KR102555740B1 - Phase shifter for multiple Tx mode of a MRI - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자기공명 영상장치의 다중 송신모드용 위상천이기에 관한 것으로, 신호 발생기에서 발생된 RF 펄스 신호를 증폭하고 이를 N개 채널로 분배하며, 분배된 N개 채널의 신호를 각각 360°/N의 정수 배로 증가하는 위상 전류로 N개 채널의 RF 코일 각각에 인가하게 되는 자기공명 영상장치의 다중 송신모드용 위상천이기에 있어서, 각 채널에 입력된 신호를 바이패스하여 출력하게 되는 바이패스부(111)와, 서로 병렬 연결되는 캐패시터(C)와 인덕터(L)를 포함하여 입력된 신호를 위상 지연하여 출력하게 되는 위상지연 회로부(112)와, 상기 바이패스부(111)와 상기 위상지연 회로부(112)를 셀렉트하기 위한 스위칭부(113)(114)를 포함하는 단위 위상지연 모듈(110)(120)(130)이 적어도 두 개 이상이 직렬 연결되되, 상기 단위 위상지연 모듈(110)(120)(130)은 기준 위상의 2배의 위상차를 갖고 증가하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a phase shifter for multiple transmission modes of a magnetic resonance imaging apparatus, amplifies RF pulse signals generated from a signal generator, distributes them to N channels, and converts the signals of the distributed N channels to 360°/N, respectively. In the phase shifter for multiple transmission mode of a magnetic resonance imaging apparatus in which a phase current increasing by an integer multiple of N is applied to each of the RF coils of N channels, the bypass unit bypasses and outputs signals input to each channel ( 111), a phase delay circuit unit 112 including a capacitor (C) and an inductor (L) connected in parallel to each other to delay and output an input signal, and the bypass unit 111 and the phase delay circuit unit At least two or more unit phase delay modules 110, 120, and 130 including switching units 113 and 114 for selecting 112 are connected in series, and the unit phase delay module 110 ( 120) (130) is characterized in that it increases with a phase difference twice the reference phase.

Figure R1020210056379
Figure R1020210056379

Description

자기공명 영상장치의 다중 송신모드용 위상천이기{Phase shifter for multiple Tx mode of a MRI}Phase shifter for multiple transmission mode of magnetic resonance imaging device {Phase shifter for multiple Tx mode of a MRI}

본 발명은 자기공명 영상장치의 다중 송신모드용 위상천이기에 관한 것이다.The present invention relates to a phase shifter for multiple transmission modes of a magnetic resonance imaging apparatus.

자기 공명 영상(magnetic resonance imaging, MRI)은 균일한 주자기장(main magnetic field) 내에서 인체 내에 존재하는 핵종(수소, 인, 나트륨, 탄소 등)의 자화벡터(magnetization vector)에 대해 고주파 RF(radiofrequency) 펄스를 인가하여 특정 핵종(수소 등)을 공명시켜 수직평면으로 자화벡터가 재정렬되면서 발생되는 자기공명 신호를 수신하여 컴퓨터를 통해 재구성하여 영상화하는 기술이다.Magnetic resonance imaging (MRI) is a radiofrequency (RF) image of the magnetization vector of nuclides (hydrogen, phosphorus, sodium, carbon, etc.) present in the human body within a uniform main magnetic field. ) Pulse is applied to resonate specific nuclides (hydrogen, etc.), and magnetic resonance signals generated as the magnetization vector is rearranged in the vertical plane are received and reconstructed through a computer to be imaged.

