KR102345856B1 - 자기공명영상시스템 내에서 타핵종 핵자기공명신호를 얻을 수 있는 고주파코일장치 및 동작방법 - Google Patents

자기공명영상시스템 내에서 타핵종 핵자기공명신호를 얻을 수 있는 고주파코일장치 및 동작방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 상단 및 하단에 각각 배치되며 링형상을 갖고 있으며 원주모양을 자른 여러 이격을 스위칭 부재로 연결한 모양을 가진 한 쌍의 단부 코일; 상기 한 쌍의 단부 코일을 연결하는 복수의 다리 코일; 및 상기 한 쌍의 단부 코일과 상기 복수의 다리 코일 사이 각각에 배치된 스위칭 부재; 를 포함하고, 상기 스위칭 부재는 제1주파수에 의해 개방(open)되고, 상기 제1주파수와 상이한 제2주파수에 의해 단락(short)되는 고주파 송수신 코일; 을 포함하는 자기 공명 이미징 장치 및 이를 이용한 자기 공명 이미징 방법을 개시한다.

Description

자기공명영상시스템 내에서 타핵종 핵자기공명신호를 얻을 수 있는 고주파코일장치 및 동작방법{APPARATUS AND METHODS TO ACQUIRE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SIGNALS USING X-NUCLEI RADIO FREQUENCY COIL IN THE MAGNETIC RESONANCE IMAGING SYSTEM}
본 발명은 자기공명영상시스템 내부에서 미리 선택된 원자핵으로부터의 자기공명신호검출에 영향을 주지 않으면서 타핵종의 자기공명 신호획득이 가능한 고주파 코일 장치 및 이를 동작시키는 방법에 관한 것이다.
자기 공명 이미징 방법에서는 인체에 포함된 원자핵들의 핵자기공명 현상(NMR, Nuclear Magnetic Resonance)을 이용하여 인체의 생체조직들에 대한 영상을 획득한다. 이 방법은 다른 영상 기기들과 달리 방사능을 이용하지 않아서 안전하고 비침습적인 방법으로 고해상도의 생체 조직의 영상을 획득하는 것이 가능하므로 의료 분야에서 다양하게 활용되고 있다. 최근에는, 뇌 기능 정보 등을 분석하기 위한 fMRI(functional MRI) 등으로도 활용되어, MRI를 이용하여 더욱 다양한 정보를 획득하는 것이 가능하게 되었다.
한편, 자기 공명 영상은 대부분 인체에 가장 많이 존재하는 수소에 대해 주로 얻어지지만 수소 이외의 다른 원자핵(타핵종, 비수소)으로부터의 자기 공명 신호를 획득하여 인체의 물질대사의 변화를 관찰하고 질병을 진단하는 것을 목적으로 타핵종으로부터의 자기공명영상이나 신호검출도 가능하며 이 경우에는 이 타핵종에 해당하는 자기공명주파수를 사용한 송수신할 수 있는 고주파코일이 추가로 사용된다.
자기공명영상 또는 스펙트로스코피에 활용되는 타핵종으로는 탄소(13C), 나트륨(23Na), 인(31P), 그리고 불소(19F) 등이 있으며 최근 이 중 탄소(13C)와 나트륨(23Na)에 대한 타핵종 자기 공명 영상이 비교적 활발하게 연구되고 있다.
일반적으로 보통 실험 대상에 타핵종 자기공명영상 신호를 얻기에 앞서서 그 정확한 위치 파악을 위하여 수소 자기공명영상을 얻게 되며, 이를 위하여 보통 상용으로 공급된 수소 고주파 코일을 사용한다.
종래에는 타핵종 자기공명신호를 얻기 위해 기존의 수소 고주파 코일을 사용하지 않고 수소와 타핵종의 두 핵종의 공명주파수에 전부 동작하는 별도의 Dual Tuned 고주파 코일을 두 핵종의 신호를 다 얻기 위해서 사용하는 데, 이런 경우 코일 구조와 코일 스위칭 과정이 복잡해지며 시그널 대 잡음비나 영상의 균일도가 저하되기 쉽다.
본 발명은 기존의 수소 고주파 코일의 안쪽에 새로운 타핵종(비수소) 코일을 배치하되, 이 타핵종 코일이 수소 공명 주파수의 전자파에 영향을 안 주면서도 타핵종 신호의 송/수신을 정확히 할 수 있으며, 이를 통해 기존의 수소 코일이 적용된 MRI 시스템을 변경하지 않고, 두 핵종의 영상을 획득하는 것이 가능한 추가의 타핵종 고주파 송수신 코일을 포함한 자기 공명 이미징시스템 및 이를 이용한 자기 공명 이미징 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 기존의 수소 성분의 자기 공명 영상에 겹쳐서 타핵종 신호 검출의 정확한 위치를 알 수 있는 고주파 송수신 코일, 자기 공명 이미징 시스템 및 이를 이용한 자기 공명 이미징 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 비슷한 기술적 과제들도 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 고주파 송수신 코일은 상단 및 하단에 각각 배치되며 링형상을 갖는 한 쌍의 단부 코일; 상기 한 쌍의 단부 코일을 상호 연결하는 복수의 다리 코일; 및 상기 한 쌍의 단부 코일과 상기 복수의 다리 코일 사이 각각에 배치된 스위칭 부재; 를 포함하고, 상기 스위칭 부재는 제1주파수에 의해 개방(open)되고, 상기 제1주파수와 상이한 제2주파수에 의해 단락(short)될 수 있다.
또한, 상기 단부 코일은 상단에 배치된 상단 코일 및 하단에 배치된 하단 코일을 포함하고, 상기 상단 코일 및 하단 코일 각각은 원주 방향에서 이격된 적어도 하나의 이격 영역을 포함하고, 상기 이격 영역에 상기 스위칭 부재가 배치되어 이격된 상단 코일 또는 하단 코일을 연결할 수 있다.
또한, 상기 스위칭 부재는 인덕터와 제1커패시터를 포함하는 병렬 공진회로 및 상기 병렬 공진회로와 직렬 연결된 제2커패시터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 스위칭 부재는 커패시터와 제1인덕터를 포함하는 병렬 공진회로 및 상기 병렬 공진회로와 직렬 연결된 제2인덕터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1주파수는 수소 원자핵을 여기시키는 공명 주파수이고, 상기 제2주파수는 비수소 원자핵을 여기시키는 공명 주파수일 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 자기 공명 이미징(Magnetic Resonance Imaging: MRI) 장치는 정자계 내부에 놓인 대상체에 인가되는 펄스 시퀀스들을 결정하는 제어부; 상기 대상체에 포함된 제1원자핵을 여기하는 제1주파수를 갖는 제1고주파 펄스를 인가하고, 상기 제1고주파 펄스에 의해 방출되는 제1자기 공명 신호를 수신하는 제1고주파 송수신 코일부; 및 상기 대상체에 포함된 제2원자핵을 여기하는 제2주파수를 갖는 제2고주파 펄스를 인가하고, 상기 제2고주파 펄스에 의해 방출되는 제2자기 공명 신호를 수신하는 제2고주파 송수신 코일부; 및 상기 제1자기 공명 신호 및 제2자기 공명 신호의 신호 처리를 수행하는 신호 획득부; 를 포함하고, 상기 제1고주파 송수신 코일부를 통해 상기 대상체에 상기 제1고주파 펄스가 인가되면, 상기 제2고주파 송수신 코일부는 동작이 정지될 수 있다.
또한, 상기 제2고주파 송수신 코일부는, 상기 제1주파수에 의해 개방(open)되고, 상기 제1주파수와 상이한 제2주파수에 의해 단락(short)되는 스위칭 부재를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1고주파 송수신 코일부는 상기 대상체에 포함된 제1원자핵을 여기하는 제1주파수를 갖는 제1고주파 펄스를 인가하는 제1고주파 송신 코일부 및 상기 제1고주파 펄스에 의해 방출되는 제1자기 공명 신호를 수신하는 제1고주파 수신 코일부를 포함하고, 상기 제1고주파 수신 코일부는, 상기 제2고주파 송수신 코일부와 상기 대상체 사이에 배치되며, 상기 제1주파수에서는 단락(short)되고 상기 제2주파수에서는 개방(open)되는 스위칭 부재를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2고주파 송수신 코일부의 스위칭 부재는 인덕터와 제1커패시터를 포함하는 병렬 공진회로 및 상기 병렬 공진회로와 직렬 연결된 제2커패시터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1주파수는 수소 원자핵을 여기시키는 공명 주파수이고, 상기 제2주파수는 비수소 원자핵을 여기시키는 공명 주파수일 수 있다.
또한, 상기 제2고주파 송수신 코일부는 상기 대상체와 제1고주파 송수신 코일부 사이에 배치될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 자기 공명 이미징(Magnetic Resonance Imaging: MRI) 방법은 (I) 정자계 내부에 놓인 대상체에 포함된 제1원자핵을 여기하는 제1주파수를 갖는 제1고주파 펄스를 인가하는 단계; (II) 상기 제1원자핵에 인가된 상기 제1고주파 펄스에 의해 방출되는 제1자기 공명 신호를 수신하는 단계; (III) 상기 대상체에 포함된 제2원자핵을 여기하는 제2주파수를 갖는 제2고주파 펄스를 인가하는 단계; (IV) 상기 제2원자핵에 인가된 상기 제2고주파 펄스에 의해 방출되는 제2자기 공명 신호를 수신하는 단계; 및 (V) 수신된 상기 제1자기 공명 신호 및 제2자기 공명 신호를 이용하여 상기 대상체의 이미지를 생성하는 단계; 를 포함할 수 있다.
