KR102038630B1 - 자기공명영상 시스템 - Google Patents

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KR102038630B1
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김영범
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Abstract

자기공명영상 장치가 개시된다. 개시된 자기공명영상 장치는 메인 마그넷, 경사 자장코일 및 고주파 코일부를 포함하며, 상기 고주파 코일부는, 피검체의 볼륨에 대응되는 다수의 고주파 코일부를 포함하는 구조로 형성될 수 있다.

Description

자기공명영상 시스템{Magnetic resonance imaging system}
개시된 실시예는 자기 공명 영상 시스템(Magnetic resonance imaging system)에 관한 것이다.
질방의 예방 또는 치료를 위해 인체 내부의 이상을 진단하기 위한 다양한 진단용 장치가 사용되고 있다. 이 중 자력에 의해 발생한 자기장을 이용하는 것으로 자기공명영상(Magnetic resonance imaging: MRI) 장치가 널리 사용되고 있다.
자기공명영상 장치는 생체조직으로부터 공명현상을 유발하기 위하여 생체조직에 고주파 신호를 인가하고, 생체조직에 대한 공간정보를 획득하기 위하여 생체조직에 그레디언트 신호들을 인가할 수 있는 요소들을 포함하고 있다. MRI 장치를 이용하여 인체 내부의 구조 영상을 얻을 수 있으며, 정상적인 세포 또는 조직과 비정상적인 세포 또는 조직을 판별할 수 있다.
특허출원공개공보 제10-2012-0015580호(2012.02.22) 특허출원공개공보 제10-2009-0053181호(2009.05.27) 특허출원공개공보 제10-2001-0086623호(2001.09.15) 미국 특허출원공개공보 제US 2011-0241683호(2011.10.06)
본 발명의 일측면은 고주파 여기 펄스(radio-frequency excitation pulse)를 검사 대상에 송수신할 수 있는 고주파 코일부를 지닌 자기공명영상 장치에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에서는,
정자장을 발생시키는 메인 마그넷;
상기 메인 마그넷의 내측에 형성된 것으로 경사 자장을 발생시키는 경사 자장코일;
상기 경사 자장코일 내측에 형성된 고주파 코일부;를 포함하며,
상기 고주파 코일부는 피검체의 검사 영역을 나타낸 다수의 볼륨들에 대응되도록 형성된 제 1 내지 제 n고주파 코일부를 포함하는 자기공명영상 장치를 제공할 수 있다.
상기 제 1 내지 제 n고주파 코일부의 갯수는, 상기 피검체의 검사 영역을 나타낸 볼륨들의 갯수보다 작거나 같을 수 있다.
상기 고주파 코일부는 다수의 고주파 코일 요소를 포함하여 형성된 것일 수 있다.
상기 고주파 코일 요소는 루프형 고주파 코일 요소를 포함할 수 있다.
상기 다수의 루프형 고주파 코일 요소는 절연 구조체 상에 형성된 것일 수 있다.
상기 다수의 루프형 고주파 코일 요소들 사이에 형성된 고주파 실드를 더 포함할 수 있다.
상기 고주파 코일 요소는 스트립 라인(strip line)형태의 다수의 플레이트형 고주파 코일 요소들을 포함할 수 있다.
상기 다수의 플레이트형 고주파 코일 요소는 절연 구조체 상에 형성된 것일 수 있다.
상기 다수의 플레이트형 고주파 코일 요소들 사이에 형성된 고주파 실드를 더 포함할 수 있다.
상기 제 1 내지 제 n고주파 코일부 중 적어도 하나는, 고주파 코일 셋을 포함하며, 상기 볼륨을 구성하는 슬라이스 영역에 대해 고주파 필드를 인가하여 여기시키는 것일 수 있다.
상기 고주파 코일 요소들은 송신용 고주파 코일 요소, 수신용 고주파 코일 요소 또는 송수신용 고주파 코일 요소들을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 자기공명영상 장치는 고주파 코일부를 z 방향으로 다수개로 형성된 고주파 코일부로 형성함으로써, z방향의 B1+필드 균일도를 향상시킬 수 있으며, 피검체의 볼륨을 구성하는 슬라이스들을 독립적으로 동시에 여기시킴으로써 각 영역 사이의 간섭을 최소화하고 고속으로 피사체의 자기공명 신호를 얻을 수 있다.
도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 자기공명영상(Magnetic Resonance Imaging: MRI) 장치의 일 예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 자기공명영상 장치의 자기공명영상 촬영 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 자기공명영상 장치의 고주파 코일부를 나타낸 도면이다.