일반적으로 자화벡터를 공명시키기 위한 펄스 송신과 발생된 자기공명 신호의 수신은 RF코일에 의해 이루어지며, 이때 RF코일은 자화벡터를 공명시키기 위한 RF 신호를 송신(RF 송신 모드)하는 코일과 자기공명 신호를 수신(RF 수신 모드)하는 코일이 각각 따로 마련될 수 있으며, 또는 하나의 RF코일에 의해 RF 송신 모드와 RF 수신 모드가 같이 수행될 수 있다.In general, pulse transmission to resonate the magnetization vector and reception of the generated magnetic resonance signal are performed by an RF coil. At this time, the RF coil transmits an RF signal to resonate the magnetization vector (RF transmission mode) and magnetic resonance. Coils for receiving signals (RF reception mode) may be provided separately, or RF transmission mode and RF reception mode may be performed together by one RF coil.

한편, 종래의 일반적인 다채널 송신 코일은 주로 초고자기장 MR 시스템에서 적용되는 코일의 형태로 송신전용 필드의 균일도 향상을 위하여 주로 사용되며, 일반적으로 8채널 송신전용 시스템이 주로 사용되고 있다.On the other hand, the conventional multi-channel transmission coil is mainly used in the form of a coil applied in an ultra-high magnetic field MR system and is mainly used to improve the uniformity of a transmission-only field, and an 8-channel transmission-only system is generally used.

도 1은 종래기술에 따른 8채널의 RF 송신 유닛의 구성도이다.1 is a block diagram of an 8-channel RF transmission unit according to the prior art.

도 1을 참고하면, RF 송신 유닛은 공진 주파수의 RF 펄스 신호를 발생시키는 신호 발생기(10)와, 신호 발생기(10)에서 발생된 RF 펄스 신호를 증폭하는 증폭기(20)와, 증폭기(20)에서 증폭되어 입력된 RF 펄스 신호의 입력을 분배하여 출력하는 전력 분배기(30)와, 전력 분배기(30)에서 출력된 신호를 45°의 위상차이를 갖고 각 채널의 RF 코일(50)로 출력하는 위상천이기(40)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the RF transmission unit includes a signal generator 10 for generating an RF pulse signal of a resonant frequency, an amplifier 20 for amplifying the RF pulse signal generated by the signal generator 10, and an amplifier 20. The power divider 30 that divides and outputs the input of the RF pulse signal amplified and outputs the signal output from the power divider 30 to the RF coil 50 of each channel with a phase difference of 45 ° A phase shifter 40 is included.

다음의 [표 1]은 비균질 및 균질한 자기장 형성을 위한 8채널의 RF 코일의 위상차 변화를 보여주고 있다.The following [Table 1] shows the phase difference change of the 8-channel RF coil for the formation of non-homogeneous and homogeneous magnetic fields.

Figure 112021050684112-pat00001
Figure 112021050684112-pat00001

다채널 코일 어레이(phased array coil)을 송신 RF 코일로 사용할 때, CP1+ 모드 이외의 다른 모드를 사용하기 위하여 위상천이기를 필요로 하며, 예를 들어, 원통형 하우징에 8개의 RF 코일이 구성될 때, 1번 코일부터 시계방향으로 위상차를 +45°씩 인가되도록 송신 위상차를 인가하게 되면 코일 내부에 균질한 자기장이 형성되게 되며, 반면에, -45°씩 변화되도록 설정한다면 비균질한 자기장을 획득하게 되며 이는 관심영상 영역에 따라 필요로 하는 위상차가 다르게 결정된다.When using a multi-channel coil array (phased array coil) as a transmission RF coil, a phase shifter is required to use a mode other than the CP1+ mode, for example, when eight RF coils are configured in a cylindrical housing, If the transmission phase difference is applied so that the phase difference is applied clockwise from No. 1 by +45°, a homogeneous magnetic field is formed inside the coil. On the other hand, if set to change by -45°, an inhomogeneous magnetic field is obtained. The required phase difference is determined differently depending on the region of the image of interest.