또한, 상기 (I) 단계 및 (II) 단계는, 상기 대상체에 포함된 제1원자핵을 여기하는 제1주파수를 갖는 제1고주파 펄스를 인가하고, 상기 제1고주파 펄스에 의해 방출되는 제1자기 공명 신호를 수신하는 제1고주파 송수신 코일부에 의해 수행되고, 상기 (III) 단계 및 (IV) 단계는, 상기 대상체에 포함된 제2원자핵을 여기하는 제2주파수를 갖는 제2고주파 펄스를 인가하고, 상기 제2고주파 펄스에 의해 방출되는 제2자기 공명 신호를 수신하는 제2고주파 송수신 코일부에 의해 수행되고, 상기 (I) 단계에서, 상기 제1고주파 송수신 코일부를 통해 상기 대상체에 상기 제1고주파 펄스가 인가되면, 상기 제2고주파 송수신 코일부는 동작이 정지될 수 있다.
또한, 상기 (I) 단계는 상기 대상체에 포함된 제1원자핵을 여기하는 제1주파수를 갖는 제1고주파 펄스를 인가하는 제1고주파 송신 코일부에 의해 수행되고, 상기 (II) 단계는, 상기 제1고주파 펄스에 의해 방출되는 제1자기 공명 신호를 수신하는 제1고주파 수신 코일부에 의해 수행되고, 상기 (III) 단계 및 (IV) 단계는, 상기 대상체에 포함된 제2원자핵을 여기하는 제2주파수를 갖는 제2고주파 펄스를 인가하고, 상기 제2고주파 펄스에 의해 방출되는 제2자기 공명 신호를 수신하는 제2고주파 송수신 코일부에 의해 수행되고, 상기 (I) 단계에서, 상기 제1고주파 송신 코일부를 통해 상기 대상체에 상기 제1고주파 펄스가 인가되면, 상기 제2고주파 송수신 코일부 및 제1고주파 수신 코일부의 동작이 정지되고, 상기 (III) 단계에서, 상기 제2고주파 송수신 코일부를 통해 상기 대상체에 상기 제2고주파 펄스가 인가되면 상기 제1고주파 수신 코일부는 동작이 정지될 수 있다.
또한, 상기 제2고주파 송수신 코일부는 스위칭 부재를 포함하고, 상기 (I) 단계에서, 상기 제2고주파 송수신 코일부의 상기 스위칭 부재는 상기 제1주파수에 의해 개방(open)되고, 상기 (III) 단계에서, 상기 제2고주파 송수신 코일부의 상기 스위칭 부재는 상기 제1주파수와 상이한 제2주파수에 의해 단락(short)될 수 있다.
또한, 상기 제2고주파 송수신 코일부의 상기 스위칭 부재는 인덕터와 제1커패시터를 포함하는 병렬 공진회로 및 상기 병렬 공진회로와 직렬 연결된 제2커패시터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1고주파 수신 코일부는 스위칭 부재를 포함하고, 상기 (I) 단계에서, 상기 제1고주파 수신 코일부의 상기 스위칭 부재는 상기 제1주파수에 의해 단락(short) 되고, 상기 (III) 단계에서, 상기 제1고주파 수신 코일부의 상기 스위칭 부재는 상기 제1주파수와 상이한 제2주파수에 의해 개방(open)되며; 추가로 제1주파수 송신시에는 개방되는 스위칭 부재를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1고주파 수신 코일부의 상기 스위칭 부재는 커패시터와 제1인덕터를 포함하는 병렬 공진회로 및 상기 병렬 공진회로와 직렬 연결된 제2인덕터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 (I) 단계에서, 상기 제1주파수는 수소 원자핵을 여기시키는 공명주파수이고, 상기 (III) 단계에서, 상기 제2주파수는 비수소 원자핵을 여기시키는 공명주파수일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 기존의 수소 고주파 코일의 안에 새로운 타핵종(비수소) 코일을 배치하여, 타핵종 코일이 수소 공명 주파수의 전자파에 영향을 안 주면서도 타핵종 신호의 송/수신을 정확히 할 수 있으며, 이를 통해 기존의 수소 코일이 적용된 MRI 시스템을 변경하지 않고, 복수의 영상을 획득할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 기존의 수소 성분의 자기 공명 영상에 겹쳐서 타핵종 신호 검출의 정확한 위치를 파악하는 것이 가능하다.
또한, 맨 바깥쪽 수소코일을 송신에만 사용하며 본 발명에서 제안하는 타핵종 코일 내부에 새로운 신호획득만을 위한 수소 고주파 코일을 배치하여, 보다 높은 신호대잡음비를 갖는 수소 자기 공명 영상을 획득하는 것이 가능하다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 공명 이미징 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 공명 이미징 시스템을 나타낸 세부 구성도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 공명 이미징 장치에서 마그넷 장치의 회로 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 공명 이미징 장치에서 제1고주파 수신 코일부의 회로 구성을 개략적으로 나타낸 회로 구성도이고,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 공명 이미징 장치에서 고주파 송수신 코일을 나타낸 사시도이고,
도 6은 도 5의 고주파 송수신 코일의 펼친 상태를 나타낸 평면도이고,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 통과주파수가 획득주파수보다 높은 경우의 고주파 송수신 코일에서 스위칭 부재의 회로 구성(CLC (커패시터-인덕터-커패시터, capacitor-inductor-capacitor) 구성회로)을 나타내는 회로도이고,
도 8은 CLC 구성 회로 내의 병렬 공진 회로를 나타내는 회로도이고,
도 9는 CLC 구성회로에서 직렬 공진 회로를 나타내는 회로도이고,
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 통과주파수가 획득주파수보다 낮은 경우의 고주파 송수신 코일에서 스위칭 부재의 회로 구성(LCL(인덕터-커패시터-인덕터, inductor-capacitor-inductor) 구성회로)을 나타내는 회로도이고,
도 11은 LCL 구성 회로 내의 병렬 공진 회로를 나타내는 회로도이고,
도 12는 LCL 구성회로에서 직렬 공진 회로를 나타내는 회로도이고,
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 송수신 코일에서 그라운드 브레이커를 나타내는 회로도이고,
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 송수신 코일에서 90도 하이브리드 결합기를 나타내는 회로도이고,
도 15는 발명의 일 실시예에 따른 고주파 송수신 코일에서 송수신 스위칭 회로를 나타내는 회로도이고,
도 16은 1-채널 고주파코일과 도 15의 송수신 스위칭 회로가 연결된 상태를 나타내는 회로도이고,
도 17 및 도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 송수신 코일을 통해 신호의 주파수에 맞게 튜닝 및 매칭하여 주파수에 따른 반사 감쇄 상수를 나타내는 그래프이고,
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 송수신 코일이 설치된 경우 수소 몸통 코일로 촬영한 돼지의 심장 자기공명영상(가)과 설치되지 않은 경우 돼지의 심장 자기공명영상(나)을 나타낸 이미지이고,
도 20은 본 발명의 일 실시예에서 3초마다 총 60번 획득한 피루브산 대사의 결과를 보여주는 13-탄소 자기공명분광 동적 스펙트럼(가), 피루브산, 젖산, 중탄산염, 그리고 피루브산 수화물의 자기공명분광 신호를 시간에 따라 표현한 그래프(나) 및 (가)에서 획득한 13-탄소 동적 스펙트럼의 합산된 스펙트럼(다)을 나타내는 그래프이고,
도 21은 본 발명의 일 실시예에서 자유 유도 감쇠 화학적 변이 영상(FID-CSI)의 실험 결과와 돼지 심장영역 4Х4 스펙트럼 격자에서의 피루브산 신호의 의사 컬러 맵(가), 4Х4 스펙트럼 격자에서의 13-탄소 스펙트럼(나) 및 돼지 심장에서의 젖산 신호의 의사 컬러 맵(다)을 나타내는 이미지이고,
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 공명 이미징 방법을 나타내는 순서도이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되었다.
본 발명의 해결 방안을 명확하게 하기 위한 발명의 구성을 본 발명의 바람직한 실시 예에 근거하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하되, 도면의 구성요소들에 참조번호를 부여함에 있어서 동일 구성요소에 대해서는 비록 다른 도면상에 있더라도 동일 참조번호를 부여하였으며 당해 도면에 대한 설명 시 필요한 경우 다른 도면의 구성요소를 인용할 수 있음을 미리 밝혀 둔다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 공명 이미징 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 공명 이미징 시스템을 나타낸 세부 구성도이다.
우선, 도 1을 참조하면, 자기 공명 이미징 시스템(100)은 자기 공명 이미징 장치(110), 영상 처리 장치(120) 및 표시 장치(130)를 포함한다. 이때, 자기 공명 이미징 시스템(100)을 구성하는 각 장치들은 도 1에 도시된 바와 달리 통합된 형태로 하나의 시스템 안에 포함될 수 있다. 도 1에는 자기 공명 이미징 시스템(100)이 표시 장치(130)를 포함하는 것으로 도시하였으나, 이에 한정되지 않고, 표시 장치(130)는 자기 공명 이미징 시스템(100)의 외부에 마련될 수도 있다.
