KR102216541B1

KR102216541B1 - 고주파 표면 코일 및 이를 채용한 자기 공명 장치

Info

Publication number: KR102216541B1
Application number: KR1020140074505A
Authority: KR
Inventors: 김경남
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2014-06-18
Filing date: 2014-06-18
Publication date: 2021-02-17
Also published as: WO2015194700A1; US20170219666A1; US10345403B2; KR20150145105A

Abstract

고주파 표면 코일 및 이를 채용한 자기 공명 장치가 개시된다. 개시된 고주파 표면 코일는 자기 공명 장치용으로서, 직렬로 연결되어 루프 형태의 표면 코일을 형성하는 복수의 도체 소자들과, 복수의 도체 소자들 중 적어도 어느 하나에 마련되어 인덕턴스를 조절하는 가변 인덕턴스부를 포함하며, 가변 인덕턴스부는 도체 막대와, 도체 막대를 복수의 도체 소자들 중 적어도 어느 하나에 탈부착 가능하게 결합시키는 결합부를 포함한다.

Description

고주파 표면 코일 및 이를 채용한 자기 공명 장치{RF surface coil and magnetic resonance apparatus employing the same}

본 개시는 자기 공명 장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는 피사체의 부근에 배치되어 자기공명 신호를 수신하는 고주파(Radio Frequency; RF) 표면 코일 및 이를 채용한 자기 공명 장치에 관한 것이다.

핵자기 공명(Nuclear Magnetic Resonance: NMR) 현상을 이용하는 자기 공명 장치로서 자기 공명 영상(Magnetic Resonance Imaging: MRI) 장치, 자기 공명 분광(Magnetic Resonance Spectroscopy: MRS) 장치 등이 알려져 있다.

자기 공명 영상 장치는 핵자기 공명 현상을 이용하여 피사체, 가령 인체의 단면을 촬영한다. 인체 내에 존재하는 수소(¹H), 인(³¹P), 나트륨(²³Na), 탄소동위원소(¹³C) 등의 원자핵은 핵자기 공명현상에 의해 각기 고유한 회전자계상수를 가지므로, 이들 원자핵의 자화 벡터(magnetization vector)에 전자파를 인가하고, 공명으로 인해 수직평면에 누운 자화벡터가 만드는 자기 공명신호를 수신함으로써 인체 내부의 영상을 획득할 수 있다. 이때, 인체 내의 자화 벡터를 공명시키기 위해 인체에 전자파를 인가하고, 또, 공명으로 인해 수직평면에 누운 자화벡터가 만드는 자기 공명신호를 수신하는데 RF 코일이 사용된다. RF 코일은 자화벡터를 공명시키기 위하여 전자파를 송신하고 자기 공명신호를 수신한다는 의미에서 RF 안테나라고 불리우기도 한다. 한 개의 RF 코일(RF 안테나)로 자화벡터를 공명시키는 일(송신모드)과 자기 공명신호를 수신하는 일(수신모드)을 같이 수행할 수도 있고, 송신모드 전용의 RF 코일과 수신모드 전용의 RF 코일 두 개를 각기 따로 사용하여 송신모드와 수신모드를 수행할 수도 있다. 한 개의 코일로 송신 및 수신모드를 다 수행하는 코일을 송수신 코일이라 부르며, 송신 전용의 코일을 송신 코일, 수신 전용의 코일을 수신 코일이라 부른다. 한편, RF 코일에는 자기 공명 영상 장치의 외관 장치 내에 설치되는 몸체형(body type) RF 코일과, 인체에 부착하거나 인접하게 배치하여 사용하는 표면형(surface type) RF 코일 혹은 체적형(volume type) RF 코일이 있다. 몸체형 RF 코일는 자기 공명 영상 장치의 외관 장치 내에 설치되기 때문에 인체가 들어 갈 수 있는 크기의 원통형 (혹은 타원통형) 프레임 위에 만들어지며, 송수신 코일 혹은 송신 코일일 수 있다. 한편, 표면형 RF 코일이나 체적형 RF 코일은 인체에 부착하거나 인체가 눕은 테이블에 탈부착되도록 설치되며, 머리코일, 목코일, 허리코일 등 인체의 부위별 형상에 따라 만드는 것이 일반적이며, 송수신 코일 혹은 수신 코일일 수 있다.

자기 공명 분광 장치는 자기 공명 현상을 이용하여 물질의 물리적, 화학적, 생물학적 특징을 분석하는 장치로서, 자계 내에 피사체를 배치하고, RF 신호를 송신용 RF 코일을 통해 피사체 내로 향하게 하여 자기 공명을 유도하고, 피사체 부근에 배치된 수신용 RF 코일을 통해 자기 공명 신호를 검출한다. 피사체 내의 다른 종류의 원자는 다른 자기 공진 주파수를 일으키게 되므로, 자기 공명 신호의 스펙트럼을 검사함으로써 피사체에 포함된 원자의 종류를 판단할 수 있다.

표면형 RF 코일이나 체적형 RF 코일로는 종종 루프 코일 혹은 루프 코일 어레이 타입의 RF 표면 코일이 사용된다. 이러한 RF 표면 코일은 코일의 형태에 의해 인덕턴스가 결정된다. 따라서, 종래의 RF 표면 코일은 사용하고자 하는 자기 공명 장치에 따라 캐패시턴스의 값을 다르게 조절하여 자기 공명 장치의 중심주파수와 일치시키게 한다.