한편, 이러한 종래기술의 위상천이기(40)는 일반적으로 동축 케이블을 사용하고 있으며, 공진주파수의 파장(λ)에 해당하는 동축 케이블의 길이를 이용하여 각 채널에 인가되는 RF 펄스 신호의 위상차를 얻을 수 있다.On the other hand, the phase shifter 40 of the prior art generally uses a coaxial cable, and the phase difference of the RF pulse signal applied to each channel is determined by using the length of the coaxial cable corresponding to the wavelength (λ) of the resonant frequency. You can get it.

그러나 채널 숫자만큼의 동축 케이블이 요구되어 동축 케이블 다발이 상당한 공간을 차지하게 되고 취급에 많은 불편함이 있다.However, as many coaxial cables as the number of channels are required, the bundle of coaxial cables occupies a considerable space and is inconvenient to handle.

등록특허공보 제10-1676192호(공고일자: 2016.11.15.)Registered Patent Publication No. 10-1676192 (Public date: 2016.11.15.)

본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 개선하고자 하는 것으로, 자기공명 영상장치의 다채널 RF 코일 어레이에서 요구되는 위상차를 편리하게 적용할 수 있는 다중 송신모드용 위상천이기를 제공하고자 하는 것이다.The present invention is to improve these problems of the prior art, and to provide a phase shifter for multiple transmission modes that can conveniently apply a phase difference required in a multi-channel RF coil array of a magnetic resonance imaging apparatus.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자기공명 영상장치의 다중 송신모드용 위상천이기는, 신호 발생기에서 발생된 RF 펄스 신호를 증폭하고 이를 N개 채널로 분배하며, 분배된 N개 채널의 신호를 각각 360°/N의 정수 배로 증가하는 위상 전류로 N개 채널의 RF 코일 각각에 인가하게 되는 자기공명 영상장치의 다중 송신모드용 위상천이기에 있어서, 각 채널에 입력된 신호를 바이패스하여 출력하게 되는 바이패스부와, 서로 병렬 연결되는 캐패시터(C)와 인덕터(L)를 포함하여 입력된 신호를 위상 지연하여 출력하게 되는 위상지연 회로부와, 상기 바이패스부와 상기 위상지연 회로부를 셀렉트하기 위한 스위칭부를 포함하는 단위 위상지연 모듈이 적어도 두 개 이상이 직렬 연결되되, 상기 단위 위상지연 모듈은 기준 위상의 2배의 위상차를 갖고 증가하는 것을 특징으로 한다.The phase shifter for multiple transmission modes of the magnetic resonance imaging apparatus according to the present invention to achieve this object amplifies the RF pulse signal generated by the signal generator, distributes it to N channels, and converts the signals of the distributed N channels. In the phase shifter for multiple transmission mode of a magnetic resonance imaging apparatus in which a phase current increasing by an integer multiple of 360°/N is applied to each RF coil of N channels, signals input to each channel are bypassed and output A phase delay circuit unit including a bypass unit, a capacitor (C) and an inductor (L) connected in parallel to each other to delay and output an input signal, and to select the bypass unit and the phase delay circuit unit. At least two or more unit phase delay modules including a switching unit are connected in series, and the unit phase delay modules increase with a phase difference twice the reference phase.

바람직하게는, 상기 N은 8이며, 상기 단위 위상지연 모듈은 각각 45°, 90°, 180°의 위상 지연이 가능한 3개로 구성된다.Preferably, N is 8, and the unit phase delay module is composed of three capable of phase delays of 45°, 90°, and 180°, respectively.

바람직하게는, 상기 캐패시터(C)와 상기 인덕터(L)는 다음의 식에 의해 결정된다.Preferably, the capacitor (C) and the inductor (L) are determined by the following equation.

