 자기 공명 장치(10)는 스캐닝 영역에서 강한 그리고 특히 균일한 자기장(13)을 생성하기 위한 초전도 주 자석(12)을 포함하는 자기 유닛(11)을 포함한다. 자기 공명 장치(10)는 환자(15)를 수용하기 위한 환자 수용 영역(14)도 포함한다. 본 예시적인 실시예에서, 환자 수용 영역(14)은 원통형이며, 원주 방향으로 자기 유닛(11)에 의해 원통형으로 둘러싸인다. 그러나, 상이한 설계의 환자 수용 영역(14)이 기본적으로 항상 상상될 수 있다. 환자(15)는 자기 공명 장치(10)의 환자 배치 장치(16)에 의해 환자 수용 영역(14) 내로 밀릴 수 있다. 환자 배치 장치(16)는 이러한 목적을 위해 환자 수용 영역(14) 안으로 이동하도록 배열된 환자 침상(17)을 갖는다.
자기 유닛(11)은 이미징 동안 공간 인코딩에 사용되는 자기장 기울기를 생성하기 위한 기울기 코일 유닛(18)도 갖는다. 기울기 코일 유닛(18)은 자기 공명 장치(10)의 기울기 제어 유닛(19)에 의해 제어된다. 자기 유닛(11)은 본 예시적인 실시예에서 자기 공명 장치(10) 내에 영구적으로 통합되는 MR-보디 코일(100')로서 설계되는 무선 주파수 안테나 유닛도 포함한다. MR-보디 코일(100')은 주 자석(12)에 의해 생성되는 주 자기장(13) 내에 설정되는, 핵들의 여기를 위해 설계된다. MR-보디 코일(100')은 자기 공명 장치(10)의 무선 주파수 안테나 제어 유닛(21)에 의해 제어되며, 무선 주파수 자기 공명 시퀀스를 자기 공명 장치(10)의 환자 수용 영역(14)에 의해 실질적으로 형성되는 검사 공간 내로 방출한다. MR-보디 코일(100')은 또한 자기 공명 신호들을 수신하도록 설계된다.
자기 공명 신호들은 특히 여기서 무선 주파수 안테나 제어 유닛(21)에 접속되는 MR-로컬 코일(30)에 의해 수신될 수 있다. 이 예에서, MR-로컬 코일(30)은 환자(15)의 머리 영역에 배열된다. 물론, 하나 대신 복수의 MR-로컬 코일이 사용되는 것도 가능하다.
기울기 제어 유닛(19)의 주 자석(12)을 제어하기 위해 그리고 무선 주파수 안테나 제어 유닛(21)을 제어하기 위해, 자기 공명 장치(10)는 시스템 제어 유닛(22)을 갖는다. 시스템 제어 유닛(22)은 예로서 사전 결정된 이미징 기울기 에코 시퀀스를 실행하는 것과 같이 자기 공명 장치(10)를 중앙 제어한다. 더구나, 시스템 제어 유닛(22)은 자기 공명 검사 동안 획득되는 의료 이미지 데이터의 평가를 위한 평가 유닛(도시되지 않음)을 포함한다. 자기 공명 장치(10)는 시스템 제어 유닛(22)에 접속되는 사용자 인터페이스(23)도 포함한다. 예로서 이미징 파라미터들과 같은 제어 정보 및 재구성된 자기 공명 이미지들이 의료 운영자를 위해 사용자 인터페이스(23)의 디스플레이 유닛(24), 예로서 적어도 하나의 모니터 상에 표시될 수 있다. 사용자 인터페이스(23)는 스캐닝 프로세스 동안 의료 운영자가 정보 및/또는 파라미터들을 입력할 수 있는 입력 유닛(25)도 갖는다.
물론, 본 예시적인 실시예의 도시된 자기 공명 장치(10)는 자기 공명 장치들이 통상적으로 갖는 추가 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 더욱이, 자기 공명 장치(10)의 일반 동작 모드가 이 분야의 기술자에게 알려져 있으며, 따라서 일반 컴포넌트들의 상세한 설명이 생략될 수 있다.
