KR20010098693A

KR20010098693A - 구배 코일 제조방법 및 구배 코일과 자기 공명 촬상 시스템

Info

Publication number: KR20010098693A
Application number: KR1020010020697A
Authority: KR
Inventors: 고토다카오
Original assignee: 추후제출; 지이 메디컬 시스템즈 글로발 테크놀러지 캄파니 엘엘씨
Priority date: 2000-04-19
Filing date: 2001-04-18
Publication date: 2001-11-08
Also published as: US6539611B2; JP3705995B2; CN1230686C; JP2001299722A; US20010039717A1; EP1148341A2; CN1340720A; KR100420813B1; EP1148341A3

Abstract

본 발명은 극 피스에 대하여 낮은 자화력을 갖는 한 쌍의 구배 코일을 실현하는 것이다. 복수의 동심 패스를 통해 흐르는 전류에 의해 각 코일이 구배 자계를 발생하는 한 쌍의 구배 코일을 제조시, 구배 코일용 전류 패스중 한 개의 최대 반경은 소정의 허용가능한 범위내에서 자계 에러를 갖는 구배 자계가 발생할 수 있는 최소값으로 설정된다.

Description

구배 코일 제조방법 및 구배 코일과 자기 공명 촬상 시스템{METHOD OF MANUFACTURING GRADIENT COIL, GRADIENT COIL AND MAGNETIC RESONANCE IMAGING SYSTEM}

본 발명은 구배 코일 제조 방법, 구배 코일 및 자기 공명 촬상 시스템에 관한 것으로서, 특히, 정적 자계 자석의 극 표면상에 제공되는 구배 코일, 그 제조 방법, 및 이러한 구배 코일을 구비하는 자기 공명 촬상 시스템에 관한 것이다.

자기 공명 촬상(MRI : Magnetic Resonance Imaging) 시스템에서, 촬상되는 또는 조사되는 타겟은 자석 시스템의 내경, 즉, 정적 자계가 형성되는 내경 또는 공간에 전달된다. 구배 자계 및 고주파 자계는 타겟내에 자기 공명 신호를 발생하도록 인가된다. 수신된 신호에 의거하여 단층 사진이 생성된다(재구성된다).

정적 자계를 발생하기 위해 영구 자석을 이용하는 자석 시스템에서, 정적 자계 공간에서 자기 플럭스 분포를 균일화하는 극 피스는 서로 대향하는 한 쌍의 영구 자석의 선단에 제공된다. 또한, 구배 자계를 발생하는 구배 코일은 극 피스의 상응하는 극 표면상에 제공된다.

상기한 자석 시스템에서, 극 피스는 구배 코일이 극 피스에 근접하기에 구배자계에 의해 자화된다. 잔류 자화에 의해 형성된 잔여 구배 자계로 인하여, 스핀 위상은 매우 긴 시상수에서 와전류가 존재했던 것처럼 영향을 받게 된다. 따라서, 예를 들어, 정밀한 위상 제어를 필요로 하는 빠른 스핀 에코 (FSE) 방법 등에 의해 행해지는 촬상에 간섭할 것이다.

따라서, 본 발명의 목적은 각 극 피스에 대하여 낮은 자화력을 갖는 구배 코일, 그 제조 방법, 및 이러한 구배 코일을 갖는 자기 공명 촬상 시스템을 실현하는 것이다.

(1) 상기한 문제를 해결하기 위한 일 태양에 따른 본 발명은, 밑판부 및 상기 밑판부의 표면에 직교인 방향으로 돌출되는 주변 에지부를 갖는 한 쌍의 극 피스(pole piece)의 주변 에지부 내부에 있는 밑판부의 표면을 따라 각각 제공되는 한 쌍의 구배 코일 제조시, 한 쌍의 극 피스는 각 극 피스사이에 한정된 공간을 갖고 돌출 에지부와 함께 서로 대향하며 복수의 동심 패스를 통하여 흐르는 전류에 의해 상기 공간에서 구배 자계를 발생하며, 구배 코일 각각에 대한 패스중 한 개의 최대 반경을, 소정의 허용가능한 범위내의 자계 에러를 갖는 구배 자계를 발생하기 위한 범위내의 최소값으로 설정하는 단계를 포함하는 구배 코일 제조 방법이다.

이 태양에 따른 본 발명에서, 구배 코일 각각을 위한 한 패스의 최대 반경은, 소정의 허용가능한 범위내의 자계 에러를 갖는 구배 자계가 발생할 수 있는 최소값으로 설정된다. 따라서, 각 극 피스의 최외각 패스 및 돌출된 주변 에지부간의거리는 증가한다. 따라서, 돌출된 주변 에지부에 대한 자기력 및 잔여 자기화는 적다.

