KR20020039620A - 2차 정적 자계 보정 방법 및 mri 장치 - Google Patents

2차 정적 자계 보정 방법 및 mri 장치 Download PDF

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Abstract

MRI 장치에서 2차 정적 자계 성분을 감소시키기 위해, 제 1 원형 루프 코일 C1 및 제 2 원형 루프 코일 C2가, MRI 장치(100)의 촬상 영역의 중심 Z0에 대해 대칭이 되도록 정적 자계 B0 방향에서 이격된 위치에 배치된다. 마찬가지로, 제 3 원형 루프 코일 C3 및 제 4 원형 루프 코일 C4가 배치된다. 제 1 및 제 2 원형 루프 코일 C1 및 C2에 의해 제 1 보정 자계(corrective magnetic field) bz1 및 제 2 보정 자계 bz2가 동일 방향으로 생성되고, 제 3 및 제 4 원형 루프 코일 C3 및 C4에 의해 제 3 보정 자계 bz3 및 제 4 보정 자계 bz4가 동일 방향으로, 제 1 보정 자계 bz1에 반대되게 생성된다. 정적 자계 B0의 2차 성분은 보정 자계 bz1-bz4에 의해 보정된다.

Description

2차 정적 자계 보정 방법 및 MRI 장치{SECOND-ORDER STATIC MAGNETIC FIELD CORRECTING METHOD AND MRI APPARATUS}
본 발명은 2차 정적 자계 보정 방법(second-order static magnetic field correcting method) 및 MRI(magnetic resonance imaging) 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 2차 정적 자계 성분을 보정하여 MRI 장치에서의 동질성(homogeneity)을 향상시키는 2차 정적 자계 보정 방법 및 그러한 방법을 구현할 수 있는 MRI 장치에 관한 것이다.
MRI 장치의 정적 자계는 동질적이어야 한다. 정적 자계의 동질성은 기계적인 심잉(shimming)에 의해 또는 작은 조각의 자석, 철 등을 부가함으로써 달성된다.
MRI 장치 근처에서 이동하는 금속 덩어리(예를 들면, 자동차) 또는 환경 변화(예를 들면, 온도 변화)가 정적 자계를 변화시키고, 2차 정적 자계 성분이 생성된다.
GRASS(gradient recalled acquisition in the steady state) 또는 SPGR(spoiled GRASS)에 의한 것과 같은, 그래디언트 에코를 관측하는 펄스 시퀀스는 정적 자계 성분에 매우 민감하며, 2차 정적 자계 성분의 생성은 이미지 품질의저하를 초래한다.
따라서, 본 발명의 목적은 2차 정적 자계 성분을 보정하여 동질성을 향상시키는 2차 정적 자계 보정 방법 및 그러한 방법을 구현할 수 있는 MRI 장치를 제공하는 것이다.
제 1 양상에 따르면, 본 발명은 MRI 장치의 촬상 영역의 중심에 대해 대칭이 되도록 정적 자계 방향에서 이격된 위치에 제 1 원형 루프 코일 및 제 2 원형 루프 코일을 배치하고, 상기 촬상 영역의 중심에 대해 대칭이 되도록 정적 자계 방향에서 이격된 위치에 상기 제 1 및 제 2 원형 루프 코일의 직경보다 큰 직경을 갖는 제 3 원형 루프 코일 및 제 4 원형 루프 코일을 배치하고, 상기 제 1 및 제 2 원형 루프 코일에 의해 동일한 방향으로 제 1 보정 자계 및 제 2 보정 자계를 생성하고, 상기 제 3 및 제 4 원형 루프 코일에 의해 동일한 방향으로, 상기 제 1 보정 자계에 반대되게 제 3 보정 자계 및 제 4 자계를 생성함으로써, 정적 자계 방향에서의 2차 정적 자계 성분을 보정하는 것을 특징으로 하는 2차 정적 자계 보정 방법을 제공한다.
본 명세서에서, "2차"는 정적 자계 방향에서의 위치의 2차 함수를 의미한다. "0차"는 정적 자계 방향에서의 위치의 독립성을 의미한다. 더욱이, "1차"는 정적 자계 방향의 선형 함수를 의미한다.
제 1 양상의 2차 정적 자계 보정 방법에서, 제 1 및 제 2 원형 루프 코일에의해 생성된 제 1 및 제 2 보정 자계의 방향은 제 3 및 제 4 원형 루프 코일에 의해 생성된 제 3 및 제 4 보정 자계의 방향과 반대이므로, 정적 자계 방향에서의 0차 보정 자계 성분이 서로 소거될 수 있고, 따라서 0차 정적 자계 성분은 영향을 받지 않는다. 한편, 0차 보정 자계 성분은 2차 보정 자계 성분과는 독립적이므로, 2차 보정 자계 성분은 0차 보정 자계 성분이 서로 소거된 후에도 남아 있는다. 따라서, 2차 보정 자계 성분은 2차 정적 자계 성분을 소거할 수 있고, 정적 자계의 동질성이 향상될 수 있다.
제 1 및 제 2 보정 자계는 방향이 동일하므로, 이들 자계는 제 1 보정 자계 성분을 생성하지 않을 것이다. 마찬가지로, 제 3 및 제 4 보정 자계는 방향이 동일하므로, 이들 자계는 제 1 보정 자계 성분을 생성하지 않을 것이다.
제 2 양상에 따르면, 본 발명은 전술한 구성의 2차 정적 자계 보정 방법을 제공하되, 상기 제 1 및 제 2 원형 루프 코일은 정적 자계 방향에 대한 그래디언트 코일 및 상기 그래디언트 코일 외부와 실질적으로 상호 평탄하게 배치되는 것을 특징으로 하는 2차 정적 자계 보정 방법을 제공한다.
제 2 양상의 2차 정적 자계 보정 방법에서, 제 1 및 제 2 원형 루프는 정적 자계 방향에 대한 그래디언트 코일 및 그래디언트 코일 외부와 실질적으로 상호 평탄하게 배치되고, 정적 자계 방향에 대한 그래디언트 코일에 대한 대칭성이 보존되며, 또한 제 1 및 제 2 보정 자계는 방향이 동일하므로, 그래디언트 자계는 실질적으로 영향을 받지 않는다. 더욱이, 리턴(return) 경로를 갖지 않는 원형 루프 코일은 리턴 경로를 갖는 그래디언트 코일의 선형성보다 우수한 선형성을 나타내므로, 그래디언트 자계의 선형성은 실질적으로 영향을 받지 않는다.