도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 자기 공명영상 장치의 고주파 코일부가 검사 대상인 영역을 나타낸 다수의 볼륨(multi-volumn)에 대응되도록 형성된 구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자기공명영상 장치에서 고주파 코일부가 루프(loop)형 고주파 코일 요소로 형성된 구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 자기공명영상 장치에서 고주파 코일부가 스트립 라인(strip line)형태의 다수의 플레이트형 코일 요소로 형성된 구조를 나타낸 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 자기공명영상 장치에 대해 상세히 설명한다. 도면 상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.
도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 자기공명영상(Magnetic Resonance Imaging: MRI) 장치의 일 예를 개략적으로 나타낸 도면이다. 그리고, 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 자기공명영상 장치의 자기공명영상 촬영 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 자기공명영상 장치(100)는 자기공명영상 촬영장치(110) 및 자기공명영상 촬영장치(110)와 연결된 데이터 처리장치(120)를 포함할 수 있다.
자기공명영상 장치(100)는 피검체(101)의 생체 조직에 대한 정보를 포함하는 영상을 피침습적으로 얻을 수 있는 장치이다. 자기공명영상 촬영장치(110)는 통상적으로 원통형 구조로 형성된 메인 마그넷(main magnet)(10), 메인 마그넷(10) 내측에 형성된 경사 자장코일(gradient coil)(12) 및 경사 자장코일(12) 내측에 형성된 고주파 코일부(radio-frequency coil: RF coil)(14)을 포함할 수 있다. 추가적으로 경사 자장코일(12) 및 고주파 코일부(14) 사이 영역에는 고주파 코일부(14)로부터 발생하는 고주파를 차단할 수 있는 고주파 쉴드가 더 형성될 수 있다.
고주파 코일부(14) 내에는 빈 공간인 보어(bore)(16)가 형성될 수 있다. 보어(16)는 피검체(101)가 검사대(102)에 위치하여 이송되는 공간을 나타내며, 보어(16) 내에서 피검자의 자기공명영상을 얻을 수 있다. 구체적으로 피검체(101)는 검사대(102) 상에 소정의 자세로 안착되며, 보어(16) 내부 방향인 z축 방향, 즉 보어(16)의 형성 방향으로 이동된다. 그리고, 검사대(102)는 보어(16) 내부에서 정지 또는 이동 중인 상태에서 자기공명영상 촬영장치(110)에 의하여 진단 영상을 얻을 수 있다.
피검체(101)의 소정 부위에 대한 진단 영상을 얻기 위하여, 자기공명영상 촬영장치(110)는 자력에 의해 발생하는 자기장을 이용할 수 있다. 여기서 검사 대상인 피검체(101)의 소정 부위는 인체, 뇌, 척추, 심장, 간, 태아 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
메인 마그넷(10)은 정자장(static magnetic field)을 보어(16) 내부의 피검자(101)에게 인가할 수 있으며, 통상 원통형으로 형성될 수 있다. 경사 자장코일(12)은 메인 마그넷(10)의 내측에 형성될 수 있으며, 피검체(101)에 대해 메인 마그넷(10)으로부터의 정자장이 인가된 상태에서 핵 스핀 방향으로 소정의 기울기를 지닌 경사 자장(gradient magnetic field)을 인가할 수 있다.
이와같이 피검체(101)의 소정 부위에 대해 메인 마그넷(10)에 의한 정자장과 경사 자장코일(12)에 의한 경사 자장이 인가되는 상태에서, 고주파 코일부(14)는 고주파 펄스에 의한 고주파 자장을 피검체(101)에 인가함으로써, 피검체(101)로부터 발생하는 자기 공명 신호를 수신하며, 또한 외부로 송신할 수 있다. 참고로, 자기공명영상 촬영장치(110) 내에 형성되는 보어(16)의 직경은 메인 마그넷(10), 경사 자장코일(12) 및 고주파 코일부(14)의 내부 직경에 따라 선택적으로 결정될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 자기공명영상 장치(100)는 양전자를 방출하는 방사성 동위원소를 이용한 양전자 방출 단층촬영(Positron Emission Tomography: PET) 장치 등의 다른 의료영상기기와 결합된 형태인 하이브리드 형태의 자기공명영상 시스템일 수 있다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 자기공명영상 장치의 고주파 코일부를 나타낸 도면이다. 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 자기 공명영상 장치의 고주파 코일부가 검사 대상인 영역을 나타낸 다수의 볼륨(multi-volumn)에 대응되도록 형성된 구조를 나타낸 도면이다.
