KR20010007447A - 그레디언트 코일, 그레디언트 코일 유니트, 그레디언트코일 및 엠알아이 장치 제조 방법 - Google Patents

그레디언트 코일, 그레디언트 코일 유니트, 그레디언트코일 및 엠알아이 장치 제조 방법 Download PDF

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지이 요꼬가와 메디칼 시스템즈 가부시끼가이샤
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Abstract

자계 생성시 효율을 감소시키지 않고도 좋은 선형성을 회득하기 위해서, 일 반원형 나선의 감기 패턴이 가정되며, 전류 분포는 X-축 전류 분포 윤곽이 양 및 음의 극성 양쪽에 있지 않도록 연속적인 함수(JX(X))로 표현되며, 연속적인 함수(JX(X))의 매개변수들은 좋은 선형성이 획득될 수 있도록 최적화되며, 반원형 나선의 직선부(1Xt1L)의 위치는 최적화된 연속적인 함수(JX(X))에 의해 주어진 전류 분포 윤곽이 완성되도록 결정된다. 결과 패턴은 그레디언터 코일 유니트(1Xt)를 생성하도록 대칭으로 복제되며, 다수의 그레디언트 코일 유니트들(1Xt)은 그레디언트 코일을 형성하도록 결합된다.

Description

그레디언트 코일, 그레디언트 코일 유니트, 그레디언트 코일 및 엠알아이 장치 제조 방법{METHOD OF MANUFACTURING GRADIENT COIL, GRADIENT COIL UNIT, GRADIENT COIL AND MRI APPARATUS}
본 발명은 그레디언트 코일, 그레디언트 코일 유니트, 그레디언트 코일 및 MRI(자계 공진 이미징) 장치에 관한 것으로, 특히 그레디언트 코일, 그레디언트 코일 유니트, 그레디언트 코일 그리고 자계 발생시 효율을 감소시키지 않고도 좋은 선형성을 제공할 수 있는 MRI 장치에 관한 것이다.
일본 특허 출원 공개 번호 6-14900에 개시된 "그레디언트 코일, 그레디언트 코일 유니트 및 그레디언트 코일 제조 방법"에서, 그레디언트 코일의 감기 패턴은 기본적으로 다음과 같이 결정된다.
(1) 감기 패턴은 도 1에 도시된 것처럼 다수의 활형태의 나선형을 갖는 것으로 가정되며, 이것의 r방향으로의 전류 분포는 아래의 식(2)로 표현되고 그리고 φ방향으로의 전류 분포는 식(3)으로 표현된다.
여기서 r은 방사 방향으로의 위치이며, φ는 각 방향으로의 위치이며, R0는 최대 반지름이며, Sn, n, Cm및 m은 최적화를 위해 다루어질 매개변수들이다.
(2) Sn, n, Cm및 m에 대한 최적값들은 φ=0에서 획득된다. 특히, Sn, n, Cm및 m에 대한 적당한 값들은 필요한 영역에서 자계의 선형 에러를 계산하도록 가정되며, Sn, n, Cm및 m은 선형 에러가 최적값들을 얻기 위해 허용 가능한 값 내에 있도록 조정된다.
(3) 라인 φ=0 상의 전류 분포 윤곽은 대체된 결과적인 Sn, n, Cm및 m을 갖는 식(3)으로부터 획득된다. Ap는 라인 Jφ=0에 의해 둘러싸인 작은 영역들의 면적 및 라인 Jφ=0 으로부터의 전류 분포 윤곽의 양의 부분의 합이며, 그레디언트 코일의 감기가 라인 φ=0을 교차하는 위치들의 수 N으로 분할되며, 결과 값은 ΔAp로서 정의된다.
(4) 라인 Jφ=0으로 둘러싸인 전체 영역 및 라인 Jφ=0 으로부터의 전류 분포 윤곽의 양의 부분은 ΔAp에 의해 서브영역들로 분리된다. 각 서브영역의 중간에서의 r 위치는 각각의 감기가 라인 φ=0을 교차하는 위치로서 정의된다.