종래에 제안되었던 RF 표면 코일의 경우, 인덕턴스가 변하지 않음으로 한 개의 RF 표면 코일을 각기 다른 중심주파수를 갖는 자기 공명 장치에서 사용하기 위해서는 RF 표면 코일 내부에 삽입된 캐패시터의 값만으로 변화시킬 수 밖에 없게 된다. 본 발명은 이와 같은 문제점을 해결한 RF 표면 코일 및 이를 채용한 자기 공명 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 한 측면에 따르는 RF 표면 코일은 자기 공명 장치용으로서, 직렬로 연결되어 루프 형태의 표면 코일을 형성하는 복수의 도체 소자들; 및 상기 복수의 도체 소자들 중 적어도 어느 하나에 마련되어 인덕턴스를 조절하는 가변 인덕턴스부;를 포함하며, 상기 가변 인덕턴스부는 도체 막대와, 상기 도체 막대를 상기 복수의 도체 소자들 중 적어도 어느 하나에 탈부착 가능하게 결합시키는 결합부를 포함한다.

상기 결합부는 상기 도체 막대를 탈부착 가능하게 연결하는 복수의 결합 위치를 포함할 수 있다.

상기 도체 막대는 복수의 결합 위치에 평행하게 배치되거나 혹은 사선으로 결합될 수 있다.

상기 도체 막대는 직선 형상, 꺽인 형상, 혹은 곡선 형상을 가질 수 있다.

상기 도체 막대는 상기 복수의 도체 소자들 중 적어도 어느 하나에 직렬로 연결될 수 있다. 가령, 상기 복수의 도체 소자들 중 적어도 어느 하나는 서로 이격된 도체판들을 포함하며, 상기 결합부는 상기 도체판들의 마주보는 양쪽 단부에 마련되는 제1 및 제2 결합부를 포함하며, 상기 도체 막대는 상기 제1 및 제2 결합부에 탈부착 가능하게 결합되어 상기 도체판들에 직렬 연결될 수 있다.

상기 도체 막대는 상기 복수의 도체 소자들 중 적어도 어느 하나에 병렬로 연결될 수 있다. 가령, 상기 복수의 도체 소자들 중 적어도 어느 하나는 도체판을 포함하며, 상기 결합부는 상기 도체판의 일 측에 이격되게 마련되는 제1 및 제2 결합부를 포함하며, 상기 도체 막대는 상기 제1 및 제2 결합부에 탈부착 가능하게 결합되어 상기 도체판과 병렬 연결될 수 있다.

상기 결합부는 상기 도체 막대를 탈부착 가능하게 거치시키는 홈부이거나, 상기 도체 막대를 볼트로 탈부착 가능하게 고정시키는 체결 구멍일 수 있다.

상기 복수의 도체 소자들의 적어도 일부 사이에 개재되어 커패시턴스를 조절하는 적어도 하나의 튜닝 캐패시터가 더 마련될 수 있다. 상기 튜닝 캐패시터는 커패시턴스가 가변되는 가변 캐패시터일 수 있다.

상기 복수의 도체 소자들에 의해 형성되는 루프 형태의 표면 코일은 사각형, 원형, 및 육각형 중 어느 한 형상의 루프 표면 코일일 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르는 RF 표면 코일은 복수의 루프 표면 코일들이 배열된 루프 코일 어레이를 포함하며, 상기 복수의 루프 표면 코일들 중 적어도 일부는 상기 가변 인덕턴스부를 포함할 수 있다.

상기 복수의 루프 표면 코일들 사이에 개재되어 자기적 결합을 차단시키는 디커플링 소자가 더 마련될 수 있다.

상기 복수의 루프 표면 코일들은 독립적으로 구동될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르는 자기 공명 장치는 주자석, 및 RF 표면 코일을 포함하며, RF 표면 코일은, 직렬로 연결되어 루프 형태의 표면 코일을 형성하는 복수의 도체 소자들; 및 상기 복수의 도체 소자들 중 적어도 어느 하나에 마련되어 인덕턴스를 조절하는 가변 인덕턴스부;를 포함하며, 상기 가변 인덕턴스부는 도체 막대와, 상기 도체 막대를 상기 복수의 도체 소자들 중 적어도 어느 하나에 탈부착 가능하게 결합시키는 결합부를 포함한다.

상기 RF 표면 코일은 RF 신호를 전송하는 송신 코일, 피검체에서 유도된 자기 공명 신호를 수신하는 수신 코일, 혹은 RF 신호를 전송하고 피검체에서 유도된 자기 공명 신호를 수신하는 송수신 코일일 수 있다.

상기 자기 공명 장치는 자기 공명 영상 장치이며, 상기 RF 표면 코일은 상기 피검체에 인접하게 설치되는 표면형 RF 코일이거나 국소 체적형 RF 코일일 수 있다.

상기 자기 공명 장치는 바디형 RF 코일; 경사 자계 코일; 및 상기 주자석과, 상기 바디형 RF 코일과, 상기 경사 자계 코일을 실장하는 원통형 하우징;을 더 포함할 수 있다.

개시된 실시예들에 의한 고주파 표면 코일 및 이를 채용한 자기 공명 장치는, RF 표면 코일의 인덕턴스를 용이하게 조절할 수 있는 구조를 가진다.

고주파 표면 코일은 RF 코일 소자들의 인덕턴스를 용이하게 조절할 수 있는 구조를 가짐으로써 중심주파수가 다른 다양한 자기 공명 장치에 사용될 수 있다.

