KR102564686B1 - 특정 핵종의 몰농도를 측정하기 위한 자기공명영상용 rf 코일 - Google Patents

Abstract

본 발명은 코일 외부의 자기장을 이용하여 특정 핵종의 몰농도를 측정하기 위한 자기공명영상용 RF 코일에 관한 것으로, 동일 축(C) 상에 배치되는 한 쌍의 엔드링(110)과, 상기 엔드링(110)을 서로 연결하는 복수 개의 레그(120)를 포함하는 자기공명 영상용 RF 코일에 있어서, 상기 레그(120)는, 상기 엔드링(110)의 외경 측에서 상기 엔드링(110)을 서로 연결하는 제1레그 엘리먼트(121)와; 상기 제1레그 엘리먼트(121)와 전기적으로 절연되어 상기 제1레그 엘리먼트(121)와 함께 폐각(closed shell)을 구성하여 그 내부에 팬텀(2)이 배치되는 제2레그 엘리먼트(122)를 포함하여 상기 레그(120) 각각은 공진 회로를 구성한다.

Description

특정 핵종의 몰농도를 측정하기 위한 자기공명영상용 RF 코일{RF coil for MRI to measure the molar concentration of a specific nuclide}

본 발명은 자기공명 영상을 위한 RF 코일에 관한 것으로, 코일 외부의 자기장을 이용하여 특정 핵종의 몰농도를 측정하기 위한 자기공명영상용 RF 코일에 관한 것이다.

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.

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.

도 1은 종래기술에 따른 RF코일의 일례를 보여주는 도면으로, 새장형(birdcage) 코일을 보여주고 있다.

일반적인 새장형 코일(10)은 두 개의 전도성 원형 루프인 엔드링(11)과, 두 엔드링(11)을 연결하는 복수 개의 전도성의 레그(12)로 구성된 코일 엘리먼트를 포함하며, 이러한 코일 엘리먼트(11)(12)(13)는 원통형상의 프레임(13)의 외주면에 고정된다.

이러한 종래기술의 새장형 코일은 일반적으로 원통형의 내부에 피검체가 위치하여 자기공명 영상촬영이 이루어지며, 이때 자기공명 영상의 촬영에 사용되는 자기장은 새장형 코일의 원통 형상의 내부에서 발생되는 자기장이 송수신 신호로 사용됨이 목적이다.

한편, MRI 시스템은 다양하게 사용되고 있으며, 기존 수소(1-H) 핵종 기반의 해부학적 정보를 제공해주는 일반적인 MR(자기공명) 영상에 타 핵종(예를 들어, 23-Na, 31-P, 13-C 등)을 통한 생화학적 정보를 융합하는 기술 개발이 고도화되고 있다.

예를 들어, 23-Na 핵종은 인간 유기체에 중요한 구성요소로 세포의 무결성과 조직의 생존력을 추정할 수 있는 지표로 이용되고 있으며, 23-Na MR 영상을 뇌졸중, 알츠하이머병, 고혈압 등의 임상 적용의 진단과 예측을 수행할 수 있음에 따라서 핵종의 범위가 보다 확대되고 있다.

한편, 획득된 MR 영상을 통하여 인체 내의 특정 핵종의 농도를 추정하고자 하는 경우에 일반적으로 생물학적 모방 팬텀을 이용하여 팬텀 대비 MR 영상의 농도(molar concentration)를 계산하는 방법이 사용되고 있다.

한편 종래기술의 새장형 코일을 이용하여 몰 농도를 측정하기 위해서는 새장형 코일 내에 피검체(1)와 함께 팬텀(2)이 같이 배치되어야 하며, 따라서 코일 사이즈는 피검체(1)가 위치하는 공간과는 별도로 팬텀(2)이 배치되는 공간이 확보되어야 하며, 이는 RF코일과 피검체가 충분히 밀착되지 못하여 채움인자(filling factor)가 저하되는 문제점이 있다.

채움인자(filling factor)는 RF코일 내의 피검체가 차지하는 부피비로 표현되는 인자로서, 피검체의 여기신호(RF 신호)와 MR 신호의 검출 효율에 영향을 주어 S/N비(signal to noise ratio)를 좌우하며, 최종적으로는 자기공명영상의 질을 결정하는 중요 인자 중의 하나이다. 이러한 채움인자는 RF코일과 피검체를 최대한 밀착되게 함으로써 높일 수가 있다.

