KR102508516B1 - 개방형 자기입자영상 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 개방형 자기입자영상 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 개방형 자기입자영상 장치는 나노입자에 대한 FFL(Field Free Line)을 제1 방향으로 발생시키는 셀렉션 코일부; 제2 방향으로 자기장을 생성하여 상기 FFL을 제3 방향으로 이동시키는 제1 드라이브 코일부; 상기 제3 방향으로 자기장을 생성하여 상기 FFL을 제2 방향으로 이동시키는 제2 드라이브 코일부; 상기 나노입자를 오실레이팅하기 위한 여기 코일부; 및 상기 나노입자에 대한 신호를 검출하기 위한 수신기 코일부; 를 포함할 수 있다.

Description

개방형 자기입자영상 장치{Open Magnetic Particle Imaging Apparatus}
본 발명은 개방형 자기입자영상 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자기장 코일을 이용한 개방형 자기입자영상 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 의료 및 산업 분야에 널리 사용되는 비침습적 영상장비는, X-ray 혹은 X-ray CT(Computed to Mography), 초음파를 이용 영상 장비, 방사능 물질을 이용한 PET(Positron Emission Tomography), 자기장 기반의 영상 장비로 크게 나눌 수 있다.
자성 입자 이미징(Magnetic Particle Imaging, MPI)은 관심 있는 나노입자를 이미징하는 이미징 방법이다. 나노입자들(nanoparticles)은 정맥 내 주사되거나, 환자(patient)/물체(object)에게 경구 투여될 수 있다. 혈관 조영술(angiography), 줄기 세포 추적(stem cell tracking) 및 종양 검출(tumor detection)과 같은 의료 이미징을 위한 몇몇 잠재적 용도가 있다.
다만, 이러한 자성 입자 이미징을 보다 효율적으로 하기 위한 연구는 미흡한 실정이다.
[특허문헌 1] 한국공개특허 제10-2020-0070971호
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 개방형 자기입자영상 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 자기장을 통해 FFL(Field Free Line)을 제어하기 위한 개방형 자기입자영상 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 개방형 자기입자영상 장치는 나노입자에 대한 FFL(Field Free Line)을 제1 방향으로 발생시키는 셀렉션 코일부; 제2 방향으로 자기장을 생성하여 상기 FFL을 제3 방향으로 이동시키는 제1 드라이브 코일부; 상기 제3 방향으로 자기장을 생성하여 상기 FFL을 제2 방향으로 이동시키는 제2 드라이브 코일부; 상기 나노입자를 오실레이팅하기 위한 여기 코일부; 및 상기 나노입자에 대한 신호를 검출하기 위한 수신기 코일부;를 포함할 수 있다.
실시예에서, 상기 셀렉션 코일부와 상기 제1 드라이브 코일부는, 동일한 방향으로 회전할 수 있다.
실시예에서, 상기 셀렉션 코일부는, 제1 및 제2 하부 셀렉션 코일 및 상기 제1 및 제2 하부 셀렉션 코일 상에 위치하는 제1 및 제2 상부 셀렉션 코일을 포함하고, 상기 제1 및 제2 하부 셀렉션 코일과 상기 제1 및 제2 상부 셀렉션 코일 각각은 코어 부재를 포함할 수 있다.
실시예에서, 상기 제1 상부 셀렉션 코일은 상기 제2 상부 셀렉션 코일의 측면에 평행하게 배치되고, 상기 제1 하부 셀렉션 코일은 상기 제2 하부 셀렉션 코일의 측면에 평행하게 배치될 수 있다.
실시예에서, 상기 제1 드라이브 코일부는 제1 및 제2 하부 드라이브 코일과 상기 제1 및 제2 하부 드라이브 코일 상에 위치하는 제1 및 제2 상부 드라이브 코일을 포함할 수 있다.
실시예에서, 상기 제1 상부 드라이브 코일은 상기 제2 상부 드라이브 코일의 측면에 평행하게 배치되고, 상기 제1 하부 드라이브 코일은 상기 제2 하부 드라이브 코일의 측면에 평행하게 배치될 수 있다.
실시예에서, 상기 제2 드라이브 코일부는 제3 하부 드라이브 코일 및 상기 제3 하부 드라이브 코일 상에 위치하는 제3 상부 드라이브 코일을 포함할 수 있다.
실시예에서, 상기 여기 코일부는, 제1 하부 여기 코일 및 상기 제1 하부 여기 코일 상에 위치하는 제1 상부 여기 코일을 포함할 수 있다.
실시예에서, 상기 수신기 코일부는 하부 수신기 코일 및 상기 하부 수신기 코일 상에 위치하는 상부 수신기 코일을 포함할 수 있다.
실시예에서, 상기 제1 및 제2 하부 셀렉션 코일 상에 상기 제1 및 제2 하부 드라이브 코일이 위치하고, 상기 제1 및 제2 하부 드라이브 코일 상에 상기 제3 하부 드라이브 코일이 위치하고, 상기 제3 하부 드라이브 코일 상에 상기 제1 하부 여기 코일이 위치하고, 상기 제1 하부 여기 코일 상에 상기 하부 수신기 코일이 위치할 수 있다.