고주파 표면 코일은 RF 코일 소자들의 인덕턴스를 조절할 수 있으므로, 피사체 로딩(lading)에 의한 주파수 이동을 최소화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 RF 표면 코일를 개략적으로 도시한다.
도 2는 도 1의 RF 표면 코일의 가변 인덕턴스부를 도시한다.
도 3a 내지 도 3e는 도 1의 가변 인덕턴스부에 다양한 인덕터의 위치 조절의 예들을 도시한다.
도 4는 도 1의 RF 표면 코일에 채용되는 가변 인덕턴스부의 다른 예를 도시한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 RF 표면 코일을 개략적으로 도시한다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 RF 표면 코일을 개략적으로 도시한다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 RF 표면 코일을 개략적으로 도시한다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 RF 표면 코일을 개략적으로 도시한다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 RF 표면 코일을 개략적으로 도시한다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 RF 표면 코일을 개략적으로 도시한다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자기 공명 영상 장치의 개략적인 구성을 도시한다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자기 공명 영상 장치의 개략적인 구성을 도시한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 RF 표면 코일(100)를 도시하며, 도 2는 도 1의 RF 표면 코일(100)의 가변 인덕턴스부(120)를 도시한다.

도 1을 참조하면, RF 표면 코일(100)은 4개의 도체 소자들(conductor elements)(110A, 110B, 110C, 110D)을 포함한다. 4개의 도체 소자들(110A, 110B, 110C, 110D)은 직렬 연결되어 사각형 루프 형태의 표면 코일을 이룬다. 4개의 도체 소자들(110A, 110B, 110C, 110D)의 일단에는 RF 신호를 송신 및/또는 수신하는 케이블(190)이 연결된다. 케이블(190)은 예를 들어 동축 케이블일 수 있다.

4개의 도체 소자(110A, 110B, 110C, 110D) 각각은 서로 이격된 제1 및 제2도체판(111, 112)과, 제1 및 제2 도체판(111, 112) 사이에 위치하여 RF 표면 코일(100)의 인덕턴스를 조절하는 가변 인덕턴스부(120)을 포함한다.

도 2를 참조하면, 제1 및 제2 도체판(111, 112)은 도전성을 갖는 비자성 재질로 형성된 평판일 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 도체판(111, 112)은 구리(Cu)로 형성되거나, 구리판에 은(Ag)이나 금(Au)이 코팅되어 형성될 수 있다. 제1 및 제2 도체판(111, 112)은 면상에서 이격되게 배치된다. 제1 및 제2 도체판(111, 112)의 서로 마주보는 단부가 상방으로 구부러져 있을 수 있다. 제1 및 제2 도체판(111, 112)의 서로 마주보며 상방으로 구부러진 단부 각각에는 4개의 홈부들(113a, 114a)이 형성되어 제1 및 제2 결합부(113, 114)를 이룬다. 제1 및 제2 결합부(113, 114)의 홈부들(113a, 114a)은 도체 막대(125)의 양단을 탈부착 가능하게 결합시키는 결합 위치로서, 탈부착 구조의 일 예이다. 도체 막대(125)는 도전성을 갖는 비자성 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 구리로 형성되거나, 구리막대에 은이나 금이 코팅되어 형성될 수 있다. 제1 및 제2 결합부(113, 114)와 도체 막대(125)는 RF 표면 코일(100)의 가변 인덕턴스부(120)를 이룬다. 즉, 도체 막대들(125)은 제1 및 제2 도체판(111, 112)를 직렬로 연결하며, 가변 인덕턴스부(120) 자체는 도체 막대들(125)이 병렬로 탈부착 가능하게 배열된 구조를 갖는다.

일반적으로 도체 평판의 인덕턴스는 그 폭과 너비의 함수로 주어진다. 따라서, 도체 소자들(110A, 110B, 110C, 110D)의 폭(W)을 가변시키게 되면, 도체 소자들(110A, 110B, 110C, 110D)의 인덕턴스가 가변된다. 본 실시예의 RF 표면 코일(100)은 가변 인덕턴스부(120)에서의 도체 막대들(125)이 거치되는 개수를 변경함으로써 가변 인덕턴스부(120)의 유효한 폭을 변경시켜 도체 소자들(110A, 110B, 110C, 110D)의 인덕턴스를 변경하는 것으로 이해될 수 있다. 예를 들어, 도 3a 내지 도 3c에 도시되듯이, 제1 및 제2 도체판(111, 112)에 부착되는 도체 막대(125)의 개수를 다양하게 선택할 수 있다. 즉, 최소 1개 내지 최대 4개의 도체 막대(125)가 제1 및 제2 도체판(111, 112) 사이에 거치될 수 있다. 이와 같이 도체 막대(125)의 개수를 조절함으로써, 도체 소자들(110A, 110B, 110C, 110D)의 폭(도 1, 2의 W)을 유효하게 변경시킬 수 있다.

또한, 도 3d에 도시되듯이, 도체 막대(125)를 제1 및 제2 도체판(111, 112)의 사이에서 사선 방향으로 거치시키는 것처럼 도체 막대(125)의 부착 위치를 다양하게 변경시킬 수도 있다. 나아가, 도체 막대(125)는 도 3a 내지 도 3d에 도시되는 일직선의 형상 외에도, 도 3e에 도시되듯이 꺽여진 형상을 가질 수 있다. 더 나아가, 도체 막대(125)는 휘어진 곡선 형상을 가지거나 소정 패턴을 가진 형상을 가질 수도 있다. 이와 같이, 도체 막대(125)의 부착 위치를 변경하게 도체 막대(125)의 형상을 변경함으로써, RF 표면 코일(100)의 인덕턴스를 미세하게 조정할 수 있다.

상기와 같이 도체 막대(125)의 부착된 형태(즉, 부착 위치, 개수, 형상, 등)는 RF 표면 코일(100)의 인덕턴스 값에 변화를 주므로, 도체 막대(125)의 부착된 형태를 달리함으로써 RF 표면 코일(100)의 인덕턴스를 조절할 수 있다. 이러한 인덕턴스의 조절은 도체 막대(125)의 탈부착에 따라 용이하다.

