KR20000075747A

KR20000075747A - 자기 공명 촬영 장치용 자계 발생 장치

Info

Publication number: KR20000075747A
Application number: KR1019997007817A
Authority: KR
Inventors: 아오키마사아키; 하시모토시게오
Original assignee: 오카모토 유지; 스미토모 도큐슈 긴조쿠 가부시키가이샤
Priority date: 1997-12-26
Filing date: 1997-12-26
Publication date: 2000-12-26
Also published as: DE69737511T2; WO1999033397A1; EP0965305A1; KR100373577B1; EP0965305B1; EP0965305A4; US6275128B1; DE69737511D1

Abstract

본 발명의 목적은 한 쌍의 자극편에 경사 코일을 장착한 MRI용 자계 발생 장치를 배치한 후, 상기 경사 코일을 분리시키지 않고서도 공극의 촬영 시야 내에서 자계의 균일성을 용이하고 안전하게 조정할 수 있는 MRI용 자계 발생 장치를 제공하는 것이다. 베이스 디스크(11) 위에 호울더 디스크(13)가 놓여져서 고정된 후 자계 균일성을 조정하기 위한 자성재 단편 또는, 영구 자석 단편은 소정의 패턴으로 소정의 피트에 끼워지고, 필요한 경우 상기 단편들과 커버 디스크(14) 사이의 간격에 스페이서(spacer)를 넣어 위치 결정을 한 후, 상기 커버 디스크(14)가 서로를 유지하도록 죄어진다. 그 결과로서의 심 호울더(10)는 상기 경사 코일(6) 또는 지지 부재를 따라 정렬되어 고정된다.

Description

자기 공명 촬영 장치용 자계 발생 장치{MRI MAGNETIC FIELD GENERATOR}

MRI는 강력한 자계를 형성하는 자계 발생 장치의 공극 내에 환자의 몸 일부 또는 전부를 넣어서 단층 이미지를 얻고 그의 조직의 성질까지 평가할 수 있는 장치이다.

상기 MRI용 자계 발생 장치는 환자의 몸 일부 또는 전부가 들어 가기에 충분히 넓어야 하며 선명한 단층 이미지를 얻기 위해서는 통상 상기 공극 내의 촬영 시야 내에서 0.02 내지 2.0 T와이하의 정밀도를 갖는 안전하고 강력한 균일 자계를 형성할 필요가 있다.

MRI 장치에 사용되고 있는 자계 발생 장치로서는, 상기 자계 발생원으로 R-Fe-B계 자석을 사용한 한쌍의 영구 자석 구조의 각 어느 일단에 자극편을 부착시켜 서로 대향시키고 다른 일단을 요크로 연결해서 상기 자극편 사이의 공극 내에 정자계를 발생시키는 구성이 공지되어 있다(일본 특허 공고 제2-23010호 참조).

또한 상기 자계 발생원으로 전술한 영구 자석 구조 대신 철심 주위에 감겨진 전자 코일(통상의 전도 코일, 초전도 코일 등을 포함함)을 갖는 구성이 공지되어 있고(일본 특허 출원 공개 번호 제4-288137호 참조), 이 구성에서는 전술한 것과 같은 동일한 자극편이 채용되고 있다.

전술한 바와 같이 자계 발생 장치에서 자계의 균일성은 소정 공극 내에서이하의 정밀도가 요구되지만, 이 균일성은 특히 자기 회로에 있어서 상기 자극편의 형태에 의한 영향이 크고, 요크의 형태, 상기 자계 발생 장치의 배치 장소 등에 따른 영향을 받기 때문에 촬영 시야 내에서 자계의 균일성을 소정의 수치로 만들기 위해서는 다양한 조정을 할 필요가 있다. 따라서 상기 자극편을 재가공하지 않고서 소정의 공극 내에서 자계의 강도가 원하는 양만큼 국부적으로 증가되거나 감소되도록 하고 고도로 높은 균일성을 갖는 자계를 제공하는 구성이 필요하다.