제 3 양상에 따르면, 본 발명은 전술한 구성의 2차 정적 자계 보정 방법을 제공하되, 상기 제 3 및 제 4 원형 루프 코일은 자기 조절판(magnetism conditioning plates) 주위에 배치되는 것을 특징으로 하는 2차 정적 자계 보정 방법을 제공한다.
제 3 양상의 2차 정적 자계 보정 방법에서, 제 3 및 제 4 원형 루프 코일은 자기 조절판 주위에 배치되므로, 원형 루프 코일을 설치하기 위한 공간을 용이하게 확보할 수 있다. 더욱이, 그래디언트 코일과의 접속을 염려할 필요가 없다.
헬름홀쯔(Helmholtz) 코일의 조건이 충족되도록 제 3 및 제 4 원형 루프 코일이 배치된다면, 제 3 및 제 4 원형 루프 코일에 의해 생성된 2차 보정 자계 성분이 무시될 수 있다. 따라서, 2차 정적 자계 성분을 소거하기 위해, 제 1 및 제 2 원형 루프 코일에 의해 생성된 2차 보정 자계 성분만이 조절될 필요가 있으며, 따라서 조절이 용이하게 수행될 수 있다.
제 4 양상에 따르면, 본 발명은 전술한 구성의 2차 정적 자계 보정 방법을 제공하되, 정적 자계 방향에서의 0차 보정 자계 성분이 서로 소거되도록 상기 제 1 내지 제 4 원형 루프 코일의 전류비(ratio of electric currents) 및 권수비(turns ratio) 중 적어도 하나가 결정되는 것을 특징으로 하는 2차 정적 자계 보정 방법을 제공한다.
제 4 양상의 2차 정적 자계 보정 방법에서, 전류비 또는 권수비는 0차 보정 자계 성분이 소거되도록 조절되므로, 보정 전류비를 유지하면서 2차 정적 자계 성분을 소거하기 위해서는 전류값만을 조절할 필요가 있으며, 따라서 조절이 용이하게 수행될 수 있다.
제 5 양상에 따르면, 본 발명은 MRI 장치의 정적 자계 방향에서 상이한 위치에 3 개의 RF 프로브(probe)를 배치―프로브 각각은 FID(free induction decay) 신호를 방사할 수 있는 소형 팬텀(phantom) 및 조합된 소형 코일을 가짐―하고, 상기 RF 프로브로부터 RF 펄스를 송신하고 자계 변화가 측정될 때 FID 신호를 수신하고, FID 신호로부터 주파수 f1, f2및 f3을 결정하고, 이하의 연립 방정식을 풀어 2차 정적 자계 성분 β2를 결정―상기 RF 프로브의 위치는 r1, r2및 r3에 의해 지정됨―하고, 상기 2차 정적 자계 성분 β2에 근거하여 보정 자계를 조절하는 것을 특징으로 하는 2차 정적 자계 보정 방법을 제공한다.
제 5 양상의 2차 정적 자계 보정 방법에서, 적절한 시간에 2차 자계 성분을 측정하기 위해 RF 프로브를 배치함으로써 보정 자계가 조절되므로, 보정이 적절하게 달성될 수 있다.
제 6 양상에 따르면, 본 발명은 MRI 장치의 정적 자계 방향에서 상이한 위치에 3 개의 RF 프로브를 배치―프로브 각각은 FID 신호를 방사할 수 있는 소형 팬텀 및 조합된 소형 코일을 가짐―하고, 상기 RF 프로브로부터 RF 펄스를 송신하고 기준 자계가 측정될 때 FID 신호를 수신하고, FID 신호로부터 기준 주파수 f1r, f2r및f3r을 결정하고, 상기 RF 프로브로부터 RF 펄스를 송신하고 자계 변화가 측정될 때 FID 신호를 수신하고, FID 신호로부터 주파수 f1, f2및 f3을 결정하고, 이하의 연립 방정식을 풀어 2차 자계 변화 α2를 결정―상기 RF 프로브의 위치는 r1, r2및 r3에 의해 지정됨―하고, 상기 2차 자계 변화 α2에 근거하여 보정 자계를 조절하는 것을 특징으로 하는 2차 정적 자계 보정 방법을 제공한다.
제 6 양상의 2차 정적 자계 보정 방법에서, 적절한 시간에 기준 정적 자계를 기준 주파수로서 측정하기 위해 RF 프로브를 배치하고, 이후의 적절한 시간에 정적 자계를 주파수로서 측정하기 위해 RF 프로브를 배치하고, 그들의 차로부터 2차 자계 변화를 측정함으로써 보정 자계가 조절되므로, 보정이 적절하게 달성될 수 있다.
제 7 양상에 따르면, 본 발명은 전술한 구성의 2차 정적 자계 보정 방법을 제공하되, 0차 자계 변화 α0을 결정하고, 상기 0차 자계 변화 α0에 근거하여 RF 펄스에 대한 송신 주파수 및 NMR 신호에 대한 수신 검출 주파수를 조절하는 것을 특징으로 하는 2차 정적 자계 보정 방법을 제공한다.
제 7 양상의 2차 정적 자계 보정 방법에서, 0차 정적 자계 변화는 RF 펄스에 대한 송신 주파수 및 NMR 신호에 대한 수신 검출 주파수의 보정에 의해 보상될 수있다.
제 8 양상에 따르면, 본 발명은 전술한 구성의 2차 정적 자계 보정 방법을 제공하되, 1차 자계 변화 α1을 결정하고, 상기 1차 자계 변화 α1에 근거하여 그래디언트 전류를 조절하는 것을 특징으로 하는 2차 정적 자계 보정 방법을 제공한다.
제 8 양상의 2차 정적 자계 보정 방법에서, 1차 정적 자계 변화는 그래디언트 전류의 보정에 의해 보상될 수 있다.