도 1에 도시된 자기 공명 이미징 시스템(100)은 본 실시예와 관련된 구성요소들 만이 도시되어 있다. 따라서, 도 1에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 더 포함될 수 있음을 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
자기 공명 이미징 시스템(100)은 자기장(Magnetic field)을 이용하여, 대상체의 생체 조직에 대한 정보를 포함하는 영상을 비침습적으로 획득한다. 이때, 자기 공명 이미징 시스템(100)은 PET(Positron Emission Tomography) 등의 다른 의료 영상 기기와 결합된 형태인 하이브리드 자기 공명 이미징 시스템(Hybrid Magnetic Resonance Imaging: Hybrid MRI)이 될 수도 있다.
자기 공명 이미징 장치(110)는 정자기장 내에 대상체(10)를 위치시키고, 대상체(10)에 고주파 자기장을 인가한다.
자기 공명 이미징 장치(110)는 고주파 자기장을 인가한 후, 인가된 고주파 자기장에 의해 대상체(10)로부터 방출되는 자기 공명 신호를 획득한다. 자기 공명 이미징 장치(110)는 획득된 자기 공명 신호를 영상 처리 장치(120)로 출력한다.
자기 공명 이미징 장치(110)는 대상체(10)에 포함된 원자핵의 자기 공명 현상을 이용하는 것으로, 자기 공명 현상은 정자장 내에 규칙적으로 정렬된 원자핵이 소정의 주파수를 갖는 전자파의 인가에 의해 높은 에너지 상태로 여기된 후, 원자핵이 원래의 상태로 돌아오면서 약한 전자기파들을 방출하는 현상이다. 자기 공명 현상을 보이는 원자들로는 1H, 3He, 19F, 23Na, 31P, 13C, 129Xe 등이 있다.
본 실시예에 따른 자기 공명 이미징 장치(110)는 하나의 종류의 원자핵이 아닌, 대상체(10)에 포함된 서로 다른 종류의 적어도 2개의 원자핵들로부터 방출되는 자기 공명 신호들을 이용하여 자기 공명 영상을 생성한다.
자기 공명 이미징 장치(110)는 서로 다른 종류의 원자핵이 선택적으로 여기(excitation)되도록, 서로 다른 종류의 원자핵 각각을 여기하는 서로 다른 대역의 주파수를 갖는 고주파(Radio Frequency) 펄스를 각각 대상체(10)에 인가하고, 서로 다른 종류의 원자핵들 각각에 대하여 소정의 펄스 시퀀스를 인가하고, 서로 다른 종류의 원자핵들 각각에 인가된 고주파 펄스들에 의해 방출되는 자기공명 신호들을 획득한다.
여기서, 본 실시예에 따른 자기 공명 이미징 장치(110)는 기존의 수소 고주파 코일을 변경 없이 사용하며, 대상체(10)와 수소 고주파 코일 사이에 비수소 고주파 코일을 배치하여, 수소 원자핵에 대한 자기공명 신호 및 비수소 원자핵에 대한 자기공명 신호를 획득할 수 있다.
한편, 비수소 고주파 코일은 스위칭 부재를 포함하며, 스위칭 부재는 수소의 자기 공명 주파수에서 개방되고, 비수소 원자핵의 자기 공명 주파수에서는 단락이 될 수 있다.
이를 통해, 비수소 고주파 코일은 수소 원자의 자기 공명 신호 검출에 영향을 주지 않으면서 비수소 타핵종의 자기공명 신호획득이 가능하다.
한편, 영상 처리 장치(120)는 자기 공명 이미징 장치(110)로부터 수신된 자기 공명 신호를 이용하여 대상체(10)의 자기 공명 영상을 생성한다.
본 실시예에 따른 자기 공명 이미징 장치(110)는 하나의 종류가 아닌 서로 다른 종류의 복수의 원자핵들을 이용하여 획득된 자기 공명 신호들에 기초하여 자기 공명 영상을 생성한다. 이에 따라, 자기 공명 이미징 장치(110)는 생체의 해부학적 정보뿐만 아니라 생체 기능 또는 대사 정보를 동시에 획득할 수 있다.
또한, 자기 공명 이미징 장치(110)는 복수의 종류의 원자핵들을 이용하여 획득된 자기 공명 영상을 이용하여 복수의 생체정보를 획득함으로써, 특정 원소들을 이용하여 진단할 수 있는 병변 또는 종양 등의 질병 진단에 활용할 수 있다.
표시 장치(130)는 영상 처리 장치(120)로부터 자기 공명 영상을 수신하여, 대상체(10)의 생체 조직을 나타내는 영상을 표시한다.
자기 공명 이미징 시스템(100)은 도 1에 도시된 구성요소들 외에 사용자로부터 자기 공명 이미징 장치(110)에서 자기 공명 신호의 획득에 사용되는 다양한 제어 파라미터 등을 입력 받는 사용자 인터페이스, 영상 처리 장치(120)에 의해 생성된 자기 공명 영상을 저장할 수 있는 메모리 등을 더 구비할 수 있다.
또한, 도 2를 참조하면, 자기 공명 이미징 시스템(100)은 자기 공명 이미징 장치(110), 영상 처리 장치(120) 및 사용자 인터페이스부(280)를 포함하고, 자기 공명 이미징 장치(110)는 제어부(210), 고주파 구동부(220), 그레디언트 구동부(230), 마그넷 장치(240), 신호획득부(250)로 구성되고, 마그넷 장치(240)는 주자장 코일부(241), 그레디언트 코일부(242), 제1고주파 송수신 코일부(243), 제2고주파 송수신 코일부(244)를 포함한다.
여기서, 제1고주파 송수신 코일부(243)를 제1고주파 송신에만 사용하는 경우, 제2고주파 송수신 코일부(244)와 대상체(10)사이에 배치되고, 제1고주파 펄스에 의해 방출되는 제1자기 공명 신호를 수신하는 제1고주파 수신 코일부(245)를 더 포함할 수 있다.
영상 처리 장치(120)는 로우 데이터 처리부(260) 및 영상 획득부(270)를 포함하고, 사용자 인터페이스부(280)는 입력장치(290) 및 표시장치(130)를 포함한다. 도 2에 도시된 자기 공명 이미징 시스템(100)은 도 1에 도시된 자기 공명 이미징 시스템(100)의 일 예에 해당한다. 이에 따라, 도 1에서 자기 공명 이미징 시스템(100)과 관련하여 기재된 설명은 도 2의 자기 공명 이미징 시스템(100)에도 적용이 가능하다. 이와 관련하여, 중복되는 설명은 생략한다.
자기 공명 이미징 시스템(100)은 자기장(Magnetic field)을 이용하여, 대상체의 생체 조직에 대한 정보를 포함하는 영상을 비침습적으로 획득한다. 이때, 자기 공명 이미징 시스템(100)은 인가하는 펄스 시퀀스에 따라 2차원 또는 3차원 영상을 획득할 수 있다.
자기 공명 이미징 장치(110)는 자기장 내에 대상체(10)를 위치시키고, 대상체(10)에 고주파 펄스 및 소정의 펄스 시퀀스를 인가하고, 대상체(10)로부터 방출되는 자기 공명 신호들을 획득한다.
제어부(210)는 자기 공명 이미징 장치(110)에서 고주파 펄스 및 펄스 시퀀스를 대상체(10)에 인가하고, 자기 공명 신호들을 획득하는 자기 공명 이미징의 전반적인 동작들을 제어한다. 부연하면, 제어부(210)는 자기 공명 이미징 장치(110)의 고주파 구동부(220), 그레디언트 구동부(230), 마그넷 장치(240) 및 신호 획득부(250) 각각에 제어 신호를 인가하고, 인가된 제어 신호에 따라 자기 공명 이미징 장치(110)의 모든 유닛들이 제어된다.
마그넷 장치(240)는 대상체(10)의 생체 조직에 대한 자기 공명 영상을 획득하기 위하여, 대상체(10)에 정자장(Static Magnetic Field), 고주파 펄스들 및 그레디언트 신호들을 인가하고, 대상체(10)로부터 자기 공명 신호들을 획득한다. 마그넷 장치(240)는 주자장 코일부(241), 그레디언트 코일부(242), 제1고주파 송수신 코일부(243), 제2고주파 송수신 코일부(244), 필요한 경우 한 개 이상의 제1고주파 수신 코일로 이루어진 제1고주파 수신 코일부(245)를 포함한다. 한편, 도 2에 도시된 마그넷 장치(240)에 포함된 코일부(241, 242, 243, 244 및 245)의 코일의 형태는 도 2에 도시된 형태로 한정되지 않으며, 다양한 형태로 구현될 수 있다.
주자장 코일부(241)는 정자장을 발생시켜, 대상체(10)에 포함된 복수의 원자핵이 규칙적으로 정렬되도록 한다. 외부에 가해진 힘에 해당하는 자기장에 의해서 복수의 원자핵들은 자기장과 평행한 방향 또는 반대 방향으로 정렬하게 된다.