이러한 견지에서 출원인은 촬영 공극을 구형으로 가정하고, 당해 구형 공극을 복수 개의 수평면으로 횡단하면서 측정된 각 원주 상의 자계 강도에 따라 상기 공극을 향하고 있는 자극편 측의 소정 위치에 자성재 단편 및/또는 영구 자석 단편을 배치시키는 경우 상기 자극편들을 재가공할 필요 없이 공극 내의 자계 강도를 국부적으로 필요한 양만큼 증감시킬 수 있음으로 인하여 자계의 균일성을 높일 수 있다는 점을 제안하였다(일본 특허 공고 제 5-87962호).

MRI 장치에서는 공극 내의 위치 정보를 얻기 위해서 통상 X, Y, Z의 3 방향에 대응하는 3개의 코일군으로 구성된 경사 코일(GC)이 각 자극편 근방에 배치되고, 이 경사 코일에 펄스 전류를 인가함으로써 상기 공극 내에서 원하는 방향으로 경사 자계를 발생시킬 수 있다. 즉, 상기 공극 내에 형성되어 있는 균일 자계에 경사 자계를 더하여 핵자기 공명 신호에 위치 정보가 주어지고 1개의 화상을 얻기 위해서 다수의 펄스형 경사 자계가 더해져야 한다.

한편 상기 자계 발생 장치가 설치된 환경에 의하여 상기 자계가 조정되는 경우 또는, 상기 MRI 장치가 이미 그의 사용 현장에 설치되어 있는 경우에 일단 상기 경사 코일을 상기 자극편에 설치하게 되면 전술한 바와 같은 자성재 단편 및/또는 영구 자석 단편을 배치 및 이동시킴으로써 자계의 균일성을 조정하는 것은 어렵고 복잡한 작업이 되고, 단시간에 이 작업을 완료하는 것은 불가능하다.

일본 특허 출원 공개 번호 제1-164356호에서는 자계의 균일성을 조정하기 위하여 자계 조정용 영구 자석 단편을 배치하는 방법으로서 나사를 이용하여 다수의 자계 조정용 영구 자석 단편을 기저부(pedestal)를 거쳐서 지지판에 고정시키고, 이 지지판을 자극편 상의 환상 돌출부에 볼트로 조이는 것을 제안하고 있는데, 이 자극편들은 상기 자극편측 상에 영구 자석 단편들을 가지고 있거나 자극편 쌍의 외주부로부터 상기 공극에 대하여 배치되어 있는 영구 자석 단편들을 가지고 있다. 이러한 구성은 상기 영구 자석 단편들이 나사를 이용하여 기저부를 거쳐서 상기 지지판에 고정되기 때문에 심(shim)을 제거하는 데에 시간이 많이 걸린다는 문제점이 있다.

특히 자계의 균일성을 조정하는 데에 사용되는 자성재 단편 또는 영구 자석 단편들 전부가 동일한 크기 및 형태인 것은 아니다. 우선, 조정을 위한 공극의 위치 또는 조정량에 따라 자성재와 영구 자석 사이에서의 선택이 이루어진 후, 그의 형태와 크기가 적절하게 선정됨으로써 상기 자성재가 기저부를 거쳐서 지지판에 나사로 고정되도록 상기 자성재의 크기와 형태에 따라 기저부가 제작되어야 하고, 상기 영구 자석 단편은 그의 자화가 특정 방향으로 일어나도록 영구 자석 단편의 크기와 형태에 따라 소정 형태의 기저부가 제작되어야 하기 때문에 상기 심의 분리는 기저부의 제작을 포함해서 큰 노력을 수반한다.

본 발명의 목적은 한 쌍의 자극편에 경사 코일이 장착된 MRI용 자계 발생 장치를 설치한 후 상기 경사 코일을 분리하지 않고 상기 공극의 촬영 시야 내에서 자계의 균일성을 안전하고 용이하게 조정할 수 있는 MRI용 자계 발생 장치를 제공하는 것이다.