제 9 양상에 따르면, 본 발명은 전술한 구성의 2차 정적 자계 보정 방법을 제공하되, 상기 MRI 장치가 수직 방향으로 정적 자계를 생성하는 개방형(open-type) MRI 장치인 것을 특징으로 하는 2차 정적 자계 보정 방법을 제공한다.
제 9 양상의 2차 정적 자계 보정 방법에서, 자계의 동질성이 기계적인 심잉에 의해 또는 작은 조각의 자석, 철 등을 부가함으로써 획득되는 개방형 MRI 장치에서의 정적 자계의 동질성이 향상될 수 있다.
제 10 양상에 따르면, 본 발명은 촬상 영역의 중심에 대해 대칭이 되도록 정적 자계 방향에서 이격된 위치에 배치되어, 제 1 보정 자계 및 제 2 보정 자계를 동일한 방향으로 생성하는 제 1 원형 루프 코일 및 제 2 원형 루프 코일과, 상기 촬상 영역의 중심에 대해 대칭이 되도록 정적 자계 방향에서 이격된 위치에 배치되어, 제 3 보정 자계 및 제 4 보정 자계를 동일한 방향으로, 상기 제 1 보정 자계에 반대되게 생성하는, 상기 제 1 및 제 2 원형 루프 코일의 직경보다 큰 직경을 갖는 제 3 원형 루프 코일 및 제 4 원형 루프 코일과, 보정 전류를 상기 제 1 내지 제 4원형 루프 코일에 인가하여 상기 제 1 내지 제 4 보정 자계를 생성하는 원형 루프 코일 구동 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 MRI 장치를 제공한다.
제 10 양상의 MRI 장치에서, 제 1 양상에 관해 기술된 바와 같은 2차 정적 자계 보정 방법이 적절하게 구현될 수 있다.
제 11 양상에 따르면, 본 발명은 전술한 구성의 MRI 장치를 제공하되, 상기 제 1 및 제 2 원형 루프 코일은 정적 자계 방향에 대한 그래디언트 코일 및 상기 그래디언트 코일 외부와 실질적으로 상호 평탄하게 배치되는 것을 특징으로 하는 MRI 장치를 제공한다.
제 11 양상의 MRI 장치에서, 제 2 양상에 관해 기술된 바와 같은 2차 정적 자계 보정 방법이 적절하게 구현될 수 있다.
제 12 양상에 따르면, 본 발명은 전술한 구성의 MRI 장치를 제공하되, 상기 제 3 및 제 4 원형 루프 코일은 자기 조절판 주위에 배치되는 것을 특징으로 하는 MRI 장치를 제공한다.
제 12 양상의 MRI 장치에서, 제 3 양상에 관해 기술된 바와 같은 2차 정적 자계 보정 방법이 적절하게 구현될 수 있다.
제 13 양상에 따르면, 본 발명은 전술한 구성의 MRI 장치를 제공하되, 정적 자계 방향에서의 0차 보정 자계 성분이 서로 소거되도록 상기 제 1 내지 제 4 원형 루프 코일의 전류비 및 권수비 중 적어도 하나가 결정되는 것을 특징으로 하는 MRI 장치를 제공한다.
제 13 양상의 MRI 장치에서, 제 4 양상에 관해 기술된 바와 같은 2차 정적자계 보정 방법이 적절하게 구현될 수 있다.
제 14 양상에 따르면, 본 발명은 전술한 구성의 MRI 장치를 제공하되, 3 개의 RF 프로브―프로브 각각은 FID 신호를 방사할 수 있는 소형 팬텀 및 조합된 소형 코일을 가짐―가 정적 자계 방향에서 상이한 위치에 배치되는 조건하에서, 상기 RF 프로브로부터 RF 펄스를 송신하고 FID 신호를 수신하며, FID 신호로부터 주파수 f1, f2및 f3을 결정하는 주파수 획득 수단과, 이하의 연립 방정식을 풀어 2차 자계 성분 β2를 결정―상기 RF 프로브의 위치는 r1, r2및 r3에 의해 지정됨―하고, 상기 2차 정적 자계 성분 β2에 근거하여 보정 자계를 조절하는 보정 자계 조절 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 MRI 장치를 제공한다.
제 14 양상의 MRI 장치에서, 제 5 양상에 관해 기술된 바와 같은 2차 정적 자계 보정 방법이 적절하게 구현될 수 있다.
제 15 양상에 따르면, 본 발명은 전술한 구성의 MRI 장치를 제공하되, 3 개의 RF 프로브―프로브 각각은 FID 신호를 방사할 수 있는 소형 팬텀 및 조합된 소형 코일을 가짐―가 정적 자계 방향에서 상이한 위치에 배치되는 조건하에서, 상기 RF 프로브로부터 RF 펄스를 송신하고 기준 자계가 측정될 때 FID 신호를 수신하며, FID 신호로부터 기준 주파수 f1r, f2r및 f3r을 결정하는 기준 주파수 획득 수단과, 3 개의 RF 프로브―프로브 각각은 FID 신호를 방사할 수 있는 소형 팬텀 및 조합된소형 코일을 가짐―가 정적 자계 방향에서 상이한 위치에 배치되는 조건하에서, 상기 RF 프로브로부터 RF 펄스를 송신하고 자계 변화가 측정될 때 FID 신호를 수신하며, FID 신호로부터 주파수 f1, f2및 f3을 결정하는 주파수 획득 수단과, 이하의 연립 방정식을 풀어 2차 자계 변화 α2를 결정―상기 RF 프로브의 위치는 r1, r2및 r3에 의해 지정됨―하고, 상기 2차 자계 변화 α2에 근거하여 보정 자계를 조절하는 2차 자계 변화 보상 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 MRI 장치를 제공한다.
제 15 양상의 MRI 장치에서, 제 6 양상에 관해 기술된 바와 같은 2차 정적 자계 보정 방법이 적절하게 구현될 수 있다.
제 16 양상에 따르면, 본 발명은 전술한 방법의 MRI 장치를 제공하되, 0차 자계 변화 α0을 결정하고, 상기 0차 자계 변화 α0에 근거하여 RF 펄스에 대한 송신 주파수 및 NMR 신호에 대한 수신 검출 주파수를 조절하는 0차 자계 변화 보상 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 MRI 장치를 제공한다.