(5) 단계 (3)-(4)는 도 2에 도시된 것처럼 제 1 4분면에서 감기 패턴을 얻기 위해서 제 1 4분면 내 φ값을 순차적으로 변화시키는 동안 반복된다.
(6) 제 1 4분면의 결과적인 감기 패턴은 전류 방향이 반전된 제 4 4분면을 위한 감기 패턴을 얻기 위해서 x-축(라인 φ=0)에 관해 대칭으로 복제된다. 더욱이, 제 1 및 제 4 4분면에서 감기 패턴을 접속하는 패턴은 전류 방향을 고려하여 하나의 코일이 전체로서 형성되도록 부가된다. 따라서, 일 측면상의 감기 패턴이 획득된다.
(7) 일 측면 상의 감기 패턴은 y-축(x-축에 수직인 축)에 관해 대칭으로 복제된다. 따라서, 그레디언트 코일 유니트의 감기 패턴이 획득된다.
(8) 다수의 그레디언트 코일 유니트들이 결합된다.
전술된 것처럼 그레디언트 코일의 통상의 감기 패턴에서(도 1 및 2 참조), 몇몇 인접한 경로들은 어떤 위치들(도 2에서, 4개의 위치들)에서 반대 방향으로 흐르는 전류를 운반한다.
이런 이유로, 좋은 선형성이 획득될 수 있지만, 자계 발생시 효율은 감소된다.
본 발명의 목적은 그레디언트 코일, 그레디언트 코일 유니트, 그레디언트 코일 및 자계 발생시 효율을 감소시키지 않고도 좋은 선형성을 제공할 수 있는 MRI 장비를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 통상의 그레디언트 코일 유니트를 설명하는 도,
도 2는 최적화된 후에 통상의 그레디언트 코일을 설명하는 도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 MRI 장치를 보여주는 구성 블록도,
도 4는 도 3의 MRI 장치에서 자석 어셈블리의 주요부를 보여주는 구조도,
도 5는 X-축 그레디언트 코일의 구성도,
도 6은 그레디언트 코일 유니트에서의 전류 분포 예시도,
도 7은 그레디언트 코일 설계 절차를 보여주는 순서도,
도 8은 일 반원형 나선의 구성도,
도 9는 모범적인 전류 분포 윤곽도,
도 10은 최적화된 전류 분포로부터 획득된 감기 위치 예시도,
도 11은 최적화된 후의 그레디언트 코일 유니트의 예시도,
도 12는 최적화 프로세스의 순서도.
본 발명의 제 1 양상에 따라, 다음의 단계들을 포함하는 그레디언트 코일을 제조 방법이 제공된다.
(1) 하나의 반원형 나선 감기 패턴을 가정하고, x-축 전류 분포를 아래의 전류 분포 식으로 표현하는 단계,
여기에서, x-축은 반원형 나선을 2개의 동일한 부분들로 분할하는 축이며, R0는 최대 반경이며, An, n, Bm및 m은 최적화를 위해 다루어질 매개변수들이다.
(2) An, n, Bm및 m 값들이 대체된 전류 분포 식으로 표현된 x-축 전류 분포 윤곽이 양 및 음의 극성 양쪽에 있지 않도록 적당한 An, n, Bm및 m 값들을 가정하고, 다수의 자계 측정 포인트들에서 자계의 선형 에러를 계산하고, An, n, Bm및 m 에 대한 최적 값들을 얻기 위해서 선형 에러가 허용 가능한 값 내에 있도록 An, n, Bm및 m 을 조정하는 단계,
(3) 전류 분포 윤곽 및 라인 Jx=0 으로 둘러싸인 영역의 면적(Ap)을 반원형 나선의 직선부를 포함하는 라인 멤버들이 x-축을 교차하는 위치들의 수 N으로 분할하고, 결과 값을 ΔAp로서 정의하는 단계,
(4) 전류 분포 윤곽 및 라인 Jx=0으로 둘러싸인 영역 및 ΔAp에 의해 서브영역들로 분리하고, 각 서브영역의 중간에 있는 x 위치를 반원형 나선의 직선부의 각 라인 멤버가 x-축과 교차하는 위치로서 정의하는 단계,
(5) 반원형 나선의 호 형상부를 R0의 반경을 갖는 반원으로서 형성하여, 일 측면 상에 감기 패턴을 생성시키는 단계,
(6) 각각의 직선부가 서로 인접한 일 측면 상에 감기 패턴을 대칭으로 복제하여, 그레디언트 코일 유니트의 감기 패턴을 생성하는 단계,
(7) 다수의 그레디언트 코일 유니트들을 결합하는 단계.
