KR20040015257A - 자기 공명 시스템 및 상기 시스템을 동작시키기 위한 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자기 공명 시스템 및 상기 자기 공명 시스템을 동작시키기 위한 방법에 관한 것이다. 자기 공명 시스템은 검사 공간(27)을 둘러싸고 어레이 형태로 배치된 복수의 안테나(1)를 포함하는데, 모든 안테나(1)는 고유의 전송 채널(2) 및 고유의 수신 채널(3)을 구비한다. 자기 공명 시스템의 제어 장치(26)는 안테나(1)에 의해 수신되는 자기 공명 신호의 진폭 및 위상을 모든 안테나(1)에 대하여 결정하도록 적응된다. 그것은 또한, 고열 치료를 위해서, 검사 공간(27)에 집속되는 RF 자계를 생성하기 위해 소정의 위상 및 진폭을 갖는 RF 방사선을 방사하도록 안테나(1)를 각각 독립적으로 제어하게 적응된다. 본 발명의 자기 공명 시스템은 추가적인 물 쿠션을 사용하지 않고 고열 치료를 실행하기 위해서 사용될 수 있으며, 치료받을 조직 부이에서 거의 동시적인 정확한 온도 측정을 가능하게 한다.

Description

자기 공명 시스템 및 상기 시스템을 동작시키기 위한 방법{MAGNETIC RESONANCE SYSTEM AND METHOD FOR OPERATING THE SAME}

일반적인 유형의 자기 공명 시스템은 환자 몸체 내부에 대한 이미지를 기록하기 위해 건강 진단 시에 사용된다. 따라서, 이미징을 위한 자기 공명 시스템은, 예컨대, 신경과, 혈과 조영과 또는 심장병과에서 사용될 수 있다.

자기 공명 X선 단층 촬영이 매우 빈번하게 적용되는 분야는 암 치료에 있어 종양을 눈으로 확인하거나 모니터링하는 분야이다. 그러한 종양을 치료하기 위한 최근의 기술에 있어서는, 화학 요법이나 방사선 치료가 지원되거나 또는 무선 주파수(RF) 에너지를 갖는 집속된 방사선으로 종양 부이를 목표로 하여 가열시키는 것으로 대체된다. 그러한 최근 기술은 선택성 고열치료(selective hyperthermia)란 용어로 알려져 있다. 일반적으로 이용가능한 고열 기구가 장착된 고열 애플리케이터(hyperthermic applicator) 내에 환자가 위치됨으로써, 치료되어야 할 신체 부이가 애플리케이터 아래에 거의 중심에 놓이게 된다. 고열 애플리케이터는 다수의 RF 다이폴로 구성되는데, 상기 RF 다이폴들은 어레이 형태로 배열되며 그 각각에는 정해진 진폭 및 위상을 갖는 펄스형 또는 연속적인 RF 전력이 공급된다. 각각의 개별적인 다이폴 상에서 무선 주파수의 위상 및 진폭은, 치료되어야 할 부이의 지점, 즉 종양 지점이 개별적인 다이폴로부터 방사되는 RF 주파수와 중첩되도록 선택되고, 따라서 최대의 자계 강도가 그 지점에 가해진다. 집속된 RF 에너지 중 일부는 종양 부이의 조직에 의해서 흡수되고, 따라서 그 부이는 방사된 RF 에너지에 따라 높게 가열된다. 종양이 있는 조직은 건강한 조직보다 열에 더욱 민감하기 때문에, 열은 주변의 건강한 조직 보다 종양이 있는 조직에 더욱 크게 가해진다. 그런 표적 열 치료는 종양 조직이 죽도록 한다.

고열 치료에 있어 중요한 문제점은 조직 및 그 주변 공기에서 전자기파의 상이한 전파 속도이다. 환자의 인체에 따라서, 전송 다이폴로부터 종양으로 향하는 전자기파의 전파 경로는 조직이나 공기에 의해서 더 크게 또는 더 적게 채워진다. 그러나, 이는 집속에 영향을 주는데, 이는 추가적인 보조 수단없이는 고열 치료 동안에 최적의 형태로 RF 에너지를 집속시키는 것이 지금까지는 가능하지 않았다는 것을 의미한다. 따라서, 현재 이용가능한 고열 기구의 경우에는, 환자와 기구 사이의 간격이 물 쿠션으로 채워지는데, 상기 물 쿠션은 환자의 위치가 고정된 이후에 특수한 물 용액으로 채워진다. 그러한 물 쿠션은, 충분히 양호한 집속이 각기 다른 환자의 인체에 대해서도 이루어질 수 있도록, 환자 신체 내에서 및 신체와 고열 애플리케이터 사이에서 RF 방사선의 전파 경로와 적절히 조정한다. 그러나, 그러한 절차는 특히 밀실 공포증이 있는 환자로서는 불쾌한 경험이다. 또한, 예컨대 고열 치료 동안에 환자의 생리학적인 모니터링를 위해서 다른 애플리케이터를 동시에 적용하는 것은 추가적인 애플리케이터가 위치함으로써 공간이 더 작아지기 때문에 물 쿠션에 의해서 더욱 어려워진다.