(2) 상기한 문제를 해결하기 위한 다른 태양에 따른 본 발명은, (1) 에서 설명한 구배 코일 제조 방법으로서, 복수 패스의 반경은,

(a) 촬상 영역에서 최대 구면상으로 측정점(Pi; i=1-N)을 설정하는 단계;

(b) 상기 측정점에서 상기 구배 코일에 의해 발생되는 자계(Bit; i=1-N)를 계산하는 단계;

(c) 각 자계에 대한 에러의 허용오차(αt)를 설정하는 단계;

(d) 한계값(r00)을 초과하지 않는 범위에서 상기 각 구배 코일용 패스의 상기 최대 반경의 허용가능값(r0)을 설정하는 단계;

(e) max(r1, r2,...rM) < r0 조건에서, 상기 복수 패스의 반경을 r1, r2,..rM 으로 정의하고,를 매개변수로 하여식이 성립하도록 이차 프로그래밍을 사용하여 rj(여기서 j=1-M)의 최적값을 측정하고 또한 비오 사바르 법칙을 이용하여를 계산하는 단계;

(f)식에 따라 각 측정점(Pi)에서 자계 에러를 계산하는 단계;

(g) αi ≤αt 가 만족될 때 rj 를 측정하는 단계;

(h) αi ≤αt 가 만족되지 않을 때, 상기 한계값(r00)을 초과하지 않는 범위내에서 상기 허용가능값(r0)을 증가시키는 단계; 및

(i) 상기 (e) 단계에 후속하는 프로시저를 반복하는 단계에 의해 상기 복수 패스의 반경을 측정하는 단계에 따라 결정된다.

이 태양에 따른 본 발명에서, 구배 코일 각각을 위한 한 패스의 최대 반경은, 소정의 허용가능한 범위내의 자계 에러를 갖는 구배 자계가 발생할 수 있는 최소값으로 설정된다. 따라서, 각 극 피스의 최외각 패스 및 돌출된 주변 에지부간의 거리는 증가한다. 따라서, 돌출된 주변 에지부에 대한 자기력 및 잔여 자기화는 적다.

(3) 상기한 문제를 해결하는 또다른 태양에 따른 본 발명은, 밑판부 및 상기 밑판부의 표면에 직교인 방향으로 돌출되는 주변 에지부를 갖는 한 쌍의 극 피스의 주변 에지부 내부에 있는 밑판부의 표면을 따라 각각 제공되며, 한 쌍의 극 피스는 각 극 피스사이에 한정된 공간을 갖고 상기 돌출 에지부와 함께 서로 대향하며, 복수의 동심 패스를 통하여 흐르는 전류에 의해 상기 공간에서 구배 자계를 발생하며, 구배 코일 각각의 패스중 한 개의 최대 반경이, 소정의 허용가능한 범위내의 자계 에러를 갖는 구배 자계를 발생하기 위한 범위내의 최소값으로 설정되는, 한 쌍의 구배 코일이다.

(4) 상기한 문제를 해결하는 또다른 태양에 따른 본 발명은, (3)에서 설명된 구배 코일 쌍이며, 복수의 패스는,

(c) 각 자계에 대하여 에러용 허용오차(αt)를 설정하는 단계;

(f)식에 따라 각 측정점(Pi)에서 자계 에러를 계산하는 단계;

(g) αi ≤αt 가 만족될 때 rj 를 측정하는 단계;

(i) 상기 (e) 단계에 후속하는 프로시저를 반복하는 단계에 의해 상기 복수 패스의 반경을 측정하는 단계에 따라 결정되는 반경을 각각 갖는다.

(5) 상기한 문제를 해결하는 또다른 태양에 따른 본 발명은, 각 구배 코일이 고주파 자계를 발생하는 상기 구배 코일들로 구성되는 한 쌍의 구배 코일을 포함하고, 상기 한 쌍의 구배 코일은, 밑판부 및 밑판부의 표면에 직교인 방향으로 돌출되는 주변 에지부를 갖는 한 쌍의 극 피스의 주변 에지부 내부에 있는 밑판부의 표면을 따라 각각 제공되며, 상기 한 쌍의 극 피스는 각 극 피스사이에 한정된 공간을 갖고 돌출 에지부와 함께 서로 대향하며 복수의 동심 패스를 통하여 흐르는 전류에 의해 상기 공간에서 구배 자계를 발생하며, 상기 패스의 최대 반경은 소정의 허용가능한 범위내의 자계 에러를 갖는 구배 자계를 발생하는 범위내의 최소값으로 설정되고, 정적 자계, 구배 자계 및 고주파 자계를 이용하여 획득되는 자기 공명 신호에 의거하여, 이미지를 형성하는 자기 공명 촬상 시스템이다.

이 태양에 따른 본 발명에서, 구배 코일 각각을 위한 한 패스의 최대 반경은, 소정의 허용가능한 범위내의 자계 에러를 갖는 구배 자계가 발생할 수 있는 최소값으로 설정된다. 따라서, 각 극 피스의 최외각 패스 및 돌출된 주변 에지부간의거리는 증가한다. 따라서, 돌출된 주변 에지부에 대한 자기력 및 잔여 자기화는 적다. 따라서, 잔여 자기화가 거의 영향을 주지 않는 촬상이 실행될 수 있다.