도 1은 여기서 새장 코일로서 설계되는 종래 기술에 따른 통상적인 MR-보디 코일(100)을 나타낸다. 안테나 유닛(102)은 복수의 로드에 의해 접속되는 2개의 단부 링을 포함한다. 단부 링들에는 커패시터들(110) 및 디튠 회로들(120)이 배치되며, 이들은 통상적으로 PIN 다이오드들(여기서는 도시되지 않음)을 포함한다. 디튠 회로들은 가능한 MR-로컬 코일들(30)이 자기 공명 신호들을 수신하는 기간 동안 MR-보디 코일을 비활성화하는 데 사용된다. 디튠 회로들(120)의 제어기 및 전원의 도시는 생략되었다.
안테나 유닛(102)은 피드 포인트(F2)에 의해 송신기 유닛(TX)에 접속된다. 송신기 유닛(TX)은 예로서 전력 분할기 및/또는 RF 전력 증폭기 및/또는 RF 펄스들을 위한 RF 생성기를 포함할 수 있다. 스위치(130)의 스위칭 상태에 따라, 피드 포인트(F1)가 송신기 유닛(TX) 또는 수신기 유닛(RX)에 접속된다. 피드 포인트(F1)와 수신기 유닛(RX) 사이의 경로에는 MR-보디 코일(100)에 의해 수신되는 자기 공명 신호들을 증폭하여 무선 주파수 안테나 제어 유닛(21)으로 전송하도록 설계되는 전치 증폭기(140)가 배열된다. 통상적인 MR-보디 코일들 내의 통상적인 전치 증폭기들(140)은 종종 50 Ω의 입력 임피던스를 가지며, 이것은 0의 입력 반사 팩터(S11)에 대응한다.
도 2는 예로서 본 발명의 MR-보디 코일(100')을 나타낸다. 이것은 도 1에 도시된 통상적인 MR-보디 코일들과 달리 디튠 회로들(120)을 갖지 않는다. 그와 달리, 이것은 전치 증폭 유닛(101)을 가지며, 이는 피드 포인트(F1)에 배열되고, 안테나 유닛(102')의 피드 포인트(F1)에서 유리하게 가능한 한 큰, 특히 0.7보다 큰, 바람직하게는 0.8보다 큰, 특히 바람직하게는 0.9보다 큰 입력 반사 팩터를 갖는다. 안테나 유닛(102')의 공명은 그에 의해 양호하게 감쇠될 수 있으며, 따라서 높은 달성 가능하나 신호 대 잡음비의 경우에 MR-보디 코일(100') 및 MR-로컬 코일(30)이 자기 공명 신호들을 동시에 수신하는 것이 가능하다.
전치 증폭 유닛(101)은 케이블(145)에 의해 피드 포인트(F1)에 접속될 수 있는 전치 증폭기(140')를 갖는다. 구체적으로, 전치 증폭기(140')는 그의 입력 반사 팩터의 값이 가능한 한 크도록, 특히 0.7보다 크도록, 바람직하게는 0.8보다 크도록, 특히 바람직하게는 0.9보다 크도록 설계된다. 전치 증폭 유닛(101)의, 특히 전치 증폭기(140')의 입력 반사 팩터는 안테나 유닛의 피드 포인트(F1)에서 적절한 케이블 길이(L)의 케이블(145) 및 추가적인 변환 요소(150)에 의해 변환되며, 따라서 안테나의 피드 포인트에서의 전치 증폭 유닛(101)의 입력 반사 팩터는 165도 내지 195도, 바람직하게는 170도 내지 190도, 특히 바람직하게는 175도 내지 185도의 위상으로 조정된다. 추가적인 변환 요소(150)는 예로서 위상 시프터일 수 있다. 그러나, 위상이 케이블(145)만을 이용하여, 즉 추가적인 변환 요소(150) 없이 이상적으로는 180도인 원하는 값으로 변환되는 것도 상상 가능하다.
