KR20040108814A - 자기공명 시스템 - Google Patents

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KR20040108814A
KR20040108814A KR10-2004-7018358A KR20047018358A KR20040108814A KR 20040108814 A KR20040108814 A KR 20040108814A KR 20047018358 A KR20047018358 A KR 20047018358A KR 20040108814 A KR20040108814 A KR 20040108814A
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위르겐 니스틀러
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지멘스 악티엔게젤샤프트
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Abstract

본 발명은 제 1 송신 안테나(7)에 추가로 하나 이상의 제 2 송신 안테나(8)를 포함하는 자기공명 시스템에 관한 것이다. 상기 두 송신 안테나(7, 8)에 의해 검사 영역(1)이 여기 자계의 작용을 받을 수 있다. 송신 안테나(7, 8)는 제어 및 평가 장치(5)에 의해 제어될 수 있다. 하나 이상의 제어 부재(10, 11)가 제 2 송신 안테나(8)에 할당되어, 상기 송신 안테나들(7, 8) 사이에 흐르는 여자 전류의 진폭비 및/또는 위상차가 서로 조정될 수 있도록 한다.

Description

자기공명 시스템{MAGNETIC RESONANCE SYSTEM}
상기 방식의 자기공명 시스템은 일반적으로 공지되어 있는 것이다. 예컨대전문서적 "Bildgebende System fuer die medizinische Diagnostik(의료 진단용 영상촬영 장치)"(제 3판, 1995년, Publicis MCD 출판사, 501-503p.)에 기술되어 있다.
공지되어 있는 공명장치는 일반적으로 1.5 T에 달하는 기본 자계를 갖고 있다. 이러한 자기공명 시스템을 사용하면 검사 대상의 양호한 회복이 가능하다.
최근에는 1.5 T 이상, 특히 3T 이상의 기본 자계를 가진 자기공명 시스템도 제조된다. 이러한 자기공명 시스템을 사용하면 더 나은 해상도를 얻을 수 있다. 그러나 종래 기술에서는 상기와 같은 자기공명 시스템에서 검사 대상 내 고주파 와전류로 인해 불균일한 영상이 자주 발생한다.
종래 기술(여기서는 US 6,252,403 B1)에서는 그러한 와전류의 보상을 위해 송신 안테나를 나선형으로 설계하는 것을 제안하고 있다. 즉, 송신 안테나가 버드케이지(birdcage)형 공명기의 대칭축 둘레에 감겨진 형상을 갖는다. 상기 US 특허공보에는 또한, 고주파 여기 자계의 균일화를 달성하기 위해 검사 대상의 근처에 적절한 유전체, 특히 물을 배치하는 방법이 공지되어 있다. 그러나 종래 기술의 온갖 노력에도 불구하고 여기 자계의 불균일성이 항상 충분히 보상될 수 있는 것은 아니다.
본 발명은 기본 계자석(field magnet), 경사 자계 시스템(gradient system), 제 1 송신 안테나, 하나 이상의 수신 안테나 및 제어/평가 장치를 포함하는 자기공명 시스템에 관한 것으로, 상기 장치에서는
- 기본 계자석에 의해 검사 영역이 정적(static) 경사 자계의 작용을 받을 수 있고,
- 경사 자계 시스템에 의해 검사 영역이 경사 자계들의 작용을 받을 수 있으며,
- 제 1 송신 안테나에 의해 검사 영역이 고주파 여기 자계의 작용을 받을 수 있고,
- 수신 안테나에 의해 자기공명 신호가 수신될 수 있으며, 상기 자기공명 신호에 대해 검사 영역 내로 진입 가능한 검사 대상이 여기될 수 있고,
- 경사 자계 및 제 1 송신 안테나가 제어/평가 장치에 의해 제어됨으로써 경사 자계 내에는 경사 전류가 흐르고, 제 1 송신 안테나에는 여자 전류가 흐르며,
- 상기 자기공명 신호는 제어/평가 장치에 전달되어 평가될 수 있다.
도 1은 자기공명 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 제 1 송신 안테나 및 제 2 송신 안테나를 도시한 도면이다.