실시예에서, 상기 하부 수신기 코일 상에 상기 상부 수신기 코일이 위치하고, 상기 상부 수신기 코일 상에 상기 제1 상부 여기 코일이 위치하고, 상기 제1 상부 여기 코일 상에 상기 제3 상부 드라이브 코일이 위치하고, 상기 제3 상부 드라이브 코일 상에 상기 제1 및 제2 상부 드라이브 코일이 위치하고, 상기 제1 및 제2 상부 드라이브 코일 상에 상기 제1 및 제2 하부 셀렉션 코일이 위치할 수 있다.
실시예에서, 상기 하부 수신기 코일과 상기 상부 수신기 코일 사이에 FOV(Field Of View)가 형성되고, 상기 FOV 내부에 상기 나노입자가 위치할 수 있다.
실시예에서, 상기 개방형 자기입자영상 장치는 상기 제3 하부 드라이브 코일과 평행하게 위치하는 제4 하부 드라이브 코일, 상기 제4 하부 드라이브 코일 상에 위치하고 상기 제1 하부 여기 코일과 평행하게 위치하는 제2 하부 여기 코일, 상기 제2 하부 여기 코일 상에 위치하고 상기 하부 수신기 코일과 평행하게 위치하는 하부 감쇄 코일, 상기 하부 감쇄 코일 상에 위치하고 상기 상부 수신기 코일과 평행하게 위치하는 상부 감쇄 코일, 상기 상부 감쇄 코일 상에 위치하고 상기 제1 상부 여기 코일과 평행하게 위치하는 제2 상부 여기 코일, 상기 제2 상부 여기 코일 상에 위치하고 상기 제3 상부 드라이브 코일과 평행하게 위치하는 제4 상부 드라이브 코일,을 포함하는 감쇄부;를 더 포함하고, 상기 상부 수신기 코일 및 하부 수신기 코일의 권선 방향(winding direction)과 상기 상부 감쇄 코일 및 하부 감쇄 코일의 권선 방향은 반대일 수 있다.
실시예에서, 상기 감쇄부는, 상기 수신기 코일부의 신호를 감쇄시킬 수 있다.
실시예에서, 상기 개방형 자기입자영상 장치는 상기 제1 및 제2 하부 셀렉션 코일과 상기 제1 및 제2 하부 드라이브 코일의 자기장 간섭을 제거하는 하부 금속 부재, 및 상기 제1 및 제2 상부 셀렉션 코일과 상기 제1 및 제2 상부 드라이브 코일의 자기장 간섭을 제거하는 상부 금속 부재,를 포함하는 금속 부재;를 더 포함할 수 있다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 구체적인 사항들은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술될 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구성될 수 있으며, 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자(이하, "통상의 기술자")에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해서 제공되는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 자기장을 통해 FFL을 제어함으로써 나노입자에 대한 MPI 이미지를 획득할 수 있다.
본 발명의 효과들은 상술된 효과들로 제한되지 않으며, 본 발명의 기술적 특징들에 의하여 기대되는 잠정적인 효과들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 개방형 자기입자영상 장치의 측면도를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 개방형 자기입자영상 장치의 사시도를 도시한 도면이다.
도 3a 및 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀렉션 코일부의 FFL 생성을 도시한 도면이다.
도 3c 및 3d는 본 발명의 일 실시예에 따른 영구 자석으로 구성된 셀렉션 코일부를 도시한 도면이다.
도 4a 내지 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 드라이브 코일부의 자기장 유도를 도시한 도면이다.
도 4d 및 4e는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀렉션 코일부와 제1 드라이브 코일부에 의한 FFL 생성을 도시한 도면이다.
도 5a 내지 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 드라이브 코일부의 자기장 유도를 도시한 도면이다.
도 5d 및 5e는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀렉션 코일부와 제2 드라이브 코일부에 의한 FFL 생성을 도시한 도면이다.
도 5f는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀렉션 코일부와 제1 및 제2 드라이브 코일부에 의한 FFL 생성을 도시한 도면이다.
도 6a 및 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀렉션 코일부와 제1 드라이브 코일부의 회전에 따른 FFL 생성을 도시한 도면이다.
도 7a 내지 7c는 본 발명의 일 실시예에 따른 여기 코일부의 자기장 유도를 도시한 도면이다.
도 8a 내지 8c는 본 발명의 일 실시예에 따른 수신기 코일부를 도시한 도면이다.
도 9a 및 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 부재의 자기장 간섭 제어를 도시한 도면이다.
도 10a 및 10b는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자 유무에 대한 신호 검출을 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 개방형 자기입자영상 시스템을 도시한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고, 여러 가지 실시예들을 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세히 설명하고자 한다.