Figure 112021050684112-pat00002
Figure 112021050684112-pat00002

; Z0는 임피던스, ω는 공진주파수, θ는 위상값; Z 0 is the impedance, ω is the resonant frequency, and θ is the phase value

본 발명에 따른 자기공명 영상장치의 다중 송신모드용 위상천이기는, 신호 발생기에서 발생된 RF 펄스 신호를 증폭하고 이를 N개 채널로 분배하며, 분배된 N개 채널의 신호를 각각 360°/N의 정수 배로 증가하는 위상 전류로 N개 채널의 RF 코일 각각에 인가하게 되는 자기공명 영상장치의 다중 송신모드용 위상천이기에 있어서, 각 채널에 입력된 신호를 바이패스하여 출력하게 되는 바이패스부와, 서로 병렬 연결되는 캐패시터(C)와 인덕터(L)를 포함하여 입력된 신호를 위상 지연하여 출력하게 되는 위상지연 회로부와, 바이패스부와 위상지연 회로부를 셀렉트하기 위한 스위칭부를 포함하는 단위 위상지연 모듈이 적어도 두 개 이상이 직렬 연결되어 스위칭부의 조작만으로 각 채널의 RF 코일에 인가되는 RF 펄스 신호의 위상차를 편리하게 조정할 수 있는 효과가 있다.The phase shifter for multiple transmission mode of the magnetic resonance imaging apparatus according to the present invention amplifies the RF pulse signal generated by the signal generator, distributes it to N channels, and converts the signals of the distributed N channels to 360°/N. A phase shifter for multiple transmission mode of a magnetic resonance imaging apparatus in which a phase current increasing by an integer multiple is applied to each of the RF coils of N channels, a bypass unit bypassing and outputting a signal input to each channel; A unit phase delay module including a phase delay circuit unit including a capacitor (C) and an inductor (L) connected in parallel to phase delay and output an input signal, and a switching unit for selecting the bypass unit and the phase delay circuit unit. At least two or more of these are connected in series, and the phase difference of the RF pulse signal applied to the RF coil of each channel can be conveniently adjusted only by manipulating the switching unit.

도 1은 종래기술에 따른 8채널의 RF 송신 유닛의 구성도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자기공명 영상장치의 다중 송신모드용 위상천이기의 구성도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자기공명 영상장치의 8채널의 송신모드용 위상천이기의 구성도.1 is a configuration diagram of an 8-channel RF transmission unit according to the prior art;
2 is a configuration diagram of a phase shifter for multiple transmission mode of a magnetic resonance imaging apparatus according to an embodiment of the present invention;
3 is a block diagram of a phase shifter for an 8-channel transmission mode of a magnetic resonance imaging apparatus according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Specific structural or functional descriptions presented in the embodiments of the present invention are merely exemplified for the purpose of explaining embodiments according to the concept of the present invention, and embodiments according to the concept of the present invention may be implemented in various forms. In addition, it should not be construed as being limited to the embodiments described in this specification, and should be understood to include all modifications, equivalents, or substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참고하여 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자기공명 영상장치의 다중 송신모드용 위상천이기의 구성도이다.2 is a configuration diagram of a phase shifter for multiple transmission mode of a magnetic resonance imaging apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참고하면, 본 실시예의 자기공명 영상장치의 다중 송신모드용 위상천이기는, 신호 발생기에서 발생된 RF 펄스 신호를 증폭하고 이를 N(N은 정수)개 채널로 분배하며, 분배된 N개 채널의 신호를 각각 360°/N의 정수 배로 증가하는 위상 전류로 N개 채널의 RF 코일(51) 각각에 인가하게 되는 것으로, 각 채널에 입력된 신호를 바이패스하여 출력하게 되는 바이패스부(111)와, 서로 병렬 연결되는 캐패시터(C)와 인덕터(L)를 포함하여 입력된 신호를 위상 지연하여 출력하게 되는 위상지연 회로부(112)와, 상기 바이패스부(111)와 상기 위상지연 회로부(112)를 셀렉트하기 위한 스위칭부(113)(114)를 포함하는 단위 위상지연 모듈(110)(120)(130)이 적어도 두 개 이상이 직렬 연결되되, 상기 단위 위상지연 모듈(110)(120)(130)은 기준 위상의 2배의 위상차를 갖고 증가하는 것을 특징으로 한다.Referring to FIG. 2, the phase shifter for multiple transmission mode of the magnetic resonance imaging apparatus of the present embodiment amplifies the RF pulse signal generated by the signal generator, distributes it to N (N is an integer) channels, and distributes the RF pulse signal to N channels. By applying the signals of the channels to each of the RF coils 51 of the N channels with a phase current increasing by an integer multiple of 360 ° / N, the bypass unit bypasses and outputs the signal input to each channel ( 111), a capacitor (C) and an inductor (L) connected in parallel to each other, including a phase delay circuit unit 112 that delays and outputs an input signal, and the bypass unit 111 and the phase delay circuit unit At least two or more unit phase delay modules 110, 120, and 130 including switching units 113 and 114 for selecting 112 are connected in series, and the unit phase delay module 110 ( 120) (130) is characterized in that it increases with a phase difference twice the reference phase.