도 3은 제 2 송신 안테나를 도시한 도면이다.
도 4는 제 1 송신 안테나 및 제 2 송신 안테나를 도시한 도면이다.
본 발명의 목적은 검사 대상 내에 형성된 높은 강도의 기본 자계에도 불구하고 여기 자계가 최대한 균일한 자기공명 시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적은, 자기공명 시스템이 하나 이상의 제 2 송신 안테나를 구비하고,상기 제 2 송신 안테나도 마찬가지로 제어/평가 장치에 의해 제어됨에 따라 상기 제 2 송신 안테나에 여자 전류가 흐르게 되고, 상기 제 2 송신 안테나에 의해서도 검사 영역이 여기 자계의 작용을 받을 수 있으며, 상기 제 2 송신 안테나에 하나 이상의 제어 부재가 배치되고, 상기 제어 부재에 의해 여자 전류들의 진폭비 및/또는 위상차가 서로 조정(adjust)될 수 있음으로써 달성된다.
그러한 경우 제 1 송신 안테나에 의해 발생한 여기 자계가 목적한 대로 액티브하게 균일화될 수 있다. 즉, 하나 이상의 제어 부재는 검사 대상이 검사 영역 내에 넣어졌을때 상기 검사 대상 내에서 여기 자계의 중첩이 최대한 균일하도록 제어된다.
제 2 송신 안테나는 제 1 송신 안테나와 완전히 독립적으로 작동될 수 있다. 그러나 바람직하게는 제 2 송신 안테나가 제 1 송신 안테나와 유도 결합(inductive coupling)된다.
제어/평가 장치가 제어 부재의 제어에 영향을 미치는 제어 신호를 미리 설정할 수 있다면, 검사 대상에 대한 매칭이 가능하다. 제어 신호는 예컨대 검사될 환자의 신체치수 및 몸무게, 경우에 따라서는 또 다른 특성들에 의해 암묵적으로(implicit) 결정될 수 있다. 대안으로 실험에 의해서도 제어 신호가 측정될 수 있다.
예외적인 경우, 제 2 송신 안테나가 제어 신호에 따라 자기공명 주파수로 공명되지 않고 검사 영역에 여기 자계가 작용하지 않도록 작동될 수 있는 것도 바람직할 수 있다. 즉, 특수한 경우 제 2 송신 안테나의 작동이 완전히 차단될 수도있다.
제어 부재가 조정 가능한 임피던스로 설계되는 경우, 여자 전류들의 진폭비 및/또는 위상차가 매우 유연성 있게 조정될 수 있다.
제 2 송신 안테나에 의해 발생한 여기 자계는 바람직하게 제 1 송신 안테나에 의해 발생한 여기 자계보다 더 작은 공간적 확장 범위를 갖는다. 즉, 제 2 송신 안테나는 제 1 송신 안테나에 의해 발생한 여기 자계의 보정을 위해 바람직하게 국소적으로만 작용한다. 또한 제 2 송신 안테나에 흐르는 여자 전류는 통상 제 1 송신 안테나에 흐르는 여자 전류보다 더 작은 진폭을 갖는다.
제 2 송신 안테나에 흐르는 여자 전류는 제 1 송신 안테나에 흐르는 여자 전류에 대해 전기적으로 -180°내지 +180°의 위상차를 가질 수 있다.
제 2 송신 안테나는 자기공명 신호의 수신에 이용되지 않는 방식으로 제어/평가 장치와 연결될 수 있다. 즉, 이러한 경우 제 2 송신 안테나는 여기 자계의 균일화를 위해서만 사용된다. 그러나 제 2 송신 안테나가 자기공명 신호의 수신에 이용될 수도 있다. 이러한 경우에는 제 2 송신 안테나가 일반적으로 자기공명 신호의 국소 수신에 이미 이용되고 있는 소위 국소코일(local coil)로서 설계되는 것이 바람직하다. 특히 이러한 경우, 자기공명 신호의 수신시 제 2 송신 안테나가 자기공명 주파수로 공명되도록 제어/평가 장치에 의해 조정될 수 있다.