제 16 양상의 MRI 장치에서, 제 7 양상에 관해 기술된 바와 같은 2차 정적 자계 보정 방법이 적절하게 구현될 수 있다.
제 17 양상에 따르면, 본 발명은 전술한 구성의 MRI 장치를 제공하되, 1차 자계 변화 α1을 결정하고, 상기 1차 자계 변화 α1에 근거하여 그래디언트 전류를조절하는 1차 자계 변화 보상 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 MRI 장치를 제공한다.
제 17 양상의 MRI 장치에서, 제 8 양상에 관해 기술된 바와 같은 2차 정적 자계 보정 방법이 적절하게 구현될 수 있다.
제 18 양상에 따르면, 본 발명은 전술한 구성의 MRI 장치를 제공하되, 상기 MRI 장치가 수직 방향으로 정적 자계를 생성하는 개방형 MRI 장치인 것을 특징으로 하는 MRI 장치를 제공한다.
제 18 양상의 MRI 장치에서, 제 9 양상에 관해 기술된 바와 같은 2차 정적 자계 보정 방법이 적절하게 구현될 수 있다.
본 발명의 2차 정적 자계 보정 방법 및 MRI 장치에 따르면, 2차 정적 자계 성분이 감소되어 MRI 장치에서의 정적 자계의 동질성이 향상될 수 있다.
본 발명의 다른 목적 및 이점은 첨부 도면에 예시된 바와 같은 본 발명의 바람직한 실시예의 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 MRI 장치를 도시하는 주요 부분 단면도,
도 2는 정적 자계 방향에서의 자계를 나타내는 도면,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 MRI 장치의 정적 자계 측정시의 상태를 도시하는 주요 부분 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 RF 프로브의 일례를 도시하는 단면도,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 MRI 장치를 도시하는 구성 블록도,
도 6은 본 발명에 따른 NMR 신호 송수신 회로의 일례를 도시하는 블록도,
도 7은 본 발명에 따른 2차 정적 자계 측정 처리의 동작을 도시하는 흐름도,
도 8은 도 7로부터 계속되는 흐름도,
도 9는 본 발명에 따른 기준 자계 측정 처리의 동작을 도시하는 흐름도,
도 10은 본 발명에 따른 자계 보상 처리의 동작을 도시하는 흐름도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
100 : MRI 장치1M1, 1M2 : 영구 자석
Sp1, Sp2 : 자기 조절판1G1, 1G2 : 그래디언트 코일
1T : 전송 코일1R : 수신 코일
이하, 첨부 도면에 도시된 본 발명의 실시예를 참조하여, 본 발명을 보다 상세히 기술할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 MRI 장치(100)를 도시하는 주요 부분 단면도이다.
MRI 장치(100)는 서로 마주보면서 상하로 배치된 영구 자석 1M1 및 1M2에 의해 수직 방향으로 정적 자계를 생성하는 개방형 MRI 장치이다.
영구 자석 1M1 및 1M2의 표면상에는, 피검체(subject)를 포함할 수 있는 수신 코일 1R 내부에 동질적인 정적 자계를 갖는 촬상 영역을 생성하는 각각의 자기 조절판 Sp1 및 Sp2가 배치된다.
영구 자석 1M1 및 1M2, 자기 조절판 Sp1 및 Sp2, 베이스 요크(base yokes) By 및 폴 요크(pole yoke) Py가 자기 회로를 구성한다.
영구 자석 1M1 및 1M2 대신에 초전도성 자석이 이용될 수 있음을 알아야 한다.
자기 조절판 Sp1 및 Sp2 표면상에는, 정적 자계내에 그래디언트 자계를 생성하는 각각의 그래디언트 코일 1G1 및 1G2가 배치된다.
그래디언트 코일 1G1 및 1G2 내부에는, 피검체내의 원자핵의 스핀을 여기하기 위한 RF 펄스를 송신하기 위해 전송 코일 1T가 배치된다.
수신 코일 1R은 피검체로부터 방사되는 NMR 신호를 수신하기 위한 코일이다.
그래디언트 코일 1G1에 대한 기판과 동일한 기판 위 및 그래디언트 코일 1G1 외부에 제 1 원형 루프 코일 C1이 배치된다.
그래디언트 코일 1G2에 대한 기판과 동일한 기판 위 및 그래디언트 코일 1G2 외부에 제 2 원형 루프 코일 C2가 배치된다.
제 1 및 제 2 원형 루프 코일 C1 및 C2는 동일한 직경을 가지며, 촬상 영역의 중심 Z0에 대해 대칭이 되도록 정적 자계 방향에서 이격된 위치에 배치된다.
제 3 원형 루프 코일 C3이 자기 조절판 Sp1 주위에 배치된다.
제 4 원형 루프 코일 C4가 자기 조절판 Sp2 주위에 배치된다.
제 3 및 제 4 원형 루프 코일 C3 및 C4는 동일한 직경을 가지며, 헬름홀쯔 코일의 조건이 충족되도록 촬상 영역의 중심 Z0에 대해 대칭이 되도록 정적 자계 방향에서 이격된 위치에 배치된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 그래디언트 코일 1G1은 그래디언트 자계 Gz1을 생성한다. 그래디언트 코일 1G2는 그래디언트 자계 Gz1에 반대되는 방향으로 그래디언트 자계 Gz2를 생성한다. 따라서, 그래디언트 자계가 정적 자계 방향으로 생성된다.
제 1 원형 루프 코일 C1은 제 1 보정 자계 bz1을 생성한다. 제 2 원형 루프 코일 C2는 제 1 보정 자계 bz1과 동일한 방향으로 제 2 보정 자계 bz2를 생성한다.
제 3 원형 루프 코일 C3은 제 1 보정 자계 bz1에 반대되는 방향으로 제 3 보정 자계 bz3을 생성한다. 제 4 원형 루프 코일 C4는 제 3 보정 자계 bz3과 동일한 방향으로 제 4 보정 자계 bz4를 생성한다.
도 3은 자계를 측정하기 위한 3 개의 RF 프로브 1P1, 1P2 및 1P3이 촬상 영역의 중심 Z0을 통과하는 정적 자계 방향에서의 축 Z상의 3 개의 위치에서 배치되는 상태를 도시하는 주요 부분 단면도이다.