고열 치료는 또한 조직 온도가 치료 동안에 모니터링되어야 한다. 그러한 모니터링은 일반적으로 카테터(catheter) 상에 장착되는 특수 온도 센서를 사용함으로써 이루어진다. 치료 동안에, 카테터는 온도 센서와 함께 환자의 피부 내에 삽입되어, 조사되는(irradiated) 조직에 사용된다. 그러나, 이러한 침투적인 방법은 환자에게 부가적인 무리를 준다.

고열 치료 동안에 조직 온도를 기록하기 위한 향상된 기술의 검색은 자기 공명 측정의 사용을 고려한다. 그와 관련하여 수행되는 해결책은 고열 치료와 동시에 실행되는 자기 공명 검사를 통해 온도를 결정하는 것을 필요로 한다. 이를 위해서, 고열 애플리케이터는 자기 공명 시스템의 검사 공간 내에 배치되며, 자기 공명 측정이 가열과 동시에 수행된다. 조직의 온도는 해당 신체 부이로부터 획득되는 자기 공명 신호에서 T1-T2 이동으로부터 유도될 수 있다.

그러나, 온도 측정에 새로운 해결책을 적용하는 경우에 있어 한가지 문제점은 온도 측정의 정확성이다. 그러한 정확성은 일반적으로 거의 만족스러울 정도가 아닌데, 그 이유는 고열 애플리케이터가 자기 공명 시스템의 RF 전송 및 수신 유닛과 환자 사이에 배치되기 때문인데, 그러한 배치는 자기 공명 에코로부터의 수신신호가 자기 공명 시스템의 RF 전송 및 수신 유닛에 의해서 매우 약하게만 수신된다는 것을 의미한다. 또한, 자기 공명 신호는 고열 애플리케이터와 환자 사이에 배치된 물 쿠션에 의해서 감쇠된다. 그러한 온도 측정의 정확성이 만족스럽지 않게 되는 또 다른 원인은 자기 공명 시스템에서 RF 전송 주파수의 선택이다. 그러한 자기 공명 주파수는, 고열 시스템으로부터 자기 공명 시스템의 연결을 해체하여 두 시스템에 의한 상호 간섭을 제거하기 위해서, 고열 애플리케이터의 무선 주파수와 충분한 거리를 유지해야할 필요가 있다. 알려져 있는 고열 애플리케이터는 환자 신체에서 무선 주파수 자계에 대한 충분한 집속능력을 달성하기 위해서 100MHz의 주파수 범위에서 동작한다. 그러한 이유로, 자기 공명 주파수는 일반적으로 가열 애플리케이터의 100MHz로부터 충분한 거리를 유지하기 위해 8-64MHz의 범위 내에서 선택된다. 그러나, 자기 공명을 여기시키기 위해서는, 선택된 자기 공명 주파수는 0.2T와 1.5T 사이의 기본 계자의 계자 강도를 필요로 한다. 그러나, 그러한 기본 자계의 강도에서 온도에 따른 T1-T2 이동은 매우 명확하지 않은데, 이는 그것이 온도 결정의 정확성을 또한 감소시킨다는 것을 의미한다.

본 발명은 자기 공명 측정을 수행하기 위해서, 기본 계자(basic field magnet), 복수의 그레디언트 계자 코일(gradient field coil), RF 전송 및 수신 유닛, 및 상기 그레디언트 계자 코일과 상기 RF 전송 및 수신 유닛을 동작시키기 이한 제어 유닛을 구비한 자기 공명 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 또한 그러한 자기 공명 시스템을 동작시키는 방법에 관한 것이다.

도 1은 자기 공명 시스템을 매우 간략히 나타내는 도면.

도 2는 본 발명에 기초한 자기 공명 시스템 내의 RF 전송 및 수신 유닛에 대한 실시예의 예를 개략적으로 나타내는 도면.

도 3은 환자의 종양 신체 부이에서 개별적인 안테나에 의해 생성되는 RF 자계의 중첩을 나타내는 도면.

도 4는 정확한 진폭 및 위상을 사용하여 RF 신호를 생성하기 위한 NCO의 동작에 대한 예를 나타내는 도면.

도 5는 동시적인 온도 측정을 통해 고열 치료를 하기 위한 예시적인 시퀀스를 나타내는 도면.