청구범위에 개시된 발명의 다양한 특징들은 도면 및 상세한 설명을 고려하여 더 잘 이해될 수 있을 것이다. 명세서에 개시된 장치, 방법, 제법 및 다양한 실시예들은 예시를 위해서 제공되는 것이다. 개시된 구조 및 기능상의 특징들은 통상의 기술자로 하여금 다양한 실시예들을 구체적으로 실시할 수 있도록 하기 위한 것이고, 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 개시된 용어 및 문장들은 개시된 발명의 다양한 특징들을 이해하기 쉽게 설명하기 위한 것이고, 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 개방형 자기입자영상 장치를 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 개방형 자기입자영상 장치(100)의 측면도를 도시한 도면이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 개방형 자기입자영상 장치(100)의 사시도를 도시한 도면이다.
도 1 및 2를 참고하면, 개방형 자기입자영상 장치(100)는 셀렉션 코일부(selection coil)(101), 제1 드라이브 코일부(drive coil)(102), 제2 드라이브 코일부(103), 여기 코일부(excitation coil)(104), 수신기 코일부(receiver coil)(105), 금속 부재(106) 및 감쇄부(cancellation)(201)를 포함할 수 있다.
셀렉션 코일부(101)는 나노입자에 대한 FFL(Field Free Line)을 제1 방향으로 발생시킬 수 있다. 여기서, 제1 방향은 개방형 자기입자영상 장치(100)를 기준으로 직교좌표계에 의한 y축 방향을 의미할 수 있다. 다만, 제1, 제2, 제3 등의 서수는 임의의 순서이며, 이러한 순서에 한정되지 않는다.
일 실시예에서, 셀렉션 코일부(101)는 제1 및 제2 하부 셀렉션 코일(111, 112)과 제1 및 제2 상부 셀렉션 코일(113, 114)를 포함할 수 있다.
본 명세서에서, 코일, 층 또는 부재 "상에(on)" 또는 "위에(over)" 있다고 언급될 때, 그것은 코일, 층 또는 부재 상에 바로 위치하는 것일 수 있으며, 또는 다른 코일 또는 매개층이 사이에 존재할 수도 있다. 또한, 코일이나 층이 다른 코일, 층 또는 부재 "상에" 또는 "위에" 있다고 언급될 때, 그것은 코일, 층 또는 부재 전체를 덮거나 코일, 층 또는 부재의 일부분을 덮을 수 있다는 것으로 이해될 수 있다.
이 경우, 제1 및 제2 하부 셀렉션 코일(111, 112)과 제1 및 제2 상부 셀렉션 코일(113, 114) 각각은 코어 부재(115, 116, 117, 118)을 포함할 수 있다.
제1 드라이브 코일부(102)는 제2 방향으로 자기장(magnetic field)을 생성하여 FFL을 제3 방향으로 이동시킬 수 있다.
여기서, 제2 방향은 개방형 자기입자영상 장치(100)를 기준으로 직교좌표계에 의한 x축 방향을 의미할 수 있다. 다만, 제1, 제2, 제3 등의 서수는 임의의 순서이며, 이러한 순서에 한정되지 않는다.
일 실시예에서, 제1 드라이브 코일부(102)는 제1 및 제2 하부 드라이브 코일(121, 122)과 제1 및 제2 상부 드라이브 코일(123, 124)을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 셀렉션 코일부(101)와 제1 드라이브 코일부(102)는 동일한 방향으로 회전할 수 있다.
제2 드라이브 코일부(103)는 제3 방향으로 자기장을 생성하여 FFL을 제2 방향으로 이동시킬 수 있다.
여기서, 제3 방향은 개방형 자기입자영상 장치(100)를 기준으로 직교좌표계에 의한 z축 방향을 의미할 수 있다. 다만, 제1, 제2, 제3 등의 서수는 임의의 순서이며, 이러한 순서에 한정되지 않는다.
일 실시예에서, 제2 드라이브 코일부(103)는 제3 하부 드라이브 코일(131) 및 제3 상부 드라이브 코일(132)을 포함할 수 있다.
여기 코일부(104)는 나노입자를 오실레이팅하기 위해 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 여기 코일부(104)는 제1 하부 여기 코일(141) 및 제1 상부 여기 코일(142)을 포함할 수 있다.
수신기 코일부(105)는 나노입자에 대한 신호를 검출할 수 있다.
일 실시예에서, 수신기 코일부(105)는 하부 수신기 코일(151) 및 상부 수신기 코일(152)을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제1 및 제2 하부 셀렉션 코일(111, 112) 상에 제1 및 제2 하부 드라이브 코일(121, 122)이 위치할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 하부 드라이브 코일(121, 122) 상에 제3 하부 드라이브 코일(131)이 위치할 수 있다. 또한, 제3 하부 드라이브 코일(131) 상에 제1 하부 여기 코일(141)이 위치할 수 있다. 또한, 제1 하부 여기 코일(141) 상에 하부 수신기 코일(151)이 위치할 수 있다. 또한, 하부 수신기 코일(151) 상에 상부 수신기 코일(152)이 위치할 수 있다.