스위칭부(113)(114)는 입력 신호를 온/오프 제어하게 되는 제1스위치(113)와 출력 신호를 온/오프 제어하게 되는 제2스위치(114)로 구성된다.The switching units 113 and 114 include a first switch 113 for on/off control of an input signal and a second switch 114 for on/off control of an output signal.

위상지연 회로부(112)는 병렬 연결되는 캐패시터(C)와 인덕터(L)를 포함하며, 캐패시터(C)는 직렬 연결되는 두 개의 캐피시터로 구성되고 인덕터(L)은 접지된다. 이와 같이 구성된 위상지연 회로부(112)는 다음의 [수학식]에 의해 인덕턴스(L)와 캐패시턴스(C)가 결정될 수 있다. Z0는 임피던스이며, ω는 공진주파수이며, θ는 위상값이다.The phase delay circuit unit 112 includes a capacitor (C) and an inductor (L) connected in parallel, and the capacitor (C) is composed of two capacitors connected in series, and the inductor (L) is grounded. The inductance (L) and capacitance (C) of the phase delay circuit unit 112 configured as described above may be determined by the following [Equation]. Z 0 is the impedance, ω is the resonant frequency, and θ is the phase value.

[수학식][mathematical expression]

Figure 112021050684112-pat00003
Figure 112021050684112-pat00003

본 실시예에서는 3개의 단위 위상지연 모듈(110)(120)(130)이 직렬로 연결되어 8채널의 코일 어레이용 송신모드용 위상천이기를 예시하여 보여주고 있으며, 제1위상지연 모듈(110)의 기준 위상은 45°이며, 제1위상지연 모듈(110)의 후단에 직렬로 연결되는 제2위상지연 모듈(120)은 기준 위상의 2배의 위상차를 갖는 90°이며, 제3위상지연 모듈(130)은 180°이다.In this embodiment, three unit phase delay modules 110, 120, and 130 are connected in series to illustrate a phase shifter for a transmission mode for an 8-channel coil array, and the first phase delay module 110 The reference phase of is 45 °, the second phase delay module 120 connected in series to the rear end of the first phase delay module 110 is 90 ° having a phase difference twice that of the reference phase, and the third phase delay module (130) is 180°.

이와 같이 직렬로 구성된 3개의 단위 위상지연 모듈(110)(120)(130)은 각 모듈의 스위칭부(113)(114)의 조작에 의해 다양한 조합의 위상차를 발생시킬 수 있다.As such, the three unit phase delay modules 110, 120, and 130 configured in series can generate phase differences in various combinations by manipulating the switching units 113 and 114 of each module.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자기공명 영상장치의 8채널의 송신모드용 위상천이기의 구성도이다.3 is a block diagram of a phase shifter for transmission mode of 8 channels of a magnetic resonance imaging apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참고하면, 상단부터 차례로 45°의 위상차를 갖고 각 채널의 RF 코일에 전류위상 값들이 인가되기 위한 것을 보여주고 있으며, 각 위상지연 모듈에 표기된 값(0°/90°/180°)는 스위칭부의 셀렉트에 의해 발생된 위상차를 나타낸다.Referring to FIG. 3, it shows that current phase values are applied to the RF coil of each channel with a phase difference of 45 ° in order from the top, and the values marked on each phase delay module (0 ° / 90 ° / 180 °) represents the phase difference generated by the selection of the switching unit.