제 1 양상의 그레디언트 코일 제조 방법에서, 일 반원형 나선의 감기 패턴이 가정되며, 그레디언트 코일의 전류 분포는 x-축 전류 분포 윤곽이 양 및 음의 극성 양쪽에 있지 않도록 연속적인 함수로 표현되며, 연속적인 함수의 매개변수들은 원하는 선형성이 획득될 수 있도록 최적화되며, 반원형 나선의 직선부를 포함하는 각 라인 멤버의 위치는 최적화된 연속적인 함수에 의해 주어진 전류 분포 윤곽이 실행되도록 결정된다. 그다음, 결과 패턴은 그레디언트 코일 유니트를 생성하도록 대칭으로 복제되며, 다수의 그레디언트 코일 유니트들이 그레디언트 코일을 형성하도록 결합된다. 이것은 좋은 선형성을 제공하며, 반원형 나선의 감기 패턴을 사용함으로써 인접한 경로들이 반대 방향들로 흐르는 전류를 운반하고, 또한 이 경로들이 서로 멀리 떨어져 있는 단지 2개의 위치들만을 제공하기 때문에, 자계 생성시 효율 감소를 피할 수 있다.
본 발명의 제 2 양상에 따라, 제 1 양상에 관해 기술된 그레디언트 코일 제조 방법이 제공되며, 여기에서 다수의 자계 측정 포인트들은 전류 소자를 포함하지 않는 구 상의 점들이다.
제 2 양상의 그레디언트 코일 제조 방법에서, 선형성은 전류 소자를 포함하지 않는 구 상의 다수의 점들을 자계 측정 포인트들로서 선택하도록 검사되므로, 선형성은 또한 이 구 내부에서 보장된다. 따라서, 구 상의 단지 소수의 자계 측정 포인트들만이 계산을 위해 필요하기 때문에, 계산 시간은 감소될 수 있다.
본 발명의 제 3 양상에 따라, 일반적인 구조를 갖는 그레디언트 코일 유니트가 제공되어, 각각이 일 반원형 나선으로 형성되는 한 쌍의 감기 패턴이 그들 각각의 직선부가 서로 인접하여 대칭으로 배치되며, 반원형 나선을 2개의 동일한 부분들로 분할하는 축이 x-축으로 정의될 시, 전류를 반원형 나선들 중 하나를 통해 통과시킴으로써 생성되는 x-축 전류 분포는 양 및 음의 극성들 양쪽에 있지 않는 연속적인 함수로 표현된다.
제 3 양상의 그레디언트 코일 유니트에서, 양 및 음의 극성들 양쪽에 있지 않은 연속적인 함수로 표현되는 전류 분포를 갖는 반원형 나선의 감기 패턴을 사용함으로써, 2개의 위치들만을 제공하며, 이 2 위치들에서 인접한 경로들은 반대 방향들로 흐르는 전류를 운반하고, 게다가 이 경로들은 서로 멀리 떨어져 있기 때문에, 자계 생성서 효율 감소를 피할 수 있다. 더욱이, 좋은 선형성은 원하는 선형성이 획득될 수 있도록 연속적인 함수의 매개변수들을 최적화함으로써 획득될 수 있다.
본 발명의 제 4 양상에 따라, 제 3 양상에 관해 기술된 그레디언트 코일 유니트가 제공되며, 여기에서 연속적인 함수는 직교 함수들의 결합으로 구성된다.
제 4 양상의 그레디언트 코일 유니트에서, 직교 함수들의 결합으로 구성된 연속적인 함수가 사용되고, 계산은 개별적인 프로세스들로서 수행될 수 있기 때문에, 계산 프로세스를 쉽게 만든다.