상기 경사 코일을 분리하지 않고서도 상기 공극의 촬영 시야 내에서 자계의 균일성을 효과적이고 용이하게 조정할 수 있는 자계 발생 장치의 구조를 발견하려는 다양한 실험 결과, 발명자는 자성 단편을 수용할 수 있는 피트(pit)가 구비된 본체와 상기 공극 측으로 분리될 수 있는 커버로 이루어진 심 호울더를 사용함으로써 각종 크기, 형태 및 자화 방향을 갖는 자성재 단편 또는, 영구 자석 단편의 배치 목적은 상기 본체의 피트에 이들 단편들을 넣어서 필요한 경우 삽입된 스페이서로 덮음으로써 달성될 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하였다.

본 발명은 공극을 형성하여 대향하고 있는 한쌍의 자극편을 포함하고 상기 공극에 자계를 발생시키는 MRI용 자계 발생 장치로서, 상기 MRI용 자계 발생 장치는 심 호울더를 포함고 있는데, 이 심 호울더는 비자성 재료로 구성되어 있고 상기 자극편을 향하여 배치된 경사 코일의 공극측을 향해 있는 면에 제공되어 있으며,상기 각 심 호울더는 자성 단편을 수용할 수 있는 피트가 있는 본체와 상기 공극 측 쪽으로 분리될 수 있는 커버를 포함하고 있다.

본 발명은 의료용 자기 공명 촬영 장치(이하 MRI 장치라고 함) 등에 사용되는 자계 발생 장치를 개선시킨 것으로서, 더욱 자세하게는 공극을 형성하면서 마주보고 있는 한쌍의 자극편에 경사 코일을 장착하고 당해 자계 발생 장치가 배치된 환경 등의 영향에 의하여 자계가 조정되는 경우에 상기 경사 코일을 분리하지 않고 공극 내의 촬영 시야 내에서 자계의 균일성을 용이하게 조정할 수 있도록 되어 있는 MRI용 자계 발생 장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 관한 자계 발생 장치의 자극편에 대한 실시예를 나타내고 있는 수직 단면도.

도 2는 본 발명에 의한 심 호울더의 분해 사시도.

도 3a는 자계 발생 장치의 구성예를 나타내는 정면도.

도 3b는 도 3a의 수평 측면도.

이하에서는 본 발명에 의한 MRI용 자계 발생 장치의 구성예를 도면에 기초하여 자세히 설명할 것이다.

도 1의 자극편(2)은 서로 위아래로 마주 대하고 있는 쌍 중에서 아래쪽 자극편이다. 이 자극편(2)은 R-Fe-B계 자석이나 전자 코일 등과 같은 자기 발생원으로서의 자석 구성부(1) 위에 놓여 있다. 상기 자극편(2)은 순철(純鐵)로 이루어진 환상(環狀)의 돌출부(4)를 가지고 있는데, 이 돌출부는 철 또는 연철(軟鐵)로 구성된 베이스(3)의 외주부에 위치한다. 상기 중간 부분은 철, 연철, 적층 실리콘 강판 또는 연질(軟質) 페라이트(ferrite)로 구성된다. 또한 평평한 볼록 돌출부(5)도 포함되어 있다.

도 1의 부호(6)는 경사(gradient) 코일로서, 도시되어 있지 않은 지지 부재 상에 있는 자극편(2) 내의 소정 위치에 배치된다. 이 경사 코일(6) 또는 지지 부재 상에 부착되도록 심 호울더(shim holder)가 주어진다. 상기 심 호울더(10)는 도 2에 나타난 바와 같이 3개의 층으로 된 비자성의 박형(thin) 디스크를 포함하는 것으로서 베이스 디스크(11)와 자기 단편(pellets)을 수용하기 위한 피트의 역할을 하는 구멍(hole)(12)이 만들어져 있는 호울더 디스크(13)와 커버 디스크(14)로 이루어진 적층 구조로 되어 있다. 상기 자기 단편을 수용하기 위한 구멍(12)이 원형 또는 동심원 모양으로 상기 호울더 디스크(13)에 만들어짐으로써 상기 자기 단편은 공극 중앙에 상정된 구형 공극의 복수 개의 횡단식(sliced) 수평면 각각에 대한 수 개의 원주 상의 각 위치에 따라서 배치되게 된다.