그레디언트 코일부(242)는 서로 다른 종류의 원자핵들 각각에 대하여 소정의 펄스 시퀀스를 인가한다. 그레디언트 코일부(242)는 선택 그레디언트, 위상 인코딩 그레디언트 및 주파수 인코딩 그레디언트 등의 공간 인코딩을 위한 그레디언트 신호들을 대상체에 인가한다.
그레디언트 코일부(242)는 대상체(10)의 x, y, z 축 방향으로 세 가지 종류의 그레디언트를 가할 수 있다. 예를 들면, 그레디언트 코일부(242)는 다음과 같은 방식으로 그레디언트 신호들을 가하여 대상체(10)의 횡방향의 단층 영상을 획득할 수 있다. 그레디언트 코일부(242)는 종방향인 z축을 중심으로 단층 영상을 획득하고자 하는 대상체(10)의 관심 영역(ROI, Region Of Interest)에 대해서 선택 그레디언트(Selection Gradient)를 인가한다. 인가된 선택 그레디언트와 공간선택 여기 고주파펄스에 의해 선택적으로 여기된 2차원 평면에 대해서, 그레디언트 코일부(242)는 x 축 방향으로 주파수 인코딩 그레디언트를 인가하고, y 축 방향으로 위상 인코딩 그레디언트를 인가한다. 이에 따라, 자기공명 이미징 시스템(100)은 2차원의 공간 인코딩을 수행하고, 2차원의 자기 공명 영상을 획득할 수 있다.
또 다른 예로, 선택 그레디언트 없이 3차원 전체공간을 여기시키는 고주파펄스를 인가한 후 그레디언트 코일부(242)는 y 축 방향의 위상 인코딩 그레디언트 외에 부가적으로 z 축 방향의 위상 인코딩 그레디언트를 인가할 수 있다. 이에 따라, 자기 공명 이미징 시스템(100)은 3차원의 공간 인코딩을 수행하고, 3차원의 자기 공명 영상을 획득할 수 있다.
그레디언트 코일부(242)는 이상에서 기술된 예시들 외에 여러 가지 타입의 펄스 시퀀스를 대상체(10)에 인가할 수 있다. 이상에서 기술된 예들은 그레디언트 코일부(242)가 z 축을 중심으로 선택 그레디언트를 인가하는 것을 예로 들었으나, 이에 한정되지 않으며, 그레디언트 코일부(242)는 정자장 내에 위치한 대상체에 소정의 축 방향을 기준으로 선택 그레디언트를 인가하여, 2차원 또는 3차원의 공간 인코딩을 수행할 수 있다.
그레디언트 코일부(242)는 적어도 두 개 이상의 서로 다른 종류의 원자핵들 각각에 대해서 선택적으로 소정의 펄스 시퀀스를 인가하여 2차원 또는 3차원의 공간 인코딩을 수행할 수 있다.
제1고주파 송수신 코일부(243)는 대상체(10)에 포함된 제1원자핵을 여기하는 미리 설정된 대역의 제1주파수를 갖는 제1고주파 펄스들을 대상체(10)에 인가한다. 여기서, 제1원자핵은 고유의 자기 회전비(Gyromagnetic Ratio)에 따라, 미리 설정된 제1주파수에 의해 여기될 수 있다.
이때, 제1원자핵이 여기되는 제1주파수는 주자장 코일부(241)에 의해 인가된 자기장의 세기 B o와 제1원자핵이 갖는 고유의 자기 회전비 g에 기초하여 결정될 수 있다. 대상체(10)에 포함된 원자핵들을 여기하는 주파수는 세차 주파수(Procession Frequency) 또는 라모어 주파수(Larmor Frequency)라고도 한다.
여기서, 라모어 주파수(Larmor Frequency,
Figure 112020031767853-pat00001
[rad/sec] 또는
Figure 112020031767853-pat00002
[Hz])는 다음의 [수학식1]과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112020031767853-pat00003
여기서,
Figure 112020031767853-pat00004
는 자기회전비(gyromagnetic ratio)[rad/sec/T]이고
Figure 112020031767853-pat00005
는 외부자기장의 세기[T]이다.
일 실시예에 따르면, 제1고주파 송수신 코일부(243)는 수소 원자핵을 여기시키는 제1주파수를 갖는 제1고주파 펄스를 대상체(10)에 인가할 수 있다.
즉, 제1원자핵을 수소로 결정하여, 기존의 자기 공명 시스템에서 사용되는 주자장 코일부(241), 그레디언트 코일부(242) 및 제1고주파 송수신 코일부(243)는 변경 없이 이용할 수 있다.
한편, 1.0 Tesla자기공명장치의 경우 사용된 수소의 자기회전비는 42.58 MHz/T이고, 본 발명의 일 예에서 자기 공명 시스템(100)의 외부자기장 세기는 3.0 T이므로 수소의 자기공명주파수는 127.74 MHz로 연산될 수 있다.
또한, 상기 제1고주파 송수신 코일부(243)는 제1원자핵에 인가된 고주파 펄스들에 의해 방출되는 자기 공명 신호를 수신한다. 제1고주파 송수신 코일부(243)는 인가된 고주파 펄스들에 의해 여기된 원자핵이 다시 원래 상태로 돌아오면서 방출되는 전자파를 획득한다. 이때, 획득되는 전자파가 자기 공명 신호에 해당한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 공명 이미징 장치에서 마그넷 장치의 회로 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 공명 이미징 장치에서 상기 제1고주파 송수신 코일을 송신의 목적으로만 사용하고 수신의 목적으로만 사용하기 위해 추가로 설치된 제1고주파 수신 코일부의 회로 구성을 개략적으로 나타낸 회로 구성도이다.
한편, 도 2 내지 도 4를 함께 참조하면, 자기 공명 이미징 장치(100)에서 제1고주파 송수신 코일부(243)에서 제1주파수 송수신을 전부 수행하는 것이 아니라 수소 원자핵을 여기시키는 제1주파수를 갖는 제1고주파 펄스를 대상체(10)에 인가하는 송신 기능만을 수행하고, 제1원자핵에 인가된 고주파 펄스들에 의해 방출되는 자기 공명 신호를 수신하는 제1고주파 수신 코일부(245)를 추가로 포함할 수 있다.
제2고주파 송수신 코일부(244)는 제1고주파 송수신 코일부(243)의 내측에 배치될 수 있다. 즉, 제2고주파 송수신 코일부(244)는 제1고주파 송수신 코일부(243)와 대상체(10) 사이에 배치될 수 있다.
제2고주파 송수신 코일부(244)는 대상체(10)에 포함된 제2원자핵을 여기하는 미리 설정된 대역의 제2주파수를 갖는 제2고주파 펄스들을 대상체(10)에 인가한다. 여기서, 제2원자핵은 제1원자핵과 상이한 원자핵으로 구성될 수 있다.
이때, 제2원자핵이 여기되는 제2주파수는 주자장 코일부(241)에 의해 인가된 자기장의 세기
Figure 112020031767853-pat00006
와 제2원자핵이 갖는 고유의 자기 회전비 γ에 기초하여 결정될 수 있다.
한편, 제2고주파 송수신 코일부(244)는 제1주파수에서 개방(open)되며, 제2주파수에서 단락(short)되는 스위칭 부재를 포함할 수 있다.
여기서, 스위칭 부재는 도 3을 참조하여 후술한다.
일 실시예에 따르면, 제2고주파 송수신 코일부(244)는 13-탄소 원자핵을 여기시키는 제 2 주파수를 갖는 제2고주파 펄스를 대상체(10)에 인가할 수 있다.
한편, 1.0 Tesla자기공명장치의 경우 사용된 13-탄소의 자기회전비는 10.71 MHz/T이고, 본 발명의 일 예에서 자기 공명 시스템(100)의 외부자기장 세기는 3.0 T이므로 13-탄소의 자기공명주파수는 32.13 MHz로 연산될 수 있다.
또한, 제2고주파 송수신 코일부(244)는 제2원자핵에 인가된 고주파 펄스들에 의해 방출되는 자기 공명 신호를 수신한다. 제2고주파 송수신 코일부(244)는 인가된 고주파 펄스들에 의해 여기된 원자핵이 다시 원래 상태로 돌아오면서 방출되는 전자파를 획득한다. 이때, 획득되는 전자파가 제2원자핵으로부터의 자기 공명 신호에 해당한다.
신호 획득부(250)는 제1고주파 송수신 코일부(243) 및 제2고주파 송수신부(244), 또는 제1고주파 수신 코일부(245) 및 제2고주파 송수신 코일부(244) 각각으로부터 출력된 자기공명 신호들을 획득하여 소정의 신호 처리(Signal Processing)를 수행한다. 예를 들어, 제1고주파 송수신 코일부(243) 및 제2고주파 송수신 코일부(244) 각각에서 수신된 자기 공명 신호들은 세기가 매우 약한 신호들로, 신호 획득부(250)는 증폭기를 이용하여 제1고주파 송수신 코일부(243) 및 제2고주파 송수신 코일부(244) 각각으로부터 획득된 자기공명신호들을 증폭할 수 있다. 그 외에도, 신호 획득부(250)는 복조기를 이용하여, 자기공명 신호들을 복조하거나, 아날로그 디지털 컨버터(ADC, Analog to Digital Converter)를 이용하여 자기공명 신호들을 디지털 형태로 변환할 수 있다.