본 발명의 제 5 양상에 따라, 제 3 또는 제 4 양상에 관해 전술된 다수의 그레디언트 코일 유니트들의 결합을 포함하는 그레디언트 코일이 제공된다.
제 5 양상의 그레디언트 코일에서, 양 및 음의 극성들에 없는 연속적인 함수로 표현되는 전류 분포를 갖는 반원형 나선의 감기 패턴을 사용함으로써, 단지 2개의 위치들만을 제공하며, 이 2개의 위치들에서 인접한 경로들은 반대 방향들로 흐르는 전류를 운반하고, 게다가 이 경로들은 서로 멀리 떨어져 있기 때문에, 자계 생성시 효율 감소를 피할 수 있다. 더욱이, 좋은 선형성은 원하는 선형성이 획득될 수 있도록 연속적인 함수의 매개변수들을 최적화함으로써 획득될 수 있다.
본 발명의 제 6 양상에 따라, 제 5 양상에 관해 전술된 그레디언트 코일을 포함하는 MRI 장치가 제공된다.
제 6 양상의 MRI 장치에서, 반원형 나선의 감기 패턴을 가지며 그리고 양 및 음의 극성들 양쪽에 있지 않은 연속적인 함수로 표현되는 전류 분포를 갖는 그레디언트 코일을 사용함으로써, 단지 2개의 위치들만을 제공하며, 이 2개의 위치들에서 인접한 경로들은 반대 방향들로 흐르는 전류를 운반하고, 게다가 이 경로들은 서로 멀리 떨어져 있기 때문에, 자계 생성시 효율 감소를 피할 수 있다. 더욱이, 좋은 선형성은 원하는 선형성이 획득될 수 있도록 연속적인 함수의 매개변수들을 최적화함으로써 회득될 수 있기 때문에, 이미지 품질을 향상시킬 수 있다.
따라서, 그레디언트 코일, 그레디언트 코일 유니트, 그레디언트 코일 및 본 발명의 MRI 장치 제조 방법에 따라, 좋은 선형성은 자계 생성시 효율을 감소시키지 않고도 획득될 수 있다.
본 발명의 또다른 모적 및 이점들은 수반하는 도면들에 예시된 것처럼 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 아래의 설명으로부터 명백해질 것이다.
본 발명은 수반하는 도면들에 도시된 여러 실시예들을 참조하여 보다 상세히 도시될 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 MRI 장치를 도시하는 구성 블록도다.
MRI 장치(100)에서, 자석 어셈블리(1)는 그안에 실체가 내부로 삽입되는 구멍(빈 부분)을 가지고, 이 구멍을 둘러싸며, 자석 어셈블리(1)는 X-축 그레디언트 자계를 생성하는 X-축 그레디언트 코일(1X), Y-축 그레디언트 자계를 생성하는 Y-축 그레디언트 코일(1Y), Z-축 그레디언트 자계를 생성하는 Z-축 그레디언트 코일(1Z), 이 실체 내의 원자핵 스핀을 여기하기 위해서 RF 펄스를 인가하는 전송 코일(1T), 이 실체로부터 NMR 신호를 탐지하는 수신 코일(1R), 정자계를 생성하는 영구 자석 쌍(1M)을 포함한다.
영구 자석 쌍(1M) 대신에 초전도 자석을 이용할 수 있다.
X-축 그레디언트 코일(1X)은 회로(3X)를 구동하는 X-축 그레디언트 코일에 접속된다. Y-축 그레디언트 코일(1Y)은 회로(3Y)를 구동하는 Y-축 그레디언트 코일에 접속된다. Z-축 그레디언트 코일(1Z)은 회로(3Z)를 구동하는 Z-축 그레디언트 코일에 접속된다. 전송 코일(1T)은 RF 전력 증폭기(4)에 접속된다. 수신 코일(1R)은 전치증폭기(5)에 접속된다.