일 실시예에서, 상부 수신기 코일(152) 상에 제1 상부 여기 코일(142)이 위치할 수 있다. 또한, 제1 상부 여기 코일(142) 상에 제3 상부 드라이브 코일(132)이 위치할 수 있다. 또한, 제3 상부 드라이브 코일(132) 상에 제1 및 제2 상부 드라이브 코일(123, 124)이 위치할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 상부 드라이브 코일(123, 124) 상에 제1 및 제2 하부 셀렉션 코일(113, 114)이 위치할 수 있다.
일 실시예에서, 하부 수신기 코일(151)과 상부 수신기 코일(152) 사이에 FOV(Field Of View)가 형성될 수 있다. 이 경우, FOV 내부에 나노입자가 위치할 수 있다.
일 실시예에서, 금속 부재(106)는 하부 금속 부재(161) 및 상부 금속 부재(162)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 금속 부재(106)는 구리 플레이트(copper plate)로 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 감쇄부(201)는 제2 드라이브 코일부(203), 여기 코일부(204) 및 감쇄 코일부(206)를 포함할 수 있다.
이 경우, 제2 드라이브 코일부(203)는 제4 하부 드라이브 코일(231) 및 제4 상부 드라이브 코일(232)을 포함할 수 있다.
여기 코일부(204)는 제2 하부 여기 코일(241) 및 제2 상부 여기 코일(242)을 포함할 수 있다.
감쇄 코일부(206)는 하부 감쇄 코일(261) 및 상부 감쇄 코일(262)을 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 일 실시예에서, 제4 하부 드라이브 코일(231)은 제3 하부 드라이브 코일(131)과 평행하게 위치할 수 있다.
또한, 제2 하부 여기 코일(241)은 제4 하부 드라이브 코일(231) 상에 위치하고 제1 하부 여기 코일(151)과 평행하게 위치할 수 있다.
또한, 하부 감쇄 코일(261)은 제2 하부 여기 코일(241) 상에 위치하고 하부 수신기 코일(151)과 평행하게 위치할 수 있다.
또한, 상부 감쇄 코일(262)은 하부 감쇄 코일(261) 상에 위치하고 상부 수신기 코일(152)과 평행하게 위치할 수 있다.
또한, 제2 상부 여기 코일(242)은 상부 감쇄 코일(262) 상에 위치하고 제1 상부 여기 코일(142)과 평행하게 위치할 수 있다.
또한, 제4 상부 드라이브 코일(232)은 제2 상부 여기 코일(242) 상에 위치하고 제3 상부 드라이브 코일(132)과 평행하게 위치할 수 있다.
이 경우, 상부 수신기 코일(152) 및 하부 수신기 코일(151)의 권선 방향(winding direction)과 상부 감쇄 코일(262) 및 하부 감쇄 코일(261)의 권선 방향은 반대일 수 있다. 이를 통해, 감쇄부(201)는 수신기 코일부(105)의 신호를 감쇄시킬 수 있다.
도 3a 및 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀렉션 코일부(101)의 FFL 생성을 도시한 도면이다. 도 3c 및 3d는 본 발명의 일 실시예에 따른 영구 자석(310)으로 구성된 셀렉션 코일부(101)를 도시한 도면이다.
도 3a 및 3b를 참고하면, 셀렉션 코일부(101)는 나노입자에 대한 FFL을 제1 방향으로 발생시킬 수 있다.
일 실시예에서, 셀렉션 코일부(101)는 제1 및 제2 하부 셀렉션 코일(111, 112) 및 제1 및 제2 하부 셀렉션 코일(111, 112) 상에 위치하는 제1 및 제2 상부 셀렉션 코일(113, 114)를 포함할 수 있다.
제1 하부 셀렉션 코일(111)은 제2 하부 셀렉션 코일(112)의 측면에 평행하게 배치될 수 있다.
또한, 제1 상부 셀렉션 코일(113)은 제2 상부 셀렉션 코일(114)의 측면에 평행하게 배치될 수 있다.
이 경우, 제1 하부 셀렉션 코일(111)과 제2 하부 셀렉션 코일(112)은 서로 반대 방향의 전류(I)가 흐를 수 있다. 또한, 제1 상부 셀렉션 코일(113)은 제2 상부 셀렉션 코일(114)은 서로 반대 방향의 전류(I)가 흐를 수 있다.
예를 들어, 제1 하부 셀렉션 코일(111)과 제1 상부 셀렉션 코일(113)은 시계 방향으로 전류가 흐를 수 있고, 제2 하부 셀렉션 코일(112)과 제2 상부 셀렉션 코일(114)은 반시계 방향으로 전류가 흐를 수 있다.
일 실시예에서, 도 3c 및 3d를 참고하면, 셀렉션 코일부(101)는 영구 자석(Permanent magnet)(310)으로 구성될 수 있다.
도 4a 내지 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 드라이브 코일부(102)의 자기장 유도를 도시한 도면이다. 도 4d 및 4e는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀렉션 코일부(101)와 제1 드라이브 코일부(102)에 의한 FFL 생성을 도시한 도면이다.