앞에서 기술한 바와 같이, 신호 획득부(250)는 필터 등을 이용하여 수신된 자기 공명 신호들을 해당 주파수 대역에 따라 서로 다른 종류의 원자핵들 각각에 해당하는 자기 공명 신호들로 분리할 수 있다. 다만, 상기에 기술된 예들로 한정되지 않으며, 신호 획득부(250)는 제1고주파 송수신 코일부(243) 및 제2고주파 송수신 코일부(244) 각각에 의해 획득된 자기공명신호들에 대하여 다양한 신호 처리를 수행할 수 있다.
자기 공명 이미징 장치(110)로부터 출력된 자기공명 신호들은 로우 데이터(Raw Data)에 해당하며, 대상체(10)의 세포 조직에 대한 영상을 생성하기 위해서는 영상 처리가 필요하다. 이에 따라, 영상 처리 장치(120)는 자기 공명 이미징 장치(110)로부터 출력된 자기공명 신호들에 대한 영상을 생성하기 위한 영상 처리(Image Processing)를 수행한다. 영상 처리 장치(120)는 로우 데이터 처리부(260) 및 영상 획득부(270)를 포함한다.
로우 데이터 처리부(260)는 자기 공명 이미징 장치(110)로부터 출력된 자기공명 신호들을 이용하여 위치 정보가 포함된 k-space를 구성한다.
영상 획득부(270)는 로우 데이터 처리부(260)에서 처리된 이미지데이터를 이용하여 대상체의 영상을 생성한다.
구체적으로, 영상 획득부(270)는 로우 데이터 처리부(260)로부터 k-space를 구성하는 k-space 데이터를 수신하여, k-space 데이터에 대하여 푸리에 변환(Fourier Transform)을 수행하여 대상체(10)의 생체 조직에 대한 자기 공명 영상을 획득한다.
사용자 인터페이스부(280)는 사용자로부터 입력 정보를 획득하고, 출력 정보를 표시한다. 설명의 편의를 위하여 도 2에서는 입력장치(290) 및 표시장치(130)가 분리되어 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않고, 입력장치(290) 및 표시장치(130)는 하나의 장치로 통합되어 동작될 수 있다.
입력장치(290)는 사용자로부터 대상체(10)에 포함된 복수의 종류의 원자핵들 중 자기 공명 이미징에 이용하고자 하는 두 개 이상의 원자핵의 종류를 입력정보로써 수신할 수 있다. 입력장치(290)는 그레디언트 코일부(242) 및 제1고주파 송수신 코일부(243) 및 제2고주파 송수신 코일부(244) 각각을 통해 대상체(10)에 인가되는 소정의 펄스 시퀀스의 형태를 결정하는 다양한 제어 파라미터 등을 입력정보로써 수신할 수도 있다. 또는 입력장치(290)는 대상체(10)에서 자기 공명 영상을 획득하고 싶은 관심 영역을 입력정보로써 수신할 수도 있다. 다만, 이상에서 기술된 예들에 한정되지 않으며, 입력장치(290)는 다양한 정보를 입력정보로써 수신할 수 있다. 예를 들면, 입력장치(290)는 자기 영상 이미징 시스템(100)에 마련된 키보드, 마우스 등의 장치 및 이들을 구동하는 소프트웨어 모듈을 포함할 수 있다.
표시장치(130)는 영상 획득부(270)에 의하여 생성된 대상체의 이미지를 표시한다. 예를 들면, 표시장치(130)는 자기 영상 이미징 시스템(100)에 마련된 디스플레이 패널, 모니터 등의 장치 및 이들을 구동하는 소프트웨어 모듈을 포함할 수 있다.
도 2는 자기 공명 이미징 시스템(100)이 표시장치(130)를 포함하는 것으로 도시하였으나, 이에 한정되지 않고, 표시장치(130)는 자기 공명 이미징 장치(100)의 외부에 마련될 수도 있다.
본 실시예에 따른 자기 공명 이미징 시스템(100)에 따르면, 대상체(10)에 포함된 복수의 종류의 원자핵들 중 적어도 두 개 이상의 원자핵들을 순차적으로 여기시켜 자기 공명 영상을 획득함으로써, PET-MRI 영상 등과 같이 다른 종류의 개별 영상들을 정합할 필요 없이 생체의 구조정보와 생체 대사 정보(metabolic information)를 동시에 획득할 수 있다.
이에 따라, 각각의 원자핵에 대하여 획득된 개별 영상을 서로 정합하는데 소요되는 시간과 노력을 줄일 수 있을 뿐 아니라, 개별 영상들의 공간적, 시간적 오차와 정합 과정에서 발생할 수 있는 오류를 줄임으로써 정확한 영상의 획득이 가능하다.
또한, 특정 원소들을 이용하여 생체 내의 특정 세포를 추적하거나, 세포의 이동(migration)이나 증식(proliferation) 등의 세포 활동 등을 관찰하는 경우, 생체의 구조정보와 세포 정보가 동시에 획득됨으로써, 세포의 정확한 위치를 획득할 수 있다.
예를 들면, 과분극 가스에 해당하는 3He, 13C, 129Xe 등의 원자핵과 1H의 원자핵을 여기시켜 자기 공명 신호들을 획득함으로써, 하나의 대상체로부터 과분극 원자핵으로부터는 폐 내부의 가스 교환을, 수소 원자핵으로부터는 폐 조직 구조의 영상을 획득하여 각각의 분포와 상대적인 위치 정보를 알 수 있다.
이와 같이, 하나의 대상체에 대하여 복수의 종류의 원자핵들을 여기시켜 생체의 구조 정보와 세포 정보를 동시에 획득함으로써, 실시간으로 세포의 관찰과 추적이 가능하고, 더 나아가 병변 또는 종양 등의 질병에 대한 정확한 진단이 가능해진다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 공명 이미징 장치에서 고주파 송수신 코일을 나타낸 사시도이고, 도 6은 도 5의 고주파 송수신 코일의 펼친 상태를 나타낸 평면도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 송수신 코일에서 스위칭 부재의 회로 구성을 나타내는 회로도이고, 도 8은 병렬 공진 회로를 나타내는 회로도이고, 도 9는 직렬 공진 회로를 나타내는 회로도이다.
우선, 도 3을 참조하면 마그넷 장치(240)는 주자장 코일부(241), 그레디언트 코일부(242), 제1고주파 송수신 코일부(243), 제2고주파 송수신 코일부(244), 제1고주파 수신 코일부(245), 튜닝 및 매칭회로(246), 그라운드 브레이커(247a, 247b), 90도 하이브리드 결합기(248) 및 송수신 스위칭 회로(249)를 포함할 수 있다.
제2고주파 송수신 코일부(244)는 도 5 및 도 6을 참조하면, 한 쌍의 단부 코일(244a), 다리 코일(244b), 스위칭 부재(244c) 및 커패시터(244d)를 포함할 수 있다.
즉, 제2고주파 송수신 코일부(244)는 새장형 코일 형상으로 형성될 수 있다.
한편, 도시하지 않았지만, 한 쌍의 단부 코일(244a), 다리 코일(244b), 스위칭 부재(244c) 및 커패시터(244d)는 원통형 하우징(미도시)의 외주면 상에 배치될 수 있다.
한 쌍의 단부 코일(244a)은 구리 도전체로 구성되며, 상단 및 하단에 각각 배치되며 링형상을 가질 수 있다.
다리 코일(244b)은 구리 도전체로 구성되며, 한 쌍의 단부 코일(244a)을 연결하며 복수로 구성될 수 있다.
스위칭 부재(244c)는 한 쌍의 단부 코일(244a)과 복수의 다리 코일(244b) 사이 각각에 배치될 수 있다. 여기서, 스위칭 부재(244c)는 제1주파수에 의해 개방(open)되고, 제1주파수와 상이한 제2주파수에 의해 단락(short)될 수 있다.
한편, 상단 코일(244a) 및 하단 코일(244a) 각각은 원주 방향에서 이격된 적어도 하나의 이격 영역을 포함하고, 스위칭 부재(244c)는 상단 코일(244a) 및 하단 코일(244a)과 복수의 다리 코일 사이 각각의 이격 영역에 배치될 수 있다.
한편, 도 3 내지 도 6에서 스위칭 부재(244c)는 개략적으로 도시된 것이며, 제1통과 주파수가 제2 획득주파수 보다 큰 경우 스위칭 부재(244c)는 인턱터(L)와 제1커패시터(C1)를 포함하는 병렬 공진회로와 병렬 공진회로에 직렬 연결된 제2커패시터(C2)를 포함하는 수동 소자로 구성될 수 있으며(CLC(커패시터-인덕터- 커패시터(capacitor-inductor-capacitor) 공명회로, 이하 CLC) 제1통과 주파수가 제2 획득주파수 보다 낮은 경우 스위칭 부재(244c)는 제1인턱터(L1)와 커패시터(C)를 포함하는 병렬 공진회로와 병렬 공진회로에 직렬 연결된 제2인덕터(L2)를 포함하는 수동 소자로 구성될 수 있다(LCL(인덕터-커패시터-인덕터 (inductor-capacitor-inductor)공명회로, 이하, LCL).
