KR102102998B1 - 다중 나선형 및 분리형 공진기 - Google Patents

다중 나선형 및 분리형 공진기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다중 나선형 및 분리형 공진기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다중 코일 형태의 공진기를 이용해 작은 신호를 획득해 영상을 얻을 수 있고, 다중 코일의 문제점을 해결한 공진기에 관한 것으로, 닫힌 다각형 코일이 복수로 포함되고, 복수의 상기 코일은 중심을 공유하고 각각의 크기가 상이하고 형태는 동일한 코일 결합체; 복수의 상기 코일간을 연결하는 디커플러; 및 상기 코일 결합체의 주파수를 제어하는 컨트롤러;를 포함하는 구성을 개시한다.

Description

다중 나선형 및 분리형 공진기{MULTIPLE SPIRAL AND SEPARABLE RESONATORS}
본 발명은 다중 나선형 및 분리형 공진기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다중 코일 형태의 공진기를 이용해 작은 신호를 획득해 영상을 얻을 수 있고, 다중 코일의 문제점을 해결한 공진기에 관한 것이다.
자기공명 영상은 대표적인 진단 영상 기법이며, 다양한 영상대비를 주는 해부학적 영상 및 대사현상 규명을 위한 병리학적 영상을 제공하며, 해자기공명 원리를 이용한다. 즉, 자기장을 발생하는 자기공명영상 시스템에 사람/동물 전신 또는 일부를 넣고, 라디오 주파수(Radio Frequency)를 발생시키면, 피사체 내의 수소 원자 핵이 공명하게 되고, 이때 발생되는 신호/주파수/현상 차이를 측정하여 획득된 결과를 재구성(reconstruction)하여 영상화/분광영상화 시킬 수 있다. 저 자장(3T 이하)의 자기공명장비는 일반적으로 다 채널(1~64채널)의 코일을 사용하며, 사람/동물 전신 영상 획득을 위해 바디 코일(body [volume] coil)을 사용한다, 현재 초고자장 자기공명영상(7T이상) 시스템은 우수한 신호대 잡음비 및 해상도를 가지고 있으며, 임상용으로 승인되었으며, 동물용(research part)은 21T까지 개발이 되어오고 있으며 많은 연구가 진행되고 있다. 이는 초고자장 자기장의 세기를 갖는 자기공명영상 장비를 사용하면 저자장의 장비를 사용할 때에 비하여 증가된 스핀 순자기화를 얻을 수 있기 때문에 촬영시간을 단축시킬 수 있고, 자기공명영상에서 국소부위의 영상을 얻기 위한 작은 관심 영역의 획득이 용이하다.
종래의 자기공명영상 장비에서는 무선 공명기는 사용하지 않으며 단독 케이블과 연결된 코일을 사용한다, 코일의 경우 인체와의 거리가 최소 10~20cm이며, 동물용 자입에서는 최소 5mm~3cm이다. 실질적인 구조, 크기 및 무게 변화 등이어려우며 진단 대상과 코일의 거리로 인해 공기층과의 인공물과 움직임에 대한 인공물이 존재한다. 또한, 진단 대상의 각 인체의 모양, 크기, 형태, 질병 부위의 위치 등 모두 다르며, 영상을 획득하고자 하는 관심 부위를 같은 코일로 사용하여 촬영한다는 것이 최대 단점이다. 그러므로 진단 대상의 모양 및 촬영하고자하는 부위에 따라 형태학 재현성이 뛰어나고 내구성 및 이동할 수 있는, 또한 피부에 최대한 밀착될 수 있는 장비 및 기술이 필요하다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 약한 신호도 증폭하여 영상을 구성할 수 있으며, 다중 코일을 형성하면서도 소모되는 면적을 최소화 할 수 있는 공진기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 문제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 나선형 및 분리형 공진기는 닫힌 다각형 코일이 복수로 포함되고, 복수의 상기 코일은 중심을 공유하고 각각의 크기가 상이하고 형태는 동일한 코일 결합체; 복수의 상기 코일간을 연결하는 디커플러; 및 상기 코일 결합체의 주파수를 제어하는 컨트롤러;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 코일 결합체는 복수로 포함되고, 복수의 상기 코일 결합체는 짝을 이뤄 대칭형으로 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 코일은, 8각형 형태일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 코일 결합체는 복수로 포함되고, 복수의 상기 코일 결합체는 어레이 형태로 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 코일 결합체 어레이는, 복수로 포함되어 짝을 이뤄 대칭형으로 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 코일 결합체 어레이는, 대상체를 중심축으로 원통 형태로 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 컨트롤러는, 가변 커패시터 또는 가변 인덕터를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 전신 또는 일부 표면/심부 장기의 맞춤형으로써 유동적이고 분리될 수 있는 팔각 모양의 공진기를 이용해 질환 진전도 및 신체 내부 장기의 변화 등을 고해상도 및 고 정밀도로 지속적으로 모니터링할 수 있다.