도 1, 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 고주파 코일부(14)는 피검체(101)의 검사 영역을 나타낸 다수의 볼륨(multi-volumn)(201, 202, 203, 204, 205, 206..)들에 각각 대응되도록 z방향으로 제 1고주파 코일부(T1), 제 2고주파 코일부(T2), 제 3고주파 코일부(T3)... 및 제 N고주파 코일부(Tn)를 포함하는 어레이 구조(pTx array)로 형성될 수 있다. 참고로, 본 발명의 실시예에 있어서, 고주파 코일부(14)를 구성하는 N개의 개별 고주파 코일부(Tn)의 갯수는 피검체(101)의 검사 영역을 나타내는 볼륨(201, 202, 203, 204, 205, 206..)의 갯수와 정확히 일치하지 않을 수 있으며, 볼륨(201, 202, 203, 204, 205, 206..)의 갯수와 일치하거나 그보다 작을 수 있다.
도 2b에서 볼륨(201, 202, 203, 204, 205, 206)을 6개로 나타내었으나, 볼륨의 갯수는 제한되지 않으며, 그보다 작거나 클 수 있다. 하나의 볼륨(201, 202, 203, 204, 205, 206) 영역의 폭은 서브 밀리미터 내지 수십 센티미터일 수 있으며, 예를 들어 1mm 내지 60cm일 수 있다.
개개의 고주파 코일부(T1, T2, T3... Tn)은 피검체(101)의 다수의 볼륨(201, 202, 203, 204, 205, 206) 중 적어도 하나 이상의 볼륨(201, 202, 203, 204, 205, 206)들을 동시에 여기(excitation) 시킬 수 있는 복수의 주파수를 갖는 고주파 펄스들을 피검체(101)에 인가하고, 여기된 볼륨(201, 202, 203, 204, 205, 206)들 각각을 3차원 인코딩(encoding)하고, 멀티-채널(Multi-channel) 수신 코일(coil)들을 이용하여 복수의 볼륨(201, 202, 203, 204, 205, 206)들로부터 자기공명 신호들을 획득할 수 있다.
자기공명영상 촬영장치(110)는 정자장 내에 위치한 피검체(101)에 대해 복수의 볼륨들의 라모 주파수(Lamor Frequency)에 대응하는 주파수를 갖는 고주파 펄스들을 인가하여, 복수의 볼륨들을 동시에 여기시킬 수 있다.
라모 주파수에 대해 보다 상세하게 히 설명하면, 원자핵은 스핀운동으로 인하여 자기 모멘트(magnetic moment) 또는 자기 쌍극자 모멘트(magnetic dipole moment)를 가지게 된다. 원자에 외부 자계가 없는 경우 원자핵의 자기 모멘트는 방향에 일정한 규칙이 없는 무작위성을 가지지만, 원자가 정자장 내에 위치하게 되면 원자핵들은 낮은 에너지 상태로 가기 위하여 정자장 방향으로 정렬하게 된다. 이때, 원자핵이 스핀 운동함에 따라, 원자핵의 자기 모멘트는 세차운동(precessional motion)을 하게 된다. 이러한 경우, 원자핵의 자기 모멘트의 세차운동 주파수를 라모 주파수라고 한다. 예를 들어 설명하면, 라모 주파수는 자기 회전비 및 외부에서 인가된 자기장의 세기의 곱에 의하여 결정될 수 있다.
다수의 볼륨(201, 202, 203, 204, 205, 206)들을 동시에 여기시키는 경우에 대해 설명하면, 피검체(101)에 인가되는 고주파 펄스들은 단일-볼륨 선택(single volume selective) 고주파 펄스를 다수개로 모듈레이션한 멀티-밴드드(multi-band) 고주파 펄스들이 될 수 있다. 또한, 고주파 펄스들 각각이 서로 다른 위상을 가짐으로 인하여 고주파 위상 인코딩을 수행할 수도 있다.
본 발명의 실시예에 의한 자기공명영상 장치(100)의 개개의 고주파 코일부(T1, T2, T3... Tn)는 다수의 고주파 코일 요소들을 포함할 수 있으며, 각 고주파 코일 요소들의 형상은 루프형, 스트립라인 형상을 지닐 수 있으며, 그 형태에는 제한이 없다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자기공명영상 장치에서 고주파 코일부가 루프(loop)형 고주파 코일 요소로 형성된 구조를 나타낸 도면이다. 그리고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 자기공명영상 장치에서 고주파 코일부가 스트립 라인(strip line)형태의 다수의 플레이트형 코일 요소로 형성된 구조를 나타낸 도면이다.