제1통과 주파수가 제2 획득주파수 보다 큰 경우, 즉, CLC 공명회로의 경우에는, 수동소자만을 사용한 "개방(Open)" 스위치는 도 8과 같이 병렬 공진회로(LC회로)를 포함할 수 있으며, 설정된 제1공명 주파수(
Figure 112020031767853-pat00007
)에서 개방(Open)이 되고 이 경우 병렬 LC회로의 임피던스(Z병렬)는 다음의 [수학식 2]과 같이 연산될 수 있다.
여기서, 설정된 제1공명 주파수(
Figure 112020031767853-pat00008
)는 수소 원자핵의 공명 주파수일 수 있다.
Figure 112020031767853-pat00009
Figure 112020031767853-pat00010
여기서
Figure 112020031767853-pat00011
=
Figure 112020031767853-pat00012
일 경우 병렬공진 상태가 되어 Z병렬(
Figure 112020031767853-pat00013
)=
Figure 112020031767853-pat00014
(무한대), 즉, "개방"상태가 되며,
Figure 112020031767853-pat00015
<
Figure 112020031767853-pat00016
인 경우는 괄호 안이 양수가 되어 Z병렬(
Figure 112020031767853-pat00017
) 전체는 인덕터로서 작용하여 이 주파수에서 추가의 커패시터(제2커패시터)로 직렬공진시켜 전체를 단락시키는 것이 가능하다.
또한, 수동소자만을 사용한 "단락(Short)" 스위치는 도 9과 같이 직렬 LC회로로 구성되어 있으며 설정된 제2공명 주파수(
Figure 112020031767853-pat00018
)에서 단락(Short)이 되고, 이 경우 직렬 LC회로의 임피던스(Z직렬)는 다음의 [수학식 3]과 같이 연산될 수 있다.
여기서, 설정된 제2공명 주파수(
Figure 112020031767853-pat00019
)는 13-탄소 원자핵의 공명 주파수일 수 있다.
Figure 112020031767853-pat00020
Figure 112020031767853-pat00021
여기서, 병렬연결회로(L-C1)는 인턱턴스 Leq, 즉, 한 개의 인덕터와 마찬가지로 동작하며, 도 8에 도시된 병렬공진회로의 등가인덕턴스를 가진다.
즉, 스위칭 부재(244c)의 회로를 단락시키고자 하는 주파수를
Figure 112020031767853-pat00022
, 개방시키고자 하는 주파수를
Figure 112020031767853-pat00023
라고 할 경우
Figure 112020031767853-pat00024
<
Figure 112020031767853-pat00025
일 경우에, 스위칭 부재(244c)를 병렬 및 직렬의 두 가지 공진 회로를 조합하여 도 6 내지 도 7에 도시된 개방/단락 스위칭 회로로 동작하게 된다.
구체적인 실시예에서 제2고주파 송수신 코일부(244)는 저역통과형 13-탄소 새장코일로 정의될 수 있으며, 제2고주파 송수신 코일부(244)의 스위칭 부재(244c)는 수소의 공명주파수인 127.74 MHz에서는 개방된 회로처럼 동작하고 13-탄소 공명주파수인 32.13 MHz에서는 스위칭 부재(244c)가 단락될 수 있다.
즉, 제2고주파 송수신 코일부(244)는 카본 자기공명 신호의 송수신을 위한 저역통과형 새장코일로서 동작해야 하므로
Figure 112020031767853-pat00026
와
Figure 112020031767853-pat00027
는 각각 3.0 T 자기공명시스템의 13-탄소와 수소 자기 공명 주파수이며, 이중 주파수 스위칭 회로를 구성하는 스위칭 부재(244c)는 인덕터(L)와 커패시터(C1, C2)는 다음의 [수학식 4]와 같이 연산될 수 있다.
Figure 112020031767853-pat00028
이 경우, 상술한 바와 같이, 외부자기장 세기가 3.0 T인 경우에서 수소와 카본 공명주파수가 각각 127.74 MHz와 32.13 MHz이므로 인덕터(L)와 커패시터(C1, C2)의 소자 값은 L = 277 nH, C1 = 5.6 pF, C2 = 83 pF로 연산될 수 있다.
여기서, 두 가지 공명 즉, L 과 C1의 병렬공진조건 및 등가의 인덕터로 표현되는 병렬연결회로(L-C1)와 C2의 직렬공진조건을 만족하는 여러 가지 조합의 L, C1, C2가 사용될 수 있으나 그 중 커패시터들의 Q를 높이고 인덕터의 경우 크기를 줄이기 위해 가능하면 적은 값으로 선택하는 것이 바람직하다. 단, 너무 작은 값은 주변과의 Coupling의 영향을 쉽게 받을 수 있으므로 커패시터(C1, C2)는 5 pF 내지 100 pF로 설정되는 것이 바람직하며, 인덕터(L)는 수백 nH의 값으로 설정되는 것이 바람직하다.
한편, 제2타핵종 코일내에 설치될 수 있는 수소신호 획득을 위한 제3의 코일에는 스위칭 부재(LCL), 즉, 통과 주파수가 획득주파수보다 낮은 경우, 즉, 공명회로(LCL)의 경우에는, 수동소자만을 사용한 "개방(Open)" 스위치는 도 11과 같이 병렬 공진회로(LC회로)를 포함할 수 있으며, 설정된 통과주파수(
Figure 112021049101811-pat00071
)에서 개방(Open)이 되고 이 경우 병렬 LC회로의 임피던스(Z병렬)는 다음의 [수학식 5]와 같이 연산될 수 있다.
여기서, 설정된 통과주파수(
Figure 112020031767853-pat00029
)는 타핵종 원자핵의 공명 주파수일 수 있다.
Figure 112020031767853-pat00030
여기서,
Figure 112020031767853-pat00031
=
Figure 112020031767853-pat00032
일 경우 병렬공진 상태가 되어 Z병렬(
Figure 112020031767853-pat00033
)=
Figure 112020031767853-pat00034
(무한대), 즉, "개방"상태가 되며,
Figure 112020031767853-pat00035
>
Figure 112020031767853-pat00036
인 경우는 괄호 안이 양수가 되어 Z병렬(
Figure 112020031767853-pat00037
) 전체는 커패시터로서 작용하여 이 주파수에서 추가의 인덕터(제2인덕터)로 직렬공진시켜 전체를 단락시키는 것이 가능하다.
또한, 수동소자만을 사용한 "단락(Short)" 스위치는 도 12과 같이 직렬 LC회로로 구성되어 있으며 설정된 획득주파수(
Figure 112020031767853-pat00038
)에서 단락(Short)이 되고, 이 경우 직렬 LC회로의 임피던스(Z직렬)는 다음의 [수학식 6]과 같이 연산될 수 있다.
여기서, 설정된 획득주파수(
Figure 112020031767853-pat00039
)는 수소 원자핵의 공명 주파수일 수 있다.
Figure 112020031767853-pat00040
여기서, 병렬연결회로(L1-C)는 커패시터 Ceq, 즉, 한 개의 커패시터와 마찬가지로 동작하며, 도 11에 도시된 병렬공진회로의 등가커패시터를 가진다.
즉, 스위칭 부재(244c)의 회로를 단락시키고자 하는 주파수를
Figure 112020031767853-pat00041
, 개방시키고자 하는 주파수를
Figure 112020031767853-pat00042
라고 할 경우
Figure 112020031767853-pat00043
>
Figure 112020031767853-pat00044
일 경우에, 스위칭 부재(245a)를 병렬 및 직렬의 두 가지 공진 회로를 조합하여 도 4 내지 도 10에 도시된 개방/단락 스위칭 회로로 동작하게 된다.
구체적인 실시예에서 이 제1고주파 수신 코일부(245)는 링모양의 루프구조를 가진 수소 코일로 정의될 수 있으며, 스위칭 부재(245a)와 커패시터(245b)로 구성될 수 있다. 제1고주파 수신 코일은 스위칭 부재를 포함하는 고리 모양으로써 원주 방향으로 이격된 한 개 이상의 스위칭 부재를 포함한다. 제1고주파 수신 코일부(245)의 스위칭 부재(245a)는 13-탄소 공명주파수인 32.13 MHz에서는 스위칭 부재(245a)가 개방된 회로처럼 동작하고 수소의 공명주파수인 127.74 MHz에서는 단락된 회로처럼 동작될 수 있다.
즉, 제1고주파 수신 코일부(245)는 수소 자기공명 신호의 수신을 위한 루프코일로서 동작해야 하므로
Figure 112020031767853-pat00045
와
Figure 112020031767853-pat00046
는 각각 3.0 T 자기공명장치의 수소와 13-탄소의 자기 공명 주파수이며, 이중 주파수 스위칭 회로를 구성하는 스위칭 부재(245a)는 인덕터(L1, L2)와 커패시터(C)는 다음의 [수학식 7]과 같이 연산될 수 있다.
Figure 112020031767853-pat00047
이 경우, 상술한 바와 같이, 외부자기장 세기가 3.0 T인 경우에서 수소와 카본 공명주파수가 각각 127.74 MHz와 32.13 MHz이므로 인덕터(L1, L2)와 커패시터(C)의 소자 값은 L1 = 0.06354 pH, L2 = 0.4291 pH, C = 0.015 pF로 연산될 수 있다.
