KR102286940B1

KR102286940B1 - 자기 공명 영상 시스템용 표면 코일 및 이를 포함하는 자기 공명 영상 시스템

Info

Publication number: KR102286940B1
Application number: KR1020140165401A
Authority: KR
Inventors: 김경남
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2014-11-25
Filing date: 2014-11-25
Publication date: 2021-08-05
Also published as: KR20160062529A; US10444307B2; US20170261570A1; WO2016085207A1

Abstract

평면 위에 배치되어 있는 제1 평면 코일부, 상기 제1 평면 코일부에 대하여 대칭적으로 배치되어 있고, 하나의 곡면 위에 배치되어 있는 제1 곡면 코일부를 포함하고, 상기 제1 평면 코일부와 상기 제1 곡면 코일부는 적어도 두 부분에서 서로 전기적으로 연결되어 있는 자기 공명 영상 시스템용 표면 코일.

Description

자기 공명 영상 시스템용 표면 코일 및 이를 포함하는 자기 공명 영상 시스템 {SURFACE COIL FOR MAGNETIC RESONANCE IMGING SYSTEM AND MAGNETIC RESONANCE IMGING SYSTEM HAVING THE SAME}

본 명세서는 자기 공명 영상 시스템용 표면 코일 및 이를 포함하는 자기 공명 영상 시스템에 관한 것이다.

자기 공명 영상(MRI)이란 자기장을 발생하는 커다란 자석통 속에 위치시킨 후 고주파를 발생시켜 피검체에 포함되어 있는 수소 원자핵을 공명시키고, 피검체의 각 조직에서 나오는 신호의 차이를 측정하여 컴퓨터를 통해 재구성하여, 영상화하는 기술이다. 자석으로 구성된 장치에서 피검체에 고주파(RF: radio frequency) 펄스를 인가하여 피검체에서 메아리와 같은 신호가 발산되면 이를 되받아서 디지털 정보로 변환하여 영상화하는 것을 말한다.

자기 공명 영상 시스템에는 경사 자장 코일, 바디 코일, 표면 코일 등 다양한 코일이 사용된다. 이 중 표면 코일은 피검체에 가장 가까이 배치되는 코일로써, 고주파 신호를 수신하거나 또는 송수신하는 기능을 수행한다. 일반적인 표면 코일에는 단층 평면(single-layer planar: SLP) 코일과 단층 곡면(single-layer circular: SLC) 코일을 주로 사용한다. 관련 기술 문헌으로 미국 특허공보 5,939,883가 있다.

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표면 코일은 코일의 물리적인 크기, 하우징의 형태, RF 차폐의 유무 등에 의하여 성능(자기장의 균일도 및 민감도 등)이 달라지고, 표면 코일에 의하여 발생하는 자기장(B1 필드)이 형성되는 영역은 깊이 펄스(depth pulse)를 조절하여 변화를 줄 수 있다. B1 필드의 영역은 코일의 반지름(피검체 노이즈가 주일 경우)이나 코일 반지름의 1.5배(RF 코일 노이즈가 주일 경우)에 해당하는 영역이다. 따라서 코일의 크기는 관심 영역(ROI: region of interest)이 표면 코일로부터 얼마나 멀리 떨어져 있느냐에 따라 결정된다.

B1 필드의 민감도나 투과 깊이를 향상하기 위하여 평평한 단층 평면(single-layer planar: SLP) 코일을 단층 곡면(single-layer circular: SLC) 코일로 변형하여 사용하고 있으나, 자기 공명 영상의 신호 대 잡음비(SNR: signal to noise ratio)를 향상하기는 데는 어려움이 있다. 자기 공명 영상의 신호 대 잡음비(SNR: signal to noise ratio)를 5%만 향상하더라도 자기 공명 영상의 선명도는 획기적으로 향상될 수 있다. 따라서 자기 공명 영상의 신호 대 잡음비를 향상할 수 있는 표면 코일을 제안하고자 한다.

일 실시예에 따른 자기 공명 영상 시스템용 표면 코일은 하나의 평면 위에 배치되어 있는 제1 평면 코일부, 상기 제1 평면 코일부에 대하여 대칭적으로 배치되어 있고, 하나의 곡면 위에 배치되어 있는 제1 곡면 코일부를 포함하고, 상기 제1 평면 코일부와 상기 제1 곡면 코일부는 적어도 두 부분에서 서로 전기적으로 연결되어 있다.

상기 제1 평면 코일부와 상기 제1 곡면 코일부의 적어도 하나에 연결되어 있는 적어도 하나의 제1 축전기를 더 포함할 수 있고, 상기 적어도 하나의 제1 축전기 중 적어도 하나는 상기 제1 곡면 코일부와 상기 제1 평면 코일부가 서로 연결되는 연결부에 배치될 수 있다. 상기 제1 평면 코일부는 상기 연결부에서 양쪽으로 분리되어 있고, 상기 제1 곡면 코일부도 상기 연결부에서 양쪽으로 분리되어 있으며, 상기 연결부에 배치되어 있는 축전기는 상기 제1 평면 코일부와 상기 제1 곡면 코일부의 분리되어 있는 상기 양쪽 사이에 연결될 수 있다.