시퀀스 메모리 회로(8)는 X-, Y-, Z-축 그레디언트 코일들(1X,1Y,1Z) 각각으로부터 X-축 그레디언트 자계, Y-축 그레디언트 자계 및 Z-축 그레디언트 자계를 발생시키기 위해서 스핀 에코 기술 등의 펄스 시퀀스를 토대로한 컴퓨터(7)로부터의 인스트럭션에 따라 회로(3X,3Y,3Z)를 구동하는 X-, Y-, Z-축 그레디언트 코일을 동작시킨다. 시퀀스 메모리 회로(8)는 고주파 출력 신호를 RF 오실레이팅 회로(10)로부터 기결정된 타이밍 및 기결정된 엔빌로프(envelope)를 갖는 펄스 신호로 변조하기 위해서 게이트 변조 회로(9)를 동작시키며, 펄스 신호를 RF 전력 증폭기(4)에 여기 펄스로서 인가한다. RF 전력 증폭기(4)에서 전력 증폭된 후에, 신호는 목표 슬라이스(slice) 영역을 선택적으로 여기하기 위해서 자석 어셈블리(1)의 전송 코일(1T)에 인가된다.
전치증폭기(5)는 자석 어셈블리(1)의 수신 코일(1R)에 의해 검출된 실체로부터 NMR 신호를 증폭시키며, 이 신호를 위상 검출기(12) 내로 입력한다. 위상 검출기(12)는 RF 오실레이팅 회로(10)로부터의 출력을 갖는 전치증폭기(5)로부터 오는 NMR 신호를 기준 신호로서 위상 검출하며, 위상 검출된 신호를 A/D 컨버터(11)에 제공한다. A/D 컨버터(11)는 위상 검출된 아날로그 신호를 디지탈 MR 신호 데이타로 변환하여, 그것을 컴퓨터(7)에 입력한다.
컴퓨터(7)는 목표 슬라이스 영역의 이미지를 산출하기 위해서 MR 데이타에 관한 이미지 재구성 계산을 실행한다. 이 이미지는 디스플레이 장치(6) 상에 디스플레이된다. 컴퓨터(7)는 연산자 콘솔(console)(13)로부터 입력되는 정보를 받아들이는 것과 같은 전체적인 제어를 책임진다.
도 4는 자석 어셈블리(1)의 (본 발명과 관련있는) 주요부를 예시하는 구성도다.
자석 어셈블리(1)는 요크(yoke)(20), 정자계를 발생시키는 요크(20)에 부착된 한 쌍의 마주보는 영구 자석들(1Mt,1Mb), 정자계의 동질성(homogeneity)을 향상시키기 위해 영구 자석들(1Mt,1Mb) 각각의 서로 마주보는 표면들 상에 배치된 자계 조절 플레이드들(24,25), X-축 그레디언트 자계를 발생시키는 자계 조절 플레이트들(24,25) 각각의 서로 마주보는 표면들 상에 배치된 상측 및 하측 X-축 그레디언트 코일 유니트들(1Xt,1Xb)을 포함한다.
Z 방향에서 서로 마주보는 상측 및 하측 X-축 그레디언트 코일 유니트들(1Xt,1Xb)을 결합하는 구조는 X-축 그레디언트 코일(1X)을 구성한다.
도면에는 생략되었지만, Y- 및 Z-축 그레디언트 코일들(1Y,1Z)은 자계 조절 플레이트들(24,25)의 마주보는 표면들 상에 배치된다.
도 5에 도시된 것처럼, 상측 X-축 그레디언트 코일 유니트(1Xt)는 직선부(1Xt1L) 및 호 형상부(1Xt1C)를 갖는 일 반원형 나선(1Xt1)과, 직선부(1Xt2L) 및 호 형상부(1Xt2C)를 갖는 또다른 반원형 나선(1Xt2)이 그들 각각의 직선부들(1Xt1L,1Xt2L)이 서로 인접하여 대칭으로 배치되게하는 일반적인 구조를 갖는다.
하측 X-축 그레디언트 코일 유니트(1Xb)는 상측 X-축 그레디언트 코일 유니트(1Xb)의 구조와 동일한 구조를 갖는다.