(6) 상기한 문제를 해결하는 또다른 태양에 따른 본 발명은, (5) 에 설명된 자기 공명 촬상 시스템이며, 복수의 패스 각각은,

(b) 측정점에서 구배 코일에 의해 발생되는 자계(Bit; i=1-N)를 계산하는 단계;

(c) 각 자계에 대하여 에러용 허용오차(αt)를 설정하는 단계;

(d) 한계값(r00)을 초과하지 않는 범위에서 각 구배 코일용 패스의 최대 반경의 허용가능값(r0)을 설정하는 단계;

(e) max(r1, r2,...rM) < r0 조건에서, 복수 패스의 반경을 r1, r2,..rM 으로 정의하고,를 매개변수로 하여식이 성립하도록 이차 프로그래밍을 사용하여 rj(여기서 j=1-M)의 최적값을 측정하고 또한 비오 사바르 법칙을 이용하여를 계산하는 단계;

(f)식에 따라 각 측정점(Pi)에서 자계 에러를 계산하는 단계;

(g) αi ≤αt 가 만족될 때 rj 를 측정하는 단계;

(h) αi ≤αt 가 만족되지 않을 때, 한계값(r00)을 초과하지 않는 범위내에서 허용가능값(r0)을 증가시키는 단계; 및

(i) (e) 단계에 후속하는 프로시저를 반복하는 단계에 의해 복수 패스의 반경을 측정하는 단계에 따라 결정된다.

이 태양에 따른 본 발명에서, 구배 코일 각각을 위한 한 패스의 최대 반경은, 소정의 허용가능한 범위내의 자계 에러를 갖는 구배 자계가 발생할 수 있는 최소값으로 설정된다. 따라서, 각 극 피스의 최외각 패스 및 돌출된 주변 에지부간의 거리는 증가한다. 따라서, 돌출된 주변 에지부에 대한 자기력 및 잔여 자기화는 적다. 따라서, 잔여 자기화가 거의 영향을 주지 않는 촬상이 실행될 수 있다.

본 발명에 따라, 극 피스에 대하여 자기력이 감소된 구배 코일, 그 제조 방법, 및 이러한 구배 코일을 구비하는 자기 공명 촬상 시스템이 실현될 수 있다.

본 발명의 다른 목적 및 이점들은 첨부된 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예의 설명으로부터 명백할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 일실시예를 도시하는 시스템의 블록도.

도 2는 도 1 에 도시된 시스템에 의해 실행되는 펄스 시퀀스의 일 예를 도시하는 도.

도 3은 도 1 에 도시된 시스템에 의해 실행되는 펄스 시퀀스의 일 예를 도시하는 도.

도 4는 도 1 에 도시된 시스템에서 이용되는 자석 시스템의 구배 코일의 부근 구성을 도시하는 전형적인 도.

도 5는 구배 코일의 현재 패스용 패턴을 도시하는 개략적인 도.

도 6은 현재 패스의 반경을 측정하는 프로시저를 설명하는 흐름도.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

100 : 자석 시스템 102 : 주 자계 자석 유닛

106 : 구배 코일 유닛 108 : RF 코일 유닛

130 : 구배 드라이버 140 : RF 드라이버

150 : 데이터 컬렉터 160 : 제어기

206 : Y 코일 204 : X 코일

208 : Z 코일 202 : 극 피스

이후 본 발명의 바람직한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명된다. 자기 공명 촬상 시스템의 블록도가 도 1 에 도시된다. 본 발명의 시스템은 본 발명의 실시예중 일 예이다. 본 발명의 시스템과 관련된 일실시예는 본 시스템의 구성에 따라 도시된다.

도 1 에 도시된 바와 같이, 본 시스템은 자석 시스템(100)을 구비한다. 자석 시스템(100)은 주 자계 자석 유닛(102), 구배 코일 유닛(106) 및 RF(무선 주파수)코일 유닛(108)을 구비한다. 이러한 주 자계 자석 유닛(102) 및 각 코일 유닛중 어떤 것이든 유닛간에 공간이 내삽되어 서로 대향하는 쌍으로 된 상기 유닛을 포함한다. 또한, 이들중 어떤 것이든 실질적으로 디스크 형태를 가지며 중심축이 공통으로 유지되어 배치된다. 타겟(300)은 자석 시스템(100)의 내경내의 받침대(500)상에 배치되며 운반 수단(도시 생략)에 의해 전달된다.

주 자계 자석 유닛(102) 각각은 자석 시스템(100)의 내경에서 정적 자계를 형성한다. 정정 자계의 방향은 타겟(300)의 신체 축 방향에 대략 직교한다. 즉, 주 자계 자석 유닛(102)의 각각은 소위 수직 자계를 형성한다. 주 자계 자석 유닛(102)의 각각은 예를 들어 영구 자석 등을 이용하여 구성된다. 또한, 주 자계 자석 유닛(102)은 영구 자석으로 한정되지 않으며 초전도 전자석 또는 일반적인 전도 전자석 등을 사용하여 구성될 수도 있다.

구배 코일 유닛(106)은 정적 자계 강도가 구배 또는 슬로프를 갖도록 하는데 사용되는 구배 자계를 발생한다. 발생된 구배 자계는 슬라이스 구배 자계, 판독 구배 자계, 및 위상 인코드 구배 자계인 3가지 종류의 구배 자계를 포함한다. 구배 코일 유닛(106)은 도시되지 않은 구배 자계의 이러한 3가지 종류와 연관된 3-시스템 구배 코일을 구비한다.