상기 제1 평면 코일부는 직사각형이고, 상기 제1 곡면 코일부는 직사각형의 마주보는 두 변이 원호 모양으로 구부려진 형상을 가질 수 있다. 상기 제1 평면 코일의 마주보는 두 변과 상기 제1 곡면 코일의 원호 모양인 두 변은 그 중심에서 서로 최근접하고, 상기 제1 평면 코일과 상기 제1 곡면 코일은 각각 상기 최근접 점에서 양쪽으로 분리되어 있고, 양쪽으로 분리된 상기 제1 평면 코일의 양단은 양쪽으로 분리된 상기 제1 곡면 코일의 양단과 각각 연결될 수 있다. 상기 제1 평면 코일부와 상기 제1 곡면 코일부의 양쪽으로 분리되어 있는 상기 양단 사이에 연결되어 있는 제1 축전기를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 곡면 코일부의 마주보는 두 직선 변에 각각 삽입되어 있는 제2 축전기를 더 포함할 수 있다.

하나의 평면 위에 배치되어 있는 제2 평면 코일부, 상기 제2 평면 코일부에 대하여 대칭적으로 배치되어 있고, 하나의 곡면 위에 배치되어 있는 제2 곡면 코일부를 더 포함하고, 상기 제2 평면 코일부와 상기 제2 곡면 코일부는 적어도 두 부분에서 서로 전기적으로 연결될 수 있다.

상기 제1 평면 코일부와 상기 제2 평면 코일부는 서로 나란하게 마주 보도록 배치되어 있고, 상기 제1 곡면 코일부와 상기 제2 곡면 코일부는 그 원호 모양 부분이 동축 원통면 위에 놓이도록 배치될 수 있다.

상기 제1 평면 코일부와 상기 제1 곡면 코일부의 적어도 하나에 연결되어 있는 적어도 하나의 제1 축전기와 상기 제2 평면 코일부와 상기 제2 곡면 코일부의 적어도 하나에 연결되어 있는 적어도 하나의 제2 축전기를 더 포함할 수 있다.

하나의 평면 위에 배치되어 있는 제3 평면 코일부, 상기 제3 평면 코일부에 대하여 대칭적으로 배치되어 있고, 하나의 곡면 위에 배치되어 있는 제3 곡면 코일부를 더 포함하고, 상기 제3 평면 코일부와 상기 제3 곡면 코일부는 적어도 두 부분에서 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 하나의 평면 위에 배치되어 있는 제4 평면 코일부, 상기 제4 평면 코일부에 대하여 대칭적으로 배치되어 있고, 하나의 곡면 위에 배치되어 있는 제4 곡면 코일부를 더 포함하고, 상기 제4 평면 코일부와 상기 제4 곡면 코일부는 적어도 두 부분에서 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제3 평면 코일부와 상기 제4 평면 코일부는 서로 나란하게 마주 보도록 배치되어 있고, 상기 제3 곡면 코일부와 상기 제4 곡면 코일부는 그 원호 모양 부분이 동축 원통면 위에 놓이도록 배치될 수 있다. 상기 제1 평면 코일부는 상기 제3 평면 코일부가 놓여 있는 평면과 직교하는 평면 위에 놓여 있고, 상기 제1 곡면 코일부와 상기 제3 곡면 코일부는 그 원호 모양 부분이 동축 원통면 위에 놓이도록 배치될 수 있다.

상기 제1 평면 코일부와 상기 제1 곡면 코일부의 적어도 하나에 연결되어 있는 적어도 하나의 제1 축전기, 상기 제2 평면 코일부와 상기 제2 곡면 코일부의 적어도 하나에 연결되어 있는 적어도 하나의 제2 축전기, 상기 제3 평면 코일부와 상기 제3 곡면 코일부의 적어도 하나에 연결되어 있는 적어도 하나의 제3 축전기 및 상기 제4 평면 코일부와 상기 제4 곡면 코일부의 적어도 하나에 연결되어 있는 적어도 하나의 제4 축전기를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 자기 공명 영상 시스템은 하나의 평면 위에 배치되어 있는 제1 평면 코일부, 상기 제1 평면 코일부에 대하여 대칭적으로 배치되어 있고, 하나의 곡면 위에 배치되어 있는 제1 곡면 코일부를 포함하고, 상기 제1 평면 코일부와 상기 제1 곡면 코일부는 적어도 두 부분에서 서로 전기적으로 연결되어 있는 표면 코일을 포함한다.