후술하는 바와 같이, RF 표면 코일(100)이 사용되는 자기 공명 영상 장치(도 11 및 도 12의 800 참조)에서 운영되는 공진주파수(중심주파수)는 운용되는 주자석의 세기에 따라 다양할 수 있는바, RF 표면 코일(100)의 가변 인덕턴스부(120)를 이용하여 인덕턴스를 조절함으로써 각기 다른 공진주파수를 갖는 자기 공명 영상 장치에 대응될 수 있도록 할 수 있다.

4개의 도체 소자들(110A, 110B, 110C, 110D) 사이에는 튜닝 캐패시터(130)가 삽입될 수 있다. 적절한 캐패시턴스 값을 갖는 튜닝 캐패시터(130)를 RF 표면 코일(100) 내에 삽입함으로써 RF 표면 코일(100)의 캐패시턴스를 조정한다. 튜닝 캐패시터(130)는 캐패시턴스 값이 변경가능한 가변 캐패시터일 수 있다. 혹은 튜닝 캐패시터(130)는 캐패시턴스 값이 고정된 고정 캐패시터일 수도 있다. 이러한 튜닝 캐패시터(130)는 가변 인덕턴스부(120)와 함께, RF 표면 코일(100)의 임피던스(즉, 캐패시턴스 및 인덕턴스)를 조절할 수 있게 한다. 도 1에는 4개의 도체 소자(110A, 110B, 110C, 110D) 사이 모두에 튜닝 캐패시터(130)가 삽입된 예가 도시되고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 가령, 4개의 도체 소자(110A, 110B, 110C, 110D) 사이의 일부에만 튜닝 캐패시터(130)가 삽입될 수도 있다

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 RF 표면 코일(100')을 개략적으로 도시한다. 본 실시예의 RF 표면 코일(100')은 도체 막대(125)의 거치 가능 개수를 제외하고는 전술한 실시예의 RF 표면 코일(100)와 실질적으로 동일하므로, 차이점을 중심으로 설명한다. 도 4를 참조하면, RF 표면 코일(100')는 4개의 도체 소자들(110A', 110B', 110C', 110D')을 포함한다. 도체 소자들(110A', 110B', 110C', 110D') 각각은 서로 이격된 제1 및 제2 도체판(111', 112')과, 제1 및 제2 도체판(111', 112') 사이에 위치하여 RF 표면 코일(100')의 인덕턴스를 조절하는 가변 인덕턴스부(120')을 포함한다. 본 실시예의 RF 표면 코일(100')은 최소 1개 내지 최대 2개의 도체 막대(125)가 제1 및 제2 도체판(111', 112') 사이에 거치되는 구조를 갖는다.

전술한 실시예들의 RF 표면 코일(100, 100')에서 도체 막대(125)가 거치될 수 있는 최대 개수는 예시적이며, 이에 한정되지 않는다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 RF 표면 코일(200)의 가변 인덕턴스부(220)를 개략적으로 도시한다. 본 실시예의 RF 표면 코일(200)은 가변 인덕턴스부(220)의 탈부착 구조를 제외하고는 전술한 실시예들의 RF 표면 코일(100, 100')와 실질적으로 동일하므로, 차이점을 중심으로 설명한다.

도 5를 참조하면, 가변 인덕턴스부(220)는 제1 및 제2 도체판(111, 112)의 서로 마주보는 단부에 형성된 체결 구멍들(213a, 214a)과, 상기 체결 구멍들(213a, 214a)에 탈부착 가능하게 고정되는 도체 막대(225)를 포함한다. 도체 막대(225)의 양단에도 체결 구멍(미도시)가 마련되어, 도체판(111, 112)의 체결 구멍들(213a, 214a)과 볼트(213b, 214b)에 의해 탈부착 가능하게 결합될 수 있다.

도 2에 도시된 도체 막대(125)가 제1 및 제2 도체판(111, 112)의 제1 및 제2 결합부(113, 114)에 탈부착 가능하게 끼워지는 구조나, 도 5에 도시된 도체 막대(225)와 제1 및 제2 도체판(111, 112)이 볼트(213b, 214b)에 의해 탈부착 가능하게 결합되는 구조는 예시적인 것이며, 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 예로서, 도체 막대(115, 225)은 클립이나 클램프 등에 의해 제1 및 제2 도체판(111, 112)에 탈부착 가능하게 고정될 수도 있을 것이다. 그밖에 도체 막대(115, 225)를 제1 및 제2 도체판(111, 112)에 탈부착 가능하게 체결시키는 수단으로 공지의 수단이 채용될 수 있다.