3-시스템 구배 코일은 서로 직교하는 3가지 방향에서 볼 때 각각 정적 자계에 구배를 적용하기 위한 각각 3개의 구배 자계를 발생한다. 3개 방향중 한 방향은 정적 자계의 방향(수직 방향)에 상응하며 보통 z 방향으로 정의된다. 또다른 방향은 수평 방향에 상응하며 보통 y 방향으로 정의된다. 나머지 한 방향은 z 및 y 방향에 직교하는 방향이며 보통 x 방향으로 정의된다. x 방향은 수직면에서 Z 방향에 직교하며 수평면에서 y 방향에 직각이다. x, y, 및 z 는 이후 구배 축으로 또한 언급된다.

x, y, z 중 어느 것이든지 슬라이스 구배용 축으로 설정될 수 있다. 이들중 어느 것이 슬라이스 구배 축으로 설정될 때, 나머지 2개중 한 개는 위상 인코드 구배용 축으로 설정되고 나머지 한 개는 판독 구배용 축으로 설정된다. 3-시스템 구배 코일이 이후 다시 설명된다.

RF 코일 유닛(108) 각각은 타겟(300)의 신체내에 스핀을 여기하도록 RF 여기 신호를 정적 자계 공간으로 전송한다. 또한, RF 코일 유닛(108)은 여기된 스핀을 발생하는 자기 공명 신호를 수신한다. RF 코일 유닛(108)은 도시되지 않은 전송 및 수신 코일을 구비한다. 전송 코일 및 수신 코일은 동일한 코일을 공유하여 사용하거나 전용 코일을 각각 사용한다.

구배 드라이버(130)는 구배 코일 유닛(106)에 접속된다. 구배 드라이버(130)는 구배 자계를 발생하도록 구배 코일 유닛(106) 각각에 드라이브 신호를 공급한다. 구배 드라이버(130)는 구배 코일 유닛(106)에서 3-시스템 구배 코일과 관련된 도시되지 않은 3-시스템 드라이브 회로를 구비한다.

RF 드라이버(140)는 RF 코일 유닛(108)에 접속된다. RF 드라이버(140)는 RF 여기 신호를 전송하도록 RF 코일 유닛(108) 각각에 드라이브 신호를 공급하고, 이에따라 타겟(300)의 신체에 스핀을 여기시킨다.

데이터 컬렉터(150)는 RF 코일 유닛(108)의 각각에 접속된다. 데이터컬렉터(150)는 RF 코일 유닛(108)에 의해 수신된 신호를 획득 또는 캡쳐하고 관측 데이터(view data)로서 모은다.

제어기(160)는 구배 드라이버(130), RF 드라이버(140) 및 데이터 컬렉터(150)에 접속된다. 제어기(160)는 슈팅 또는 촬상을 실행하기 위해 구배 드라이버(130) 내지 데이터 컬렉터(150)를 각각 제어한다.

데이터 컬렉터(150)의 출력측은 데이터 프로세서(170)에 접속된다. 데이터 프로세서(170)는 예를 들어 컴퓨터 등을 이용하여 구성된다. 데이터 프로세서(170)는 도시되지 않은 메모리를 구비한다. 메모리는 프로그램 및 데이터 프로세서(170)용으로 다양한 데이터를 저장한다. 본 시스템의 기능은 데이터 프로세서(170)가 메모리내에 저장된 프로그램을 실행함으로써 실현된다.

데이터 프로세서(170)로 인하여 메모리는 데이터 컬렉터(150)로부터 캡쳐된 데이터를 저장하게 된다. 데이터 공간은 메모리내에서 정의된다. 데이터 공간은 2차원 푸리에 공간을 형성한다. 데이터 프로세서(170)는 2차원 푸리에 공간의 데이터를 2차원 역 푸리에 형태로 변환하고 이에 따라 타겟(300)용 이미지가 발생한다(재구성된다). 2차원 푸리에 공간은 "k-공간" 으로 또한 불리운다.

데이터 프로세서(170)는 제어기(160)에 접속된다. 데이터 프로세서(170)는 제어기(160)보다 우위에 있으며 상기 제어기를 제어한다. 또한, 디스플레이 유닛(180) 및 동작 유닛(190)은 데이터 프로세서(170)에 접속된다. 디스플레이 유닛(180)은 그래픽 디스플레이 등을 포함한다. 동작 유닛(190)은 포인팅 디바이스가 제공되는 키보드 등을 포함한다.

디스플레이 유닛(180)은 데이터 프로세서(170)로부터 출력되는 재구성된 이미지 및 다양한 정보를 디스플레이한다. 동작 유닛(190)은 오퍼레이터에 의해 동작되며 다양한 명령 및 정보 등을 데이터 프로세서(170)에 입력한다. 오퍼레이터는 본 시스템을 디스플레이 유닛(180) 및 동작 유닛(190)을 통하여 양방향으로 제어한다.

도 2 는 촬상 또는 슈팅이 본 시스템에 의해 행해질 때 사용되는 펄스 시퀀스의 일 예를 도시한다. 상기 펄스 시퀀스는 구배 에코(GRE) 법의 펄스 시퀀스에 상응한다.