일 실시예에 따르면, 자기 공명 영상 시스템의 신호 대 잡음비(SNR: signal to noise ratio)를 향상하여 자기 공명 영상의 질을 향상할 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 자기 공명 영상 시스템의 사시도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 자기 공명 영상 시스템용 표면 코일의 사시도이다.
도 3은 단층 평면 코일(SLP), 단층 곡면 코일(SLC) 및 일 실시예에 따른 이중 표면 코일(DLC)을 원통형 피검체에 설치한 상태를 보여 주는 사시도들이다.
도 4는 도 3과 같이 표면 코일들을 설치한 상태에서 피검체의 T 단면을 따라 측정한 자기장 지도와 위치에 따른 신호 강도를 보여 주는 그래프이다.
도 5는 도 3과 같이 표면 코일들을 설치한 상태에서 피검체의 S 단면을 따라 측정한 자기장 지도를 보여 주는 그래프이다.
도 6은 단층 평면 코일(SLP), 단층 곡면 코일(SLC) 및 일 실시예에 따른 이중 표면 코일(DLC)을 피검체인 쥐에 설치한 상태를 보여 주는 사시도들이다.
도 7은 도 6과 같이 표면 코일들을 설치한 상태에서 피검체인 쥐의 수평 단면을 따라 측정한 자기장 지도와 위치에 따른 신호 강도를 보여 주는 그래프이다.
도 8은 도 6과 같이 표면 코일들을 설치한 상태에서 피검체인 쥐의 수직 단면을 따라 측정한 자기장 지도이다
도 9는 도 6과 같이 표면 코일들을 설치한 상태에서 피검체인 쥐의 수평 단면을 따라 측정한 신호/잡음비(S/N) 지도이다.
도 10, 도 11, 도 12는 각각 도 9의 P1-P2, P3-P4, P5-P6 선을 따라 측정한 신호 강도 그래프이다.
도 13은 도 6과 같이 표면 코일들을 설치한 상태에서 피검체인 쥐의 수직 단면을 따라 측정한 수소 원자의 스핀이 기울어진 각도(flipped angle: FA)의 지도이다.
도 14는 도 13의 P1-P2 (단면 중심선)을 따라 측정한 수소 원자의 스핀이 기울어진 각도(FA) 그래프이다.
도 15는 다른 실시예에 따른 자기 공명 영상 시스템용 표면 코일의 측면도이다.
도 16은 또 다른 실시예에 따른 자기 공명 영상 시스템용 표면 코일의 측면도이다.
도 17은 단층 평면 코일(SLP) 4개를 원통형 피검체의 사방에 배치한 경우, 단층 곡면 코일(SLC) 4개를 원통형 피검체의 사방에 배치한 경우, 도 16과 같이 이중 표면 코일(DLC)을 원통형 피검체의 사방에 배치한 경우 각각에 대하여 피검체의 수평 단면을 따라 측정한 자기장 지도와 위치에 따른 신호 강도를 보여 주는 그래프이다.

그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.

도 1은 일 실시예에 따른 자기 공명 영상 시스템의 사시도이고, 도 2는 일 실시예에 따른 자기 공명 영상 시스템용 표면 코일의 사시도이다.

도 1을 참고하면, 일 실시예에 따른 자기 공명 영상 시스템(100)은 주자장 발생 자석(2), 주자장 발생 자석(2)의 내부에 원통 각의 모양으로 설치되어 있는 경사 자장 코일(Gradient coil, 3), 경사 자장 코일(3)이 내부에 원통 각의 모양으로 설치되어 있는 바디 코일(4), 바디 코일(4) 내부에 형성되어 있는 공간(S)에 놓여 있는 피검체(H)에 근접 설치되는 표면 코일(5), 피검체(H)의 탑승 및 검사 위치로의 이동 등의 기능을 수행하는 테이블 장치(6) 등을 포함한다. 주자장 발생 자석(2)은 피검체(H)가 배치되는 공간(S)에 주자장을 형성하고, 경사 자장 코일(3)은 주자장의 세기를 위치에 따라 일시적으로 변화하게 하여 위치정보를 얻게 하는 장치로서 내부의 원통에 감긴 X, Y, Z 축 세 개의 경사 자장 코일l과 이 코일에 전류를 흘리는 경사 자장 신호 증폭기를 포함한다. 바디 코일(4)은 RF(radio frequency) 신호의 송신을 주로 수행하고, RF 신호의 수신도 가능하다. 표면 코일(5)은 RF 신호의 송수신을 수행하나, 수신 전용으로 사용될 수도 있다.

도 2를 참고하면, 일 실시예에 따른 자기 공명 영상 시스템용 표면 코일(5)은 평면 코일부(51)와 곡면 코일부(52)를 포함하고, 평면 코일부(51)와 곡면 코일부(52)의 접점에 삽입되어 있는 두 개의 축전기(54, 56) 그리고 곡면 코일부(52)의 직선부에 삽입되어 있는 두 개의 축전기(55, 57)를 포함한다.

평면 코일부(51)는 직사각형 모양을 가지며, 두 개의 축전기(54, 56)가 삽입되어 있는 부분에서 양쪽으로 분리되어 있다.