도 2a, 도 2b 및 도 3을 참조하면, 고주파 코일부(T1, T2, T3... Tn) 중 적어도 하나인 제 X고주파 코일부(Tx)는 절연 구조체(30) 상에 형성된 다수의 루프 형 고주파 코일 요소(32)를 포함하는 구조를 지닐 수 있다. 여기서, 절연 구조체(30)는 경량이며 내식성 및 성형성이 좋은 물질로 형성될 수 있으며, 예를 들어 섬유 강화 플라스틱계 복합재료(fiber reinforced plastics:FRP)로 형성된 것일 수 있다. 그리고, 루프 형상의 고주파 코일 요소(32)는 절연 구조체(30) 상에 다수개로 형성될 수 있으며, 개개의 고주파 코일 요소(32)들은 회로적으로 독립적인 채널로 구동 가능하다. 하나의 고주파 코일부(Tx)에 형성되는 루프형 고주파 코일 요소(32)들의 갯수는 제한이 없으며, 예를 들어 8개, 12개 또는 16개의 루프형 고주파 코일 요소(32)들이 하나의 고주파 코일부(Tx)에 포함될 수 있다.
도 2b에 나타낸 바와 같이, 개개의 볼륨(201, 202, 203, 204, 205, 206)들 각각은 다수의 슬라이스(slice)를 포함하여 형성된 구조(set of slice)를 지닐 수 있다. 만일 하나의 고주파 코일부(Tx)에 16개의 루프형 고주파 코일 요소(32)를 포함하는 경우, 4개의 루프형 고주파 코일 요소(32)를 하나의 셋(set)이라고 하며, 하나의 고주파 코일부(Tx)에는 하나 이상, 예를 들어 4개의 고주파 코일 셋이 포함된다. 4개의 고주파 코일 요소(32)를 포함하는 각각 셋(set)은 제 1볼륨(201)의 하나의 슬라이스, 제 2볼륨(202)의 하나의 슬라이스, 제 3볼륨의 하나의 슬라이스 및 제 4볼륨의 하나의 슬라이스 영역에 대해 고주파 필드를 인가하여 동시에 여기시킬 수 있다.
도 3의 루프형 고주파 코일 요소(32)들은 서로 분리되도록 형성된 구조를 나타내었으나, 이는 선택적인 것으로 고주파 코일 요소(32)들 사이가 서로 중첩된 형태로 형성될 수 있다. 루프형 고주파 코일 요소(32)들 각각은 서로 소정의 간격은 지니도록 형성될 수 있으며, 이들 사이의 간격은 임의로 조절할 수 있다. 선택적으로 루프형 고주파 고일 요소(32)들 사이에는 고주파 쉴드가 더 형성될 수 있다. 그리고, 절연 구조체(30) 및 루프형 고주파 코일 요소(32)들 사이에는 유전 물질로 형성된 유전층이 더 형성될 수 있다.
도 2a, 도 2b 및 도 4를 참조하면, 고주파 코일부(20)는 제 X고주파 코일부(Tx)를 포함하며, 절연 구조체(40) 상에 다수개로 형성된 스트립 라인 형상의 플레이트형 고주파 코일 요소(42)를 포함하는 구조를 지닐 수 있다. 절연 구조체(40)는, 예를 들어 섬유 강화 플라스틱계 복합재료(fiber reinforced plastics:FRP)로 형성된 것일 수 있다. 플레이트형 고주파 코일 요소(42)는 절연 구조체(40) 상에 다수개로 형성될 수 있으며, 개개의 플레이트형 고주파 코일 요소(42)들은 회로적으로 독립적인 채널로 구동 가능하다. 하나의 고주파 코일부(Tx)에 형성되는 플레이트형 고주파 코일 요소(42)들의 갯수는 제한이 없으며, 예를 들어 8개, 12개 또는 16개의 플레이트형 고주파 코일 요소(42)들이 하나의 고주파 코일부(Tx)에 포함될 수 있다.
상술한 바와 같이, 개개의 볼륨(201, 202, 203, 204, 205, 206)들 각각은 다수의 슬라이스(slice)를 포함하여 형성된 구조(set of slice)를 지닐 수 있다. 하나의 고주파 코일부(Tx)에는 다수의 플레이트형 고주파 코일 요소(42)를 포함하는 경우, 소정 갯수의 플레이트형 고주파 코일 요소(42)를 하나의 셋(set)이라고 설정할 수 있으며, 하나의 고주파 코일부(Tx)에는 하나 이상의 고주파 코일 셋들이 포함될 수 있다. 다수의 고주파 코일 요소(32)를 포함하는 각각 셋(set)은 각각의 볼륨들(201, 202, 203, 204, 205, 206)의 슬라이스 영역에 대해 고주파 필드를 인가하여 동시에 여기시킬 수 있다.