본 발명의 목적은 물 쿠션이 없이도 RF 전기장의 만족스런 집속을 가능하게 하면서 고도의 정확성을 가지고 긴장감을 주지 않는 온도 측정을 가능하게 하는 선택성의 고열 치료를 위한 장치를 제공하는데 있다.

상기 목적은 본 청구항 1 및 8항에 따른 자기 공명 시스템 및 상기 자기 공명 시스템을 동작시키기 위한 방법을 통해 달성된다. 본 자기 공명 시스템 및 본방법의 유리한 개선점은 종속항에 의해 커버된다.

본 경우의 자기 공명 시스템은 자기 공명 측정을 수행하기 위해서, 기본 계자, 복수의 그레디언트 계자 코일, RF 전송 및 수신 유닛, 및 상기 그레디언트 계자 코일과 상기 RF 전송 및 수신 유닛을 동작시키기 위한 제어 유닛을 통해 알려진 방식으로 제작된다. 알려진 자기 공명 시스템과는 달리, RF 전송 및 수신 유닛은 다수의 안테나를 포함하는데, 상기 안테나는 검사 공간을 둘러싸고 어레이 형태로 배열되며, 규정가능한 위상 및 진폭을 갖는 RF 방사선을 방사하기 위해서 별도의 전송 채널을 사용하여 서로 독립적으로 동작될 수 있다. 각각의 안테나에는 별도의 수신 채널이 또한 제공된다. 제어 유닛은, 각각의 안테나에 대해서, 안테나에 의해 수신되는 국부적으로 선택가능한 자기 공명 신호의 진폭 및 위상을 결정할 수 있게 하면서 또한 고열 치료를 위해서 검사 공간 내에 집속되는 RF 자계를 생성하도록 규정가능한 위상 및 진폭을 갖는 RF 방사선을 방사할 목적으로 서로 독립적으로 안테나를 동작시킬 수 있도록 하는 형성된다.

본 경우에 자기 공명 시스템을 동작시키는 방법은, 안테나 및 그레디언트 계자 코일이 검사될 신체에서 국부적으로 선택적인 자기 공명 측정을 수행하기 위해 처음에 동작하는 단계를 포함한다. 자기 공명 신호는 안테나를 통해 수신되고, 치료될 신체 부이로부터 수신되는 자기 공명 신호는 치료될 신체 부이와 각각의 개별적인 안테나 사이의 경로를 통해 무선 주파수 방사선에서 진폭 감쇠 및 위상 이동을 검출하기 위해 진폭 및 위상에 따라 각각의 개별적인 수신 채널, 즉 각각의 개별적인 안테나에 대한 제어 유닛에 의해서 평가된다. 다음으로, 개별적인 안테나는, 치료될 신체 부이의 지점을 고열 치료하기 위해 정확하게 집속된 RF 자계를 생성하기 위해서, 적절한 진폭 및 위상을 사용하고 검출된 진폭 감쇠 및 위상 이동을 고려함으로써 서로에 대해 독립적으로 동작된다.

자기 공명 시스템의 본 실시예와 상기 시스템을 동작시키는 언급된 방법은 물 쿠션없이도 환자의 고열 치료를 가능하게 한다. RF 자계를 정확하게 집속시키기 위해서 정확한 진폭 및 위상을 사용하는 각각의 개별적인 안테나의 작용은 치료될 신체 부이로부터 각각의 개별적인 안테나를 통해 수신되는 자기 공명 신호의 진폭 및 위상을 검출함으로써 미리 확인된다. 이러한 방식으로, 환자의 인체 및, 안테나와 환자 사이의 공간에 상관없이, 정확한 진폭 및 위상 작용은 항상 치료될 부이, 특히 종양 부이의 지점에 RF 자계를 최적으로 집속시키도록 이루어진다. 따라서, 한편으로는 예컨대 고열 치료 동안에 환자의 생리학적인 모니터링을 위해서 추가적인 애플리케이터를 제공할 수 있고, 다른 한편으로는 환자에게 어떠한 긴장도 주지 않으면서 고도의 정확성을 가지고 온도 측정을 수행하기 위해 동일한 자기 공명 시스템이 사용될 수 있다.

국부적으로 선택적인 고열 치료의 동시적인 옵션을 갖는 자기 공명 시스템의 본 구현은 고열 애플리케이터를 추가적으로 병합하는 것이 아니라 자기 공명 시스템의 이미 존재하는 구성성분을 간단히 재설계함으로써 달성된다. 이와 관련해서, 첫번째로, 안테나를 위한 하나 이상의 전력 전송기는 그것들이 고열 치료에 필요한 연속적인 전력을 전달할 수 있도록 설계되는데, 상기 전력의 크기는 대략 1-2kw이다. 두번째로, 전력 전송기는 그것들이 자기 공명 측정을 위한 충분한 펄스형 전력, 즉 대략 크기가 20-30kw인 펄스형 전력을 전달할 수 있도록 설계될 필요가 있다. 바람직하게도, 이는 전송 채널마다 더 낮은 펄스형 전력을 갖는 더 많은 수의 전력 전송기로 자기 공명 시스템에서 사용되는 기존의 펄스형 전력 전송기를 대체함으로서 달성된다.