또한, 도 2에 도시된 도체 막대(125)의 단면 형상이나, 도 5에 도시된 도체 막대(225)의 단면 형상은 본 실시예를 제한하지 않으며, 다양한 단면 형상이 채용될 수 있을 것이다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 RF 표면 코일(300)을 개략적으로 도시한다. 도 6을 참조하면, RF 표면 코일(300)은 제1 내지 제4 도체 소자들(310A, 310B, 310C, 310D)을 포함한다. 제1 내지 제4 도체 소자들(310A, 310B, 310C, 310D)은 직렬 연결되어 사각형 루프 형태의 표면 코일을 이룬다. 제1 내지 제4 도체 소자들(310A, 310B, 310C, 310D) 중 어느 하나만이 인덕턴스가 조절가능한 구조를 갖고, 나머지 3개는 인덕턴스가 고정된 단순 도체일 수 있다. 가령, 제1 도체 소자들(310A)는 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한 바와 같이 가변 인덕턴스부(120, 120', 220)를 구비할 수 있다. 한편, 제3 내지 제4 도체 소자들(310A, 310B, 310C, 310D)은 단순한 평판 스트립(plate strip)일 수 있다. 도 6은 일 예이고, 제1 내지 제4 도체 소자들(310A, 310B, 310C, 310D) 중 2개 혹은 3개가 인덕턴스가 조절가능한 구조를 갖고 나머지는 인덕턴스가 고정된 구조를 가질 수 있음은 물론이다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 RF 표면 코일(400)을 개략적으로 도시한다. 본 실시예의 RF 표면 코일(400)은 도체 소자(410)에 마련된 가변 인덕턴스부(420)의 구조를 제외하고는 전술한 실시예들의 RF 표면 코일(100, 100', 200, 300)와 실질적으로 동일하므로, 차이점을 중심으로 설명한다. 도 7을 참조하면, RF 표면 코일(400)의 도체 소자(410)는 도체판(411)을 포함한다. 도체판(411)의 일 부분(예를 들어, 중앙 부분)에는 폭이 작아지는 오목부(412)가 형성된다. 오목부(412)에는 가변 인덕턴스(420)가 마련된다. 도체판(411)의 오목부(412)의 대향되는 모서리는 구부러져 있으며, 구부러진 모서리에는 도체 막대(425)가 거치될 수 있는 홈부(413a, 414a)가 형성되어 결합부(413, 414)를 이룬다. 가변 인덕턴스(420)는 도체 막대(425)가 도체판(411)의 결합부(413, 414)에 탈부착 가능하게 거치되는 방식으로 구현될 수 있다. 도체 막대(425)는 도체 소자(410)의 도체판(411)에 대해 병렬적으로 연결된다고 이해될 수 있다.

본 실시예의 RF 표면 코일(400)은 도체판(411)의 오목부(412)에 가변 인덕턴스(420)가 마련된 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 도체 막대(420)를 상기 도체판(411)에 병렬로 연결할 수 있도록 도체판(411)의 일 측에 이격된 결합부를 마련함으로써 가변 인덕턴스(420)가 구현될 수도 있을 것이다.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 RF 표면 코일(500)을 개략적으로 도시한다. 본 실시예의 RF 표면 코일(500)은 도체 소자들(510A, 510B, 510C, 510D)의 형상을 제외하고는 전술한 실시예들의 RF 표면 코일(100, 100', 200, 300, 400)와 실질적으로 동일하므로, 차이점을 중심으로 설명한다. 도 8을 참조하면, 본 실시예의 RF 표면 코일(500)은 4개의 호 형상의 도체 소자들(510A, 510B, 510C, 510D)을 포함한다. 도체 소자들(510A, 510B, 510C, 510D)은 원형으로 연결되어 원형 루프 형태의 표면 코일을 이룬다. 이와 같이 도체 소자들(510A, 510B, 510C, 510D)이 호 형상을 가짐에 따라, 도체 소자들(510A, 510B, 510C, 510D)의 제1 및 제2 도체판(511, 512) 역시 호 형상을 가지며, 도체 소자들(510A, 510B, 510C, 510D)에 마련되는 가변 인덕턴스(520)의 도체 막대(525) 역시 호 형상을 가질 수 있다. 도체 막대(525)는 제1 및 제2 도체판(511, 512)의 마주 보는 양단에 마련된 제1 및 제2 결합부(513, 514)에 의해 탈부착 가능하게 결합된다. 도체 소자들(510A, 510B, 510C, 510D) 사이에는 튜닝 캐패시터(530)가 개재될 수 있다.

도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 RF 표면 코일(600)을 개략적으로 도시한다. 본 실시예의 RF 표면 코일(600)은 도체 소자들(610)의 형상을 제외하고는 전술한 실시예들의 RF 표면 코일(100, 100', 200, 300, 400, 500)와 실질적으로 동일하므로, 차이점을 중심으로 설명한다. 도 9를 참조하면, 본 실시예의 RF 표면 코일(600)은 6개의 직선 형상의 도체 소자들(610A, 610B, 610C, 610D, 610E, 610F)을 포함한다. 도체 소자들(610A, 610B, 610C, 610D, 610E, 610F)은 직렬 연결되어 육각형 루프 형태의 표면 코일을 이룬다. 도체 소자들(610A, 610B, 610C, 610D, 610E, 610F)의 제1 및 제2 도체판(611, 612)과 제1 및 제2 결합부(613, 614)의 형상이나 도체 소자들(610A, 610B, 610C, 610D, 610E, 610F)에 마련된 가변 인덕턴스(620)의 구조(예를 들어, 도체막대(625))는 전술한 실시예들의 RF 표면 코일(100, 100', 200, 300, 400)와 같을 수 있다.

도 1 내지 도 9를 참조하여 설명한 RF 표면 코일(100, 100', 200, 300, 400, 500, 600)은 사각형, 원형, 육각형 형상의 단일 루프 코일이나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 형태의 루프 코일에 적용될 수 있음은 물론이다.

도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 RF 표면 코일(700)을 개략적으로 도시한다. 본 실시예의 RF 표면 코일(700)은 4개의 루프 표면 코일들(710A, 710B, 710C, 710D)이 2차원 면상에서 2열 2행으로 배열된 루프 코일 어레이일 수 있다. 루프 코일 어레이가 배열되는 면은 평면 혹은 곡면이 될 수 있다. 루프 표면 코일들(710A, 710B, 710C, 710D) 각각은 도 1 내지 도 9를 참조하여 설명한 단일 루프 형상의 RF 표면 코일(100, 100', 200, 300, 400, 500, 600)일 수 있다. 즉, 루프 표면 코일들(710A, 710B, 710C, 710D) 각각에는 가변 인덕턴스(720)가 마련되어, 인덕턴스를 조절할 수 있다. 가변 인덕턴스(720)의 구조는 전술한 실시예들의 RF 표면 코일(100, 100', 200, 300, 400)와 같을 수 있다. 4개의 루프 표면 코일들(710A, 710B, 710C, 710D) 사이에는 자기적 결합을 차단하는 디커플링 캐패시터(decoupling capacitor)(750)이 개재될 수 있다. 디커플링 캐패시터(750)는 인접한 루프 표면 코일들(710A, 710B, 710C, 710D)을 자기적으로 분리시켜 독립적으로 동작 할 수 있도록 하는 디커플링 소자의 일 예이다. 디커플링 소자로서 인덕터나 트랜스와 같은 디커플링 회로가 이용될 수도 있다.