도 4에서, 플레이트형 고주파 코일 요소(42)들 각각은 서로 소정의 간격은 지니도록 형성될 수 있으며, 이들 사이의 간격은 임의로 조절할 수 있다. 선택적으로 고주파 고일 요소(42)들 사이에는 고주파 쉴드가 더 형성될 수 있으며, 절연 구조체(40) 및 고주파 코일 요소(42)들 사이에는 유전 물질로 형성된 유전층이 더 형성될 수 있다.
도 3 및 도 4에 나타낸 고주파 코일 요소(32, 42)들은 위상 및 서로 다른 주파수를 갖는 고주파 펄스들을 피검체(101)에 인가하고, 피검체(101)로부터 방출되는 자기공명 신호들을 획득할 수 있다. 고주파 코일 요소(32, 42)들은 피검체(101)의 각각의 볼륨을 동시에 여기시키는 서로 다른 주파수를 갖는 고주파 펄스들을 피검체(101)에 인가할 수 있다. 이때, 고주파 펄스들은 서로 동일하거나 상이한 위상을 가질 수 있다. 고주파 코일 요소(32, 42)들 및 개개의 고주파 코일부(Tx)의 갯수가 증가할수록 피검체(101)로부터 얻을 수 있는 자기공명 영상정보의 해상도가 높아질 수 있다. 고주파 코일 요소(32, 42)들은 송신용 고주파 코일 요소 및 수신용 고주파 코일 요소들을 모두 포함하거나, 송수신용 고주파 코일 요소들을 포함할 수 있다. 고주파 코일 요소(32, 42)들 중 고주파 송신 코일에서 피검자(101)로 인가되는 고주파 펄스들은 멀티-밴드 고주파 펄스들 또는 공간 인코딩 고주파 펄스들을 모두 포함할 수 있다.
본 실시예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기된 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 방법들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다.
100: 자기공명영상 장치, 110: 자기공명영상 촬영장치
120: 데이터 처리장치, 101: 피검체
102: 검사대, 10: 메인 마그넷,
12: 경사 자장코일, 14, 20: 고주파 코일부
16: 보어
201, 202, 203, 204, 205, 206: 볼륨
30, 40: 절연 구조체 32, 42: 고주파 코일 요소

Claims (11)

  1. 정자장을 발생시키는 메인 마그넷;
    상기 메인 마그넷의 내측에 형성된 것으로 경사 자장을 발생시키는 경사 자장코일;
    상기 경사 자장코일 내측에 형성된 고주파 코일부;를 포함하며,
    상기 고주파 코일부는 피검체의 검사 영역을 나타낸 다수의 볼륨들에 대응되도록 형성된 제 1 내지 제 n고주파 코일부를 포함하며,
    상기 제 1 내지 제 n고주파 코일부는 고주파 코일 셋들을 포함하며,
    상기 고주파 코일 셋들은 각기 복수의 고주파 코일 요소들을 포함하며,
    상기 고주파 코일 셋들은 각각 대응되는 볼륨 내의 슬라이스에 RF 필드들을 인가하도록 구성되되,
    상기 제 1 내지 제 n고주파 코일부들은, 각각, 서로 다른 볼륨들의 슬라이스들을 동시에 여기시키기 위하여 서로 다른 주파수의 RF 펄스들을 인가하도록 구성되며,
    상기 제 1 내지 제 n고주파 코일부의 갯수는, 상기 피검체의 검사 영역을 나타낸 볼륨들의 갯수보다 작거나 같은 자기공명영상 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 고주파 코일 요소는 루프형 고주파 코일 요소를 포함하는 자기공명영상 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 다수의 루프형 고주파 코일 요소는 절연 구조체 상에 형성된 자기공명영상 장치.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 다수의 루프형 고주파 코일 요소들 사이에 형성된 고주파 실드를 더 포함하는 자기공명영상 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 고주파 코일 요소는 스트립 라인(strip line)형태의 다수의 플레이트형 고주파 코일 요소들을 포함하는 자기공명영상 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 다수의 플레이트형 고주파 코일 요소는 절연 구조체 상에 형성된 자기공명영상 장치.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 다수의 플레이트형 고주파 코일 요소들 사이에 형성된 고주파 실드를 더 포함하는 자기공명영상 장치.
  10. 삭제
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 고주파 코일 요소들은 송신용 고주파 코일 요소, 수신용 고주파 코일 요소 또는 송수신용 고주파 코일 요소들을 포함하는 자기공명영상 장치.
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