상기 심 호울더(10)는 각각의 디스크들이 적절하게 배치되고 조여지도록 구성된다. 상기 호울더 디스크(13)가 상기 베이스 디스크(11) 상에 놓여져서 부착된 후 자계의 균일성을 조절하기 위한 자성재 단편 또는 영구 자석 단편이 소정의 패턴으로 배치된 소정의 피트에 끼워지고, 필요한 경우 상기 단편과 커버 디스크(14) 사이의 간격에 스페이서(spacer)를 삽입시켜서 위치를 결정한 후 상기 커버 디스크(14)가 서로를 유지하도록 조여진다. 그 결과적인 심 호울더(10)가 상기 경사 코일(6) 또는 그의 지지 부재를 따라 정렬되고 그 곳에 부착된다.

본 발명에 의하면 상기 심 호울더에는 염화 비닐 수지, 유리 섬유 강화 플라스틱 등의 비자성 재료가 사용될 수 있고, 도 2의 3층 구조 이외에 상기 심 호울더(10)는 피트가 있는 본체와 커버로 구성된 2층 구조를 가질 수도 있다.

또한 본 발명에 의하면 상기 자계 발생 장치는 전술한 실시예에 한정되는 것이 아니고, 서로 마주 보면서 공극을 형성하는 한 쌍의 자극이 요크에 의하여 자기적으로 결합되고 자계가 상기 공극에서 발생될 수 있는 구조인 한 어떠한 구조도 채택될 수 있다. 또한 자기 경로를 형성하는 데에 사용되는 요크의 크기와 형태는 요구되는 공극의 크기, 자계 강도, 자계 균일성 등 각종 그 외의 특성들에 의하여 지정되는 것으로서 적절하게 선정될 수 있다.

예컨대 도 3A와 도 3B에 나타난 바와 같이, 자극편(2)은 한 쌍의 영구 자석 구조(1)의 각 일단부에서 서로를 향해 부착되어 있고, 그 영구 자석 구조 내에서 R-Fe-B계 자석이 자계 발생원으로서 사용되고 있으며, 다른 쪽 단부에 부착된 요크(7)가 평평한 접속용 요크(8)에 의하여 연결되고, 상기 자극편(2) 사이의 공극(9) 내에서 정자계가 발생되는 구조가 채용될 수 있다.

도 3A와 도 3B의 구조에서는 상기 요크(7)가 그의 일단부에서 하나의 접속용 요크(8)에 의하여 연결되고 있으며, 상기 자극편(2) 사이에 있는 공극(9)이 접속용 요크(8) 쪽을 제외하고는 3면으로 개방되어 있기 때문에 상기 장치는 피동자에 압박감을 주지 않고 보다 개방된 느낌을 주게 된다.

도 3A와 도 3B에 나타나 있는 단일판 구조 이외에도 상기 자계 발생 장치의 접속용 요크는 그 이외의 각종 구성들 중 어느 하나의 구성을 가질 수 있는데, 예컨대 2개의 판상 또는 주(柱)상 구조, 4개의 원주상 구조 또는, 원통형 요크 안의 상하로 대향하고 있는 면 위에 자석 구성부 또는 자성 재료 단편이 배치되어 있는 구조 등을 들 수 있다.

자계 발생원이 되는 자석 구성체로서는 통상의 전도 자석, 초전도 자석 또는 영구 자석 등이 사용될 수 있고, 영구 자석이 채용될 경우에는 페라이트(ferrite) 자석, 희토류 코발트계 자석 또는, 그 이외의 공지된 자석 재료들이 사용될 수 있다. 특히 R에 대해서는 Nd와 Pr을 중심으로 하고 자원적으로 풍부한 경(輕)희토류를 사용하고, 주성분으로서 30 MGOe 이상의 최대 고에너지 적(積)을 나타내는 Fe-B-R계 영구 자석을 사용함으로써 상기 장치를 극히 소형으로 만들 수 있게 된다. 또한 이들 공지의 영구 자석을 조합시켜 배치시킴으로써 상기 장치를 더욱 소형화하려는 노력을 크게 저해하지 않으면서 저렴한 자계 발생 장치를 제공할 수 있게 된다.