곡면 코일부(52)는 원호 모양을 가지는 2개의 원호부와 2개의 직선부를 포함한다. 2개의 원호부가 서로 나란하게 마주보도록 배치되어 있고, 두 원호부의 양단을 2개의 직선부가 각각 연결한다. 즉, 곡면 코일부(52)는 직사각형의 마주보는 두 변이 원호 모양으로 구부려진 형상을 가진다. 곡면 코일부(52)는 네 개의 축전기가 삽입되어 있는 네 부분에서 양쪽으로 분리되어 있다.

평면 코일부(51)는 곡면 코일부(52)의 두 직선부가 놓여 있는 평면과 실질적으로 나란한 평면 위에 놓여 있고, 곡면 코일부(52)의 두 원호부의 중심에서 곡면 코일부(52)와 가장 가까운 위치가 되도록 배치되어 있다. 곡면 코일부(52)를 평면 코일부(51)가 놓여 있는 평면 위에 투영할 경우, 곡면 코일부(52)의 투영된 그림자는 평면 코일부(51)의 내부에 놓이거나, 곡면 코일부의 투영된 그림자가 평면 코일부(51)를 내포하도록 배치되어 있다. 곡면 코일부(52)의 투영된 그림자는 평면 코일부(51)와 실질적으로 일치할 수도 있다.

평면 코일부(51)와 곡면 코일부(52)는 두 개의 축전기(54, 56)가 삽입되어 있는 부분에서 서로 전기적으로 연결되어 있다. 이들의 연결은 두 개의 축전기(54, 56)의 두 전극을 통해서일 수도 있고, 별도의 배선을 통해서일 수도 있다.

본 실시예에서는 평면 코일부(51)와 곡면 코일부(52)에 동시에 연결되어 축전기(54, 56) 이외에 곡면 코일부(52)의 직선부에 삽입되어 있는 두 개의 축전기(55, 57)가 더 포함된다. 표면 코일(5)은 이러한 연결을 통하여 인덕터와 축전기의 직렬 공진 회로(LC 직렬 공진 회로)를 구성하는데, 인덕턴스(L)와 정전 용량(C)은 원하는 공진 주파수(자기 공명 영상 시스템의 운영 주파수)에 따라 조절할 수 있다. 또한 축전기의 배치 위치나 개수도 달라질 수 있다. 예를 들어, 곡면 코일부(52)의 직선부에 배치되어 있는 축전기(55, 57)는 생략할 수도 있고, 평면 코일부(51)에 축전기를 추가로 배치할 수도 있으며, 평면 코일부(51)와 곡면 코일부(52)에 동시에 연결되어 축전기(54, 56)를 생략하고 평면 코일부(51)에 축전기를 추가로 배치할 수도 있다. 다만, 축전기(54, 56)를 평면 코일부(51)와 곡면 코일부(52)에 동시에 연결되는 위치에 배치함으로써, 축전기 배치의 효율성을 제고할 수 있다.

이러한 표면 코일(5)의 성능에 대하여 살펴본다.

도 3은 단층 평면 코일(SLP), 단층 곡면 코일(SLC) 및 일 실시예에 따른 이중 표면 코일(DLC)을 원통형 피검체에 설치한 상태를 보여 주는 사시도들이고, 도 4는 도 3과 같이 표면 코일들을 설치한 상태에서 피검체의 T 단면을 따라 측정한 자기장 지도와 위치에 따른 신호 강도를 보여 주는 그래프이고, 도 5는 도 3과 같이 표면 코일들을 설치한 상태에서 피검체의 S 단면을 따라 측정한 자기장 지도를 보여 주는 그래프이다.

도 3에서 (A)는 단층 평면 코일(SLP)을 원통형 피검체 위에 설치한 경우이고, (B)는 단층 곡면 코일(SLC)을 원통형 피검체 위에 설치한 경우이며, (C)는 일 실시예에 따른 표면 코일(이중 표면 코일(DLC))을 원통형 피검체 위에 설치한 경우이다. (C)에는 시험적으로 제작된 이중 표면 코일(DLC)의 크기가 표시되어 있다.

도 4의 신호 세기 그래프에서 검정색이 단층 평면 코일(SLP)을 원통형 피검체 위에 설치한 경우의 그래프이고, 청색이 단층 곡면 코일(SLC)을 원통형 피검체 위에 설치한 경우의 그래프이며, 적색이 일 실시예에 따른 표면 코일(이중 표면 코일(DLC))을 원통형 피검체 위에 설치한 경우의 그래프이다.

도 4 및 도 5를 참고하면, 단층 평면 코일(SLP)의 경우 코일과 인접한 부분에서는 B1 필드의 세기가 강하나 멀어 질수록 B1 필드가 급격히 약해 진다. 단층 곡면 코일(SLC)의 경우에는 축전기가 배치되어 있는 직선부 주위에서 B1 필드의 세기가 강하게 나타나는 특성을 보인다. 즉, 피검체의 중앙 부분에서 신호 강도가 센 특성을 보인다. 일 실시예에 따른 이중 표면 코일(DLC)의 경우에는 표면 코일과 인접한 부분에서 강한 B1 필드가 형성되고, 코일에서 멀어 질수록 B1 필드가 약해 지는 정도가 단층 평면 코일(SLP)의 경우에 비하여 완만하여 피검체의 중앙부 가까이까지 가장 강한 B1 필드의 80% 이상의 세기를 유지한다.