스위치(130)는 여기서 2개의 동작 상태, 즉 피드 포인트(F1)가 수신기 유닛(RX)에 접속되는 수신 모드와 피드 포인트(F1)가 송신기 유닛(TX)에 접속되는 송신 모드 사이에서 스위칭할 수 있다. 이 스위치(130)는 도 3에서 3 방향 스위치(130')로 확장된다. MR-로컬 코일(30)이 RF 신호들을 전송하는 제3 동작 상태에서, 이것은 피드 포인트(F1)를 고전력 임피던스(160)에 접속하여, 전치 증폭기(150)의 손상 발생을 방지한다. 따라서, 전치 증폭 유닛(101')은 여기서 2개의 경로: 전치 증폭기(140')에 대한 제1 경로 및 강한 전력 임피던스(160)에 대한 제2 경로를 포함하며, 스위치(130')는 이들 사이에서 스위칭할 수 있다. 그러나, 양 경로는 입력 반사 팩터의 값이 가능한 한 크도록 설계된다. 따라서, 강한 전력 임피던스(160)는 또한 0.7보다 큰, 바람직하게는 0.8보다 큰, 특히 바람직하게는 0.9보다 큰 값의 입력 반사 팩터를 갖는다. 구체적으로, 경로들(Z3, ZRX)의 임피던스들은 동일한데, 즉 동일한 입력 반사 팩터들이 피드 포인트(F1) 상에 작용한다.
더구나, 위상은 또한 강한 전력 임피던스(160)에 대한 경로 상에서 165도 내지 195도, 바람직하게는 170도 내지 190도, 특히 바람직하게는 175도 내지 185도로 조정되는데, 즉 이 경로 상에서는 변환 요소가 선택적으로 사용될 수도 있다.
도 6은 자기 공명 신호들이 MR-보디 코일(100')만의 도움으로 여기되는 경우에, 즉 예로서 여기 신호들이 가능한 MR-로컬 코일들(30)에 의해 전송되는 것으로 규정되지 않는 경우에 특히 적합한 MR-보디 코일(100')의 추가 변형을 나타낸다.
전치 증폭 유닛(101'')은 여기서 안테나 유닛의 피드 포인트를 송신 경로(TX)와 수신 경로(RX) 사이에서 스위칭하도록 설계되는 제1 스위치(130)를 포함한다. 이 제1 스위치(130)는 바람직하게 전력 안정성을 갖도록 형성되는데, 이는 높은 전력들이 송신 경로에서 발생할 수 있기 때문이다.
수신 경로에는 종단 임피던스(210) 및 전치 증폭기(140')와 종단 임피던스(210) 사이에서 스위칭할 수 있는 제2 스위치(200)가 제공된다. 통상적으로 수신 경로에서는 송신 경로에서보다 낮은 전력들이 발생하므로, 제2 스위치(200)가 제1 스위치(130)보다 낮은 전력 안정성을 갖는 경우에 충분할 수 있다.
종단 임피던스(210)는 반드시 전력 안정성을 가질 필요는 없다. 구체적으로, 가능한 MR-로컬 코일들(30)이 여기 신호들을 전송하기 위해 제공되지 않는 경우, 그에 의해 유발되는, 종단 임피던스(210)의 손상을 유발할 수 있는, 수신 경로로의 전력의 결합을 두려워할 필요가 없다.
자기 공명 신호들이 가능한 MR-로컬 코일들(30)에 의해 수신되는 경우, 제2 스위치(200)는 바람직하게 종단 임피던스(210)로 스위칭한다. 피드 포인트(F1)에서의 변환은 최대 디튜닝 효과가 MR-보디 코일(100')에 대해 달성되고, MR-로컬 코일들(30)이 최적으로 높은 신호 대 잡음비로 자기 공명 신호들을 검출할 수 있도록 바람직하게 설계된다.
종단 임피던스(210)가 단락 회로로서 설계되는 경우, 즉 종단 임피던스가 실질적으로 -1의 입력 반사 팩터를 갖는 경우, 신호들의 절반 파장의 정수배인 단락 회로(210)와 피드 포인트(F1) 간의 케이블 길이(L')가 추천되며, 이를 이용하여 자기 공명 신호들이 여기된다.