본 명세서에서, RF 프로브 1P1, 1P2 및 1P3이 배치되는 위치는 r1, r2및 r3에 의해 지정된다.
도 4는 RF 프로브 1P1, 1P2 및 1P3을 도시하는 예시적인 단면도이다.
RF 프로브 1P1, 1P2 및 1P3 각각은 FID 신호를 방사할 수 있는 NaCl 용액 또는 CuSo4용액을 포함하는 소형 팬텀 Ft 및 소형 팬텀 Ft 주위의 소형 코일 Co가 조합되는 구성을 갖는다.
도 5는 MRI 장치(100)를 도시하는 구성 블록도이다.
MRI 장치(100)에서, 자석 어셈블리(1)는 영구 자석 1M1 및 1M2, 수신 코일 1R, 그래디언트 코일 1G, (그래디언트 코일 1G는 X 축 그래디언트 코일, Y 축 그래디언트 코일 및 Z 축 그래디언트 코일 1G1 및 1G2로 구성됨), 전송 코일 1T 및 원형 루프 코일 C1-C4를 포함하도록 구성된다.
수신 코일 1R은 전치증폭기(5)에 접속된다.
그래디언트 코일 1G는 그래디언트 코일 구동 회로(3)에 접속된다.
전송 코일 1T는 RF 전력 증폭기(4)에 접속된다.
시퀀스 메모리 회로(8)는 컴퓨터(7)로부터의 명령에 응답하여, 스핀 에코 기법에 의한 것과 같은 촬상 펄스 시퀀스에 근거하여 그래디언트 코일 구동 회로(3)를 동작시켜, 그래디언트 코일 1G에 의해 X 축 그래디언트 자계, Y 축 그래디언트 자계 및 Z 축 그래디언트 자계를 생성한다. 또한, 시퀀스 메모리 회로(8)는 게이트 변조 회로(9)를 동작시켜, 고주파 출력 신호를 RF 발진 회로(10)로부터 사전정의된 타이밍 및 엔벨로프 형상(envelope shape)의 펄스 신호로 변조한다. 펄스 신호는 RF 전력 증폭기(4)에 RF 펄스 신호로서 제공되어, RF 전력 증폭기(4)에서전력 증폭된 후, 자석 어셈블리(1)내의 전송 코일 1T에 제공되며, 전송 코일 1T로부터 RF 펄스가 송신된다.
전치증폭기(5)는 수신 코일 1R에서 검출된 피검체로부터의 NMR 신호를 증폭한 후, 신호를 위상 검출기(12)에 입력한다. 위상 검출기(12)는 RF 발진 회로(10)로부터의 출력을 수신 검출 신호로서 이용하여 전치증폭기(5)로부터의 NMR 신호를 위상 검출한 후, 위상 검출된 신호를 A/D 변환기(11)에 제공한다. A/D 변환기(11)는 위상 검출된 아날로그 신호를 디지털 신호 MR 데이터로 변환한 후, 그것을 컴퓨터(7)에 입력한다.
컴퓨터(7)는 MR 데이터에 대해 이미지 재구성 동작을 수행하여 MR 이미지를 생성한다. MR 이미지는 디스플레이 장치(6)상에 디스플레이된다. 또한, 컴퓨터(7)는 작동 콘솔(13)로부터 입력된 정보를 수신하는 것과 같은 전체 제어에 대한 책임이 있다.
더욱이, 컴퓨터(7)는 디지털 처리 회로(19)를 통해 원형 루프 코일 구동 회로(17, 18)를 제어하여 보정 전류를 원형 루프 코일 C1-C4에 인가함으로써 보정 자계 bz1-bz4를 생성하고, 그로 인해 2차 정적 자계 성분을 보정하여 정적 자계의 동질성을 향상시킨다.
자계 측정시, RF 프로브 1P1, 1P2 및 1P3이 배치되고 NMR 신호 송수신 회로(15) 및 디지털 처리 회로(16)를 통해 컴퓨터에 접속된다.
RF 프로브 1P1, 1P2 및 1P3, NMR 신호 송수신 회로(15) 및 디지털 처리 회로(16)는 정적 자계 측정 보조 장치(200)를 구성한다.
정적 자계 측정 보조 장치(200)가 접속될 때, 컴퓨터(7)는 2차 정적 자계 측정 처리, 기준 자계 측정 처리 또는 자계 보상 처리를 실행한다. 2차 정적 자계 측정 처리에 대해서는, 이후에 도 7 및 8을 참조하여 상세히 설명될 것이다. 기준 자계 측정 처리에 대해서는, 이후에 도 9를 참조하여 상세히 설명될 것이다. 자계 보상 처리에 대해서는, 이후에 도 10을 참조하여 상세히 설명될 것이다.
도 6은 NMR 신호 송수신 회로(15)의 구성 블록도이다.
NMR 신호 송수신 회로(15)는 RF 발진 회로, 게이트 변조 회로 및 RF 전력 증폭기를 포함하는 RF 구동 회로(150)와, RF 구동 회로(150)로부터 출력된 RF 펄스 송신 신호의 출력 목적지를 전환하는 다중화기(151)와, RF 프로브 1P1, 1P2 및 1P3에 대한 RF 펄스 송신 신호의 송신과 RF 프로브 1P1, 1P2 및 1P3으로부터의 FID 수신 신호의 수신 사이에서의 전환을 위한 송수신 전환 스위치(152, 153, 154)와, RF 프로브 1P1, 1P2 및 1P3으로부터의 FID 수신 신호를 증폭하는 전치증폭기(155, 156, 157)와, 전치증폭기(155, 156, 157)에서 증폭된 FID 수신 신호들을 더하기 위한 가산기(158)와, FID 수신 신호의 주파수를 중간 주파수 대역으로 변환하는 하향 변환기(down converter)(159)와, 주파수 변환된 FID 신호를 중간 주파수 대역으로 증폭하는 중간 주파수 증폭기(160)를 포함한다.
디지털 처리 회로(16)는 컴퓨터(7)로부터의 명령에 응답하여 NMR 신호 송수신 회로(15)를 동작시키고, FID 신호를 디지털 데이터로 변환한 후, 그것을 컴퓨터(7)로 입력한다.