도 6에 도시된 것처럼, 그레디언트 전류(I)를 상측 X-축 그레디언트 코일 유니트(1Xt)를 통해 통과시킬 시 생성된 X-축 전류 분포(JX)는 양 및 음의 극성들 양쪽에 있지 않은 연속적인 함수로 표현된다. (X-축은 반원형 나선들(1Xt1,1Xt2)을 2개의 동일한 부분들로 분할하는 축이다.) 즉, 직선부(1Xt1L,1Xt2L)의 감기 분포(또는 위치)는 X-축 전류 분포(JX)가 획득되도록 결정되어야 한다.
도 7은 X-축 그레디언트 코일(1X)을 제조하는 그레디언트 코일 설계 절차를 보여주는 순서도다.
단계(S1)에서, 도 8에 도시된 일 반원형 나선의 감기 패턴이 가정되며, 그것의 X-축 전류 분포는 아래의 전류 분포 식으로 표현된다.
여기에서 X-축은 반원형 나선을 2개의 동일한 부분들로 분할하는 축이며, R0는 최대 반경이며, An, n, Bm및 m은 최적화되도록 처리되는 매개변수들이다.
단계(S2)에서, An, n, Bm및 m에 대한 적절한 값들이 (대체된 An, n, Bm및 m에 대한 가정된 값들을 갖는 전류 분포 식으로 표현되는 X-축 전류 분포 윤곽이 양 및 음의 극성들 양쪽에 있지 않다는 조건으로) 가정되며, 다수의 자계 측정 포인트들에서의 자계의 선형 에러가 계산되며, An, n, Bm및 m은 선형 에러가 An, n, Bm및 m에 대한 최적 값을 얻기 위해 허용 가능한 값 내에 있게하도록 다루어진다.
전술된 최적화 프로세스는 도 12를 참조하여 나중에 개시될 것이다.
단계(S3)에서, 도 9에 도시된 것처럼, 대체된 An, n, Bm및 m에 대한 최적화된 값들을 갖는 전류 분포 식으로 표현되는 X-축 전류 분포 윤곽(JX(X)) 및 라인 JX=0 으로 둘러싸인 영역의 면적(AP)이 계산되며, 직선부의 감기가 X-축(즉, 감기 수)과 교차하는 위치들의 수 N으로 분할되는 면적(AP) 값은 ΔAP로서 정의된다.
단계(S4)에서, 도 10에 도시된 것처럼, 전류 분포 윤곽(JX(X)) 및 라인 JX=0 으로 둘러싸인 영역은 ΔAP에 의해 서브영역들로 분리되며, 각 서브 영역 중간의 X-위치는 직선부의 각 감기가 X-축(즉, 각 감기의 위치)과 교차하는 위치로서 정의된다.
단계(S5)에서, 도 10에 도시된 것처럼, 반원형 나선의 호 형상부는 반경 R0를 갖는 반원으로서 형성된다. 따라서, 일 측면 상의 반원형 나선의 감기 패턴이 획득된다.
단계(S6)에서, 도 11에 도시된 것처럼, 일 측면 상의 반원형 나선은 상측 X-축 그레디언트 코일 유니트(1Xt)의 감기 패턴을 생성하기 위해서 직선부가 서로 인접하여 대칭으로 복제된다. 하측 X-축 그레디언트 코일 유니트(1Xb)는 동일한 감기 패턴으로 형성된다.
단계(S7)에서, 도 5에 도시된 것처럼, 상측 및 하측 X-축 그레디언트 코일 유니트들(1Xt,1Xb)은 X-축 그레디언트 코일(1X)을 형성하기 위해서 Z 방향으로 서로 마주보도록 결합된다.
Y-축 그레디언트 코일(1Y)은 X-축 그레디언트 코일(1X)과 동일한 구조를 가지며, X-축 그레디언트 코일(1X)과 90° 상이한 위치를 갖는다.
도 12는 단계(S2)에서의 최적화 프로세스의 순서도다.
단계(V1)에서, 선형 에러에 대한 허용 가능한 값들이 결정된다.