즉, (1) 은 GRE 법에서 이용되는 RF 여기용 α⁰펄스의 시퀀스를 도시한다. (2), (3), (4) 및 (5) 는 슬라이스 구배(Gs), 판독 구배(Gr), 위상 인코드 구배(Gp), 및 구배 에코(MR)의 시퀀스를 각각 도시한다. 또한, α⁰펄스는 중심 신호에 의해 상징화된다. 펄스 시퀀스는 시간축(t)을 따라 좌측으로부터 우측으로 진행한다.

도 2 에 도시된 바와 같이, 스핀용 α⁰여기는 α⁰펄스에 의거하여 실행된다. 플립 각 (α⁰)은 90°이하이다. 이때, 슬라이스 구배(Gs)이 적용되어 소정의 슬라이스상에서 선택적인 여기에 영향을 준다.

α⁰여기 이후, 스핀은 위상 인코드 구배(Gp)에 의거하여 위상 인코딩된다. 다음으로, 상기 스핀은 판독 구배(Gr)에 의거하여 디페이징된다. 이후, 상기 스핀은 각 구배 에코(MR)를 발생하도록 리페이징된다. 에코 시간(TE)이 여기후로 경과된 후에 구배 에코(MR)의 신호 세기는 최대로 된다. 구배 에코(MR)는 데이터 컬렉터(150)에 의해 관측 데이터(view data)로서 모여진다.

이러한 펄스 시퀀스는 사이클(TR; 반복 시간)로 64 내지 512 번 반복된다. 반복될 때마다, 위상 인코드 구배(Gp)은 변경되며 상이한 위상 인코드가 매번 실행된다. 따라서, k 공간에 채우기 위한 64 내지 512번 관측용 관측 데이터를 얻을 수 있다.

자기 공명 촬상을 위한 펄스 시퀀스의 또다른 예가 도 3 에 도시된다. 상기 펄스 시퀀스는 스핀 에코(SE) 법의 펄스 시퀀스에 상응한다.

즉, (1) 은 SE 법에서 이용되는 RF 여기용 90°펄스 및 180°펄스의 시퀀스를 도시한다. (2), (3), (4) 및 (5) 는 유사하게 슬라이스 구배(Gs), 판독 구배(Gr), 위상 인코드 구배(Gp), 및 스핀 에코(MR)의 시퀀스를 각각 도시한다. 또한, 90°펄스 및 180°펄스는 중심 신호에 의해 각각 특징화된다. 상기 펄스 시퀀스는 시간축(t)을 따라 좌측으로부터 우측으로 진행한다.

도 3 에 도시된 바와 같이, 스핀용 90°여기는 90°펄스에 의거하여 실행된다. 이때, 슬라이스 구배(Gs)가 적용되어 소정의 슬라이스상에서 선택적인 여기에 영향을 준다. 소정의 시간이 90°여기이후로 경과된 후에, 180°펄스에 의거한 180°여기, 즉, 역 스핀(spin inversion)이 실행된다. 이 때에도, 슬라이스 구배(Gs)가 적용되어 동일한 슬라이스상에서 선택적인 역 스핀에 영향을 준다.

판독 구배(Gr) 및 위상 인코드 구배(Gp)는 90°여기와 역스핀간의 주기동안적용된다. 스핀은 판독 구배(Gr)에 의거하여 디페이징된다. 또한, 스핀은 위상 인코드 구배(Gp)에 의거하여 위상 인코딩된다.

역스핀이후, 스핀은 각 스핀 에코(MR)를 발생하도록 판독 구배(Gr)에 의거하여 리페이징된다. 스핀 에코(MR)의 신호 세기는 TE 가 90°여기이후로 경과된 후 최대로 된다. 스핀 에코(MR)는 데이터 컬렉터(150)에 의해 관측 데이터로서 모아진다. 이러한 펄스 시퀀스는 사이클(TR)로 64 내지 512번 반복된다. 반복될 때마다, 위상 인코드 구배(Gp)는 변경되며 상이한 위상 인코드가 매번 실행된다. 따라서, k 공간에 채우기 위한 64 내지 512번 관측용 관측 데이터를 얻을 수 있다.

또한, 촬상용으로 사용되는 펄스 시퀀스는 GRE 법이나 SE 법에 한정되지 않는다. 펄스 시퀀스는 FSE(빠른 스핀 에코)법, 빠른 복구 FSE(빠른 복구 빠른 스핀 에코)법, 에코 평면 촬상(EPI) 등과 같은 다른 적절한 기술일 수도 있다.

데이터 프로세서(170)는 k 공간의 관측 데이터를 2차원 역 푸리에 변환으로 변환하고 이에따라 타겟(300)용 단층사진을 재구성한다. 재구성된 이미지는 자신의 상응하는 메모리에 저장되며 디스플레이 유닛(180)상에 디스플레이된다.

도 4 는 구배 코일 유닛(106)의 근처에 위치한 자석 시스템(100)의 전형적인 구조를 단면도로서 도시한다. 도 4 에서, O 는 정적 자계의 중심, 즉, 자석 중심을 나타내며, x, y, z 는 상기한 바와 같이 3개 방향 각각을 나타낸다.