상기 재료에 염화 비닐 수지를 사용하여 도 2에 나타난 3층 구조의 심 호울더가 제작되는데, 직경이 약 900 ㎜이고 두께가 약 15 ㎜로서 11 ㎏ 정도의 경중량인 상기 제품은 취급이 용이하고 상기 경사 코일은 여전히 장착된 채 분리가 가능하다. 상기 심 호울더를 사용함으로써 MRI용 자계 발생 장치를 실제로 사용하는 현장에서 선형 계획법을 사용하여 자계 조정을 할 수 있게 되고, 상기 자계 조정에 많은 노력을 들이지 않아도 되며, 종래의 어떠한 방법 보다 단시간에 상기 조정을 완료할 수 있게 된다.

본 발명의 심 호울더에 의하면 한쌍의 자성 재료 단편 위에 경사 코일을 장착한 MRI용 자계 발생 장치를 설치한 후, 상기 경사 코일을 분리시키지 않고 MRI용 자계 발생 장치가 실제로 사용되는 현장에서 선형 계획법 등의 수단을 사용하여 자계 조정을 실행할 수 있으며, 더욱이 안전하고 용이하게 상기 공극의 촬영 시야 내에서 자계의 균일성을 조정할 수 있게 된다.

Claims

공극을 형성하면서 대향하고 있는 한 쌍의 자극편을 포함하며 상기 공극 내에 자계를 발생시키는 MRI용 자계 발생 장치에 있어서, 상기 자극편에 대향 배치된 경사 코일의 공극 대향 면에 있는 비자성 재료로 구성된 심 호울더를 포함하고, 상기 심 호울더는 자성 단편을 수용할 수 있는 피트를 갖고 있는 본체와 상기 공극 쪽으로 분리될 수 있는 커버를 포함하고 있는 MRI용 자계 발생 장치.
제1항에서, 상기 심 호울더는 베이스 디스크, 상기 자성 단편을 수용하도록 구멍이 만들어져 있는 호울더 디스크 및 커버 디스크의 3층 박판 구조로 되어 있는 것인 MRI용 자계 발생 장치.
제1항 또는 제2항에서, 상기 심 호울더는 염화 비닐 또는 유리 섬유 강화 플라스틱으로 구성되어 있는 것인 MRI용 자계 발생 장치.
제1항 또는 제2항에서, 상기 심 호울더는 상기 경사 코일에 직접 고정되는 것인 MRI용 자계 발생 장치.
제1항 또는 제2항에서, 상기 심 호울더는 지지 부재를 거쳐 상기 경사 코일에 고정되는 것인 MRI용 자계 발생 장치.
제1항 또는 제2항에서, 상기 심 호울더에 있는 복수의 피트가 원상 또는 동심원상으로 배치되는 것인 MRI용 자계 발생 장치.
제1항 또는 제2항에서, 복수의 피트 속에 끼워진 자성 단편은 단일 및/또는 복수의 자성재 단편인 것인 MRI용 자계 발생 장치.
제1항 또는 제2항에서, 복수의 피트 속에 끼워진 자성 단편은 단일 및/또는 복수의 영구 자석 단편인 것인 MRI용 자계 발생 장치.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에서, 한 쌍의 자극편이 상하 요크에 고정되고, 이 상하 요크는 1개의 연결용 요크에 의하여 자기적으로 결합되는 것인 MRI용 자계 발생 장치.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에서, 한 쌍의 자극편이 상하 요크에 고정되고, 이 상하 요크는 복수의 연결용 요크에 의하여 자기적으로 결합되는 것인 MRI용 자계 발생 장치.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에서, 한 쌍의 자극편이 관(管)상의 요크 내에서 대향 배치되고, 상기 요크에 의하여 자기적으로 결합되어 있는 것인 MRI용 자계 발생 장치.