또한, 기존의 코일보다 소형으로 제작할 수 있으며, 간편한 장비 셋팅 및 기존 프로토콜을 이용하되 더욱 빠르고 정확한 진단을 할 수 있다.
한편, 본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 효과들이 포함될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 나선형 및 분리형 공진기이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 나선형 및 분리형 공진기의 대칭형 배치이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유 다중 나선형 및 분리형 공진기 어레이의 대칭형 배치이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 나선형 및 분리형 공진기의 구현 예이다.
도 5 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 나선형 및 분리형 공진기의 구현 예이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 나선형 및 분리형 공진기의 구현 예이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 나선형 및 분리형 공진기를 이용한 자기공명영상 촬영을 일 예시다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 '다중 나선형 및 분리형 공진기'을 상세하게 설명한다. 설명하는 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 당업자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로 이에 의해 본 발명이 한정되지 않는다. 또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시 예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.
한편, 이하에서 표현되는 각 구성부는 본 발명을 구현하기 위한 예일 뿐이다. 따라서, 본 발명의 다른 구현에서는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다른 구성부가 사용될 수 있다.
또한, 각 구성부는 순전히 하드웨어 또는 소프트웨어의 구성만으로 구현될 수도 있지만, 동일 기능을 수행하는 다양한 하드웨어 및 소프트웨어 구성들의 조합으로 구현될 수도 있다. 또한, 하나의 하드웨어 또는 소프트웨어에 의해 둘 이상의 구성부들이 함께 구현될 수도 있다.
또한, 어떤 구성요소들을 '포함'한다는 표현은, '개방형'의 표현으로서 해당 구성요소들이 존재하는 것을 단순히 지칭할 뿐이며, 추가적인 구성요소들을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 나선형 및 분리형 공진기이다.
도 1을 참조하면, 코일(110), 디커플러(120) 및 컨트롤러(130)를 포함할 수 있다.
상기 코일(110)은 닫힌 다각형 코일(110)이 복수로 포함될 수 있다. 상기 다각형 코일(110)이 복수로 포합되는 것을 코일 결합체라고 할 수 있다. 복수의 상기 코일(110)은 중심을 공유하고 각각의 크기가 상이하고 형태는 동일한 코일 결합체를 형성할 수 있다. 상기 코일(110)은 8각형 형태를 가질 수 있다. 상기 코일(110)은 작은 크기의 코일(110)이 내부에 위치하고, 점차적으로 크기가 큰 코일(110)이 배치되는 다중 코일(110)을 포함하는 코일 결합체를 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 코일(110)은 각각 크기가 상이한 3개의 코일(110)이 동일한 중심점을 공유하고 내부에서 외부로 배치되는 형태로 코일 결합체를 형성할 수 있다.
상기 코일(110)은 구리(Cu)로 구성될 수 있다. 상기 코일(110)은 솔리드(solid) 형태로 구성될 수 있다. 상기 코일(110)은 외/내쪽으로 유동성이 있을 수 있다. 상기 코일(110) 각각의 형태의 끝단은 분할(segment)이 되어있을 수 있다. 분할되어있는 부분의 경우 커패시터 및 다이오드가 혼합된 회로로 구성될 수 있으며, 이 부분은 코일(110)의 주파수와 동일한 주파수로 고정될 수 있다. 즉, 동일 주파수로 만들기 위해 커패시터, 다이오드 및 인덕터가 삽입될 수 있다. 주파수에 따라 세그먼트의 수 및 커패스터의 크기가 달라질 수 있다. 상기 커패시터는 가변 커패시터일 수 있다. 상기 커패시터는 주파수 선택에 따라 용량이 변경되는 가변 커패시터일 수 있다.
코일(110)에 부착 또는 신체 표면에 부착할 수 있도록 공직기 전체를 G10물질로 감쌀 수 있다. G10 물질의 경우 최소 두께(0.2mm이하)를 가질 수 있다. 대상자 또는 대상 동물의 형태 또는 관심 영역에 따라 크레들(cradle)에 고정될 수 있다. 고정을 위해 벨크로가 부착될 수 있다.
상기 공진기에 상기 코일(110)은 적어도 1개 이상 포함될 수 있다. 상기 코일 결합체에 상기 코일(110)은 적어도 1개 이상 포함될 수 있다. 바람직하게는 상기 코일(110)은 3개로 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 공진기는 상기 코일 결합체가 복수로 포함될 수 있다. 복수의 상기 코일 결합체는 짝을 이뤄 대칭형으로 배치될 수 있다. 복수의 상기 코일 결합체는 어레이 형태로 배치될 수 있다. 상기 코일 결합체 어레이는 복수로 포함되고, 짝을 이뤄 대칭형으로 배치될 수 있다. 상기 코일 결합체 어레이는 코일 결합체가 사각형 형태로 배열될 수 있다.
복수의 상기 코일(110)은 코일간에 1mm 이상의 간격을 가지고 배치될 수 있다.