여기서, 두 가지 공명 즉, L1 과 C의 병렬공진조건 및 등가의 커패시터로 표현되는 병렬연결회로(L1-C)와 L2의 직렬공진조건을 만족하는 여러 가지 조합의 C, L1, L2가 사용될 수 있으나 그 중 커패시터들의 Q를 높이고 인덕터의 경우 크기를 줄이기 위해 가능하면 적은 값으로 선택하는 것이 바람직하다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 송수신 코일에서 그라운드 브레이커를 나타내는 회로도이다.
한편, 타핵종 공명 신호를 송수신하는 동축 케이블에 잡음이나 발열을 일으킬 수 있는 수소 혹은 타핵종 공명 주파수의 전류가 흐르는 것을 막기 위해서 도 13와 같은 Balun(또는 그라운드 브레이커(Groundbreaker)가 배치될 수 있다.
여기서, LC 병렬공진 주파수는 수소 혹은 비수소(타핵종) 자기 공명 주파수이며, 본 발명에서는 동시가 아니라도 순차적으로 비수소의 자기공명주파수와 수소의 자기공명주파수를 모두 사용하므로 두 자기공명 주파수에 대한 그라운드 브레이커(247a, 247b)를 전부 사용하여 타핵종 공명주파수 코일 신호선에 장착하여야 잡음 또는 발열을 막을 수 있다. 단, 그 구조는 다양한 다른 종류의 그라운드 브레이커를 사용해도 된다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 송수신 코일에서 90도 하이브리드 결합기를 나타내는 회로도이다.
한편, 도 14를 참조하면, 90도 하이브리드 결합기(248)는 4개의 포트로 구성되어 있는 장치로서 송신 포트에서 입력되는 신호를 I, Q 의 두 개의 포트로 90도 위상차 및 최소 3 dB 감쇄를 시켜 제2고주파 송수신 코일(244)로 보내 준다.
제2고주파 송수신 코일(244) 쪽에서 I, Q 두 포트로 들어오는 신호는 입력 신호도 역시 최소 3 dB 만큼 감쇄되고 -90도의 위상 차이를 갖게 합쳐지며 결국 최대 3 dB 만큼 커져서 수신 포트로 나오게 된다. 여기서, 3 dB 감쇠는 입력 전력의 1/2배, 전압은 1/
Figure 112020031767853-pat00048
배로 감쇄됨을 의미한다.
90도 하이브리드 결합기(248)는 회로가 선대칭적으로 설계, 제작되며, 스위칭 회로가 없을 경우 입출력 포트의 구분이 되지 않고 대칭이다. 그 값은 3.0 Tesla에서 예를 들면 카본 자기공명 주파수의 경우 32.13 MHz에서 C1 = 99pF, C2 = 41pF, L = 175 nH 로 설정될 수 있다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 송수신 코일에서 송수신 스위칭 회로를 나타내는 회로도이고, 도 16은 1-채널 고주파코일과 도 15의 송수신 스위칭 회로가 연결된 상태를 나타내는 회로도이다.
한편, 송수신 스위칭 회로(249)에서 L 과 C 값은 50옴 매칭이 되면서 주어진 주파수에서 (1/4) 파장만큼 지연되는 값으로 선택하게 된다. 여기서 순/역방향 다이오드는 송신할 때는 고전압신호에 의해서 단락되며, 수신할 때는 작은 자기공명신호만 있으므로 개방된다.
이에 따라 송신 시에는 고전력 신호에 의한 피해로부터 수신용 전치증폭기(preamplifier)를 보호하고 신호를 수신할 때는 받은 수신단의 신호를 수신포트로 보내며 송신포트와의 연결을 끊어 주는 역할을 한다.
도 15에 도시된 회로는 직접 고주파증?G기에 연결될 수 있고 기존에 단순한 1-채널 고주파코일에 사용할 수 있는 연결박스를 사용해야 할 경우는 도면 15와 같은 송수신 고주파 스위칭 회로와 연결되어 사용할 수도 있다.
도 17 및 도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 송수신 코일을 통해 신호의 주파수에 맞게 튜닝 및 매칭하여 주파수에 따른 반사 감쇄 상수를 나타내는 그래프이다.
한편, 도 17 및 도 18을 참조하면, 본 발명에서 제작된 타핵종 코일의 주파수에 따른 반사감쇄상수를 실제로 측정한 사진으로써 로그 스케일은 -30.69 dB, 스미스차트에서는 50.7 + j2.9 옴의 임피던스를 보이고 있으며, 이상적으로 타핵종 주파수에서는 임피던스가 50 옴 가까이 되어 손실이 최소가 되도록 설계 및 제작됨을 확인할 수 있다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 송수신 코일이 설치된 경우 수소 몸통 코일로 촬영한 돼지의 심장 자기공명영상(가)과 설치되지 않은 경우 돼지의 심장 자기공명영상(나)을 나타낸 이미지이다.
또한, 도 19를 참조하면, (가)의 영상에서는 (나)의 영상에 비해 돼지 심장 영역에서 약 8 %의 신호대잡음비가 감소하였으며 이는 개방/단락 스위칭 회로가 적절하게 작동하여 수소 자기공명영상을 저해하지 않음을 확인할 수 있으며, 기존의 수소 코일이 적용된 MRI 시스템을 변경하지 않고, 단순히 제2고주파 송수신 코일부(244)를 추가 설치하여 복수의 영상을 획득할 수 있다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에서 3초마다 총 60번 획득한 피루브산 대사의 결과를 보여주는 13-탄소 자기공명분광 동적 스펙트럼(가), 피루브산, 젖산, 중탄산염, 그리고 피루브산 수화물의 자기공명분광 신호를 시간에 따라 표현한 그래프(나) 및 (가)에서 획득한 13-탄소 동적 스펙트럼의 합산된 스펙트럼(다)을 나타내는 그래프이고, 도 19는 본 발명의 일 실시예에서 자유 유도 감쇠 화학적 변이 영상(FID-CSI)의 실험 결과와 돼지 심장영역 4Х4 스펙트럼 격자에서의 피루브산 신호의 의사 컬러 맵(가), 4Х4 스펙트럼 격자에서의 13-탄소 스펙트럼(나) 및 돼지 심장에서의 젖산 신호의 의사 컬러 맵(다)을 나타내는 이미지이다.
도 20을 참조하면, 13-탄소 자기공명분광 동적 스펙트럼 (13C dynamic Magnetic Resonance Spectroscopy)의 결과로서 피루브산 대사의 결과물로 피루브산, 젖산, 중탄산염, 그리고 피루브산 수화물이 스펙트럼에서 관찰되어 본 발명에서 제작된 제2고주파 송수신 코일부(244)가 수소와 13-탄소의 공명주파수 대역에서 제대로 작동함을 확인 할 수 있다.
또한, 도 21을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 제2고주파 송수신 코일부(244)가 13-탄소의 공명주파수에서 제대로 작동함을 확인할 수 있고, 피루브산을 돼지의 동맥에 주사하였을 때 피루브산과 젖산 신호의 의사 컬러 맵을 통해 피루브산 대사의 결과를 제2고주파 송수신 코일부(244)로 확인할 수 있다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 공명 이미징 방법을 나타내는 순서도이다.
도 22를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 공명 이미징 방법은 제1고주파 펄스 인가 단계(S10), 제1공명 신호 수신 단계(S20), 제2고주파 펄스 인가 단계(S30), 제2공명 신호 수신 단계(S40) 및 대상체 이미지 생성 단계(S50)를 포함할 수 있다.
여기서, 자기 공명 이미징 방법은 도 1 및 도 2에 도시된 자기 공명 이미징 시스템에서 시계열적으로 처리되는 단계들로 구성된다. 따라서, 이하에서 생략된 내용이라 하더라도 도 1 및 도 2에 도시된 자기 공명 이미징 시스템에 관하여 이상에서 기술된 내용은 도 22의 자기 공명 이미징 방법에도 적용됨을 알 수 있다.
또한, 도시하지 않았지만, 제1고주파 펄스 인가 단계(S10) 이전에, 기존의 주자장 코일부(241), 그레디언트 코일부(242) 및 제1고주파 송수신 코일부(243)가 적용된 마그넷 장치(240)에 제2고주파 송수신 코일부(244)를 추가 설치하는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기서, 제2고주파 송수신 코일부(244)는 제1고주파 송수신 코일부(243)와 대상체(10) 사이에 배치될 수 있다.
제1고주파 펄스 인가 단계(S10)에서는 제1고주파 송수신 코일부(243)에서 대상체(10)의 제1원자핵이 여기되는 제1주파수를 갖는 제1고주파 펄스를 대상체에 인가한다.
여기서, 제2고주파 송수신 코일부(244)는 회로가 제1주파수에서 개방(open)되며, 제2주파수에서 단락(short)되도록 설계될 수 있다.
즉, 제1고주파 펄스 인가 단계(S10)에서 제1고주파 송수신 코일부(243)를 통해 제1주파수를 갖는 제1고주파 펄스가 인가되면, 제1주파수는 제2고주파 송수신 코일부(244)를 통과해 대상체(10)로 인가되며, 이 과정에서 제2고주파 송수신 코일부(244)는 전기적으로 개방(open)되어 제1주파수의 송수신에 영향을 미치지 않을 수 있다.
