KR20120006517A - 코일 구성을 갖는 자기 유도 단층 촬영 시스템들 - Google Patents

Abstract

자기 임피던스 단층 촬영 시스템은 시험 체적에서 와상 전류들을 유도하기 위해 여기 자기장을 생성시키기 위한 여러 개의 여기 코일들을 갖는 여기 시스템을 포함한다. 예를 들면, 헬름홀츠 구성에서 솔레노이드 구성 또는 병렬 코일들이 이용된다. 또한, 측정 시스템에는 유도된 와상 전류들에 의해 생성된 장들을 측정하기 위한 여러 개의 측정 코일들이 제공된다. 측정 코일들은 체적측정 (3D) 기하학적 배치로 배열된다. 개별 측정 코일들은 여기 코일들의 여기 자기장의 장 선을 실질적으로 가로질러 배향된다. 재구성기는 측정 시스템으로부터 측정 데이터를 수신하여, 측정 데이터로부터 관심사의 체적에서의 대상의 이미지를 재구성한다.

Description

코일 구성을 갖는 자기 유도 단층 촬영 시스템들{MAGNETIC INDUCTION TOMOGRAPHY SYSTEMS WITH COIL CONFIGURATION}

본 발명은 여기 코일 시스템 및 측정 코일 시스템을 갖는 자기 임피던스 단층 촬영(MIT) 시스템에 관한 것이다. 여기 코일들 및 측정 코일들은 관심사의 체적(VOI, volume of interest) 주위에 배치된다. 일반적으로, 여기 코일들이 활성화될 때, VOI 내의 전도성 대상에서 와상 전류들이 생성된다. 측정 코일들에 의해, 이들 와상 전류들에 의해 생성된 자기장이 측정된다. 획득된 측정 데이터로부터, 대상(예를 들면, 이미지들의 형태의)의 전도성 속성들이 재구성될 수 있다.

이러한 자기 임피던스 단층 촬영 시스템은 전도성 조직의 바이오-임피던스를 유도적으로 측정하기 위한 시스템으로서 미국 특허 출원 US2008/0246472호에 언급되어 있다.

공지된 자기 임피던스 단층 촬영 시스템에 있어서, 도통 재료(예를 들면, 조직)를 통과하는 주 자기장을 생성시키기 위해 생성기 코일이 제공된다. 이 플럭스는 조직에서 와상 전류들을 유발한다. 단일 센서 코일은 유도된 와상 전류들에 의해 발생되는 부 자기장을 측정한다. 생성기 코일 및 센서 코일은 수직으로 배향된다. 이 방식에서, 센서 코일을 통한 생성기 코일로부터의 순수 플럭스는 존재하지 않는다. 공지된 자기 임피던스 단층 촬영 시스템은 센서 코일에서의 주 자기장을 소거하기 위해 부가적인 쉬밍 코일을 포함한다. 결과적으로, 센서 코일은 부 자기장만을 감지한다.

본 발명의 목적은 특히, 체적측정 대상들에 대해서, 화질이 향상된 자기 임피던스 단층 촬영 시스템을 제공하는 것이다.

이 목적은 본 발명의 자기 임피던스 단층 촬영 시스템에 의해 달성되고, 이 시스템은:

- 시험 체적에서 와상 전류들을 유도하기 위해 여기 자기장을 생성시키기 위한 여러 개의 여기 코일들을 갖는 여기 시스템,

- 유도된 와상 전류들에 의해 생성된 장들을 측정하기 위한 여러 개의 측정 코일들을 갖는 측정 시스템, 및

- 측정 시스템으로부터 측정 데이터를 수신하여, 측정 데이터로부터 관심사의 체적에서의 대상의 이미지를 재구성하는 재구성기를 포함하고,

- 측정 코일들은 체적측정(3D) 기하학적 배치로 배열되고,

- 개개의 측정 코일들은 여기 코일들의 여기 자기장의 장 선(field line)을 실질적으로 가로질러 배향된다.