이러한 이중 표면 코일(DLC)을 사용하면, 단층 평면 코일(SLP)이나 단층 곡면 코일(SLC)보다 우수한 B1 필드 감도와 깊은 RF 신호 투과 깊이를 얻을 수 있고, 이를 통해 자기 공명 영상에서 신호 대 잡음비를 크게 향상할 수 있다.

도 6은 단층 평면 코일(SLP), 단층 곡면 코일(SLC) 및 일 실시예에 따른 이중 표면 코일(DLC)을 피검체인 쥐에 설치한 상태를 보여 주는 사시도들이고, 도 7은 도 6과 같이 표면 코일들을 설치한 상태에서 피검체인 쥐의 수평 단면을 따라 측정한 자기장 지도와 위치에 따른 신호 강도를 보여 주는 그래프이며, 도 8은 도 6과 같이 표면 코일들을 설치한 상태에서 피검체인 쥐의 수직 단면을 따라 측정한 자기장 지도이다.

도 6에서 (A)는 단층 평면 코일(SLP)을 쥐 위에 설치한 경우이고, (B)는 단층 곡면 코일(SLC)을 쥐 위에 설치한 경우이며, (C)는 일 실시예에 따른 표면 코일(이중 표면 코일(DLC))을 쥐 위에 설치한 경우이다.

도 7의 신호 세기 그래프에서 검정색이 단층 평면 코일(SLP)을 쥐 위에 설치한 경우의 그래프이고, 청색이 단층 곡면 코일(SLC)을 쥐 위에 설치한 경우의 그래프이며, 적색이 일 실시예에 따른 표면 코일(이중 표면 코일(DLC))을 쥐 위에 설치한 경우의 그래프이다.

쥐를 피검체로 한 경우에도 원통형 피검체의 경우와 유사한 특성이 나타남을 알 수 있다. 즉, 일 실시에에 따른 이중 표면 코일(DLC)를 사용한 경우에 표면 코일과 인접한 부분에서 강한 B1 필드가 형성되고, 코일에서 멀어 질수록 B1 필드가 약해 지는 정도가 단층 평면 코일(SLP)의 경우에 비하여 완만하여 피검체의 중앙부 가까이까지 가장 강한 B1 필드의 80% 이상의 세기를 유지하여 보다 넓은 영역을 촬영할 수 있다.

도 9는 도 6과 같이 표면 코일들을 설치한 상태에서 피검체인 쥐의 수평 단면을 따라 측정한 신호 대 잡음 비(S/N) 지도이고, 도 10, 도 11, 도 12는 각각 도 9의 P1-P2, P3-P4, P5-P6 선을 따라 측정한 신호 강도 그래프이다.

도 9는 플래쉬(FLASH) 이미지 프로토콜을 사용하여 얻은 신호 대 잡음 비(S/N) 지도이다.

도 9를 참고하면, 단층 평면 코일(SLP)이나 단층 곡면 코일(SLC)을 사용한 경우에 비하여 이중 표면 코일(DLC)을 사용한 경우에 150[a.u.] 이상의 신호 대 잡음 비를 나타내는 영역이 넓은 것을 확인할 수 있다. 특히 쥐의 몸 속 깊은 곳(간 등의 장기가 위치한 곳)에서 높은 신호 대 잡음 비를 나타내므로 이러한 장기에 대한 선명한 영상을 얻는데 일 실시예에 따른 이중 표면 코일(DLC)이 우수한 성능을 나타냄을 알 수 있다.

도 10 내지 도 12를 참고하면, 단층 평면 코일(SLP)이나 단층 곡면 코일(SLC)을 사용한 경우에 비하여 이중 표면 코일(DLC)을 사용한 경우에 전반적으로 신호의 세기가 더 강한 것을 알 수 있다. 단층 평면 코일(SLP)을 사용한 경우, 코일과 가까운 표피 부분(주로 근육이 위치하는 부분)에서는 신호가 강하나, 간이 위치하는 중심부에서는 신호가 150[a.u.] 미만으로 약해 져서 선명한 영상을 얻기가 어렵다. 단층 곡면 코일(SLC)을 사용한 경우에는 표피 부분과 중심부 모두에서 신호의 세기가 약하다. 이에 비하여 이중 표면 코일(DLC)을 사용한 경우에 표피 부분에서는 단층 평면 코일(SLP)을 사용한 경우와 동등한 정도의 신호 세기를 나타내고, 중심부에서도 넓은 영역에서 150[a.u.] 이상의 신호 세기를 나타낸다. 따라서, 일 실시예에 따른 이중 표면 코일(DLC)을 사용하면, 표피 부분뿐만 아니라 몸 속 깊은 곳의 장기의 영상까지 선명하게 촬영할 수 있다.