도 4a 내지 4c를 참고하면, 제1 드라이브 코일부(102)는 제2 방향으로 자기장을 생성할 수 있다. 예를 들어, 균일한(uniform) 자기장이 1kHz까지 고주파수로 x축 방향으로 형성될 수 있다.
제1 드라이브 코일부(102)는 제1 및 제2 하부 드라이브 코일(121, 122)과 제1 및 제2 하부 드라이브 코일(121, 122) 상에 위치하는 제1 및 제2 상부 드라이브 코일(123, 124)을 포함할 수 있다.
제1 하부 드라이브 코일(121)은 제2 하부 드라이브 코일(122)의 측면에 평행하게 배치될 수 있다. 또한, 제1 상부 드라이브 코일(123)은 제2 상부 드라이브 코일(124)의 측면에 평행하게 배치될 수 있다.
이 경우, 제1 및 제2 하부 드라이브 코일(121, 122)과 제1 및 제2 상부 드라이브 코일(123, 124)은 매칭을 통해 시계 방향과 반시계 방향의 AC 전류가 모두 흐를 수 있다.
도 4d 및 4e를 참고하면, 제1 드라이브 코일부(102)는 제2 방향으로 자기장을 생성하여 FFL을 제3 방향으로 이동시킬 수 있다.
예를 들어, 제1 드라이브 코일부(102)는 x축 방향으로 자기장을 생성하여 FFL을 z축 방향으로 이동시킬 수 있다.
이 경우, 제1 드라이브 코일부(102)에 의한 자기장은 셀렉션 코일부(101)에 의한 셀렉션 필드와 결합될 수 있다.
도 5a 내지 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 드라이브 코일부의 자기장 유도를 도시한 도면이다. 도 5d 및 5e는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀렉션 코일부와 제2 드라이브 코일부에 의한 FFL 생성을 도시한 도면이다. 도 5f는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀렉션 코일부와 제1 및 제2 드라이브 코일부에 의한 FFL 생성을 도시한 도면이다.
도 5a 내지 5c를 참고하면, 제2 드라이브 코일부(103)는 제3 방향으로 자기장을 생성할 수 있다. 예를 들어, 균일한 자기장이 25kHz까지 고주파수로 z축 방향으로 형성될 수 있다.
제2 드라이브 코일부(103)는 제3 하부 드라이브 코일(131) 및 제3 하부 드라이브 코일(131) 상에 위치하는 제3 상부 드라이브 코일(132)을 포함할 수 있다.
이 경우, 제3 하부 드라이브 코일(131)과 제3 상부 드라이브 코일(132)은 매칭을 통해 시계 방향과 반시계 방향의 AC 전류가 모두 흐를 수 있다.
도 5d 및 5e를 참고하면, 제2 드라이브 코일부(103)는 제3 방향으로 자기장을 생성하여 FFL을 제2 방향으로 이동시킬 수 있다.
예를 들어, 제2 드라이브 코일부(103)는 z축 방향으로 자기장을 생성하여 FFL을 x축 방향으로 이동시킬 수 있다.
이 경우, 제2 드라이브 코일부(103)에 의한 자기장은 셀렉션 코일부(101)에 의한 셀렉션 필드와 결합될 수 있다.
도 5f를 참고하면, FOV 내부에 FFL은 카테시안 궤적(cartesian trajectory)으로 형성될 수 있다. 이 경우, 제2 드라이브 코일부(103)에 의한 자기장은 셀렉션 코일부(101)에 의한 셀렉션 필드 및 제1 드라이브 코일부(102)에 의한 자기장과 결합될 수 있다.
도 6a 및 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀렉션 코일부(101)와 제1 드라이브 코일부(102)의 회전에 따른 FFL 생성을 도시한 도면이다.
도 6a 및 6b를 참고하면, 개방형 자기입자영상 장치(100)에서, 셀렉션 코일부(101)와 제1 드라이브 코일부(102)는 동일한 방향으로 회전할 수 있다.
예를 들어, 셀렉션 코일부(101)와 제1 드라이브 코일부(102)는 z축 방향을 기준으로 시계 방향으로 회전할 수 있다. 이를 통해 개방형 자기입자영상 장치(100)는 FFL을 통해 나노입자에 대한 3D MPI 이미지를 획득할 수 있다.
도 7a 내지 7c는 본 발명의 일 실시예에 따른 여기 코일부의 자기장 유도를 도시한 도면이다.
도 7a 내지 7c를 참고하면, 여기 코일부(104)는 나노입자를 오실레이팅할 수 있다. 또한, 여기 코일부(104)는 제3 방향으로 자기장을 생성할 수 있다. 예를 들어, 균일한 자기장이 40kHz까지 고주파수로 z축 방향으로 형성될 수 있다.
여기 코일부(104)는 제1 하부 여기 코일(141) 및 제1 하부 여기 코일(141) 상에 위치하는 제1 상부 여기 코일(142)을 포함할 수 있다.
이 경우, 제1 하부 여기 코일(141)과 제1 상부 여기 코일(142)은 매칭을 통해 시계 방향과 반시계 방향의 AC 전류가 모두 흐를 수 있다.