루프 표면 코일들(710A, 710B, 710C, 710D)은 케이블들(790A, 790B, 790C, 790D)에 의해 외부(즉, RF 코일 제어부(도 11 및 도 12의 852))로 연결된다. 4개의 루프 표면 코일들(710A, 710B, 710C, 710D)은 RF 코일 제어부(852)에 의해 독립적으로 RF 신호들이 입력되거나 출력되는 4채널 방식으로 운용될 수 있다. 즉, 루프 표면 코일들(710A, 710B, 710C, 710D)은 병렬적으로 회로가 구성되어, 루프 표면 코일들(710A, 710B, 710C, 710D)에 입력 혹은 출력되는 RF 신호들은 각각 크기와 위상이 독립적으로 제어될 수 있다. 경우에 따라서는, 루프 표면 코일들(710A, 710B, 710C, 710D)은 일부가 그룹지어, 각 그룹별로 RF 신호들이 독립적으로 입력 또는 출력될 수도 있다.

본 실시예의 RF 표면 코일(700)은 4개의 루프 표면 코일들(710A, 710B, 710C, 710D)이 2열 2행으로 배열된 루프 코일 어레이인 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 8개의 루프 표면 코일들이 2열 4행으로 배열되거나 16개의 루프 표면 코일들이 4열 4행으로 배열되거나, 그밖에 복수이 루프 표면 코일들이 다양한 배열로 배열될 수 있으며, 8채널, 16채널, 32채널, 64채널, 128채널 등으로 다채널로 운용될 수 있다. 이때 루프 표면 코일들 전체 혹은 일부는 도 1 내지 도 9를 참조하여 설명한 단일 루프 형상의 RF 표면 코일(100, 100', 200, 300, 400, 500, 600)일 수 있다.

도 11 및 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 공명 영상 장치(800)의 구성도를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 11 및 도 12에서는 표면형(surface type) RF 코일(811) 및 국소 체적형(local volume type) RF 코일( 812)의 형태에만 평면형 또는 원통형으로서 차이가 있을 뿐, 다른 구성들은 동일하므로, 이하에서는 도 11 및 도 12를 연계하여 설명하도록 한다.

도 11 및 도 12를 참조하면, 본 실시예의 자기 공명 영상 장치(800)은 원통형 자기 구조체(810) 및 컴퓨팅 장치(850)을 포함한다.

원통형 자기 구조체(810)는 내측으로부터 외측의 순서로, 바디형 RF 코일(814), 경사 자계 코일(815), 및 주자석(816)을 포함한다. 바디형 RF 코일(814), 경사 자계 코일(815), 및 주자석(816)은 원통형 하우징(819)에 실장된다. 피사체는 테이블(817)상에 누운 상태로 원통형 하우징(819)의 중공(819a) 속에 이동하게 되며, 이후 자기 공명 영상의 촬영이 이루어지게 된다.

바디형 RF 코일(814), 경사 자계 코일(815), 및 주자석(816)은 컴퓨팅 장치(850)에 연결되어 구동 및 제어된다. 컴퓨팅 장치(850)는, 촬영된 피사체의 자기 공명 영상을 표시하여 주거나 사용자의 조작 신호가 입력되는 콘솔(미도시)에 또한 연결될 수 있다.

자기 공명 영상 장치(800)에서 바디형 RF 코일(814)은 피사체의 피검 부위에 설치되는 도 11의 평면형 RF 코일(811) 또는 도 12의 국소 체적형 RF 코일(812)와 함께 컴퓨팅 장치(850)의 RF 코일 제어부(852)에 의해 독립적으로 구동 및 제어될 수 있다.

주자석(816)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(815)은 자기 공명 영상을 촬영하기 위해서는 공간적으로 선형적인 경사 자계를 발생시키는 코일로서, 통상적으로 자기 공명 영상에는 x-, y-, z-방향으로 경사 자계를 각기 형성하는 세 개의 경사 자계 코일이 사용된다. 경사 자계 코일(815)은 자화 벡터가 횡평면에서 회전할 때 자화 벡터의 회전 주파수나 위상을 공간적으로 제어하여 자기 공명 영상 신호가 공간 주파수 영역, 즉 k-영역에서 표현되도록 하는 역할을 한다.

자기 공명 영상 신호를 만들기 위해 자화 벡터를 횡평면으로 정렬시켜야 하는데 이를 위해서는 라모(Larmor) 주파수를 중심 주파수로 하는 RF 자계를 발생시키는 바디형 RF 코일(814), 표면형 RF 코일(811), 및 국소 체적형 RF 코일(812) 중 적어도 하나가 필요하다. 라모 주파수 대역의 RF 전류가 인가된 바디형 RF 코일(814), 표면형 RF 코일(811), 또는 국소 체적형 RF 코일(812)은 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 바디형 RF 코일(814), 표면형 RF 코일(811), 또는 국소 체적형 RF 코일(812)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(850)로 전송되어, 영상 처리부(851)에 의해 양자화 등의 처리를 거친 후 자기 공명 영상이 생성되게 된다.