또한, 제1공명 신호 수신 단계(S20)에서는 자기 공명 이미징 장치(110)는 제1고주파 송수신 코일부(243)에서 제1원자핵에 인가된 고주파 펄스 및 소정의 펄스 시퀀스들에 의해 방출되는 제1자기 공명 신호를 수신할 수 있다.
또한, 만약 제1원자핵의 영상을 신호대잡음비가 높게 대상체의 표면에 설치된 코일로 수신하여 얻고 싶을 때는 제1고주파 송수신 코일을 송신 시에만 사용하고 제1고주파수신코일(245)을 추가로 사용하여 제1원자핵으로부터의 공명신호를 수신할 수 있다.
또한, 제2고주파 펄스 인가 단계(S30)에서는 제2고주파 송수신 코일부(244)에서 대상체(10)의 제2원자핵이 여기되는 제2주파수를 갖는 제2고주파 펄스를 대상체에 인가한다.
여기서, 제2고주파 송수신 코일부(244)는 회로가 제1주파수에서 개방(open)되며, 제2주파수에서 단락(short)되도록 설계될 수 있다.
또한, 제2공명 신호 수신 단계(S40)에서는 자기 공명 이미징 장치(110)는 제2고주파 송수신 코일부(244)에서 제2원자핵에 인가된 고주파 펄스 및 소정의 펄스 시퀀스들에 의해 방출되는 제2자기 공명 신호를 수신할 수 있다.
대상체 이미지 생성 단계(S50)에서는 영상 처리 장치(120)는 순차적으로 수신된 자기 공명 신호들을 이용하여 대상체(10)의 이미지를 생성할 수 있다.
이에 따라, 자기 공명 이미징 장치(110)는 하나의 종류가 아닌 서로 다른 종류의 복수의 원자핵들을 이용하여 획득된 자기 공명 신호들에 기초하여 자기 공명 영상을 생성함으로써, 생체의 해부학적 정보뿐만 아니라 생체 대사 정보를 동시에 획득할 수 있다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (19)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 자기 공명 이미징(Magnetic Resonance Imaging: MRI) 장치에 있어서,
    정자계 내부에 놓인 대상체에 인가되는 펄스 시퀀스들을 결정하는 제어부;
    상기 대상체에 포함된 제1원자핵을 여기하는 제1주파수를 갖는 제1고주파 펄스를 인가하는 제1고주파 송신 코일부;
    상기 대상체에 포함된 제2원자핵을 여기하는 제2주파수를 갖는 제2고주파 펄스를 인가하고, 상기 제2고주파 펄스에 의해 방출되는 제2자기 공명 신호를 수신하고, 상기 제1고주파 송신 코일부와 상기 대상체 사이에 배치되는 제2고주파 송수신 코일부;
    상기 제1고주파 펄스에 의해 방출되는 제1자기 공명 신호를 수신하고, 상기 제2고주파 송수신 코일부와 상기 대상체 사이에 배치되는 제1고주파 수신 코일부; 및
    상기 제1자기 공명 신호 및 제2자기 공명 신호의 신호 처리를 수행하는 신호 획득부; 를 포함하고,
    상기 제1고주파 송신 코일부를 통해 상기 대상체에 상기 제1고주파 펄스가 인가되면, 상기 제2고주파 송수신 코일부는 동작이 정지되고,
    상기 제2고주파 송수신 코일부는, 상기 제1주파수에 의해 개방(open)되고, 상기 제1주파수와 상이한 제2주파수에 의해 단락(short)되는 스위칭 부재를 포함하고,
    상기 제1고주파 수신 코일부는 상기 제2주파수에 의해 개방(open)되고, 상기 제1주파수에 의해 단락(short)되는 스위칭 부재를 포함하는 자기 공명 이미징 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제2고주파 송수신 코일부는,
    상단 및 하단에 각각 배치되며 링형상을 갖는 한 쌍의 단부 코일;
    상기 한 쌍의 단부 코일을 상호 연결하는 복수의 다리 코일; 및
    상기 한 쌍의 단부 코일과 상기 복수의 다리 코일 사이 각각에 배치된 상기 스위칭 부재; 를 포함하는 자기 공명 이미징 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 단부 코일은
    상단에 배치된 상단 코일 및 하단에 배치된 하단 코일을 포함하고,
    상기 상단 코일 및 하단 코일 각각은 원주 방향에서 이격된 적어도 하나의 이격 영역을 포함하고,
    상기 이격 영역에 상기 스위칭 부재가 배치되어 이격된 상단 코일 또는 하단 코일을 연결하는 자기공명 이미징 장치.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 제2고주파 송수신 코일부의 스위칭 부재는
    인덕터와 제1커패시터를 포함하는 병렬 공진회로 및 상기 병렬 공진회로와 직렬 연결된 제2커패시터를 포함하는 자기 공명 이미징 장치.
  10. 제 6항에 있어서,
    상기 제1주파수는 수소 원자핵을 여기시키는 공명 주파수이고,
    상기 제2주파수는 비수소 원자핵을 여기시키는 공명 주파수인 자기 공명 이미징 장치.
  11. 제 6항에 있어서,
    상기 제2고주파 송수신 코일부의 스위칭 부재는
    커패시터와 제1인덕터를 포함하는 병렬 공진회로 및 상기 병렬 공진회로와 직렬 연결된 제2인덕터를 포함하는 자기 공명 이미징 장치.
  12. 자기 공명 이미징(Magnetic Resonance Imaging: MRI) 방법에 있어서,
    (I) 정자계 내부에 놓인 대상체에 포함된 제1원자핵을 여기하는 제1주파수를 갖는 제1고주파 펄스를 인가하는 단계;
    (II) 상기 제1원자핵에 인가된 상기 제1고주파 펄스에 의해 방출되는 제1자기 공명 신호를 수신하는 단계;
    (III) 상기 대상체에 포함된 제2원자핵을 여기하는 제2주파수를 갖는 제2고주파 펄스를 인가하는 단계;
    (IV) 상기 제2원자핵에 인가된 상기 제2고주파 펄스에 의해 방출되는 제2자기 공명 신호를 수신하는 단계; 및
    (V) 수신된 상기 제1자기 공명 신호 및 제2자기 공명 신호를 이용하여 상기 대상체의 이미지를 생성하는 단계; 를 포함하고,
    상기 (I) 단계는 상기 대상체에 포함된 제1원자핵을 여기하는 제1주파수를 갖는 제1고주파 펄스를 인가하는 제1고주파 송신 코일부에 의해 수행되고,
    상기 (II) 단계는, 상기 제1고주파 펄스에 의해 방출되는 제1자기 공명 신호를 수신하는 제1고주파 수신 코일부에 의해 수행되고,
    상기 (III) 단계 및 (IV) 단계는, 상기 대상체에 포함된 제2원자핵을 여기하는 제2주파수를 갖는 제2고주파 펄스를 인가하고, 상기 제2고주파 펄스에 의해 방출되는 제2자기 공명 신호를 수신하는 제2고주파 송수신 코일부에 의해 수행되고,
    상기 (I) 단계에서,
    상기 제1고주파 송신 코일부를 통해 상기 대상체에 상기 제1고주파 펄스가 인가되면, 상기 제2고주파 송수신 코일부 및 제1고주파 수신 코일부의 동작이 정지되고,
    상기 (III) 단계에서,
    상기 제2고주파 송수신 코일부를 통해 상기 대상체에 상기 제2고주파 펄스가 인가되면 상기 제1고주파 수신 코일부는 동작이 정지되고,
    상기 제2고주파 송수신 코일부는 스위칭 부재를 포함하고,
    상기 (I) 단계에서, 상기 제2고주파 송수신 코일부의 상기 스위칭 부재는 상기 제1주파수에 의해 개방(open)되고,
    상기 (III) 단계에서, 상기 제2고주파 송수신 코일부의 상기 스위칭 부재는 상기 제1주파수와 상이한 제2주파수에 의해 단락(short)되고,
    상기 제1고주파 수신 코일부는 스위칭 부재를 포함하고,
    상기 (I) 단계에서, 상기 제1고주파 수신 코일부의 상기 스위칭 부재는 상기 제1주파수에 의해 단락(short) 되고,
    상기 (III) 단계에서, 상기 제1고주파 수신 코일부의 상기 스위칭 부재는 상기 제1주파수와 상이한 제2주파수에 의해 개방(open)되며;
    추가로 제1주파수 송신시에는 개방되는 스위칭 부재를 포함하는 자기 공명 이미징 방법.

  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제 12항에 있어서,
    상기 제2고주파 송수신 코일부의 상기 스위칭 부재는
    인덕터와 제1커패시터를 포함하는 병렬 공진회로 및 상기 병렬 공진회로와 직렬 연결된 제2커패시터를 포함하는 자기 공명 이미징 방법.
  17. 삭제
  18. 제 12항에 있어서,
    상기 제1고주파 수신 코일부의 상기 스위칭 부재는
    커패시터와 제1인덕터를 포함하는 병렬 공진회로 및 상기 병렬 공진회로와 직렬 연결된 제2인덕터를 포함하는 자기 공명 이미징 방법.
  19. 제 12항에 있어서,
    상기 (I) 단계에서, 상기 제1주파수는 수소 원자핵을 여기시키는 공명주파수이고,
    상기 (III) 단계에서, 상기 제2주파수는 비수소 원자핵을 여기시키는 공명주파수인 자기 공명 이미징 방법.
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