도 5는 MR-보디 코일(100') 및 적어도 하나의 MR-로컬 코일(30)을 갖는 자기 공명 장치(10)를 조작하기 위한 본 발명의 방법을 나타낸다. 제1 단계(501)에서 자기 공명 신호들이 여기되며, 제2 단계(502)에서 자기 공명 신호들 중 적어도 일부가 수신된다.
적어도 하나의 MR-로컬 코일(30)에 의한 자기 공명 신호들의 여기와 관련하여, MR-보디 코일(100')의 안테나 유닛(102')은 제1 단계(501)에서 고전력 임피던스(160)에 접속되어, 전치 증폭기(140')에 대한 손상을 방지할 수 있다.
제2 단계(502)에서, 신호들은 코일들 간의 상당한 결합의 발생 없이 적어도 하나의 MR-로컬 코일(30) 및 MR-보디 코일(100')에 의해 동시에 수신될 수 있다.
더구나, 단계 501에서 자기 공명 신호들이 MR-보디 코일(100')에 의해서만 여기되며, 단계 502에서 자기 공명 신호들이 MR-로컬 코일(30)에 의해 수신될 때 안테나 유닛(102')의 피드 포인트(F1)가 종단 임피던스(210)에 접속되는 것이 상상될 수 있다.
본 발명은 위에서 예시적인 실시예들을 참조하여 설명되었다. 그러나, 본 발명은 설명된 예시적인 실시예들 중 특정 실시예로 한정되지 않는 대신, 이 분야의 기술자는 본 발명의 기본 아이디어로부터 벗어나지 않고서 설명을 참조하여 변형들을 도출할 수 있다는 것을 이해한다.

Claims (22)

  1. MR-보디 코일로서,
    적어도 하나의 안테나 유닛,
    적어도 하나의 전치 증폭 유닛
    을 포함하고,
    상기 전치 증폭 유닛은 상기 안테나 유닛의 피드 포인트에 배열되고,
    상기 안테나 유닛의 상기 피드 포인트에서, 상기 전치 증폭 유닛은 0.7보다 큰 값의 입력 반사 팩터를 갖고,
    상기 전치 증폭 유닛은 전치 증폭기, 고전력 임피던스 및 상기 전치 증폭기와 상기 고전력 임피던스 사이에서 스위칭하도록 설계되는 스위치를 포함하고,
    적어도 하나의 MR-로컬 코일에 의한 자기 공명 신호들의 여기 동안, 상기 안테나 유닛은 상기 스위치를 통해 상기 고전력 임피던스에 접속되는,
    MR-보디 코일.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 안테나 유닛은 디튠 회로들(detune circuits)을 갖지 않는 MR-보디 코일.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 MR-보디 코일은 새장 코일(birdcage coil), TEM 안테나 및 안장 코일(saddle coil) 중 적어도 하나를 포함하는 MR-보디 코일.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 MR-보디 코일은 적어도 하나의 단부 링 및 적어도 하나의 로드(rod)를 갖는 새장 코일을 포함하고,
    상기 피드 포인트는 상기 적어도 하나의 단부 링에 또는 상기 적어도 하나의 로드 상의 중심에 배치되는 MR-보디 코일.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전치 증폭기는 0.7보다 큰 값의 입력 반사 팩터를 갖는 MR-보디 코일.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 스위치는 상기 전치 증폭기를 상기 안테나 유닛의 상기 피드 포인트에 접속하기 위한 것인 MR-보디 코일.
  7. 삭제
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 고전력 임피던스는 0.7보다 큰 값의 입력 반사 팩터를 갖는 MR-보디 코일.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 스위치는 상기 고전력 임피던스를 상기 안테나 유닛의 상기 피드 포인트에 접속하기 위한 것인 MR-보디 코일.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전치 증폭 유닛의 상기 입력 반사 팩터는 상기 안테나 유닛의 상기 피드 포인트에서 165도 내지 195도의 위상을 갖는 MR-보디 코일.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 전치 증폭 유닛은 상기 입력 반사 팩터의 상기 위상을 조정하기 위해 적어도 하나의 변환 요소를 갖는 MR-보디 코일.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 전치 증폭 유닛은 상기 입력 반사 팩터의 상기 위상을 조정하기 위해 상기 위상에 매칭되는 적어도 하나의 케이블 길이를 갖는 MR-보디 코일.