또 다른 장점들과 세부 사항은 하기의 실시예 설명에서 도면을 참고로 기술될 것이다.
도 1에 따라 자기공명 시스템이 검사 영역(1)을 포함한다. 환자 베드(2)에 의해 검사 대상(3), 여기서는 사람(3)이 검사 영역(1) 안으로 진입될 수 있다.
검사 영역(1)은 기본 계자석(4)에 의해 기본 자계의 작용을 받는다. 기본 자계는 시간에 따라 일정하며(정적이며) 위치에 따라 최대한 균일하다. 기본 자계는 1.5 T보다 큰 자계 강도를 갖는다. 바람직하게는 3 T 이상의 자계 강도를 갖는다.
기본 자계(4)는 바람직하게 초전도성을 갖도록 설계된다. 따라서 제어/평가 장치(5)에 의한 추가의 제어 및/또는 조정이 불필요하다.
또한 자기공명 시스템은 검사 영역(1)이 경사 자계의 작용을 받을 수 있도록 하는 경사 자계 시스템(6)을 포함한다. 상기 경사 자계 시스템(6)은 제어/평가 장치(5)에 의해 제어될 수 있고, 그 결과 경사 자계 시스템(6)에 경사 전류가 흐르게 된다.
자기공명 시스템은 또한 제 1 안테나(7) 및 제 2 안테나(8)를 구비하고 있다. 도면에 보이는 것처럼, 제 1 안테나(7)는 전신 안테나(whole body antenna; 7)로 설계되어 있다. 이에 반해 제 2 안테나(8)는 국소 코일(8)로 설계되어 있다.즉, 제 2 안테나는 국소적으로만 작용한다. 상기 안테나(7, 8)는 제어/평가 장치(5)에 의해 제어될 수 있고, 그 결과 상기 안테나(7, 8)에 여자 전류가 흐르게 된다.
제 1 안테나(7)에 의해 검사 영역(1)이 고주파 여기 자계의 작용을 받을 수 있다. 따라서 검사 영역(1) 내에 검사 대상(3)이 진입하면, 상기 검사 대상이 자기 공명으로 여기될 수 있다. 그렇게 하여 발생한 자기공명 신호는 선택적으로 제 1 안테나(7) 또는 제 2 안테나(8)에 의해 수신될 수 있다. 즉, 상기 두 안테나는 자기공명 시스템의 수신 안테나(7, 8)이기도 하다. 수신된 자기공명 신호는 제어/평가 장치(5)에 전달되어 평가될 수 있다.
3 T 이상의 높은 자계 강도를 갖는 기본 자계로 인해, 항상 제 1 안테나(7)에 의해서만 전체 검사 대상(3) 내에 균일한 여기 자계를 형성시키는 것은 불가능하다. 따라서 제 2 안테나(8)도 제어/평가 장치에 의해 제어됨으로써 상기 제 2 안테나(8)에 의해 검사 대상(3)이 적어도 국소적으로 고주파 여기 자계의 작용을 받게 된다. 그러나 제 2 안테나(8)에 의해 발생한 여기 자계는 제 1 안테나(7)에 의해 발생한 여기 자계보다 더 작은 공간적 확장 범위를 갖는다. 또한 제 2 안테나(8)에 흐르는 여자 전류는 제 1 안테나(7)에 흐르는 여자 전류보다 더 작은 진폭을 갖는다.
도 2에 따르면, 제 2 안테나(8)가 제 1 송신 안테나(7)와 별개로 제어/평가 장치(5)에 의해 제어될 수 있다. 따라서 제어/평가 장치(5)는 안테나(7, 8)에 흐르는 여자 전류들의 진폭비 및/또는 위상차를 조정할 수 있는 제어 부재이다.
제어/평가 장치(5)에 의한 제 2 안테나(8)의 제어는 특히 위상차가 전기적으로 -180°내지 +180°에 놓이는 방식으로 이루어질 수 있다. 즉, 상기 위상차는 임의로 조정될 수 있다. 진폭비도 - 제 2 안테나(8)의 설계 한도 이내에서 - 임의로 조정될 수 있다. 특히 제 2 안테나(8)는 특수한 경우 검사 영역(1)이 여기 자계의 작용을 받지 않도록 하는 방식으로도 작동될 수 있다. 즉, 이러한 경우 제 2 안테나(8)에 흐르는 여자 전류는 0의 값을 갖는다.