도 13은 도 6과 같이 표면 코일들을 설치한 상태에서 피검체인 쥐의 수직 단면을 따라 측정한 수소 원자의 스핀이 기울어진 각도(flipped angle: FA)의 지도이고, 도 14는 도 13의 P1-P2 (단면 중심선)을 따라 측정한 수소 원자의 스핀이 기울어진 각도(FA) 그래프이다.

각 코일에 RF 신호를 인가했을 때, 쥐의 체내에 있는 물의 수소 원자가 에너지를 받아 그 스핀이 기울어지게 되는데, 그 각도가 클수록 측정되는 신호의 세기도 강하다.

도 13을 참고하면, 단층 평면 코일(SLP)을 사용한 경우, 백색 선으로 구획된 정사각형 영역(55mm x 55mm)에서 평균 18도의 스핀 기울기를 나타내고, 단층 곡면 코일(SLC)을 사용한 경우에는 백색 선으로 구획된 정사각형 영역에서 평균 10.7도의 스핀 기울기를 나타내는 것에 비하여, 이중 표면 코일(DLC)을 사용한 경우에는 백색 선으로 구획된 정사각형 영역에서 평균 21.4도의 스핀 기울기를 나타낸다. 또한 백색 선으로 구획된 정사각형 영역을 더욱 세분화한 영역(6.6mm x 6.6mm)들에서도 이중 표면 코일(DLC)을 사용한 경우에는 모든 영역에서 18도 이상의 평균 스핀 기울기를 나타내는 것에 비하여, 단층 곡면 코일(SLC)을 사용한 경우에는 18도 이상의 평균 스핀 기울기를 나타내는 영역이 전혀 없고, 단층 평면 코일(SLP)을 사용한 경우에는 9개 중 3개 영역에서만 18도 이상의 평균 기울기를 나타낸다.

도 14를 참고하면, 이중 표면 코일(DLC)을 사용한 경우가 단층 평면 코일(SLP)을 사용한 경우나 단층 곡면 코일(SLC)을 사용한 경우에 비하여 전반적으로 높은 스핀 기울기를 나타냄을 알 수 있다.

이와 같이, 일 실시예에 따른 이중 표면 코일(DLC)을 사용하면, 단층 평면 코일(SLP)이나 단층 곡면 코일(SLC)보다 우수한 B1 필드 감도와 깊은 RF 신호 투과 깊이를 얻을 수 있고, 이를 통해 자기 공명 영상에서 신호 대 잡음비를 크게 향상하여 고품질의 영상을 얻을 수 있다.

도 15는 다른 실시예에 따른 자기 공명 영상 시스템용 표면 코일의 측면도이다.

도 15의 실시예는 도 2의 실시예에 따른 표면 코일 두 개를 피검체(H)를 중심으로 하여 서로 마주보도록 배치한 것이다. 즉, 제1 평면 코일부(511)와 제1 곡면 코일부(512)를 포함하는 제1 이중 코일(510)과 제2 평면 코일부(521)와 제2 곡면 코일부(522)를 포함하는 제2 이중 코일(520)을 피검체(H)에 대하여 대칭적으로 배치하여 2채널로 구성한 것이다. 제1 이중 코일(510)과 제2 이중 코일(520)은 각각 축전기(514, 524)를 포함한다. 축전기(514, 524)의 개수나 위치는 도 2와 관련하여 설명한 바와 같이 다양하게 변형될 수 있다.

도 16은 또 다른 실시예에 따른 자기 공명 영상 시스템용 표면 코일의 측면도이다.

도 16의 실시예는 도 2의 실시예에 따른 표면 코일 네 개를 피검체(H)를 중심으로 하여 상하 좌우에서 마주보도록 배치한 구성이다. 즉, 제1 평면 코일부(511)와 제1 곡면 코일부(512)를 포함하는 제1 이중 코일(510)과 제2 평면 코일부(521)와 제2 곡면 코일부(522)를 포함하는 제2 이중 코일(520)을 피검체(H)에 대하여 상하로 대칭적으로 배치하고, 제3 평면 코일부(531)와 제3 곡면 코일부(532)를 포함하는 제3 이중 코일(530)과 제4 평면 코일부(541)와 제4 곡면 코일부(542)를 포함하는 제4 이중 코일(540)을 피검체(H)에 대하여 좌우로 대칭적으로 배치하여 4채널로 구성한 것이다. 제1 곡면 코일부(512), 제2 곡면 코일부(522), 제3 곡면 코일부(532) 및 제4 곡면 코일부(542)의 원호부는 모두 동축 원통면 위에 놓인다. 제1 평면 코일부(511)와 제2 평면 코일부(521)은 서로 나란한 평면 위에 놓이고, 제3 평면 코일부(531)와 제4 평면 코일부(541)도 서로 나란한 평면 위에 놓이며, 제1 평면 코일부(511)는 제3 평면 코일부(531)가 놓인 평면과 직교하는 평면 위에 놓인다.