개별적인 안테나는 공명 로드(resonance rod)의 형태이거나, RF 공명이 상기 공명 로드의 RF 공명과 동일하면서 가능한 가장 작은 치수를 갖는 전기 전도성의 연장형 재료 층 형태인 것이 바람직하다. 개별적인 공명기 로드는 환자를 위한 원통형 공간을 둘러싸고 배치된다.

상기 공명기 로드에는 치료될 신체 부이로의 전송 경로의 임피던스(상기 임피던스는 검사 공간에서 환자 및 기하학에 의해 영향을 받음)와, 각각의 전력 증폭기를 공명기 로드에 연결시키는 공급 라인의 라인 임피던스에 매칭시키는 매칭 장치가 또한 장착된다. 상기 매칭 장치는 고정된 변환 비율이 제공될 수 있거나, 개별적인 튜닝을 통해 각각의 환자에게 지향될 수 있다.

본 자기 공명 시스템의 일실시예에서는, 별도의 전력 전송기가 각각의 안테나에 제공된다. 그러한 전력 전송기 각각에는 안테나에 대한 위상 제어 및 진폭 제어를 가능하게 하는 별도의 전송기 동작 회로가 장착된다. 상기 동작 회로는 펄스형 여기를 갖는 자기 공명 측정과 연속적인 방사선을 갖는 고열 치료 양쪽 모두를 가능하게 하기 위해서 매우 상이한 펄스 지속시간을 갖는 임의의 원하는 RF 펄스 형태를 생성할 수 있어야 한다. 전송기 동작 회로 각각은 바람직하게도 아날로그/디지털 변환기(ADC)를 통해 이산값 표로부터 제공되는 변조기를 포함한다. 변조기는 아날로그 IQ 변조기나 디지털 NCO의 형태일 수 있다. 전송 주파수를 위한 주파수 생성은 PLL이나 DDS 루프를 사용하여 실행될 수 있다. 주파수 생성을 위한 상기 회로는 자기 공명 시스템 분야의 당업자에게 알려져 있다.

본 자기 공명 시스템의 경우에, 각각의 안테나는 상기 안테나에서 유도되는 자기 공명 에코나 신호를 검출할 수 있기 위해서 별도의 수신 채널을 또한 구비한다. 이를 위해서, 각각의 매칭 유닛 및 전력 증폭기는 각 전송 안테나 상의 자기 공명 신호를 수신기 회로에 전달하기 위해서 그 사이에 배치되는 전송/수신 전환 스위치를 구비하는 것이 바람직하다. 수신기 회로 자체는 진폭 및 위상에 따라 각각의 개별적인 수신 신호를 분리할 수 있는 복조기 회로와 사전증폭기로 제작된다. 수신기 회로에는 아날로그 IQ 복조기나 디지털 복조기가 장착될 수 있다. 상기 수신기 회로는 종양을 둘러싼 조직에서 RF 진폭의 감쇠 및 위상 이동을 검출할 수 있게 한다.

본 자기 공명 시스템은 기본 계자의 자계 강도로 무선 주파수 자계의 명확한 집속을 가능하게 하는 충분히 높은 자기 공명 주파수를 생성하도록 설계된다. 다른 한편으로, 기본 계자의 자계 강도는 검사받는 조직의 온도에 대한 명확한 촬영이 연관된 자기 공명 주파수로 여전히 이루어지도록 선택된다. 기본 계자의 자계 강도에 있어서는, 3T의 자계 강도가 적합하고, 예컨대, 이는 123.2MHz의 자기 공명 주파수가 생성될 필요가 있다는 것을 의미한다. 상기 자기 공명 주파수는 환자 신체에서는 10-30cm의 파장에 대응하고 공기 중에서는 2.5m의 파장에 대응하는데, 이는 RF 에너지의 충분히 강한 집속이 달성될 수 있다는 것을 의미한다.

본 자기 공명 시스템은 원하는 신체 부이를 가열시키기 위해 RF 에너지를 갖는 방사선이 잠시 반복적으로 인터럽트되도록 바람직하게 동작함으로써, 해당 신체 부이의 온도를 확인하기 위해서 자기 공명 측정을 수행할 수 있게 한다. 그러한 경우에, 온도 측정은 안테나를 통한 종래의 자기 공명 측정 및 T1-T2 이동의 후속적인 평가를 사용하여 수행된다. 국부적인 정보가 그레디언트 계자 코일을 통한 주파수 및 위상 코딩을 통해서 종래 방식으로 획득된다.