위와 같이, 자기 공명 영상 장치(800)에서 자기 공명 영상이 생성되는 일반적인 원리를 간략하게 설명하였다. 자기 공명 영상이 생성되는 과정에 관한 보다 상세한 설명은 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 자명하므로, 본 실시예에서는 생략하도록 한다.

자기 공명 영상 장치(800)에서 원통형 하우징(819) 내에 구비된 바디형 RF 코일(814)는 피사체의 전신에 대한 자기 공명 영상을 촬영하기 위해 사용될 수 있다. 이와 달리, 피사체의 신체 일부, 예를 들어 머리, 가슴, 다리 등의 국부에 대한 자기 공명 영상을 촬영하기 위해서는 피사체의 신체 일부에 설치되는 표면형 또는 원통 형상의 국소 체적형 RF 코일(811, 812)이 사용될 수 있다. 표면형 및 국소 체적형 RF 코일(811, 812)은 원통형 하우징(819) 외부에 구비된 별도의 독립적인 장치로서, 자기 공명 영상의 촬영을 원하는 피사체의 신체 일부에 위치되도록 이동 가능한 장치이다. 이러한 표면형 및 국소 체적형 RF 코일(811, 812)에는 도 1 내지 도 10을 참조하여 설명한 실시예들의 RF 표면 코일(100, 100', 200, 300, 400, 500, 600, 700)이 사용될 수 있다. 가령, 표면형 RF 코일(811)의 경우, 경성 혹은 연성을 가진 평판형 플라스틱 몰드상에 전술한 실시예들의 RF 표면 코일(100, 100', 200, 300, 400, 500, 600, 700)이 실장되어 있을 수 있다. 또는 국소 체적형 RF 코일(812)의 경우, 원통형 플라스틱 몰드 상에 전술한 실시예들의 RF 표면 코일(100, 100', 200, 300, 400, 500, 600, 700)이 감싸는 방식으로 실장되어 있을 수 있다.

한편, 자기 공명 영상 장치(800)에서 운영되는(operated) 공진주파수는 다양할 수 있다. 자기 공명 영상 장치(800)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.

종래의 RF 표면 코일은 코일을 구성하는 동선(혹은 동판)의 형태(크기, 모양, 두께 등)에 의해 RF 표면 코일의 인덕턴스가 결정되므로, RF 표면 코일의 인덕턴스는 변하지 않는다. 따라서, 한 개의 RF 표면 코일을 각기 다른 중심주파수를 갖는 자기 공명 영상 장치에서 사용하기 위해서는 RF 표면 코일 내부에 삽입된 튜닝 캐패시터의 값만으로 변화시킬 수 밖에 없게 된다. 그런데, 이와 같이 캐패시터의 값만을 변화시키게 되는 경우, 캐패시턴스 값의 선택의 자유도 없어, 피사체의 로딩(loading)에 따른 주파수 이동을 억제하기 용이하지 않다.

반면에, 본 실시예의 RF 표면 코일(811, 812)는 전술한 실시예들의 RF 표면 코일(100, 100', 200, 300, 400, 500, 600, 700)을 사용하므로 RF 표면 코일(811, 812)의 인덕턴스를 가변적으로 조절하여, 하나의 RF 표면 코일을 각기 다른 중심주파수를 갖는 자기 공명 영상 장치에서 동작 할 수 있도록 할 수 있다. 또한, RF 표면 코일(811, 812)의 튜닝 캐패시터로 가변형 캐패시터를 사용하는 경우, RF 표면 코일(811, 812)의 인덕턴스와 캐패시턴스를 모두 조절할 수 있으므로, 상대적으로 큰 캐패시턴스 값을 사용함으로써 피사체의 로딩 효과에 따른 주파수 이동을 최소화할 수 있다.

전술한 실시예들은 자기 공명 영상 장치를 예로 들어 설명하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 또 다른 예로, 자기 공명 분광(magnetic resonance spectroscopy; MRS) 장치에 있어서도 자기 공명 영상 장치와 실질적으로 동일한 RF 코일을 이용하므로, 본 발명의 RF 표면 코일을 적용할 수 있음을 당해 분야의 기술자라면 자명하게 이해될 것이다.

자기 공명 분광 장치는 자기 공명 현상을 이용하여 물질의 물리적, 화학적, 생물학적 특징을 분석하는 장치로서, 높은 자계 내에 피사체를 배치하고, 특정한 원자를 여기시키는 펄스 고주파(RF) 신호를 송신용 RF 코일을 통해 피사체 내로 향하게 하여 자기 공명을 유도하고, 피사체 부근에 배치된 수신용 RF 코일을 통해 자기 공명 신호를 주파수 별로 검출한다. 피사체 내의 다른 종류의 원자는 다른 자기 공진 주파수를 일으키게 되므로, 자기 공명 신호의 스펙트럼을 검사함으로써 피사체에 포함된 원자의 종류를 판단할 수 있다. 이와 같은 자기 공명 분광 장치에 있어서도, 펄스 RF 신호를 송신하는 송신용 RF 코일은 전술한 자기 공명 영상 장치용 RF 코일과 그 구조 및 기능이 실질적으로 동일하므로, 전술한 실시예들의 RF 표면 코일이 그대로 적용될 수 있다.