제1 이중 코일(510), 제2 이중 코일(520), 제3 이중 코일(530) 및 제4 이중 코일(540)은 각각 축전기(514, 524, 534, 544)를 포함한다. 축전기(514, 524, 534, 544)의 개수나 위치는 도 2와 관련하여 설명한 바와 같이 다양하게 변형될 수 있다.

도 17은 단층 평면 코일(SLP) 4개를 원통형 피검체의 사방에 배치한 경우, 단층 곡면 코일(SLC) 4개를 원통형 피검체의 사방에 배치한 경우, 도 16과 같이 이중 표면 코일(DLC)을 원통형 피검체의 사방에 배치한 경우 각각에 대하여 피검체의 수평 단면을 따라 측정한 자기장 지도와 위치에 따른 신호 강도를 보여 주는 그래프이다.

도 17을 참고하면, 이중 표면 코일(DLC)을 4채널로 구성한 경우에 단층 평면 코일(SLP)이나 단층 곡면 코일(SLC)를 4채널로 구성한 경우에 비하여 피검체의 전 영역에서 B1 필드의 세기가 더 강하게 나타남을 알 수 있다.

이상과 같이, 일 실시예에 따른 자기 공명 영상 시스템용 표면 코일은 단일 채널로 사용하거나 다중 채널로 구성하여 사용할 수 있다. 위의 실시예에서는 2 채널과 4 채널로 구성한 경우를 예시하였으나, 3채널이나 5채널 이상으로 구성할 수도 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

100 자기 공명 영상 시스템 2 주자장 발생 자석
3 경사 자장 코일 4 바디 코일
5 표면 코일
51, 511, 521, 531, 541 평면 코일부
52, 512, 522, 532, 542 곡면 코일부
54, 55, 56, 57, 514, 524, 534, 544 축전기