도 8a 내지 8c는 본 발명의 일 실시예에 따른 수신기 코일부를 도시한 도면이다.
도 8a 내지 8c를 참고하면, 수신기 코일부(105)는 하부 수신기 코일(151) 및 하부 수신기 코일(151) 상에 위치하는 상부 수신기 코일(152)을 포함할 수 있다.
하부 수신기 코일(151)과 상기 상부 수신기 코일(152) 사이에 FOV가 형성되고, FOV 내부에 상기 나노입자가 위치할 수 있다. 이 경우, 수신기 코일부(105)의 균일한 민감도(uniform sensitivity)가 형성될 수 있다.
예를 들어, 수신기 코일부(105)는 나선형 코일(spiral coil)을 형성할 수 있다.
도 9a 및 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 부재의 자기장 간섭 제어를 도시한 도면이다.
도 9a 및 9b를 참고하면, 금속 부재(106)는 하부 금속 부재(161) 및 상부 금속 부재(162)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상부 금속 부재(162)는 제1 및 제2 상부 드라이브 코일(123, 124)과 제1 및 제2 상부 셀렉션 코일(113, 114) 사이에 위치할 수 있다.
일 실시예에서, 상부 금속 부재(162)는 제1 및 제2 상부 드라이브 코일(123, 124)과 제1 및 제2 상부 셀렉션 코일(113, 114)의 자기장 간섭을 제거할 수 있다.
일 실시예에서, 하부 금속 부재(161)는 제1 및 제2 하부 드라이브 코일(121, 122)과 제1 및 제2 하부 셀렉션 코일(111, 112) 사이에 위치할 수 있다.
일 실시예에서, 하부 금속 부재(161)는 제1 및 제2 하부 드라이브 코일(121, 122)과 제1 및 제2 하부 셀렉션 코일(111, 112)의 자기장 간섭을 제거할 수 있다.
즉, 금속 부재(106)는 강한 자기장(high magnetic field)과 정적 자기장(static magnetic field)를 고립(isolate)시키고 외부로부터의 노이즈를 감소시킬 수 있다.
도 10a 및 10b는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노입자 유무에 대한 신호 검출을 도시한 도면이다.
도 10a 및 10b를 참고하면, 수신부(즉, 그룹 1)는 제2 드라이브 코일부(103), 여기 코일부(104), 수신기 코일부(105)를 포함할 수 있다.
감쇄부(즉, 그룹 2)는 제2 드라이브 코일부(203), 여기 코일부(204) 및 감쇄 코일부(206)을 포함할 수 있다.
이 경우, 수신기 코일부(105)의 권선 방향(winding direction)과 감쇄 코일부(206)의 권선 방향은 반대일 수 있다. 또한, 수신부와 감쇄부의 거리(distance)는 서로의 영향을 제거할 수 있을 만큼 간격이 형성될 수 있다.
이 경우, 도 10a를 참고하면, 나노입자가 존재하지 않는 경우, 수신기 코일부(105)에서 유도되는 전압은 하기 <수학식 1>과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112020116147747-pat00001
여기서,
Figure 112020116147747-pat00002
는 수신기 코일부(105)에서 유도되는 전압,
Figure 112020116147747-pat00003
는 제2 드라이브 코일부(103)에 의해 유도되는 전압,
Figure 112020116147747-pat00004
는 여기 코일부(104)에 의해 유도되는 전압을 나타낸다.
또한, 일 실시예에서, 감쇄 코일부(206)에 의해 유도되는 전압은 하기 <수학식 2>와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112020116147747-pat00005
여기서,
Figure 112020116147747-pat00006
는 감쇄 코일부(206)에 의해 유도되는 전압,
Figure 112020116147747-pat00007
는 제2 드라이브 코일부(203)에 의해 유도되는 전압,
Figure 112020116147747-pat00008
는 여기 코일부(204)에 의해 유도되는 전압을 나타낸다.
일 실시예에서, 수신기 코일부(105)와 감쇄 코일부(206)가 직렬(series)로 연결되어 있기 때문에, 수신되는 신호의 전압은 하기 <수학식 3>과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112020116147747-pat00009
여기서,
Figure 112020116147747-pat00010
는 수신기 코일부(105)와 감쇄 코일부(206)에 의해 수신되는 신호의 전압을 나타낸다. 즉,
Figure 112020116147747-pat00011
는 나노입자가 존재하지 않는 경우 0(zero)에 근사한 값으로 결정됨을 확인할 수 있다.
도 10b를 참고하면, 나노입자가 존재하는 경우, 수신기 코일부(105)에서 유도되는 전압은 하기 <수학식 4>와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112020116147747-pat00012
여기서,
Figure 112020116147747-pat00013
는 수신기 코일부(105)에서 유도되는 전압,
Figure 112020116147747-pat00014
는 제2 드라이브 코일부(103)에 의해 유도되는 전압,
Figure 112020116147747-pat00015
는 여기 코일부(104)에 의해 유도되는 전압,
Figure 112020116147747-pat00016
는 나노입자에 의한 신호의 전압을 나타낸다.