자석 중심(O)으로부터 반경(R)을 갖는 구 체적(SV)이 슈팅 또는 촬상 영역이다. 정적 자계 및 구배 자계 각각이 SV 의 소정의 정밀도를 갖도록 자석 시스템(100)이 구성된다.

한 쌍의 주 자계 자석 유닛(102)은 서로 대향하는 한 쌍의 극 피스(202; pole piece)를 구비한다. 극 피스(202)는 연성 철 등과 같은 고 투과율을 갖는 자석 재료로 구성되며 정적 자계 공간에서의 자속 분포를 균등화하는 역할을 한다.

극 피스(202)는 실질적으로 디스크 형태이지만 주변 에지부가 자신의 플레이트 면에 직교하는 방향(z 방향)으로, 즉, 극 피스(202)가 서로 대향하는 방향으로 돌출된다. 따라서, 극 피스(202)는 밑면 플레이트부 및 돌출된 주변 에지부를 구비한다. 돌출된 주변 에지부는 극 피스(202)의 주변 에지에서 감소되는 자속 밀도를 보상하는 역할을 한다.

구배 코일 유닛(106)은, 상기 돌출된 주변 에지부 내부로 한정되는, 극 피스(202)의 상응하는 오목부에 각각 제공된다. 구배 코일 유닛(106) 각각은 x 코일(204), y 코일(206), 및 z 코일(208)을 구비한다.

이들 중에서, z 코일(208)은 본 발명에서 이용되는 구배 코일의 실시예의 한 예이다. 각 코일중 어떠한 것이든지 실질적으로 디스크 형태이다. 각 코일은 연속적으로 적층되도록 적절한 장착 수단(도시 생략)에 의해 극 피스(202)의 극 표면상에 장착된다.

x 코일(204), y 코일(206) 및 z 코일(208)의 전류 패스용 패턴이 개략적으로 도 5 에 도시된다. 도 5 에 도시된 바와 같이, x 코일(204)은 원의 중심 근처에서 y 방향에 평행한 복수의 선형 주 전류 패스(주 패스)를 구비한다. 이러한 주 패스는 원의 중심을 통과하는 y 축에 대하여 대칭이다. 주 패스용 복귀 패스는 원의 원주를 따라 형성된다. 최외각 복귀 패스의 반경, 즉, x 코일(204)의 외부 반경은r00 이다.

y 코일(206)은 원의 중심 근처에서 x 방향과 평행한 복수의 선형 주 패스를 구비한다. 이러한 주 패스는 원의 중심을 통과하는 x 축에 대하여 대칭이다. 주 패스용 복귀 패스는 원의 원주를 따라 형성된다. 최외각 복귀 패스의 반경, 즉, y 코일(206)의 외부 반경은 r00 이다.

z 코일(208)은 각각 동심 원을 형성하는 복수의 전류 패스를 구비한다. 이러한 전류 패스는 모두 주 패스이다. 각 주 패스의 반경은 내부로부터 순서대로 r1, r2, ...rM 이다. rM 은 z 코일(208)의 외부 반경으로 정의된다.

z 코일(208)은 복귀 패스를 구비하지 않기에, x 코일(204) 및 y 코일(206)의 경우에서 복귀 패스를 갖는 구배 자계와 비교할 때 양호한 선형성을 갖는 구배 자계를 발생하기 쉽다.

따라서, z 코일(208)의 외부 반경(rM)이 x 코일(204) 및 y 코일(206)의 외부 반경(r0)보다 작게 설정되는 경우라도, z 코일(208)은 x 코일(204) 및 y 코일(206)각각의 선형성과 동등한 선형성을 갖는 구배 자계를 발생할 수 있다.

z 코일(208)의 외주로부터 돌출된 극 피스(202)의 각 주변부까지의 거리는 z 코일(208)의 외부 반경(rM)이 감소될 때 증가하기에, z 코일(208)에 의해 각 돌출부의 자화력은 상기 거리의 곱에 비례하여 약해진다. 따라서, 각 극 피스(202)의 잔여 자기화는 z 코일(208)의 외부 반경(rM)을 감소시킴으로써 감소된다.

또한, z 코일(204) 및 y 코일(206)에 의한 각 돌출부의 자기화는 z 코일에 의한 자기화와 비교할 때 약간의 인플루언스를 발생하며 그 이유는 주 패스 및 복귀 패스에 의해 전개되는 자기화 강도가 극성이 서로 반대되는 역할을 하기 때문이다.

이러한 잔여 자기화가 적은 자석 시스템 사용으로 인하여, 예를 들어, 스핀에서의 정밀한 위상 제어를 요구하는 FSE 법 등에 의해 슈팅 또는 촬상도 적절히 수행할 수 있게 된다.

이러한 z 코일(208)을 제조하는 방법이 이후 설명된다. 주 패스, 즉, 동심 원을 구성하는 복수의 전류 패스의 반경(r1, r2..rM) 각각은 z 코일(208) 제조시에 결정된다.

도 6 은 주 패스의 반경을 결정하는 프로시저를 설명하는 흐름도를 도시한다. 도 6 에 도시된 바와 같이, 단계(602)에서, 측정되는 N개 점(P1(x1,y1,z1), P2(x2,y2,z2),...PN(xN,yN,zN))이 촬상 영역의 최대 구 표면, 즉, 도 4 에 도시된 SV 의 표면상으로 설정된다.