온도 측정은 해당 부이가 과도하게 가열되는 것을 막을 수 있기 위해서 가열 처리 도중에 반복적으로 수행된다. 개별적인 온도 측정 사이의 거리는 방사된 RF 전력, 방사선의 지속시간 및 신체 부이에 따라 선택된다. 자기 공명 측정의 유형에 따라서, 즉, 펄스 트레인(pulse train)의 선택에 따라서, 수 100ms의 범위, 특히 100ms와 1s 사이의 범위가 온도 측정을 위해서 제공된다. 온도 측정 사이에, RF 에너지는 치료될 신체 부이를 가열시키기 위해서 다시금 방사된다.

유리한 일실시예에서, 자기 공명 시스템의 수신 채널은 온도 결정을 위한 자기 공명 측정을 위해 매우 양호한 신호 대 잡음비를 가능하게 하는 표면 코일에 연결된다. 이 점에 있어서는, 수신기 회로가 표면 코일에 추가적으로 제공되는데, 상기 표면 코일은 RF 전송 및 수신 유닛의 안테나를 위한 수신기 회로와 인라인(in line)으로 설계된다. 본 실시예에서, RF 전송 및 수신 유닛의 안테나와 표면 코일에는 추가적으로 디튜닝 장치(detuning device)가 장착됨으로써, 공명기의 현재 사용되지 않고 있는 부분에 의한 측정에 대한 임의의 간섭 영향을 막을 수 있다. 그러한 디튜닝 장치는 종래 자기 공명 시스템에서 알려져 있다.

고열 치료를 실행할 때 RF 자계의 집속을 최적화시키기 위해서는, 개별적인 안테나로부터 치료될 환자 신체 부이로의 경로 상에서의 진폭 감쇠 및 위상 이동에 대한 정보가 필요한데, 상기 정보는 개별적으로 각각의 환자마다 다르다. 그러한 정보를 확인하기 위해서, 본 발명은, 앞서 설명한 바와 같이, 규정가능한 신체 부이로부터 수신되는 자기 공명 신호가 개별적인 안테나 상에서 수신되는 자신들의 진폭 및 위상을 통해 평가되는 튜닝 시퀀스를 생성할 목적으로 가열 시퀀스를 시작하기 이전에 사용되는 자기 공명 시스템을 제공한다. 유리한 일실시예에서, 그러한 튜닝 시퀀스는 FID 측정의 형태인데, 그레디언트 계자 코일의 적절한 동작이 해당 부이가 아닌 신체 부이로부터의 에코 방사를 방직할 수 있다. 여기되었을 때, 종영 부이는 각각의 안테나에 의해서 동시에 인터셉트되는 자기 공명 신호의 형태로 RF 에너지를 방사한다. 위상 및 진폭의 차이로부터, 종양 신체 부이에서 집속된 RF 방사선을 생성하도록 개별적인 안테나를 동작시키는데 필요한 위상 및 진폭을 유도하는 것이 가능하다. 다음으로, 안테나는 각각의 개별적인 전송 안테나에 대해서 이미 확인된 그러한 위상 및 진폭을 정확하게 사용하여 동작된다.

안테나를 동작시키기 위해 정확한 위상 및 진폭을 확인하기 위한 그런 자기 공명 측정은, 가열 시퀀스가 자기 공명 시스템을 위해 잠시 인터럽트됨으로써, 본래 가열 시퀀스가 실행되고 있는 동안에 또한 반복될 수 있다. 그러한 방식으로, 심지어 환자가 치료받는 중에 위치를 바꾸더라도, 최적의 집속 결과를 달성할 수 있다.

본 자기 공명 시스템 및 상기 자기 공명 시스템 동작 방법은 도면과 관련하여 예시적인 실시예를 사용하여 아래에서 간략히 다시 설명된다.

도 1은 본 발명을 위해서 또한 제작되는 형태인 자기 공명 시스템의 기본 설계를 매우 간략하게 도시하고 있다. 도면은 기본 계자(23), 그레디언트 계자 코일(gradient field coil)(24), 검사 공간(27)을 둘러싸고 있는 RF 전송 및 수신 유닛(25), 및 상기 그레디언트 계자 코일(24)과 상기 RF 전송 및 수신 유닛(25)을 동작시키기 위한 제어 유닛(26)을 도시하고 있다. 평가 컴퓨터, 메모리, 펄스 시퀀스 제어기, 펄스 형태 생성기 또는 RF 생성기와 같은, 자기 공명 시스템에 제공되는 유닛들은 본 설명에서는 제어 유닛(26) 내에 결합된다.