단계(V2)에서, An, n, Bm및 m에 대한 적당한 값들이 가정된다. 그러나, 대체된 An, n, Bm및 m에 대한 가정된 값들을 갖는 전류 분포 식으로 표현되는 X-축 전류 분포 윤곽이 양 및 음의 극성들 양쪽에 있지 않도록 적당한 제한들(예컨대, n 및 m에 대한 값들을 제한한다)을 강제한다.
단계(V3)에서, 반원형 나선에 의해 생성된 Z 방향 자계(BZt)는 다수의 자계 측정 포인트들에서 계산된다.
이 때에, 다수의 자계 측정 포인트들은 전류 소자를 포함하지 않는 구 상의 위치들로서 선택된다.
Z 방향 자계(BZt)는 아래 식으로 계산된다.
여기서, t(1,2,...,T)는 자계 측정 포인트의 수다.
식(5)는 BioSavart 법칙로부터 유도되는 자계 측정 포인트(t)의 직선부에 의해 자계 벡터를 나타낸다. 기호 r은 자계 측정 포인트(t)의 위치 벡터를 나타낸다.
식 (6)은 BioSavart의 법칙으로부터 유도되는 자계 측정 포인트(t)의 호 형상부에 의해 자계 벡터를 나타낸다. 기호 Ja는 전류 밀도를 나타내고, Ja는 상수다.
단계(V4)에서, 이상적인 Z 방향 자계 Bt=αx(α는 그레디언트의 기울기를 나타낸다)는 각각의 자계 측정 포인트(t)에서 계산된다.
단계(V5)에서, An및 Bm에 대한 값들은 아래 값 E가 최소 자승법 또는 선형 또는 비선형 프로그래밍에 의해 최소화되도록 획득된다.
단계(V6)에서, 대체되어 단계(V5)에서 획득된 An및 Bm에 대한 값들을 갖는 전류 분포 식(JX(X))은 적당한 라인 상의 검사 포인트들에서의 자계를 계산하도록 이용되며, 선형 에러를 획득한다.
단계(V7)에서, 선형 에러가 허용 가능한 값 내에 있는지를 결정하며, 그러한 경우 이 프로세스는 현재의 An, n, Bm및 m의 귀환 값들과 함께 종결되며, 그렇지 않은 경우, 이 프로세스는 단계(V8)로 간다.
단계(V8)에서, 전류 선형 에러를 받아들일 수 있는지를 결정하며, 그러한 경우(선형 에러는 허용 가능한 값 내에 있는 것으로 간주된다), 이 프로세스는 현재의 An, n, Bm및 m의 귀환 값들과 함께 결정되며, 그렇지 않은 경우, 이 프로세스는 단계(V9)로 간다.
단계(V9)에서, 자계 측정 포인트들을 감소시켜야 하는지 여부를 결정하며, 그러한 경우, 이 프로세스는 단계(V10)로 가며, 그렇지 않은 경우 단계(V11)로 간다.
단계(V10)에서, 자계 측정 포인트들의 수는 감소하며, 이 프로세스는 단계(V5)로 간다.
단계(V11)에서, n 및 m 값들을 증가시킬 것인지 여부를 결정하며, 그러한 경우, 이 프로세스는 단계(V12)로 가며, 그렇지 않은 경우, 단계(V13)로 간다.
단계(V12)에서, n 및 m 값들은 증가되며, 이 프로세스는 단계(V2)로 간다.
단계(V13)에서, 해가 획득될 수 없음을 통지한다. 그 다음, 이 프로세스는 종결된다.
MRI(100) 장치에 따라, 반원형 나선의 감기 패턴을 가지며, 양 및 음의 극성들 양쪽에 있지 않은 연속적인 함수로 표현되는 전류 분포를 갖는 그레디언트 코일들(1X,1Y)를 사용함으로써, 단지 2개의 위치들만을 제공하며, 이 2개의 위치들에서 인접한 경로들은 반대 방향들로 흐르는 전류를 운반하고, 게다가 이 경로들이 서로 멀리 떨어져 있기 때문에, 자계 생성시 효율 감소를 피할 수 있으며, 그에따라 전기 소모를 감소시킨다. 더욱이, 원하는 선형성을 얻기 위해서 최적화를 수행하기 때문에, 좋은 선형성이 회득될 수 있으며, 이미지 품질은 향상될 수 있다.