다음으로, 단계(604)에서, 측정점(P1, P2,..PN)에서 각 z 코일(208)에 의해 발생되는 자계(B1t, B2t...BNt)가 계산된다. 다음의 수학식은 자계를 계산하는데 사용된다.

여기서 g 는 자계 구배다.

다음으로, 단계(606)에서, 각 자계에 대하여 허용가능값 또는 에러상 허용오차(αt)가 설정된다. αt는 x 코일(204) 및 y 코일(206) 각각에 대한 에러상 허용오차와 동일하도록 설정된다.

다음으로, 단계(608)에서, z 코일(208)의 외부 반경용 허용오차 또는 허용가능값(r0)이 설정된다. r0은 한계값(r00)을 초과하지 않는 범위내에서 설정된다. 한계값(r00)은 x 코일(204) 및 y 코일(206) 의 외부 반경 각각에 상응한다.

다음으로, 단계(610)에서, z 코일(208)용 복수의 주 패스의 반경(r1, r2,...rM)의 최적값이 결정된다. 즉, max (r1, r2,...rM) < r0 이다.

상기한 제한 조건에서는 매개변수로서 사용된다.이 확립되도록 이차 프로그래밍을 이용하여 rj(j-1-M)의 최적값이 결정된다.

또한,은 비오 사바르의 법칙을 이용하여 계산된다.

다음으로, 단계(612)에서, 측정점(Pi)에서의 자계 에러는 다음의 수학식을 이용하여 계산된다.

다음으로, 단계(614)에서 αi≤αt 가 만족되는지 여부가 결정된다.

답이 네거티브라면, 허용가능값(r0)은 단계(616)에서 한계값(r00)을 초과하지 않는 범위내에서 Δr 만큼 증분되고, 단계(610)에 후속하는 루틴 프로시저가 반복된다.

αi≤αt 가 만족될 때, r1, r2,.. rM 은 단계(618)에서 결정된다. 결정된 반경을 갖는 동심 원을 구성하며 복수의 주 패스를 갖는 z 코일(208)이 제조된다.

자계에 대한 에러의 허용가능값이 z 코일(204) 및 y 코일(206)의 허용가능값과 동일하게 설정되기에, 상기한 프로시저에 따라 얻어진 최대 반경(rM)으로 인하여 허용가능한 범위의 정밀도를 갖는 자계가 발생할 수 있는 최소값을 얻게 된다. 이 값으로 인하여 x 코일(204) 및 y 코일(206) 각각의 외부 반경(r00)보다 작은 값이 발생하게 된다.

본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 본 발명의 상이하며 매우 다양한 실시예가 구성될 수 있다. 본 발명이, 첨부된 청구범위를 제외하고, 본 명세서에서 설명된 특정 실시예에 한정되지 않는다는 것이 이해될 것이다.

Claims

밑판부 및 상기 밑판부의 표면에 직교인 방향으로 돌출되는 주변 에지부를 갖는 한 쌍의 극 피스(pole piece)의 주변 에지부 내부에 있는 상기 밑판부의 표면을 따라 각각 제공되는 한 쌍의 구배 코일 제조시, 상기 한 쌍의 극 피스는 각 극 피스사이에 한정된 공간을 갖고 상기 돌출 에지부와 함께 서로 대향하며 복수의 동심 패스를 통하여 흐르는 전류에 의해 상기 공간에서 구배 자계를 발생하는, 상기 구배 코일 제조 방법에 있어서,

상기 구배 코일 각각에 대한 패스중 한 개의 최대 반경을, 소정의 허용가능한 범위내의 자계 에러를 갖는 구배 자계를 발생하기 위한 범위내의 최소값으로 설정하는 단계를 포함하는 구배 코일 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

(a) 촬상 영역에서 최대 구면상으로 측정점(Pi; i=1-N)을 설정하는 단계;

(b) 상기 측정점에서 상기 구배 코일에 의해 발생되는 자계(Bit; i=1-N)를 계산하는 단계;

(c) 각 자계에 대한 에러의 허용오차(αt)를 설정하는 단계;

(d) 한계값(r00)을 초과하지 않는 범위에서 상기 각 구배 코일용 패스의 상기 최대 반경의 허용가능값(r0)을 설정하는 단계;

(e) max(r1, r2,...rM) < r0 조건에서, 상기 복수 패스의 반경을 r1, r2,..rM 으로 정의하고,를 매개변수로 하여식이 성립하도록 이차 프로그래밍을 사용하여 rj(여기서 j=1-M)의 최적값을 측정하고 또한 비오 사바르 법칙을 이용하여를 계산하는 단계;

(f)식에 따라 각 측정점(Pi)에서 자계 에러를 계산하는 단계;

(g) αi ≤αt 가 만족될 때 rj 를 측정하는 단계;