도 2는, 일예로서, 본 발명에 기초한 자기 공명 시스템에서 사용되는 형태인RF 전송 및 수신 유닛의 실시예를 나타낸다. RF 전송 및 수신 유닛은 다수의 공명기 로드(1)로 구성되는데, 상기 공명기 로드(1)는 어레이 형태로 배열되며, 환자에게 제공되는 원통형 검사 공간(27)을 둘러싸고 배열된다. 개별적인 공명기 로드(1) 각각은 각각의 전송 채널(2) 및 각각의 수신 채널(3)에 연결된다. 본 도면은 일예로서 두 개의 공명기 로드를 위해서 단지 두 개의 그러한 수신 및 전송 채널을 나타내고 있다. 전송 채널(2)은 RF 여기 펄스를 생성하기 위한 위상 프로파일과 엔벌로프를 저장하기 위해 메모리(6)를 포함한다. 변조기(7)로서 동작하는 NCO는 주파수 생성기(미도시)로부터 획득되는 반송파 주파수 신호(f) 상에서 필요한 펄스 형태 및 위상을 변조한다. 다음으로, 상기 신호는 디지털/아날로그 변환기(8)에서 변환되며 전력 증폭기(9)를 통해 증폭된다. 그러한 방식으로 증폭된 RF 신호는 임피던스 매칭을 위해 사용되는 튜닝 회로(11)를 통해서 공명기 로드(1)에 공급된다. 그러한 방식으로, 개별적인 공명기 로드(1)는 정해진 위상 및 진폭을 갖는 RF 방사선 및 RF 펄스를 출력하기 위해서 서로 독립적으로 동작된다.

만약 의도가 환자의 종양 신체 부이에 집속시키기 위해서 각각의 개별적인 공명기 로드에 필요한 위상 및 진폭을 확인하는 것이라면, 개별적인 공명기 로드(1)는 그러한 신체 부이에서 자기 공명 여기 신호를 여기시키기 위한 RF 펄스를 출력하도록 먼저 동작된다. 다음으로, 그렇지 않으면 전송과 동시에 그레디언트 자계의 작용은 FID 신호가 종양 부이로 방출되는 시점인 신체 부이를 제한한다. 다음으로, 전송/수신 전환 스위치(10)는 공명기 로드(1)를 수신하도록 스위칭하기 위해 전환되거나 공명기 로드(1)를 각각의 수신 채널(3)에 연결하기 위해 전환된다. 자기 공명 신호는 공명기 로드(1) 각각에 의해 수신되며, 사전증폭기(12)를 통해 아날로그/디지털 변환기(13)에 공급된다. 디지털화된 신호는 위상 및 진폭에 따라, 복조기로서 동작하는 NCO(14)에서 분할되어 평가 컴퓨터(15)에 공급되는데, 상기 평가 컴퓨터(15)는 공명기 로드 각각을 대해서 집속을 위해 필요한 진폭 및 위상을 획득하기 위해 특정 신체 부이에 대한 자기 공명 신호의 진폭 및 위상을 평가한다. 이어서, 개별적인 공명기 로드(1)는 종양 신체 부이에서의 정확한 집속을 달성하기 위해 확인된 진폭 및 위상을 사용하여 동작된다. 이를 위해서, 전송/수신 스위치(10)는 전송 채널로 다시 설정되고, 개별적인 공명기 로드(1)는 자신에게 인가되는 연속적인 RF 전력을 갖는다. 그러한 연속적인 전력은 RF 펄스로도 구성될 수 있다.

정확한 위상 및 진폭을 통한 그런 동작은, 도 3에 개략적으로 도시된 바와 같이, 물 쿠션을 사용하지 않고도 환자(17)의 종양 신체 부이(16)에 RF 에너지가 집속될 수 있게 한다. 문제를 간단히 하기 위해서, 본 도면은 단지 6 개의 공명기 로드(1)만을 나타내었는데, 상기 공명기 로드(1)는 RF 방사선을 출력하기 위해서 상이한 위상 차이(Δδ) 및 진폭(ΔU)을 사용하여 동작된다.

도 2는 고열 치료 동안에 온도를 측정하는 방법을 또한 도시하고 있다. 그런 온도 측정에 있어서, 가열 단계는 자기 공명 신호를 여기시키기 위해서 공명 로드(1)를 사용하여 RF 펄스를 생성하도록 잠시 인터럽트된다. 이와 연관된 펄스 시퀀스는 종래 자기 공명 측정에서 당업자에게 알려져 있다. 선택적으로, 표면 코일(4)은 환자의 해당 신체 부이 상에 직접 위치될 수 있으며, 자기 공명 신호를수신하기 위해 별도의 수신 채널(5)에 연결될 수 있다. 상기 수신 채널(5)은, 공명기 로드(1)를 위한 수신 채널(3)처럼, 사전증폭기(12), 아날로그/디지털 변환기(13) 및 NCO(14)를 구비하며, 평가 컴퓨터(15)에 연결된다. 표면 코일을 사용한 온도 측정을 위해 공명 신호를 측정하는 것은 매우 양호한 신호 대 잡음비의 장점을 갖는다.