제 2 안테나(8) 내에는 제어 부재(9)가 설치된다. 제 2 안테나(8)가 검사 영역(1)에 여기 자계의 작용이 가해지지 않도록 해야 하는 경우, 상기 제어 부재(9)에 의해 제 2 안테나(8)가 자기공명 주파수로 공명되지 않도록 조정된다.
제 2 안테나(8)의 제어는 제어/평가 장치(5)에서 외부의 사용자에 의해 미리 정해지는 제어 신호(S)를 기초로 하여 이루어진다. 즉, 제어 부재(9)의 제어는 제어 신호(S)에 따라 좌우된다.
도 3에 따르면, 제어 부재(9)는 다수의 커패시터(10) 및 1개의 병렬 공진 회로(11)를 포함한다. 제어 신호(S)에 따라 커패시터들(10) 중 하나 또는 병렬 공진 회로(11)가 스위치(12)를 통해 접속된다. 즉, 제어 부재(9)는 조정 가능한 임피던스(9)로서 설계된다.
커패시터들(10) 중 하나가 접속되면 - 접속된 커패시터(10)에 따라 - 제 1 송신 안테나(7)에 의해 발생한 여기 자계가 강화되거나 약화되고, 또는 제 2 안테나(8)가 자기공명 주파수에 맞게 정확하게 조정된다. 자기공명 주파수로의 조정은 수신시에만 실시된다.
병렬 공진 회로(11)가 접속되면, 제 2 안테나(8)가 더 이상 자기공명 주파수로 여기될 수 없도록 조정된다. 이는 송신 또는 수신시 제 2 안테나(8)가 절대 이용되어서는 안되는 경우에 상기 제 2 안테나(8)의 접속이 차단되는 작용에 대응된다.
도 4는 실질적으로 도 2에 대응된다. 그러나 도 4에서는 제 2 안테나(8)가 별도로 여기되는 것이 아니라, 안테나들(7, 8) 사이에 유도 결합(M)이 형성된다. 즉, 제 2 안테나(8)가 제 1 안테나(7)와 유도 결합된다. 이 경우, 제어 부재(9)에 의해 제 2 안테나(8)의 공명 주파수의 조정뿐만 아니라 상기 공명 주파수의 조정과 더불어 간접적으로 제 1 안테나(7)에 흐르는 여자 전류에 대한 제 2 안테나(8)에 흐르는 여자 전류의 진폭 및 위상차 조정도 이루어진다.
도 2에 따른 실시예뿐만 아니라 도 4에 따른 실시예에서도 검사 대상(3) 내에서의 여기 자계들의 중첩이 최대한 균일해지는 방식으로 제어 부재(9)의 제어 및 - 직간접적으로 - 제 2 안테나(8)의 제어가 이루어진다.
자기공명 신호가 제 2 안테나(8)에 의해 수신되면, 상기 제 2 안테나는 항상 자기공명 주파수로 공명되도록 제어/평가 장치(5)에 의해 조정된다.
전술한 것처럼, 제 2 안테나(8)는 검사 영역(1)에 여기 자계가 작용하도록 하는 것뿐만 아니라 자기공명 신호를 수신하는 것에도 이용된다. 물론 제 2 안테나(8)가 검사 영역(1)에 여기 자계가 작용하도록 하는데에만 이용될 수도 있다. 이 경우, 자기공명 신호의 수신에는 제 2 안테나(8)가 이용되지 않는다.
본 발명에 따른 자기공명 시스템을 사용함으로써 전체 검사 대상(3) 내 기본자계의 높은 강도에도 불구하고 거의 전체적으로 균일한 여기 자계가 간단하게 구현될 수 있다.