(h) αi ≤αt 가 만족되지 않을 때, 상기 한계값(r00)을 초과하지 않는 범위내에서 상기 허용가능값(r0)을 증가시키는 단계; 및

(i) 상기 (e) 단계에 후속하는 프로시저를 반복하는 단계에 의해 상기 복수 패스의 반경을 측정하는 단계에 따라 상기 복수 패스의 반경을 결정하는 구배 코일 제조 방법.
밑판부 및 상기 밑판부의 표면에 직교인 방향으로 돌출되는 주변 에지부를 갖는 한 쌍의 극 피스(pole piece)의 주변 에지부 내부에 있는 상기 밑판부의 표면을 따라 각각 제공되며, 상기 한 쌍의 극 피스는 각 극 피스사이에 한정된 공간을 갖고 상기 돌출 에지부와 함께 서로 대향하며, 복수의 동심 패스를 통하여 흐르는전류에 의해 상기 공간에서 구배 자계를 발생하는, 한 쌍의 구배 코일에 있어서,

상기 구배 코일 각각의 패스중 한 개의 최대 반경이, 소정의 허용가능한 범위내의 자계 에러를 갖는 구배 자계를 발생하기 위한 범위내의 최소값으로 설정되는 구배 코일.
제 3 항에 있어서,

상기 복수의 패스 각각은,

(a) 촬상 영역에서 최대 구면상으로 측정점(Pi; i=1-N)을 설정하는 단계;

(b) 상기 측정점에서 상기 구배 코일에 의해 발생되는 자계(Bit; i=1-N)를 계산하는 단계;

(c) 각 자계에 대하여 에러용 허용오차(αt)를 설정하는 단계;

(d) 한계값(r00)을 초과하지 않는 범위에서 상기 각 구배 코일용 패스의 상기 최대 반경의 허용가능값(r0)을 설정하는 단계;

(e) max(r1, r2,...rM) < r0 조건에서, 상기 복수 패스의 반경을 r1, r2,..rM 으로 정의하고,를 매개변수로 하여식이 성립하도록 이차 프로그래밍을 사용하여 rj(여기서 j=1-M)의 최적값을 측정하고 또한 비오 사바르 법칙을 이용하여를 계산하는 단계;

(f)식에 따라 각 측정점(Pi)에서 자계 에러를 계산하는 단계;

(g) αi ≤αt 가 만족될 때 rj 를 측정하는 단계;

(h) αi ≤αt 가 만족되지 않을 때, 상기 한계값(r00)을 초과하지 않는 범위내에서 상기 허용가능값(r0)을 증가시키는 단계; 및

(i) 상기 (e) 단계에 후속하는 프로시저를 반복하는 단계에 의해 상기 복수 패스의 반경을 측정하는 단계에 따라 결정되는 반경을 갖는 구배 코일.
정적 자계, 구배 자계 및 고주파 자계를 이용하여 획득되는 자기 공명 신호에 의거하여, 이미지를 형성하는 자기 공명 촬상 시스템에 있어서,

각 구배 코일이 고주파 자계를 발생하는 상기 구배 코일들로 구성되는 한 쌍의 구배 코일을 포함하고,

상기 한 쌍의 구배 코일은, 밑판부 및 상기 밑판부의 표면에 직교인 방향으로 돌출되는 주변 에지부를 갖는 한 쌍의 극 피스의 주변 에지부 내부에 있는 상기 밑판부의 표면을 따라 각각 제공되며,

상기 한 쌍의 극 피스는 각 극 피스사이에 한정된 공간을 갖고 상기 돌출 에지부와 함께 서로 대향하며 복수의 동심 패스를 통하여 흐르는 전류에 의해 상기 공간에서 구배 자계를 발생하며,

상기 패스의 최대 반경은 소정의 허용가능한 범위내의 자계 에러를 갖는 구배 자계를 발생하는 범위내의 최소값으로 설정되는 자기 공명 촬상 시스템.
제 5 항에 있어서,

상기 복수의 패스 각각은,

(a) 촬상 영역에서 최대 구면상으로 측정점(Pi; i=1-N)을 설정하는 단계;

(b) 상기 측정점에서 상기 구배 코일에 의해 발생되는 자계(Bit; i=1-N)를 계산하는 단계;

(c) 각 자계에 대하여 에러용 허용오차(αt)를 설정하는 단계;

(d) 한계값(r00)을 초과하지 않는 범위에서 상기 각 구배 코일용 패스의 상기 최대 반경의 허용가능값(r0)을 설정하는 단계;

(e) max(r1, r2,...rM) < r0 조건에서, 상기 복수 패스의 반경을 r1, r2,..rM 으로 정의하고,를 매개변수로 하여식이 성립하도록 이차 프로그래밍을 사용하여 rj(여기서 j=1-M)의 최적값을 측정하고 또한 비오 사바르 법칙을 이용하여를 계산하는 단계;

(f)식에 따라 각 측정점(Pi)에서 자계 에러를 계산하는 단계;

(g) αi ≤αt 가 만족될 때 rj 를 측정하는 단계;

(h) αi ≤αt 가 만족되지 않을 때, 상기 한계값(r00)을 초과하지 않는 범위내에서 상기 허용가능값(r0)을 증가시키는 단계; 및

(i) 상기 (e) 단계에 후속하는 프로시저를 반복하는 단계에 의해 상기 복수 패스의 반경을 측정하는 단계에 따라 결정되는 반경을 갖는 자기 공명 촬상 시스템.