도 4는 규정가능한 진폭 및 위상을 갖는 RF 방사선을 생성하기 위한 변조기로서 NCO(7)의 상호연결에 대한 예를 도시하고 있다. NCO는 수신된 신호를 복조하기 위해서 반대 방향으로 또한 동작될 수 있다.

기준 주파수에 관련하여 수신된 RF 신호에 대한 사인 및 코사인 신호를 나타내는 디지털 데이터스트림이 NCO에서 동일한 방식으로 생성되는데, 상기 데이터스트림은 전송을 위해 사용된다. ADC에 의해서 디지털화되는 수신된 데이터스트림은 가산기 대신에 두 개의 곱셈기를 통해 분할된다. 한 신호 성분에는 사인 데이터스트림이 곱해지며, 다른 신호 성분에는 코사인 데이터스트림이 곱해진다. 두 데이터스트림이 디지털 저역통과 필터링되었을 때, 수신된 RF 신호는 DDS에 의해 생성되는 기준 신호와 관련해서 허수부 성분 및 실수부 성분으로 표현된다.

마지막으로, 도 5는 고열 치료를 위해 공명기 로드(1)를 동작시키기 위한 제어 시퀀스를 나타낸다. 상단 부분에서는, 조직(tissue)을 가열시키기 위해 전송되는 펄스(20)가 확인될 수 있다. 그러한 가열 시퀀스(20)는, 알려진 방식으로 자기 공명 측정을 수행하며 또한 이어서 정해진 수신 시간(22) 동안에 개별적인 공명기 로드(1)를 사용하여 자기 공명 신호를 수신하기 위해서, RF 펄스 트레인(21)을 방사하도록 잠시 인터럽트된다. 그런 후에, 프레시 가열 시퀀스(20)를 통해 가열이 계속된다. 도면의 하단 부분은, 스핀 에코 시퀀스(spin echo sequence)의 경우에 발행할 때 X, Y 및 Z 방향으로의 국부적인 코딩을 위한 그레디언트 계자 코일의 동작 펄스를 개략적으로 나타내고 있다. 본 경우에서 도시되지 않은 다른 시퀀스 기술도 또한 당연히 그러한 목적으로 사용될 수 있다.

가열 시퀀스가 잠시 인터럽트되는 시간 간격 동안에는, 자기 공명 측정 결과로부터 해당 신체 부이에서의 조직의 온도를 유도할 수 있다.

본 시스템은 방사된 RF 주파수로 동작하는 모든 자기 공명 애플리케이션을 구현할 수 있다. 그러한 애플리케이션은, 환자의 해당 부이에서의 인체 촬영이나 그 밖의 분광기의 측정을 수행하며 환자의 온도 분포를 측정하기 위해서, 사용된다. 또한, 본 시스템은 RF 자계의 목표된 집속이 가능하도록 개별적인 공명기 로드를 동작시킬 수 있다. 이와 관련해서, 가열 시퀀스는 온도 측정을 위해 자기 공명 시퀀스와 인터리빙할 수 있도록 시간 슬롯으로 분할됨으로써, 온도 측정은 가열과 다소 동시적으로 이루어질 수 있다.

이와 관련해서, 자기 공명 측정이 수행되는 주파수는 적어도 고열 치료가 이루어지는 주파수와 거의 동일하다. 이는 각각의 개별 공명기 로드가 동작하기 위해 필요로 하는 위상 및 진폭의 정확한 결정을 가능하게 한다.

Claims (13)

1. 자기 공명 측정을 수행하기 위해서, 기본 계자(basic field magnet)(23), 그레디언트 계자 코일(gradient field coil)(24), RF 전송 및 수신 유닛(25), 및 상기 그레디언트 계자 코일(24)과 상기 RF 전송 및 수신 유닛(25)을 동작시키기 위한 제어 유닛(26)을 구비하는 자기 공명 시스템으로서,

   상기 RF 전송 및 수신 유닛(25)은 검사 공간(27)을 둘러싸고 어레이 형태로 배열된 다수의 안테나(1)를 구비하는데, 개별적인 전송 채널(3) 및 개별적인 수신 채널(3)이 각각의 안테나(1)에 제공되고;