도 7은 MRI 장치(100)에 의한 2차 정적 자계 측정 처리 동작을 도시하는 흐름도이다. 2차 정적 자계 측정 처리는 정적 자계 측정 보조 장치(200)가 접속되고 3 개의 RF 프로브 1P1, 1P2 및 1P3이 배치되는 조건하에서, 조작자로부터의 명령에 의해 활성화된다.
단계 ST0에서, 원형 루프 코일 C1-C4에는 전류가 인가되지 않는다.
단계 ST1에서, 하나의 RF 프로브로부터 RF 펄스가 송신되고, FID 신호 Nir이 수신된다. 예를 들어, 제 1 RF 프로브 1P1로부터 RF 펄스가 송신되고, FID 신호 N1r이 수신된다.
단계 ST2에서, FID 신호 Nir의 I 및 Q로부터 위상 φir(t)가 결정되고, 시간 t에 의해 위상 φir(t)가 미분되어 기준 주파수 fir이 결정된다. 예를 들어, FID 신호 N1r로부터 기준 주파수 f1r이 결정된다.
단계 ST3에서, 모든 RF 프로브에 대해 기준 주파수가 획득되지 않았다면, 처리는 단계 ST1로 돌아가며, 획득되었다면, 단계 ST4로 진행된다. 특히, 제 1 RF 프로브 1P1에서의 기준 주파수 f1r만이 획득되었다면, 단계 ST1 및 ST2에서 제 2 RF 프로브 1P2에서의 기준 주파수 f2r을 획득하기 위해 처리는 단계 ST1로 돌아간다. 더욱이, 제 1 RF 프로브 1P1에서의 기준 주파수 f1r및 제 2 RF 프로브 1P2에서의 기준 주파수 f2r만이 획득되었다면, 단계 ST1 및 ST2에서 제 3 RF 프로브 1P3에서의 기준 주파수 f3r을 획득하기 위해 처리는 단계 ST1로 돌아간다. 그 후, 처리는 단계 ST4로 진행된다.
단계 ST4에서, 동일한 크기를 갖는 전류가 원형 루프 코일 C1-C4에 인가된다.
단계 ST5에서, 하나의 RF 프로브로부터 RF 펄스가 송신되고, FID 신호 Ni가 획득된다. 예를 들어, 제 1 RF 프로브 1P1로부터 RF 펄스가 송신되고, FID 신호 N1이 수신된다.
단계 ST6에서, FID 신호 Ni의 I 및 Q로부터 위상 φi(t)가 결정되고, 시간 t에 의해 위상 φi(t)가 미분되어 주파수 fi가 결정된다. 예를 들어, FID 신호 N1로부터 주파수 f1이 결정된다.
단계 ST7에서, 모든 RF 프로브에 대해 주파수가 획득되지 않았다면, 처리는 단계 ST5로 돌아가며, 획득되었다면, 단계 ST8로 진행된다. 특히, 제 1 RF 프로브 1P1에서의 주파수 f1만이 획득되었다면, 단계 ST5 및 ST6에서 제 2 RF 프로브 1P2에서의 주파수 f2를 획득하기 위해 처리는 단계 ST5로 돌아간다. 더욱이, 제 1 RF 프로브 1P1에서의 주파수 f1및 제 2 RF 프로브 1P2에서의 주파수 f2만이 획득되었다면, 단계 ST5 및 ST6에서 제 3 RF 프로브 1P3에서의 주파수 f3을 획득하기 위해 처리는 단계 ST5로 돌아간다. 그 후, 처리는 단계 ST8로 진행된다.
단계 ST8에서, 다음과 같은 연립 방정식을 풀어 0차 변화 성분 α0(즉, 전류를 원형 루프 코일 C1-C4에 인가함으로써 생성된 0차 정적 자계 성분)이 결정―RF 프로브 1P1, 1P2 및 1P3의 위치는 r1, r2및 r3에 의해 지정됨―된다.
단계 ST9에서, 원형 루프 코일 C1-C4에 인가된 전류비 및 원형 루프 코일 C1-C4의 권수비 중 적어도 하나는 0차 변화 성분 α0이 0이 되도록 결정된다. 예를 들어, 원형 루프 코일 C1-C4의 턴(turn)의 수가 동일하게 만들어지고, 원형 루프 코일 C1 및 C2에 인가된 전류값이 동일하게 만들어지고, 원형 루프 코일 C3 및 C4에 인가된 전류값이 동일하게 만들어지고, 원형 루프 코일 C1 및 C2에 인가된 전류값과 원형 루프 코일 C3 및 C4에 인가된 전류값 사이의 전류비가 결정된다. 이와 달리, 원형 루프 코일 C1-C4에 인가된 전류값이 동일하게 만들어지고, 원형 루프 코일 C1 및 C2의 턴의 수가 동일하게 만들어지고, 원형 루프 코일 C3 및 C4의 턴의 수가 동일하게 만들어지고, 원형 루프 코일 C1 및 C2에 대한 턴의 수와 원형 루프 코일 C3 및 C4에 대한 턴의 수 사이의 권수비가 결정된다. 권수비가 변화된다면, 원형 루프 코일 C1-C4가 교체되어야 한다.
도 8의 단계 ST11에서, 단계 ST9에서 결정된 전류비 및 권수비를 이용하여 적절한 전류를 원형 루프 코일 C1-C4에 인가한다.
단계 ST5-ST7과 동일한 단계 ST12-ST14에서, 주파수 f1, f2및 f3이 결정된다.
단계 S15에서, 다음과 같은 연립 방정식을 풀어 2차 정적 자계 성분 β2(즉, 원형 루프 코일 C1-C4에 의한 정적 자계 B0 및 보정 자계 bz1-bz4의 합의 0차 성분)가 결정된다.
단계 ST16에서, 2차 정적 자계 성분 β2가 0이 되도록, 원형 루프 코일 C1-C4에 인가될 전류값이 결정된다. 그러나, 전류비가 변화되어서는 안된다.
따라서, 단계 ST16에서 결정된 전류값을 갖는 전류를 원형 루프 코일 C1-C4에 인가함으로써 2차 정적 자계 성분이 감소되도록 보정이 수행될 수 있고, 정적 자계의 동질성이 향상될 수 있다.