전술한 본 발명인 RF 평면 코일 및 이를 채용한 자기 공명 장치는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

100, 100', 200, 300, 400, 500, 600, 700 : RF 표면 코일
110A, 110B, 110C, 110D, 110A', 110B', 110C', 110D', 310A, 310B, 310C, 310D, 510A, 510B, 510C, 510D, 610A, 610B, 610C, 610D, 610E, 610F, 711 : 도체 소자
111, 112, 111', 112', 411 : 도체판
113, 114 : 결합부
120, 120', 220, 420, 520, 620, 720 : 가변 인덕턴스부
125, 225, 425, 535, 625 : 도체 막대
130 : 튜닝 캐패시터
190, 790A, 790B, 790C, 790D : 케이블
710A, 710B, 710C, 710D : 루프 표면 코일
412 : 오목부
750 : 디커플링 캐패시터
800 : 자기 공명 영상 장치
810 : 원통형 자기 구조체
811 : 표면형 RF 표면 코일
812 : 국소 체적형 RF 표면 코일
814 : 바디형 RF 코일
815 : 경사 자계 코일
816 : 주자석
817 : 테이블
819 : 원통형 하우징
850 : 컴퓨팅 장치
W : 도체판의 폭

Claims

직렬로 연결되어 루프 형태의 표면 코일을 형성하는 복수의 도체 소자들; 및
상기 복수의 도체 소자들 중 적어도 어느 하나에 마련되어 인덕턴스를 조절하는 가변 인덕턴스부;를 포함하며,
상기 가변 인덕턴스부는 도체 막대와, 상기 도체 막대를 상기 복수의 도체 소자들 중 적어도 어느 하나에 탈부착 가능하게 결합시키는 결합부를 포함하며,
상기 결합부는 상기 도체 막대를 탈부착 가능하게 연결하는 복수의 결합 위치를 포함하며,
상기 도체 막대는 복수의 결합 위치에 평행하게 배치되거나 혹은 사선으로 결합되는 자기 공명 장치용 고주파 표면 코일.
삭제
삭제
제1 항에 있어서,
상기 도체 막대는 직선 형상, 꺽인 형상, 혹은 곡선 형상을 갖는 자기 공명 장치용 고주파 표면 코일.
제1 항에 있어서,
상기 도체 막대는 상기 복수의 도체 소자들 중 적어도 어느 하나에 직렬로 연결되는 자기 공명 장치용 고주파 표면 코일.
제5 항에 있어서,
상기 복수의 도체 소자들 중 적어도 어느 하나는 서로 이격된 도체판들을 포함하며, 상기 결합부는 상기 도체판들의 마주보는 양쪽 단부에 마련되는 제1 및 제2 결합부를 포함하며, 상기 도체 막대는 상기 제1 및 제2 결합부에 탈부착 가능하게 결합되어 상기 도체판들에 직렬 연결되는 자기 공명 장치용 고주파 표면 코일.
제1 항에 있어서,
상기 도체 막대는 상기 복수의 도체 소자들 중 적어도 어느 하나에 병렬로 연결되는 자기 공명 장치용 고주파 표면 코일.
제7 항에 있어서,
상기 복수의 도체 소자들 중 적어도 어느 하나는 도체판을 포함하며, 상기 결합부는 상기 도체판의 일 측에 이격되게 마련되는 제1 및 제2 결합부를 포함하며, 상기 도체 막대는 상기 제1 및 제2 결합부에 탈부착 가능하게 결합되어 상기 도체판과 병렬 연결되는 자기 공명 장치용 고주파 표면 코일.
제1 항에 있어서,
상기 결합부는 상기 도체 막대를 탈부착 가능하게 거치시키는 홈부이거나, 상기 도체 막대를 볼트로 탈부착 가능하게 고정시키는 체결 구멍인 자기 공명 장치용 고주파 표면 코일.
제1 항에 있어서,
상기 복수의 도체 소자들의 적어도 일부 사이에 개재되어 커패시턴스를 조절하는 적어도 하나의 튜닝 캐패시터;를 더 포함하는 자기 공명 장치용 고주파 표면 코일.
제10 항에 있어서,
상기 튜닝 캐패시터는 커패시턴스가 가변되는 가변 캐패시터인 자기 공명 장치용 고주파 표면 코일.
제1 항에 있어서,
상기 복수의 도체 소자들에 의해 형성되는 루프 형태의 표면 코일은 사각형, 원형, 및 육각형 중 어느 한 형상의 루프 표면 코일인 자기 공명 장치용 고주파 표면 코일.
제1 항에 있어서,
복수의 루프 표면 코일들이 배열된 루프 코일 어레이를 포함하며,
상기 복수의 루프 표면 코일들 중 적어도 일부는 상기 가변 인덕턴스부를 포함하는 자기 공명 장치용 고주파 표면 코일.
제13 항에 있어서,
상기 복수의 루프 표면 코일들 사이에 개재되어 자기적 결합을 차단시키는 디커플링 소자를 더 포함하는 자기 공명 장치용 고주파 표면 코일.
제13 항에 있어서,
상기 복수의 루프 표면 코일들은 독립적으로 구동되는 자기 공명 장치용 고주파 표면 코일.
주자석 및 고주파 표면 코일을 포함하는 자기 공명 장치에 있어서, 상기 고주파 표면 코일은 제1 항, 제4 항 내지 제15 항 중 어느 한 항인 것을 특징으로 하는 자기 공명 장치.
제16 항에 있어서,
상기 고주파 표면 코일은 고주파 신호를 전송하는 송신 코일, 피검체에서 유도된 자기 공명 신호를 수신하는 수신 코일, 혹은 고주파 신호를 전송하고 피검체에서 유도된 자기 공명 신호를 수신하는 송수신 코일인 자기 공명 장치.
제16 항에 있어서,
상기 자기 공명 장치는 자기 공명 영상 장치이며,
상기 고주파 표면 코일은 피검체에 인접하게 설치되는 표면형 고주파 코일이거나 국소 체적형 고주파 코일인 자기 공명 장치.
제18 항에 있어서,
바디형 고주파 코일;
경사 자계 코일; 및
상기 주자석과, 상기 바디형 고주파 코일과, 상기 경사 자계 코일을 실장하는 원통형 하우징;을 더 포함하는 자기 공명 장치.