이와 같이 본 발명의 다중 송신모드용 위상천이기는 각 위상지연 모듈의 스위칭부의 조작에 의해 요구되는 위상값을 손쉽게 선택하여 어레이 코일에 위상전류 값을 송신할 수 있다.As described above, the phase shifter for multiple transmission mode of the present invention can easily select a phase value required by manipulation of the switching unit of each phase delay module and transmit the phase current value to the array coil.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.The present invention described above is not limited by the foregoing embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes are possible within a range that does not deviate from the technical spirit of the present invention. will be clear to those who have knowledge of

110, 120, 130 : 단위 위상지연 모듈
111 : 바이패스부
112 : 위상지연 회로부
113, 114 : 스위칭부110, 120, 130: unit phase delay module
111: bypass unit
112: phase delay circuit
113, 114: switching unit

Claims (3)

신호 발생기에서 발생된 RF 펄스 신호를 증폭하고 이를 N개 채널로 분배하며, 분배된 N개 채널의 신호를 각각 360°/N의 정수 배로 증가하는 위상 전류로 N개 채널의 RF 코일 각각에 인가하게 되는 자기공명 영상장치의 다중 송신모드용 위상천이기에 있어서,
각 채널에 입력된 신호를 바이패스하여 출력하게 되는 바이패스부와, 서로 병렬 연결되는 캐패시터(C)와 인덕터(L)를 포함하는 high pass T 필터 회로로써 입력된 신호를 위상 지연하여 출력하게 되는 위상지연 회로부와, 상기 바이패스부와 상기 위상지연 회로부를 셀렉트하기 위한 스위칭부를 포함하는 단위 위상지연 모듈이 적어도 두 개 이상이 직렬 연결되되, 상기 단위 위상지연 모듈은 기준 위상의 2배의 위상차를 갖고 증가하며,
상기 캐패시터(C)와 상기 인덕터(L)는 다음의 식에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 자기공명 영상장치의 다중 송신모드용 위상천이기.
Figure 112023501417041-pat00007

; Z0는 임피던스, ω는 공진주파수, θ는 위상값
The RF pulse signal generated by the signal generator is amplified and distributed to N channels, and the signals of the distributed N channels are applied to each of the RF coils of the N channels as a phase current increasing by an integer multiple of 360°/N. In the phase shifter for multiple transmission modes of the magnetic resonance imaging apparatus,
A high pass T filter circuit including a bypass unit for bypassing and outputting signals input to each channel, and a capacitor (C) and an inductor (L) connected in parallel to each other, which phase delays and outputs the input signal At least two unit phase delay modules including a phase delay circuit unit and a switching unit for selecting the bypass unit and the phase delay circuit unit are connected in series, and the unit phase delay module has a phase difference twice the reference phase. have and increase,
Phase shifter for multiple transmission mode of magnetic resonance imaging apparatus, characterized in that the capacitor (C) and the inductor (L) are determined by the following equation.
Figure 112023501417041-pat00007

; Z 0 is the impedance, ω is the resonant frequency, and θ is the phase value
 제1항에 있어서, 상기 N은 8이며, 상기 단위 위상지연 모듈은 각각 45°, 90°, 180°의 위상 지연이 가능한 3개로 구성됨을 특징으로 하는 자기공명 영상장치의 다중 송신모드용 위상천이기.[Claim 2] The phase shift for multiple transmission mode of magnetic resonance imaging apparatus according to claim 1, wherein N is 8, and the unit phase delay module is composed of three units capable of phase delays of 45°, 90°, and 180°, respectively. win. 삭제delete
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