등록특허공보 제10-1388574호(공고일자: 2014.04.23.)

본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 개선하고자 하는 것으로, 관심 영역 이외의 코일 외부 자기장을 이용하여 특정 핵종의 몰농도를 측정할 수 있는 자기공명영상용 RF 코일을 제공하고자 하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자기공명 영상용 RF 코일은, 동일 축(C) 상에 배치되는 한 쌍의 엔드링과, 상기 엔드링을 서로 연결하는 복수 개의 레그를 포함하는 자기공명 영상용 RF 코일에 있어서, 상기 레그는, 상기 엔드링의 외경 측에서 상기 엔드링을 서로 연결하는 제1레그 엘리먼트와; 상기 제1레그 엘리먼트와 전기적으로 절연되어 상기 제1레그 엘리먼트와 함께 폐각(closed shell)을 구성하여 그 내부에 팬텀이 배치되는 제2레그 엘리먼트를 포함하여 상기 레그 각각은 공진 회로를 구성한다.

바람직하게는, 상기 레그는 원형 또는 다각형의 횡단면이다.

바람직하게는, 상기 제1레그 엘리먼트와 상기 제2레그 엘리먼트는 전기 절연체에 의해 서로 고정된다.

바람직하게는, 상기 레그는 서로 다른 핵종의 공진 주파수를 갖는다.

본 발명에 따른 자기공명 영상용 RF 코일은 한 쌍의 엔드링과, 엔드링을 서로 연결하는 복수 개의 레그를 포함하는 자기공명 영상용 RF 코일에 있어서, 레그는, 엔드링의 외경 측에서 상기 엔드링을 서로 연결하는 제1레그 엘리먼트와, 제1레그 엘리먼트와 함께 폐각(closed shell)을 구성하여 그 내부에 팬텀이 배치되는 제2레그 엘리먼트를 포함하여 레그 각각은 공진 회로를 구성함으로써, 관심 영역 이외의 코일 외부 자기장을 이용하여 특정 핵종의 몰농도를 측정할 수 있는 효과가 있으며, 또한 각 레그는 서로 다른 공진 주파수를 갖는 공진 회로로 구성이 가능하여 다핵종의 팬텀의 몰 농도를 측정할 수 있다.

또한 본 발명의 자기공명 영상용 RF 코일은 종래에 RF 코일의 안쪽에 배치되던 몰 농도 측정을 위한 팬텀을 코일 바깥에 배치가 가능하여 자기장의 민감도 저하에 대한 문제점을 개선할 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 RF코일의 일례를 보여주는 도면,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 RF 코일의 사시 구성도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 RF 코일의 정면 구성도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 RF 코일에 의한 다수 핵종의 몰 농도 측정 시의 MR 영상의 몰 농도의 비교예를 보여주는 도면.

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.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참고하여 상세히 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 RF 코일의 사시 구성도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 RF 코일의 정면 구성도이다.

도 2 및 도 3을 참고하면, 본 실시예의 자기공명 영상용 RF코일(100)은, 동일 축(C) 상에 배치되는 한 쌍의 엔드링(110)과, 엔드링(110)을 서로 연결하는 복수 개의 레그(120)를 포함하며, 바람직하게는, 레그(120)는 엔드링(110)의 외경 측에서 엔드링(110)을 서로 연결하는 제1레그 엘리먼트(121)와, 제1레그 엘리먼트(121)와 전기적으로 절연되어 제1레그 엘리먼트와 함께 폐각(closed shell)을 구성하는 제2레그 엘리먼트(122)를 포함한다.

한 쌍의 엔드링(110)은 나란하게 이격되어 동일 축(C) 상에 배치되며, 두 개의 엔드링(110) 사이에는 복수의 레그(120)의 양 단부가 고정된다. 각 엔드링(110)과 각 레그(120)는 공진주파수를 갖도록 캐패시터(미도시)가 구비된다. 도시되지 않았으나, 두 개의 엔드링(110) 중의 어느 하나에 90°의 사잇각을 갖고 전류를 인가하기 위한 케이블이 연결될 수 있으며, 이러한 RF 코일은 구적(quadrature driving) 코일로 제공되어, 송신용(Tx)과 수신용(Rx) 코일로 사용될 수 있다. 본 실시예에서 레그(120)는 4개로 구성되는 것으로 도시되어 있으나, 코일의 사이즈에 따라서 증감될 수 있으며, 일반적으로 짝수 개로 구성된다.