도 9는 MRI 장치(100)에 의한 기준 자계 측정 처리 동작을 도시하는 흐름도이다. 기준 자계 측정 처리는 정적 자계 B0이 바람직한 상태일 때, 그리고 정적 자계 측정 보조 장치(200)가 접속되고 3 개의 RF 프로브 1P1, 1P2 및 1P3이 배치되는 조건하에서 조작자로부터의 명령에 의해 활성화된다.
단계 SS1에서, 전술한 단계 ST16 또는 이하에 기술될 단계 SC7에서 결정된 전류값을 갖는 전류가 원형 루프 코일 C1-C4에 인가된다.
단계 ST1-ST3과 동일한 단계 SS2-SS4에서, 기준 주파수 f1r, f2r및 f3r이 결정 및 저장된다.
도 10은 MRI 장치(100)에 의한 자계 보상 처리 동작을 도시하는 흐름도이다.자계 보상 처리는 정적 자계 측정 보조 장치(200)가 접속되고 3 개의 RF 프로브 1P1, 1P2 및 1P3이 배치되는 조건하에서 조작자로부터의 명령에 의해 활성화된다.
단계 SC0에서, 전술한 단계 ST16 또는 이하에 기술될 단계 SC7에서 결정된 전류값을 갖는 전류가 원형 루프 코일 C1-C4에 인가된다.
단계 ST5-ST7과 동일한 단계 SC1-SC3에서, 주파수 f1, f2및 f3이 결정된다.
단계 SC4에서, 다음과 같은 연립 방정식을 풀어 0차 정적 자계 변화 성분 α0, 1차 정적 자계 변화 성분 α1및 2차 정적 자계 변화 성분 α2가 결정된다.
단계 SC5에서, 0차 정적 자계 변화 α0에 근거하여 RF 발진 회로(10)의 발진 주파수가 보정된다.
단계 SC6에서, 1차 정적 자계 변화 성분 α1에 근거하여 그래디언트 코일 1G1 및 1G2에 대한 그래디언트 전류가 보정된다. 예를 들어, 오프셋 전류가 Z 축 그래디언트 코일 1G1 및 1G2에 인가된다. 보정될 그래디언트 자계 △G는 다음의 식과 같으며, 여기서 자기 회전 비율(gyromagnetic ratio)은로서 표현된다.
단계 SC7에서, 2차 정적 자계 변화 성분 α2가 감소되도록, 원형 루프 코일 C1-C4에 인가될 전류값이 결정된다. 그러나, 전류비가 변화되어서는 안된다.
단계 SC5-SC7에 의해, MRI 장치(100) 근처에서 이동하는 금속 덩어리(예를 들면, 자동차) 또는 환경 변화(예를 들면, 온도 변화) 등으로 인한 정적 자계의 변화가 억제될 수 있다.
본 발명의 정신 및 영역을 벗어나지 않고서도, 본 발명의 매우 다양한 실시예를 구성할 수 있다. 첨부된 특허 청구 범위에 정의된 것을 제외하고는, 본 발명이 본 명세서에서 기술된 특정 실시예에 한정되지 않음을 알아야 한다.
본 발명에 의하면, 2차 정적 자계 성분이 감소되어 MRI 장치에서의 정적 자계의 동질성이 향상될 수 있다.

Claims (18)

  1. 2차 정적 자계 보정 방법(second-order static magnetic field correcting method)에 있어서,
    MRI(magnetic resonance imaging) 장치의 촬상 영역의 중심에 대해 대칭이 되도록 정적 자계 방향에서 이격된 위치에 제 1 원형 루프 코일 및 제 2 원형 루프 코일을 배치하는 단계와,
    상기 촬상 영역의 중심에 대해 대칭이 되도록 상기 정적 자계 방향에서 이격된 위치에 상기 제 1 및 제 2 원형 루프 코일의 직경보다 큰 직경을 갖는 제 3 원형 루프 코일 및 제 4 원형 루프 코일을 배치하는 단계와,
    상기 제 1 및 제 2 원형 루프 코일에 의해 동일한 방향으로 제 1 보정 자계 및 제 2 보정 자계를 생성하는 단계와,
    상기 제 3 및 제 4 원형 루프 코일에 의해 동일한 방향으로, 상기 제 1 보정 자계에 반대되게 제 3 보정 자계 및 제 4 자계를 생성하는 단계를 포함함으로써,
    상기 정적 자계 방향에서의 2차 정적 자계 성분을 보정하는
    2차 정적 자계 보정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 원형 루프 코일은 상기 정적 자계 방향에 대한 그래디언트 코일 및 상기 그래디언트 코일 외부와 실질적으로 상호 평탄하게 배치되는 2차 정적 자계 보정 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 및 제 4 원형 루프 코일은 자기 조절판(magnetism conditioning plates) 주위에 배치되는 2차 정적 자계 보정 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 정적 자계 방향에서의 0차 보정 자계 성분이 서로 소거되도록 상기 제 1 내지 제 4 원형 루프 코일의 전류비(ratio of electric currents) 및 권수비(turns ratio) 중 적어도 하나가 결정되는 2차 정적 자계 보정 방법.
  5. 2차 정적 자계 보정 방법에 있어서,
    MRI 장치의 정적 자계 방향에서 상이한 위치에 3 개의 RF 프로브(probe)를 배치―상기 프로브 각각은 FID(free induction decay) 신호를 방사할 수 있는 소형 팬텀(phantom) 및 조합된 소형 코일을 가짐―하는 단계와,
    상기 RF 프로브로부터 RF 펄스를 송신하고 자계 변화가 측정될 때 FID 신호를 수신하는 단계와,
    상기 FID 신호로부터 주파수 f1, f2및 f3을 결정하는 단계와,
    이하의 연립 방정식을 풀어 2차 정적 자계 성분 β2를 결정―상기 RF 프로브의 위치는 r1, r2및 r3에 의해 지정됨―하는 단계와,
    상기 2차 정적 자계 성분 β2에 근거하여 보정 자계를 조절하는 단계를 포함하는
    2차 정적 자계 보정 방법.