Claims

하나의 평면 위에 배치되어 있는 직사각형 제1 평면 코일부,
상기 제1 평면 코일부에 대하여 대칭적으로 배치되어 있고, 하나의 곡면 위에 배치되어 있는 제1 곡면 코일부
를 포함하고,
상기 제1 평면 코일부와 상기 제1 곡면 코일부 각각은 하나의 폐루프를 형성하고,
상기 제1 곡면 코일부는 서로 마주보는 두 개의 직선부와 이들 두 개의 직선부 양단 사이를 연결하는 두 개의 원호 모양 곡선부를 포함하고,
상기 제1 평면 코일부는 상기 제1 곡면 코일부의 상기 두 개의 곡선부 중앙에 접하여 전기적으로 연결되어 있는 자기 공명 영상 시스템용 표면 코일.
제1항에서,
상기 제1 평면 코일부와 상기 제1 곡면 코일부의 적어도 하나에 연결되어 있는 적어도 하나의 제1 축전기를 더 포함하는 자기 공명 영상 시스템용 표면 코일.
제2항에서,
상기 적어도 하나의 제1 축전기 중 적어도 하나는 상기 제1 곡면 코일부와 상기 제1 평면 코일부가 서로 연결되는 연결부에 배치되어 있는 자기 공명 영상 시스템용 표면 코일.
제3항에서,
상기 제1 평면 코일부는 상기 연결부에서 양쪽으로 분리되어 있고, 상기 제1 곡면 코일부도 상기 연결부에서 양쪽으로 분리되어 있으며, 상기 연결부에 배치되어 있는 축전기는 상기 제1 평면 코일부와 상기 제1 곡면 코일부의 분리되어 있는 상기 양쪽 사이에 연결되어 있는 자기 공명 영상 시스템용 표면 코일.
삭제
제1항에서,
상기 제1 평면 코일의 마주보는 두 변과 상기 제1 곡면 코일의 원호 모양인 두 변은 그 중심에서 서로 최근접하고, 상기 제1 평면 코일과 상기 제1 곡면 코일은 각각 상기 최근접 점에서 양쪽으로 분리되어 있고, 양쪽으로 분리된 상기 제1 평면 코일의 양단은 양쪽으로 분리된 상기 제1 곡면 코일의 양단과 각각 연결되어 있는 자기 공명 영상 시스템용 표면 코일.
제6항에서,
상기 제1 평면 코일부와 상기 제1 곡면 코일부의 양쪽으로 분리되어 있는 상기 양단 사이에 연결되어 있는 제1 축전기를 더 포함하는 자기 공명 영상 시스템용 표면 코일.
제7항에서,
상기 제1 곡면 코일부의 마주보는 두 직선부에 각각 삽입되어 있는 제2 축전기를 더 포함하는 자기 공명 영상 시스템용 표면 코일.
제1항에서,
하나의 평면 위에 배치되어 있는 직사각형 제2 평면 코일부,
상기 제2 평면 코일부에 대하여 대칭적으로 배치되어 있고, 하나의 곡면 위에 배치되어 있는 제2 곡면 코일부
를 더 포함하고,
상기 제2 곡면 코일부는 서로 마주보는 두 개의 직선부와 이들 두 개의 직선부 양단 사이를 연결하는 두 개의 원호 모양 곡선부를 포함하고,
상기 제2 평면 코일부는 상기 제2 곡면 코일부의 상기 두 개의 곡선부 중앙에 접하여 전기적으로 연결되어 있는 자기 공명 영상 시스템용 표면 코일.
제9항에서,
상기 제1 평면 코일부와 상기 제2 평면 코일부는 서로 나란하게 마주 보도록 배치되어 있고, 상기 제1 곡면 코일부와 상기 제2 곡면 코일부는 그 원호 모양 부분이 동축 원통면 위에 놓이도록 배치되어 있는 자기 공명 영상 시스템용 표면 코일.
제10항에서,
상기 제1 평면 코일부와 상기 제1 곡면 코일부의 적어도 하나에 연결되어 있는 적어도 하나의 제1 축전기와
상기 제2 평면 코일부와 상기 제2 곡면 코일부의 적어도 하나에 연결되어 있는 적어도 하나의 제2 축전기
를 더 포함하는 자기 공명 영상 시스템용 표면 코일.
제9항에서,
하나의 평면 위에 배치되어 있는 직사각형 제3 평면 코일부,
상기 제3 평면 코일부에 대하여 대칭적으로 배치되어 있고, 하나의 곡면 위에 배치되어 있는 제3 곡면 코일부
를 더 포함하고,
상기 제3 곡면 코일부는 서로 마주보는 두 개의 직선부와 이들 두 개의 직선부 양단 사이를 연결하는 두 개의 원호 모양 곡선부를 포함하고,
상기 제3 평면 코일부는 상기 제3 곡면 코일부의 상기 두 개의 곡선부 중앙에 접하여 전기적으로 연결되어 있는 자기 공명 영상 시스템용 표면 코일.
제12항에서,
하나의 평면 위에 배치되어 있는 제4 평면 코일부,
상기 제4 평면 코일부에 대하여 대칭적으로 배치되어 있고, 하나의 곡면 위에 배치되어 있는 제4 곡면 코일부
를 더 포함하고,
상기 제4 곡면 코일부는 서로 마주보는 두 개의 직선부와 이들 두 개의 직선부 양단 사이를 연결하는 두 개의 원호 모양 곡선부를 포함하고,
상기 제4 평면 코일부는 상기 제4 곡면 코일부의 상기 두 개의 곡선부 중앙에 접하여 전기적으로 연결되어 있는 자기 공명 영상 시스템용 표면 코일.
제13항에서,
상기 제3 평면 코일부와 상기 제4 평면 코일부는 서로 나란하게 마주 보도록 배치되어 있고, 상기 제3 곡면 코일부와 상기 제4 곡면 코일부는 그 원호 모양 부분이 동축 원통면 위에 놓이도록 배치되어 있는 자기 공명 영상 시스템용 표면 코일.
제14항에서,
상기 제1 평면 코일부는 상기 제3 평면 코일부가 놓여 있는 평면과 직교하는 평면 위에 놓여 있고,
상기 제1 곡면 코일부와 상기 제3 곡면 코일부는 그 원호 모양 부분이 동축 원통면 위에 놓이도록 배치되어 있는 자기 공명 영상 시스템용 표면 코일.
제15항에서,
상기 제1 평면 코일부와 상기 제1 곡면 코일부의 적어도 하나에 연결되어 있는 적어도 하나의 제1 축전기,
상기 제2 평면 코일부와 상기 제2 곡면 코일부의 적어도 하나에 연결되어 있는 적어도 하나의 제2 축전기,
상기 제3 평면 코일부와 상기 제3 곡면 코일부의 적어도 하나에 연결되어 있는 적어도 하나의 제3 축전기, 및
상기 제4 평면 코일부와 상기 제4 곡면 코일부의 적어도 하나에 연결되어 있는 적어도 하나의 제4 축전기
를 더 포함하는 자기 공명 영상 시스템용 표면 코일.
제1항의 표면 코일을 포함하는 자기 공명 영상 시스템.
제17항에서,
상기 제1 평면 코일부와 상기 제1 곡면 코일부의 적어도 하나에 연결되어 있는 적어도 하나의 제1 축전기를 더 포함하는 자기 공명 영상 시스템.
제18항에서,
상기 적어도 하나의 제1 축전기 중 적어도 하나는 상기 제1 곡면 코일부와 상기 제1 평면 코일부가 서로 연결되는 연결부에 배치되어 있는 자기 공명 영상 시스템.
제19항에서,
상기 제1 평면 코일부는 상기 연결부에서 양쪽으로 분리되어 있고, 상기 제1 곡면 코일부도 상기 연결부에서 양쪽으로 분리되어 있으며, 상기 연결부에 배치되어 있는 축전기는 상기 제1 평면 코일부와 상기 제1 곡면 코일부의 분리되어 있는 상기 양쪽 사이에 연결되어 있는 자기 공명 영상 시스템.