또한, 일 실시예에서, 감쇄 코일부(206)에 의해 유도되는 전압은 하기 <수학식 5>와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112020116147747-pat00017
여기서,
Figure 112020116147747-pat00018
는 감쇄 코일부(206)에 의해 유도되는 전압,
Figure 112020116147747-pat00019
는 제2 드라이브 코일부(203)에 의해 유도되는 전압,
Figure 112020116147747-pat00020
는 여기 코일부(204)에 의해 유도되는 전압을 나타낸다.
일 실시예에서, 수신기 코일부(105)와 감쇄 코일부(206)가 직렬(series)로 연결되어 있기 때문에, 수신되는 신호의 전압은 하기 <수학식 6>과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112020116147747-pat00021
여기서,
Figure 112020116147747-pat00022
는 수신기 코일부(105)와 감쇄 코일부(206)에 의해 수신되는 신호의 전압을 나타낸다. 즉,
Figure 112020116147747-pat00023
는 나노입자가 존재하는 경우 나노입자에 의한 신호의 전압(
Figure 112020116147747-pat00024
)에 근사한 값으로 결정됨을 확인할 수 있다.
따라서, 감쇄부에 의한 감쇄 방식은 나노입자가 존재하는 경우에 도움이 되는 것을 확인할 수 있으며, 아날로그 디지털 컨버터(ADC)의 한계로 인해 나노입자에 의한 신호가 제2 드라이브 코일부(103) 및 여기 코일부(104)에서 유도된 신호에 비해 너무 작기 때문에 나노입자에 의한 신호를 처리할 수 없기 때문에 이러한 감쇄 방식이 사용될 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 개방형 자기입자영상 시스템(1100)를 도시한 도면이다.
도 11을 참고하면, 개방형 자기입자영상 시스템(1100)은 개방형 자기입자영상 장치(100), 고정부(1101), 벨트부(1102) 및 모터부(1103)를 포함할 수 있다.
이 경우, 고정부(110)와 벨트부(1102) 및 모터부(1103)가 결합될 수 있다. 벨트부(1102)는 개방형 자기입자영상 장치(100)의 셀렉션 코일부(101) 및 제1 드라이브 코일부(102)와 결합하여 모터부(1103)를 통해 셀렉션 코일부(101) 및 제1 드라이브 코일부(102)를 회전시킬 수 있다.
일 실시예에서, 개방형 자기입자영상 시스템(1100)은 상술한 회전 및 개방형 자기입자영상 장치(100)의 동작을 제어하기 위하여 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제어부는 적어도 하나의 프로세서 또는 마이크로(micro) 프로세서를 포함하거나, 또는, 프로세서의 일부일 수 있다. 또한, 제어부는 CP(communication processor)라 지칭될 수 있다. 제어부는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 개방형 자기입자영상 장치(100)의 동작을 제어할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 통상의 기술자라면 본 발명의 본질적인 특성이 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능할 것이다.
본 명세서에 개시된 다양한 실시예들은 순서에 관계없이 수행될 수 있으며, 동시에 또는 별도로 수행될 수 있다.
일 실시예에서, 본 명세서에서 설명되는 각 도면에서 적어도 하나의 단계가 생략되거나 추가될 수 있고, 역순으로 수행될 수도 있으며, 동시에 수행될 수도 있다.
본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예들에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
100: 개방형 자기입자영상 장치
101: 셀렉션 코일부
102: 제1 드라이브 코일부
103: 제2 드라이브 코일부
104: 여기 코일부
105: 수신기 코일부
106: 금속 부재
111: 제1 하부 셀렉션 코일
112: 제2 하부 셀렉션 코일
113: 제1 상부 셀렉션 코일
114: 제2 상부 셀렉션 코일
121: 제1 하부 드라이브 코일
122: 제2 하부 드라이브 코일
123: 제1 상부 드라이브 코일
124: 제2 상부 드라이브 코일
131: 제3 하부 드라이브 코일
132: 제3 상부 드라이브 코일
141: 제1 하부 여기 코일
142: 제1 상부 여기 코일
151: 하부 수신기 코일
152: 상부 수신기 코일
161: 하부 금속 부재
162: 상부 금속 부재
201: 감쇄부
203: 제2 드라이브 코일부
204: 여기 코일부
206: 감쇄 코일부
231: 제4 하부 드라이브 코일
232: 제4 상부 드라이브 코일
241: 제2 하부 여기 코일
243: 제2 상부 여기 코일
261: 하부 감쇄 코일
262: 상부 감쇄 코일
310: 영구 자석
1100: 개방형 자기입자영상 시스템
1101: 고정부
1102: 벨트부
1103: 모터부

Claims (15)

  1. 나노입자에 대한 FFL(Field Free Line)을 제1 방향으로 발생시키는 셀렉션 코일부;