  6. 2차 정적 자계 보정 방법에 있어서,
    MRI 장치의 정적 자계 방향에서 상이한 위치에 3 개의 RF 프로브를 배치―상기 프로브 각각은 FID 신호를 방사할 수 있는 소형 팬텀 및 조합된 소형 코일을 가짐―하는 단계와,
    상기 RF 프로브로부터 RF 펄스를 송신하고 기준 자계가 측정될 때 FID 신호를 수신하는 단계와,
    상기 FID 신호로부터 기준 주파수 f1r, f2r및 f3r을 결정하는 단계와,
    상기 RF 프로브로부터 RF 펄스를 송신하고 자계 변화가 측정될 때 FID 신호를 수신하는 단계와,
    상기 FID 신호로부터 주파수 f1, f2및 f3을 결정하는 단계와,
    이하의 연립 방정식을 풀어 2차 자계 변화 α2를 결정―상기 RF 프로브의 위치는 r1, r2및 r3에 의해 지정됨―하는 단계와,
    상기 2차 자계 변화 α2에 근거하여 보정 자계를 조절하는 단계를 포함하는
    2차 정적 자계 보정 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    0차 자계 변화 α0을 결정하는 단계와, 상기 0차 자계 변화 α0에 근거하여 RF 펄스에 대한 송신 주파수 및 NMR 신호에 대한 수신 검출 주파수를 조절하는 단계를 더 포함하는 2차 정적 자계 보정 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    1차 자계 변화 α1을 결정하는 단계와, 상기 1차 자계 변화 α1에 근거하여 그래디언트 전류를 조절하는 단계를 더 포함하는 2차 정적 자계 보정 방법.
  9. 제 1 항, 제 5 항 또는 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 MRI 장치는 수직 방향으로 상기 정적 자계를 생성하는 개방형(open-type) MRI 장치인 2차 정적 자계 보정 방법.
  10. MRI 장치에 있어서,
    촬상 영역의 중심에 대해 대칭이 되도록 정적 자계 방향에서 이격된 위치에 배치되어, 제 1 보정 자계 및 제 2 보정 자계를 동일한 방향으로 생성하는 제 1 원형 루프 코일 및 제 2 원형 루프 코일과,
    상기 촬상 영역의 중심에 대해 대칭이 되도록 상기 정적 자계 방향에서 이격된 위치에 배치되어, 제 3 보정 자계 및 제 4 보정 자계를 동일한 방향으로, 상기 제 1 보정 자계에 반대되게 생성하는, 상기 제 1 및 제 2 원형 루프 코일의 직경보다 큰 직경을 갖는 제 3 원형 루프 코일 및 제 4 원형 루프 코일과,
    보정 전류를 상기 제 1 내지 제 4 원형 루프 코일에 인가하여 상기 제 1 내지 제 4 보정 자계를 생성하는 원형 루프 코일 구동 장치를 포함하는
    MRI 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 원형 루프 코일은 상기 정적 자계 방향에 대한 그래디언트 코일 및 상기 그래디언트 코일 외부와 실질적으로 상호 평탄하게 배치되는 MRI 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 3 및 제 4 원형 루프 코일은 자기 조절판 주위에 배치되는 MRI 장치.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 정적 자계 방향에서의 0차 보정 자계 성분이 서로 소거되도록 상기 제 1 내지 제 4 원형 루프 코일의 전류비 및 권수비 중 적어도 하나가 결정되는 MRI 장치.
  14. 제 10 항에 있어서,
    3 개의 RF 프로브―상기 프로브 각각은 FID 신호를 방사할 수 있는 소형 팬텀 및 조합된 소형 코일을 가짐―가 상기 정적 자계 방향에서 상이한 위치에 배치되는 조건하에서, 상기 RF 프로브로부터 RF 펄스를 송신하고 FID 신호를 수신하며, 상기 FID 신호로부터 주파수 f1, f2및 f3을 결정하는 주파수 획득 장치와,
    이하의 연립 방정식을 풀어 2차 자계 성분 β2를 결정―상기 RF 프로브의 위치는 r1, r2및 r3에 의해 지정됨―하고,
    상기 2차 정적 자계 성분 β2에 근거하여 보정 자계를 조절하는 보정 자계 조절 장치를 더 포함하는 MRI 장치.
  15. 제 10 항에 있어서,
    3 개의 RF 프로브―상기 프로브 각각은 FID 신호를 방사할 수 있는 소형 팬텀 및 조합된 소형 코일을 가짐―가 상기 정적 자계 방향에서 상이한 위치에 배치되는 조건하에서, 상기 RF 프로브로부터 RF 펄스를 송신하고 기준 자계가 측정될때 FID 신호를 수신하며, 상기 FID 신호로부터 기준 주파수 f1r, f2r및 f3r을 결정하는 기준 주파수 획득 장치와,
    3 개의 RF 프로브―상기 프로브 각각은 FID 신호를 방사할 수 있는 소형 팬텀 및 조합된 소형 코일을 가짐―가 상기 정적 자계 방향에서 상이한 위치에 배치되는 조건하에서, 상기 RF 프로브로부터 RF 펄스를 송신하고 자계 변화가 측정될 때 FID 신호를 수신하며, 상기 FID 신호로부터 주파수 f1, f2및 f3을 결정하는 주파수 획득 장치와,
    이하의 연립 방정식을 풀어 2차 자계 변화 α2를 결정―상기 RF 프로브의 위치는 r1, r2및 r3에 의해 지정됨―하고,
    상기 2차 자계 변화 α2에 근거하여 보정 자계를 조절하는 2차 자계 변화 보상 장치를 더 포함하는 MRI 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    0차 자계 변화 α0을 결정하고, 상기 0차 자계 변화 α0에 근거하여 RF 펄스에 대한 송신 주파수 및 NMR 신호에 대한 수신 검출 주파수를 조절하는 0차 자계변화 보상 장치를 더 포함하는 MRI 장치.
  17. 제 15 항에 있어서,
    1차 자계 변화 α1을 결정하고, 상기 1차 자계 변화 α1에 근거하여 그래디언트 전류를 조절하는 1차 자계 변화 보상 수단을 더 포함하는 MRI 장치.
  18. 제 10 항에 있어서,
    상기 MRI 장치는 수직 방향으로 상기 정적 자계를 생성하는 개방형 MRI 장치인 MRI 장치.
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