상기 디커플러(120) 및 컨트롤러(130)는 상기 코일(110)과 연결되는 커패시터 또는 인덕터일 수 있다. 상기 디커플러(120)는 복수의 상기 코일(110)에 발생하는 커플링을 제거할 수 있다. 상기 컨트롤러(130)는 상기 공진기가 작동하는 주파수에 따라 상기 코일(110) 또는 코일 결합체가 작동하는 주파수를 제어할 수 있다. 상기 디커플러(120) 및 컨트롤러(130)는 가변 커패시터 또는 가변 인덕터일 수 있다. 상기 디커플러(120) 및 컨트롤러(130)는 상기 공진기가 타겟팅하는 주파수에 따라 상기 코일(110) 또는 코일 결합체의 주파수를 조절할 수 있다. 상기 디커플러(120)는 복수의 상기 코일(110)간을 연결할 수 있다. 상기 디커플러(120)는 복수의 상기 코일(110) 2개마다 1개씩 포함될 수 있다. 즉, n개의 코일이 포함된 경우 nC2개의 디커플러(120)라 포함될 수 있다. 상기 컨트롤러(130)는 n개의 코일이 포함된 경우 n개의 컨트롤러(130)가 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 공진기의 공진 주파수는 하기 표 1과 같은 수 있다.
Isotope Abundance(%) 1.5 Tesla freq.(MHz) Relative Sensitivity
1H 99.98% 63.86 100
13C 1.1% 16.06 1.5909
23Na 100% 16.90 9.2697
31P 100% 25.88 6.6518
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 3개의 코일을 포함하는 코일 결합체는 최외측 코일이 15mm 이하, 중간 코일이 10mm 이하, 최내측 코일이 5mm 이하의 크기를 가질 수 있다. 각 코일(110)간 거리는 10mm이하일 수 있다. 바람직하게는 1~5mm의 간격을 가질 수 있다. 각 코일(110)에 삽입되는 컨트롤러(130)는 5.0pF 이하의 커패시터일 수 있다. Variable 커패시터는 1.0pF 이하, 디커플러(120)는 1~5.0pF 커패시터일 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 나선형 및 분리형 공진기의 대칭형 배치이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 공진기는 상기 코일 결합체가 복수로 포함될 수 있다. 복수의 상기 코일 결합체는 짝을 이뤄 대칭형으로 배치될 수 있다
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유 다중 나선형 및 분리형 공진기 어레이의 대칭형 배치이다.
도 3을 참조하면, 복수의 상기 코일 결합체는 어레이 형태로 배치될 수 있다. 상기 코일 결합체 어레이는 복수로 포함되고, 짝을 이뤄 대칭형으로 배치될 수 있다. 상기 코일 결합체 어레이는 코일 결합체가 사각형 형태로 배열될 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 나선형 및 분리형 공진기의 구현 예이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 코일 결합체 어레이는 복수로 포함되고, 짝을 이뤄 대칭형으로 배치될 수 있다. 상기 코일 결합체 어레이는 코일 결합체가 사각형 형태로 배열될 수 있다. 상기 코일 결합체 어레이는 대상자 또는 대상 동물을 중심축으로 하여 상기 대상자 또는 대상 동물을 둘러싸는 형태로 배치될 수 있다. 상기 코일 결합체 어레이는 대상체를 중심축으로 원통 형태로 배치될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 나선형 및 분리형 공진기의 구현 예이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 나선형 및 분리형 공진기는 원통 대칭형으로 배치된 코일 결합체 어레이의 내부에 대상체가 위치한 상태로 자기공명영상을 획득할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 나선형 및 분리형 공진기를 이용한 자기공명영상 촬영을 일 예시다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 나선형 및 분리형 공진기는 원통 대칭형으로 배치된 코일 결합체 어레이의 내부에 대상체가 움직이지 않도록 신체 일부를 고정하여 안정된 자기공명영상을 획득할 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통 상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (7)

  1. 끝단이 분할(segment)된 다각형 코일 또는 닫힌 다각형 코일이 복수로 포함되고, 복수의 상기 코일은 중심을 공유하고 각각의 크기가 상이하고 형태는 동일한 코일 결합체;
    복수의 상기 코일간을 연결하는 디커플러; 및
    상기 복수의 코일 각각에 삽입되어, 상기 코일 결합체의 주파수를 제어하는 컨트롤러;를 포함하는 다중 공진기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코일 결합체는 복수로 포함되고,
    복수의 상기 코일 결합체는 짝을 이뤄 대칭형으로 포함되는 다중 공진기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 코일은,
    8각형 형태인 것을 특징으로 하는 다중 공진기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 코일 결합체는 복수로 포함되고,
    복수의 상기 코일 결합체는 어레이 형태로 배치되는 다중 공진기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 코일 결합체 어레이는,
    복수로 포함되어 짝을 이뤄 대칭형으로 포함되는 다중 공진기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 코일 결합체 어레이는,
    대상체를 중심축으로 원통 형태로 배치되는 다중 공진기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    가변 커패시터 또는 가변 인덕터를 포함하는 다중 공진기.
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