KR20010000425A

KR20010000425A - 트랙킹필터에 의한 엠알아이용 모뎀에서의알에프가변필터회로

Info

Publication number: KR20010000425A
Application number: KR1020000056881A
Authority: KR
Inventors: 김대진; 양문환; 염승기
Original assignee: 김대진
Priority date: 2000-09-28
Filing date: 2000-09-28
Publication date: 2001-01-05

Abstract

본 발명은 트랙킹필터에 의한 엠알아이용 모뎀에서의 알에프가변필터회로에 관한 것이다.엠알아이(MRI;Magnetic Resonant Imaging)의 원리는 인체를 구성하는 물질의 자기적 성질을 측정하여 컴퓨터를 통하여 다시 재구성, 영상화하는 기술이다. 엠알이(MRI)에서 multi-nuclei imaging을 하기 위해서는 인체의 각 원소에 대한 공명주파수와 여러 자장세기에 따라 밴드패스필터(BPF)의 중심주파수와 대역폭을 조절할 수 있어야 하는데 다양한 주파수들을 모두 필터링하기 어렵게 때문에 기존의 MRI의 모뎀들은 알에프(RF)단의 BFP(대역통과 필터)들을 자장세기중의 하나만을 고려해서 설계해야만 했다. 이러한 멀티 BPF의 단점을 보완하여, 다양한 자장세기를 지원할 수 있도록 주파수를 가변할 수 있는 튜너나 트랙킹 필터(tracking filter)를 사용하면, 하나의 필터와 하나의 디지탈아날로그컨버터(2;DAC), 그리고 제어를 위한 ROM이 필요하므로 비용과 구조상의 복잡도를 훨씬 줄일 수 있으며, 자장에 관계없이 모든 주파수 범위를 필터링할 수도 있다.

Description

트랙킹필터에 의한 엠알아이용 모뎀에서의 알에프가변필터회로{RF variable filter circuit in MRI Modem by tracking filter}

본 발명은 트랙킹필터에 의한 엠알아이용 모뎀에서의 알에프가변필터회로에 관한 것이다.

엠알아이(MRI;Magnetic Resonant Imaging)의 원리는 인체를 구성하는 물질의 자기적 성질을 측정하여 컴퓨터를 통하여 다시 재구성, 영상화하는 기술이다.

핵 자기 공명에서 양성자와 중성자를 갖는 원자핵은 스핀과 자기 모멘트를 가지고 있어 각각 한 개의 미세 자석과 같다. 회전하는 질량은 자기 모멘트를 만들고 외부자장의 영향으로 세차운동을 한다. 이들 미세 자석들은 자장이 없는 상태에서는 제멋대로 배열되어 있으나, 외부에서 자장이 가해지면 자장방향과 거의 일치하여 세차운동을 하게 되는데 그 회전진동수는 원자핵의 종류에 따라 다르며 자장에 비례하게 된다.

외부의 자장 하에서 자화 상태에 있는 원자핵이 어떤 일정한 주파수의 고주파를 발사하면, 일부 낮은 상태의 원자핵이 고주파 에너지를 흡수하여 높은 에너지상태로 여기 되는 데 이것을 공명현상이라고 한다.

이 때에 사용되는 고주파의 주파수는 공명시키고자 하는 원자핵의 세차운동의 회전 주파수에 일치하는 것으로써 이를 공명 주파수라 한다. 주파수와 자장강도의 상관관계, 같은 핵이더라도 자장 강도가 커지면 이에 비례하여 주파수도 커진다. 원자핵은 각각의 공명 주파수를 가지며, 이는 외부자장의 강도에 따라 변하게 된다.

따라서 엠알이(MRI)에서 multi-nuclei imaging을 하기 위해서는 인체의 각 원소에 대한 공명주파수와 여러 자장세기에 따라 밴드패스필터(BPF)의 중심주파수 (center frequency)와 대역폭(Bandwidth)을 조절할 수 있어야 한다.

각 원소와 자장세기에 따른 공명주파수는 아래 표와 같다.

(단위 MHz)

0.3T	1.0T	1.5T	3.0T	4.7T
12.77	42.58	63.87	127.7	200.13
5.17	17.23	25.84	51.68	80.98
3.21	10.7	16.05	32.10	50.29
3.38	11.25	16.88	33.76	52.88

이렇게 다양한 주파수들을 모두 필터링하기 어렵게 때문에 기존의 MRI의 모뎀들은 알에프(RF;radio frequency)단의 BFP(대역통과 필터)들을 자장세기중의 하나만을 고려해서 설계해야만 했다.

즉 1.0T나 3.0T 전용으로 MRI가 설계될 수밖에 없었다. 그리고 복잡도를 줄이기 위해 공명주파수가 비슷한와를 통합하고 대역폭을 넓게 하여 필터를 설계하여 3개의 필터를 이용해 각 자장세기 전용의 엠알아이(MRI) 모뎀을 설계하였다.

즉,종전에는 도 2과 같이 RF_IN 신호는 각각의 nucleus에 맞도록 3개로 나누어진다.