본 발명의 상이한 다수의 실시예들은 본 발명의 정신 및 범주로부터 벗어나지 않고도 구성될 수 있다. 본 발명은 명세서에 개시된 특정 실시예들로 제한되는 것이 아니라, 부가된 청구의 범위에 의해 정의된다.
본 발명에 따라 그레디언트 코일, 그레디언트 코일 유니트, 그레디언트 코일 및 자계 발생시 효율을 감소시키지 않고도 좋은 선형성을 제공할 수 있는 MRI 장비를 제조하는 방법을 제공할 수 있다.

Claims (6)

  1. 그레디언트 코일 제조 방법에 있어서,
    (1) 일 반원형 나선의 감기 패턴을 가정하고, 아래의 전류 분포 식에 의해 X-축 전류 분포를 표현하는 단계,
    여기에서, X-축은 상기 반원형 나선을 2개의 동일한 부분들로 분할하는 축이며, R0는 최대 반경이며, An, n, Bm및 m는 최적화를 위해 다루어지는 매개변수들이며,
    (2) An, n, Bm및 m에 대한 값들이 대체된 상기 전류 분포 식으로 표현되는 X-축 전류 분포 윤곽이 양 및 음의 극성들 양쪽에 있지 않도록 An, n, Bm및 m에 대한 적당한 값들을 가정하고, 다수의 자계 측정 포인트들에서 자계의 선형 에러를 계산하고, 선형 에러가 An, n, Bm및 m에 대한 최적 값들을 얻기 위해서 허용 가능한 값 내에 있도록 An, n, Bm및 m를 조정하는 단계,
    (3) 상기 전류 분포 윤곽 및 라인 JX=0 으로 둘러싸인 영역의 면적 AP를 상기 반원형 나선의 직선부를 포함하는 라인 멤버들이 X-축과 교차하는 위치들의 수 N으로 분할하고, 상기 결과 값을 ΔAP로서 정의하는 단계,
    (4) 상기 전류 분포 윤곽 및 상기 라인 JX=0 으로 둘러싸인 상기 영역을 ΔAP에 의해 서브영역들로 분리하고, 각 서브영역의 중간의 X-위치를 상기 반원형 나선의 직선부의 각 라인 멤버가 상기 X-축과 교차하는 위치로서 정의하는 단계,
    (5) 상기 반원형 나선의 호 형상부를 반경 R0를 갖는 반원으로서 형성하여, 일 측면 상에 반원형 나선의 감기 패턴을 생성하는 단계,
    (6) 상기 각각의 직선부가 서로 인접하는 일 측면 상에 상기 반원형 나선을 대칭으로 복제하여, 그레디언트 코일 유니트의 감기 패턴을 생성하는 단계,
    (7) 다수의 상기 그레디언트 코일 유니트를 결합하는 단계를 포함하는 그레디언트 코일 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 자계 측정 포인트들은 전류 소자를 포함하지 않는 구 상의 포인트들인 그레디언트 코일 제조 방법.
  3. 일반적인 구조를 갖는 그레디언트 코일 유니트에 있어서,
    각각이 일 반원형 나선으로 형성되는 한 쌍의 감기 패턴들이 그들 각각의 직선부가 서로 인접하도록 대칭으로 배치되며, 상기 반원형 나선을 2개의 동일한 부분들로 분할하는 축이 X-축으로 정의될 시, 전류를 반원형 나선들 중 하나를 통해 통과시킴으로서 생성되는 X-축 전류 분포는 양 및 음의 극성 양쪽에 있지 않은 연속적인 함수에 의해 표현되는 그레디언트 코일 유니트.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 연속적인 함수는 직교 함수들의 결합으로 구성되는 그레디언트 코일 유니트.
  5. 청구항 제 3 항 또는 제 4 항에서 정의된 다수의 상기 그레디언트 코일 유니트들의 결합을 포함하는 그레디언트 코일.
  6. 청구항 제 5 항에서 정의된 상기 그레디언트 코일을 포함하는 MRI 장치.
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