    제2 방향으로 자기장을 생성하여 상기 FFL을 제3 방향으로 이동시키고, 제1 및 제2 하부 드라이브 코일과 상기 제1 및 제2 하부 드라이브 코일 상에 위치하는 제1 및 제2 상부 드라이브 코일을 포함하는 제1 드라이브 코일부;
    상기 제3 방향으로 자기장을 생성하여 상기 FFL을 제2 방향으로 이동시키고, 제3 하부 드라이브 코일 및 상기 제3 하부 드라이브 코일 상에 위치하는 제3 상부 드라이브 코일을 포함하는 제2 드라이브 코일부;
    상기 나노입자를 오실레이팅하기 위한 제1 하부 여기 코일 및 상기 제1 하부 여기 코일 상에 위치하는 제1 상부 여기 코일을 포함하는 여기 코일부;
    상기 나노입자에 대한 신호를 검출하기 위한 하부 수신기 코일 및 상기 하부 수신기 코일 상에 위치하는 상부 수신기 코일을 포함하는 수신기 코일부; 및
    상기 제3 하부 드라이브 코일과 평행하게 위치하는 제4 하부 드라이브 코일, 상기 제4 하부 드라이브 코일 상에 위치하고 상기 제1 하부 여기 코일과 평행하게 위치하는 제2 하부 여기 코일, 상기 제2 하부 여기 코일 상에 위치하고 상기 하부 수신기 코일과 평행하게 위치하는 하부 감쇄 코일, 상기 하부 감쇄 코일 상에 위치하고 상기 상부 수신기 코일과 평행하게 위치하는 상부 감쇄 코일, 상기 상부 감쇄 코일 상에 위치하고 상기 제1 상부 여기 코일과 평행하게 위치하는 제2 상부 여기 코일, 상기 제2 상부 여기 코일 상에 위치하고 상기 제3 상부 드라이브 코일과 평행하게 위치하는 제4 상부 드라이브 코일,을 포함하는 감쇄부;
    를 포함하고,
    상기 상부 수신기 코일 및 하부 수신기 코일의 권선 방향(winding direction)과 상기 상부 감쇄 코일 및 하부 감쇄 코일의 권선 방향은 반대인,
    개방형 자기입자영상 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 셀렉션 코일부와 상기 제1 드라이브 코일부는, 동일한 방향으로 회전하는,
    개방형 자기입자영상 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 셀렉션 코일부는, 제1 및 제2 하부 셀렉션 코일 및 상기 제1 및 제2 하부 셀렉션 코일 상에 위치하는 제1 및 제2 상부 셀렉션 코일을 포함하고,
    상기 제1 및 제2 하부 셀렉션 코일과 상기 제1 및 제2 상부 셀렉션 코일 각각은 코어 부재를 포함하는,
    개방형 자기입자영상 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 상부 셀렉션 코일은 상기 제2 상부 셀렉션 코일의 측면에 평행하게 배치되고,
    상기 제1 하부 셀렉션 코일은 상기 제2 하부 셀렉션 코일의 측면에 평행하게 배치되는,
    개방형 자기입자영상 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 상부 드라이브 코일은 상기 제2 상부 드라이브 코일의 측면에 평행하게 배치되고,
    상기 제1 하부 드라이브 코일은 상기 제2 하부 드라이브 코일의 측면에 평행하게 배치되는,
    개방형 자기입자영상 장치.

  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 하부 셀렉션 코일 상에 상기 제1 및 제2 하부 드라이브 코일이 위치하고,
    상기 제1 및 제2 하부 드라이브 코일 상에 상기 제3 하부 드라이브 코일이 위치하고,
    상기 제3 하부 드라이브 코일 상에 상기 제1 하부 여기 코일이 위치하고,
    상기 제1 하부 여기 코일 상에 상기 하부 수신기 코일이 위치하는,
    개방형 자기입자영상 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 하부 수신기 코일 상에 상기 상부 수신기 코일이 위치하고,
    상기 상부 수신기 코일 상에 상기 제1 상부 여기 코일이 위치하고,
    상기 제1 상부 여기 코일 상에 상기 제3 상부 드라이브 코일이 위치하고,
    상기 제3 상부 드라이브 코일 상에 상기 제1 및 제2 상부 드라이브 코일이 위치하고,
    상기 제1 및 제2 상부 드라이브 코일 상에 상기 제1 및 제2 하부 셀렉션 코일이 위치하는,
    개방형 자기입자영상 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 하부 수신기 코일과 상기 상부 수신기 코일 사이에 FOV(Field Of View)가 형성되고,
    상기 FOV 내부에 상기 나노입자가 위치하는,
    개방형 자기입자영상 장치.
  13. 삭제
  14. 제1항에 있어서,
    상기 감쇄부는, 상기 수신기 코일부의 신호를 감쇄시키는,
    개방형 자기입자영상 장치.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 하부 셀렉션 코일과 상기 제1 및 제2 하부 드라이브 코일의 자기장 간섭을 제거하는 하부 금속 부재, 및
    상기 제1 및 제2 상부 셀렉션 코일과 상기 제1 및 제2 상부 드라이브 코일의 자기장 간섭을 제거하는 상부 금속 부재,
    를 포함하는 금속 부재;
    를 더 포함하는,
    개방형 자기입자영상 장치.

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