이중에서 switch controller에 의해 하나의 스위치만 선택하여 on 시켜 신호를 통과시키고 나머지들은 off 되어 GND에 연결된다. 1 Tesla 의 경우,,＆에 대해서 단지 하나의 nucleus에 해당하는 공명 주파수만 처리하고 다른 공명주파수에 대해서는 또 다른 필터가 필요하다. 다른 자장 세기도 고려하면 다수의 BPF가 필요하게 된다.

본 발명은 이러한 멀티 BPF의 단점을 보완하여, 다양한 자장세기를 지원할 수 있도록 주파수를 가변할 수 있는 튜너나 트랙킹 필터(tracking filter)를 사용하면, 하나의 필터로 모든 원소와 자장세기에 따른 multi-nuclei system을 설계할 수 있다.

기존 시스템이 하나의 자장세기에 대해 각각 3개의 필터(6a;6b;6c)와 3개의 스위치(7a;7b;7c), 그리고 이 스위치조절기(5)라는 제어 블록이 필요하였으나, 새로운 시스템에서는 하나의 필터와 하나의 디지탈아날로그컨버터(2;DAC), 그리고 제어를 위한 ROM만이 필요하므로 비용과 구조상의 복잡도를 훨씬 줄일 수 있으며, 자장에 관계없이 모든 주파수 범위를 필터링할 수도 있다.

도 1은 본 발명에 따른 주요 회로배치도

도 2는 종래기술에 따른 회로 배치도

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1:소거식프로그램가능한 판독전용기억장치(erasable and programmable read-only memory;이하 EPROM이라 한다)

2:디지탈아나로그컨버터(DAC)

3:트랙킹필터(tracking filter)

4:분배기(power splitter)

5:스위치조절기

6a;1차밴드패스필터(BPF1)

6b:2차밴드패스필터(BPF2)

6c:3차밴드패스필터(BPF3)

7a:스위치1 7b:스위치2 7c:스위치3

본 발명은 상기와 같은 단점을 보완하여, 이하 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 구성및 작용을 알아보면 도 1에 도시된바와 같이, 엠알아이(MRI)용 모뎀에서의 알에프가변필터회로에 있어서,직렬로 연결된 소거식프로그램가능한 판독전용기억장치(1;EPROM)와 디지탈아나로그컨버터(2;DAC)가 다양한 자장세기를 지원할 수 있도록 주파수를 가변할 수 있는 트랙킹 필터(tracking filter;3)에 삽입되는 되는 것이다.

이와 같이 구성되어,하나의 필터로 모든 원소와 자장세기에 따른 multi-nuclei system을 설계할 수 있다.

이러한 설계는 각 자장세기에 따른 전용 엠알아이(MRI)에 국한 되지 않고, 모든 자장세기에 따른 주파수를 포함할 수 있는 트랙킹 필터를 사용하여, 단 하나의 필터와 DAC(Digital to Analog Converter)를 이용하므로 종전의 3개의 필터와 3개의 스위치에 비해 비용과 복잡도를 훨씬 줄일 수 있다.

이러한 트래킹 필터는 현재 DTV등에 사용되고 있지만, 엠알아이(MRI)의 디지털 모뎀의 적용에 있어서는 그 효과가 좋은 응용분야이다.

이 트래킹 필터는 주파수 범위가 3M∼200MHz이지만 1.0T 이상만을 고려한다면 10M∼200MHz, 그리고 3.0T이하만을 고려한다면 ∼130MHz까지 가변할 수 있으면 되고, 주파수의 대역폭은 송신부에서는 500KHz, 수신부에서는 800KHz이다.

주파수 가변 트랙킹 필터는 EPROM에 저장된 데이터를 디지탈아나로그컨버터 (2;DAC)에서 아날로그 신호로 변환하여 필터에 보내게 되므로, 디지털로 제어할 수 있다. 이 제어신호는 각 자장과 원소에 맞는 공명주파수 신호를 가지고 있어, 트랙킹 필터의 통과 주파수를 결정하게 된다.

기존의 엠알아이 알에프(MRI RF) 필터 회로는 각 주파수에 따라 필요한 주파수만큼 대역통과 필터를 병렬로 삽입하고, 그 중 필요한 하나의 필터만을 스위치로 선택하는 방식이었다.

하지만 본 발명은 이미 상용화되고 있는 디지털 제어에 의해 주파수 변환이 가능한 튜너나 트랙킹 필터를 이용해 하나의 필터로 모든 필요한 주파수 범위를 선택할 수 있을 뿐만 아니라, 자장의 세기에 관계없이 간단한 조작으로 모든 자장세기를 필터링할 수 있어 비용절감과 하드웨어의 복잡도를 월등히 축소할 수 있고, 또한 모든 주파수와 앞으로의 시스템 성능 향상을 하는데 간편하고 유연하게 대처할 수 있는 장점이 있는 유용한 발명인 것이다.

Claims

엠알아이(MRI)용 모뎀에서의 알에프가변필터회로에 있어서,직렬로 연결된 소거식프로그램가능한 판독전용기억장치(1;EPROM)와 디지탈아나로그컨버터(2;DAC)가 다양한 자장세기를 지원할 수 있도록 주파수를 가변할 수 있는 트랙킹 필터(tracking filter;3)에 삽입되는 됨을 특징으로 하는 트랙킹필터에 의한 엠알아이용 모뎀에서의 알에프가변필터회로.