  13. MR-보디 코일로서,
    적어도 하나의 안테나 유닛,
    적어도 하나의 전치 증폭 유닛
    을 포함하고,
    상기 전치 증폭 유닛은 상기 안테나 유닛의 피드 포인트에 배열되고,
    상기 안테나 유닛의 상기 피드 포인트에서, 상기 전치 증폭 유닛은 0.7보다 큰 값의 입력 반사 팩터를 갖고,
    상기 전치 증폭 유닛은 상기 안테나 유닛의 상기 피드 포인트를 송신 경로와 수신 경로 사이에서 스위칭하도록 설계되는 제1 스위치를 포함하고,
    상기 수신 경로 내의 상기 전치 증폭 유닛은 종단 임피던스, 전치 증폭기 및 제2 스위치를 포함하고,
    상기 제2 스위치는 상기 종단 임피던스와 상기 전치 증폭기 사이에서 스위칭하도록 설계되는 MR-보디 코일.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 종단 임피던스는 실질적으로 -1의 입력 반사 팩터를 갖는 MR-보디 코일.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 MR-보디 코일은 여기 신호 파장의 여기 신호들을 여기하도록 설계되고,
    상기 전치 증폭 유닛은 실질적으로 상기 여기 신호 파장의 절반 파장의 정수배인, 상기 안테나 유닛의 상기 피드 포인트와 상기 종단 임피던스 사이의 케이블 길이를 갖는 MR-보디 코일.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 제1 스위치는 상기 제2 스위치보다 큰 전력 안정성을 갖는 MR-보디 코일.
  17. 제1항 또는 제2항의 MR-보디 코일을 포함하는 자기 공명 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 자기 공명 장치는 적어도 하나의 MR-로컬 코일을 포함하는 자기 공명 장치.
  19. MR-보디 코일 및 적어도 하나의 MR-로컬 코일을 갖는 제18항의 자기 공명 장치를 조작하기 위한 방법으로서,
    - 자기 공명 신호들을 여기하는 단계,
    - 상기 자기 공명 신호들 중 적어도 일부를 수신하는 단계
    를 포함하고,
    상기 MR-보디 코일은 안테나 유닛, 전치 증폭기, 고전력 임피던스 및 상기 전치 증폭기와 상기 고전력 임피던스 사이에서 스위칭하도록 설계되는 스위치를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 MR-로컬 코일에 의한 자기 공명 신호들의 여기 동안, 상기 MR-보디 코일의 상기 안테나 유닛은 상기 스위치를 통해 상기 고전력 임피던스에 접속되는, 자기 공명 장치 조작 방법.
  20. 삭제
  21. 제19항에 있어서,
    신호들은 상기 적어도 하나의 MR-로컬 코일 및 상기 MR-보디 코일에 의해 동시에 수신되는, 자기 공명 장치 조작 방법.
  22. 제13항의 MR-보디 코일 및 적어도 하나의 MR-로컬 코일을 갖는 자기 공명 장치를 조작하기 위한 방법으로서,
    - 자기 공명 신호들을 여기하는 단계,
    - 상기 자기 공명 신호들 중 적어도 일부를 수신하는 단계
    를 포함하고,
    상기 MR-보디 코일은 안테나 유닛, 전치 증폭기, 스위치 및 종단 임피던스를 포함하고,
    상기 자기 공명 신호들의 여기는 상기 MR-보디 코일에 의해서만 실행되고,
    상기 자기 공명 신호들은 상기 적어도 하나의 MR-로컬 코일에 의해 수신되고, 상기 MR-보디 코일의 상기 안테나 유닛은 상기 종단 임피던스에 접속되며,
    상기 스위치는 상기 종단 임피던스와 상기 전치 증폭기 사이에서 스위칭하도록 설계되는, 자기 공명 장치 조작 방법.
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