   상기 제어 유닛(26)은, 각각의 안테나(1)에 대해서, 상기 안테나(1)에 의해 수신된 자기 공명 신호의 진폭 및 위상을 결정할 수 있으면서, 또한 고열 치료(hyperthermic treatment)를 목적으로 상기 검사 공간(27)에 집속되는 RF 자계를 생성하기 위해서 규정가능한 위상 및 진폭을 갖는 RF 방사선을 방사하도록 상기 안테나(1)를 서로에 대해 독립적으로 동작시킬 수 있게 하는 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 자기 공명 시스템.
2. 제 1항에 있어서, 각각의 전송 채널(2)은 전력 증폭기(9) 및 변조기(7)를 구비하는 것을 특징으로 하는 자기 공명 시스템.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 안테나(1)는 공명기 로드(resonatorrod)의 형태인 것을 특징으로 하는 자기 공명 시스템.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 유닛(26)은, 상기 집속된 RF 자계가 가해지는 신체 부이(16)의 온도를 결정하기 위한 자기 공명 측정을 수행할 목적으로 상기 그레디언트 계자 코일(24)과 상기 RF 전송 유닛(25)을 동작시키기 위해서, 짧은 시간 간격 동안에 규정된 횟수만큼, 상기 고열 치료 동안 상기 집속된 RF 자계의 생성을 인터럽트하도록 하는 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 자기 공명 시스템.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 전송 채널(2)은 라인 임피던스를 상기 검사 공간(27)에서의 임피던스 상태에 매칭시키기 위해서 매칭 회로(11)에 연결되는 것을 특징으로 하는 자기 공명 시스템.
6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 안테나(1)는 상기 검사 공간(27)을 둘러싸고 있는 원통형 덮개의 형태인 배치를 형성하는 것을 특징으로 하는 자기 공명 시스템.
7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기본 계자(23)는 적어도 2T의 자계 강도를 생성하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 자기 공명 시스템.
8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 기재된 자기 공명 시스템을 동작시키기 위한 방법으로서,

   환자(17)의 제한된 신체 부이(16)를 고열 치료하기 위해서,

   - 그레디언트 계자 코일(24)과 RF 전송 및 수신 유닛(25)이 제 1 자기 공명 측정의 형태로 지점에 따른 진폭 및 위상 측정을 수행하기 위해 튜닝 시퀀스로 먼저 동작되고;

   - 상기 환자(17)의 상기 제한된 신체 부이(16)로부터 수신되는 자기 공명 신호의 진폭 및 위상이 각각의 안테나(1)에 대하여 결정되고, 상기 결정된 결과가 상기 제한된 신체 부이(16)에 RF 방사선을 집속시키는데 필요한 진폭 및 위상을 각각의 안테나(1)에 대하여 확인하는데 사용되며;

   - 상기 개별적인 안테나(1)가 상기 RF 방사선을 방사하기 위해서 확인된 진폭 및 위상을 사용하여 서로에 대해 독립적으로 동작됨으로써, 상기 제한된 신체 부이(16) 상에 집속되는 RF 자계가 상기 고열 치료를 위해 생성되는 것을 특징으로 하는 자기 공명 시스템을 동작시키기 위한 방법.
9. 제 8항에 있어서, 제 1 자기 공명 측정을 수행하기 위해 사용되는 튜닝 시퀀스는 FID 제어 시퀀스인 것을 특징으로 하는 자기 공명 시스템을 동작시키기 위한 방법.
10. 제 8항 또는 제 9항에 있어서, 상기 RF 방사선을 방사하기 위한 동작은 제 2자기 공명 측정을 사용하여 상기 제한된 신체 범이(16)의 온도를 결정하기 위해서, 상기 고열 치료 중에 짧은 시간 간격 동안 반복적으로 인터럽트되는 것을 특징으로 하는 자기 공명 시스템을 동작시키기 위한 방법.
11. 제 10항에 있어서, 온도를 결정하기 위한 상기 제 2 자기 공명 측정 동안의 상기 자기 공명 신호는 상기 자기 공명 시스템에 연결된 표면 코일(4)을 사용하여 검출되는 것을 특징으로 하는 자기 공명 시스템을 동작시키기 위한 방법.
12. 제 8항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 안테나(1)는 상기 자기 공명 측정 및 상기 고열 치료를 수행하기 위해서 동일한 RF 주파수를 사용하여 동작되는 것을 특징으로 하는 자기 공명 시스템을 동작시키기 위한 방법.
13. 제 8항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 RF 방사선을 방사하기 위한 동작은, 집속을 위해 필요한 진폭 및 위상을 각각 재확인하기 위한 하나 이상의 추가적인 자기 공명 측정을 수행하고 또한 그에 후속하여 상기 고열 치료를 계속할 목적으로 새롭게 확인된 진폭 및 위상을 사용하여 안테나(1)를 서로 독립적으로 동작시키기 위해서, 상기 고열 치료 중에 짧은 시간 간격 동안 한번 또는 여러번 인터럽트되는 것을 특징으로 하는 자기 공명 시스템을 동작시키기 위한 방법.