Claims (12)

  1. 기본 계자석(field magnet; 4), 경사 자계 시스템(gradient system; 6), 제 1 송신 안테나(7), 하나 이상의 제 2 송신 안테나(8), 하나 이상의 수신 안테나(7) 및 제어/평가 장치(5)를 포함하는 자기공명 시스템으로서,
    - 상기 기본 계자석(4)에 의해 검사 영역(1)이 정적(static) 기본 자계의 작용을 받을 수 있고,
    - 상기 경사 자계 시스템(6)에 의해 상기 검사 영역(1)이 경사 자계들의 작용을 받을 수 있으며,
    - 상기 송신 안테나(7, 8)에 의해 상기 검사 영역(1)이 고주파 여기 자계의 작용을 받을 수 있고,
    - 상기 수신 안테나(7)에 의해 자기공명 신호가 수신될 수 있으며, 상기 자기공명 신호에 대해 상기 검사 영역(1) 내로 진입 가능한 검사 대상이 여기될 수 있고,
    - 상기 경사 자계 시스템(6) 및 상기 송신 안테나(7, 8)가 상기 제어/평가 장치(5)에 의해 제어됨으로써 상기 경사 자계 시스템(6) 내에는 경사 전류가 흐르고 상기 송신 안테나(7, 8)에는 여자 전류가 흐르며,
    - 상기 자기공명 신호는 상기 제어/평가 장치(5)에 전달되어 평가될 수 있고,
    - 상기 제 2 송신 안테나(8)에는 하나 이상의 제어 부재(10, 11)가 할당되며, 상기 제어 부재에 의해 상기 여자 전류들의 진폭비 및/또는 위상차가 서로 조정(adjust)될 수 있는, 자기공명 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 제어 부재(10, 11)는 상기 검사 대상(3)이 상기 검사 영역(1) 내에 넣어졌을때 상기 검사 대상(3) 내에서 상기 여기 자계의 중첩이 최대한 균일하도록 제어될 수 있는, 자기공명 시스템.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제 2 송신 안테나(8)는 상기 제 1 송신 안테나(7)와 유도 결합(inductive coupling)되는, 자기공명 시스템.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어/평가 장치(5)에서 제어 신호(S)가 미리 정해질 수 있고, 상기 제어 신호(S)는 상기 제어 부재(10, 11)의 제어에 영향을 미치는, 자기공명 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제 2 송신 안테나(8)가 상기 제어 신호(S)에 따라, 상기 제 1 송신 안테나(7)에 의해 상기 검사 영역(1)에 여기 자계가 작용하는 동안 상기 제 2 송신 안테나(8)가 자기공명 주파수로 공명되지 않고 상기 검사 영역(1)에 여기 자계가작용하지 않도록 하는 방식으로 작동될 수 있는, 자기공명 시스템.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 부재(10, 11)가 조정 가능한 임피던스로 설계되는, 자기공명 시스템.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 송신 안테나(8)에 의해 발생한 여기 자계가 상기 제 1 송신 안테나(7)에 의해 발생한 여기 자계보다 더 작은 공간적 확장 범위를 갖는, 자기공명 시스템.
  8. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 송신 안테나(8)에 흐르는 여자 전류가 상기 제 1 송신 안테나(7)에 흐르는 여자 전류보다 더 작은 진폭을 갖는, 자기공명 시스템.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 송신 안테나(8)에 흐르는 여자 전류가 상기 제 1 송신 안테나(7)에 흐르는 여자 전류에 대해 전기적으로 -180°내지 +180°의 위상차를 갖도록 제어될 수 있는 것을 특징으로 하는, 자기공명 시스템.
  10. 제 7항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 송신 안테나(8)가 상기 자기공명 신호의 수신에 이용될 수 없도록 상기 제어/평가 장치(5)에 연결되는, 자기공명 시스템.
  11. 제 7항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 송신 안테나(8)가 상기 자기공명 신호의 수신에도 이용될 수 있도록 상기 제어/평가 장치(5)에 연결되는, 자기공명 시스템.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 제 2 송신 안테나(8)가 상기 자기공명 신호의 수신을 위해 자기공명 주파수로 공명되도록 상기 제어/평가 장치(5)에 의해 조정될 수 있는, 자기공명 시스템.
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