특히, 본 발명에서 레그(120)는 엔드링(110)의 외경 측에서 엔드링(110)과 양단이 직접 고정되는 제1레그 엘리먼트(121)와, 제1레그 엘리먼트(121)와 전기적으로 절연되어 제1레그 엘리먼트와 함께 폐각(closed shell)을 구성하는 제2레그 엘리먼트(122)를 포함한다.

본 실시예에서 제1레그 엘리먼트(121)와, 제2레그 엘리먼트(122)는 각각 반원통 형상의 쉘(shell)로 구성되어 전체적으로는 폐각(closed shell)을 이루고 그 내부에 팬텀(2)이 위치하게 된다. 한편, 본 실시에에서 제1레그 엘리먼트(121)와 제2레그 엘리먼트(122)의 횡단면은 원형이나 이에 한정되는 것은 아니며, 팬텀(2)의 형태에 따라서 다각형일 수 있다.

제1레그 엘리먼트(121)와 제2레그 엘리먼트(122)는 서로 이격되어 전기적으로 절연되며, 바람직하게는, 제1레그 엘리먼트(121)와 제2엘리먼트(122) 사이에 전기 절연체가 삽입되어 고정될 수 있다. 또한 제1레그 엘리먼트(121)와 제2레그 엘리먼트(122)는 공진 주파수를 갖도록 캐패시터(미도시)가 연결되어 공진 회로를 구성한다. 한편, 각 레그는 인덕턴스의 변화를 통하여 서로 다른 핵종에 대한 공진 주파수를 가질 수 있으며, 따라서 다핵종의 팬텀 영상을 얻을 수 있다.

이와 같이 구성된 RF 코일은 한 쌍의 엔드링(110)과, 복수의 제1레그 엘리먼트(121)가 일반적인 새장형 코일과 실질적으로 동일한 구조를 갖고 관심 영역(코일 내부) 내에서 MR 신호의 송수신이 이루어질 수 있으며, 한편으로, 제1레그 엘리먼트(121)와 인접한 제2레그 엘리먼트(122)는 관심 영역이외(코일 외부)에서 유도된 자기장에 의해 특정 핵종의 팬텀에 대한 공진기의 역할을 한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 RF 코일에 의한 다수 핵종의 몰 농도 측정 시의 MR 영상의 몰 농도의 비교예를 보여주는 도면으로, 4개의 레그를 갖는 RF 코일의 내부의 유효자기장 분포도와, 각 레그의 공진 회로를 통한 다핵종(핵종 A, 핵종 B)의 팬텀에 대한 농도 분포도를 보여주고 있다.

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.

110 : 엔드링 120 : 레그
121 : 제1레그 엘리먼트 122 : 제2레그 엘리먼트

Claims (4)

1. 동일 축상에 배치되는 한 쌍의 엔드링과, 상기 엔드링을 서로 연결하는 복수 개의 레그를 포함하는 자기공명 영상용 RF 코일에 있어서,
   상기 레그는,
   상기 엔드링의 외경 측에서 상기 엔드링을 서로 연결하는 제1레그 엘리먼트와;
   상기 제1레그 엘리먼트와 전기적으로 절연되어 상기 제1레그 엘리먼트와 함께 중공 형상의 폐각(closed shell)을 구성하여 그 중공 형상의 내부에 팬텀이 배치되는 제2레그 엘리먼트를 포함하여 상기 레그 각각은 공진 회로를 구성하는 자기공명 영상용 RF 코일.
2. 제1항에 있어서, 상기 레그는 원형 또는 다각형의 횡단면인 것을 특징으로 하는 자기공명 영상용 RF 코일.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1레그 엘리먼트와 상기 제2레그 엘리먼트는 전기 절연체에 의해 서로 고정되는 것을 특징으로 하는 자기공명 영상용 RF 코일.
4. 제1항에 있어서, 상기 레그는 서로 다른 핵종의 공진 주파수를 갖는 것을 특징으로 하는 자기공명 영상용 RF 코일.

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