측정 코일들은 3D 체적측정 배치로 배열되어, 측정 코일들이 체적측정 시험 영역을 둘러싸거나 부분적으로 에워싸도록 한다. 따라서, 검사될 환자의 머리와 같은 체적측정 대상은 체적측정 영역에 위치될 수 있고, 대상에서 유도된 와상 전류들이 측정될 수 있다. 각각의 측정 코일들에 대한 측정치들은 동시에, 즉, 병렬로 실행될 수 있어서, VOI 내에 있는 체적측정 대상으로부터 데이터를 얻기 위해 단지 수 초 이하의 짧은 측정 시간이 요구된다. 대안적으로, 시험 체적 주변의 상이한, 예를 들면, 반대 위치들에 있는 코일들의 세트들(예를 들면, 쌍들)이 활성화되므로, 여기 코일들은 순차적으로 구동될 수 있다. 독립적인 정보를 포함하는 많은 측정들이 실행될 때, 재구성된 이미지의 질이 향상되고, 이는 전체 측정 정보의 높은 콘텐트로 인한 것이며, 또한, 결과적으로는 잡음 및 아티팩트들의 레벨들이 낮기 때문이다.

또한, 여기 코일들은 시험 체적을 둘러싸도록 배치되어 있다. 개별 측정 코일들은 여기 코일들에 의해 생성된 자기장의 장 선들을 실질적으로 가로질러 배향되어 있다. 예를 들면, 여기 코일들은 장 선들이 평행하게 이루어지는 균일 자기장을 발생시킬 때, 측정 코일들은 여기 코일들을 가로질러 배향된다. 따라서, 측정 코일들은 여기 코일들에 의해 생성된 여기 자기장의 플럭스를 거의 또는 전혀 향상시키지 않는다. 한편, 시험 체적에서의 여기 코일들에 의해 균일한 여기 자기장이 생성된다. 결과적으로, 측정 코일들에 의해 수신된 신호들의 동적 범위는 여기 자기장에 의해 유도된 신호들에 비해 상당히 감소되고, 와상 전류들에 의해 야기된 유도 자기장에 대한 민감도는 증가된다. 또한, 작은 동적 범위는 측정 시스템에서 초저 잡음 고정 이득 증폭기들의 이용을 가능하게 한다.

측정 코일들로부터의 측정 데이터는 이미지, 특히, 시험 체적에서의 대상의 체적측정 이미지를 재구성하는 재구성기에 적용된다.

본 발명의 이들 및 다른 양태들은 종속 청구항들에 정의된 실시예들을 참조하여 더 상세히 설명될 것이다.

측정 코일들이 여기 자기장을 가로질러 배향되도록, 여기 코일들 및 측정 코일들을 구성하는 다양한 방식들이 있다. 간단한 배치는 병렬로 배향된 여기 코일들의 쌍을 제공하는 것이다. 표준 헬름홀츠 구성은 여기 코일들에 대해 양호한 결과들을 달성한다. 헬름홀츠 코일 쌍에 대해서는 단 하나의 전원이 필요하다. 솔레노이드 코일은 여기 자기장의 매우 양호한 균질성을 갖고, 또한, 하나의 전원을 필요로 한다. 또한, 단일 전원에 연결될 수도 있는 다수의 헬름홀츠 쌍들은 병렬로 동작될 수 있거나, 각각의 코일들의 쌍들에 대해서는 개별 전원이 제공될 수 있다. 이들 구성들 각각에 있어서, 측정 코일들은 여기 코일들을 가로질러 배향될 수 있다.

본 발명의 예에서, 여기 코일들은 균일한 자기장을 여기시키기 위해 헬름홀츠-형 구성으로 배열된다. 균일한 장은 개별 헬름홀츠 쌍의 코일들 간의 영역에서 확장된다. 헬름홀츠 쌍은 공통 축을 따라 시험 체적의 각 측면에 하나씩 대칭적으로 배치되고 거리 h 만큼 분리되어 있는 2개의 동일한 원형 자기 코일들을 갖는 한편, 전통적인 헬름홀츠 코일들에 있어서, h는 코일의 반경(R)과 동일하다. 동작시, 각 코일은 동일한 방향으로 흐르는 동등한 전류를 수송한다. 헬름홀츠 쌍을 정의하는 h=R을 설정하는 것은 코일들의 중심에서의 장(B)의 불균일도를 최소화한다.

또 다른 예에서, 여기 코일들은 솔레노이드의 중심 영역에서 균일한 자기장을 발생시키는 솔레노이드로서 형성된다. 균일한 자기장의 중심 영역은 솔레노이드가 더 길어질 때 (솔레노이드의 길이방향 축을 따라) 더 길다.

본 발명의 일 양태에 있어서, 자기 임피던스 단층 촬영 시스템은 반구형의 기하학적 배치로 배열되는 측정 코일들을 갖는다. 즉, 측정 코일들의 중심들은 반구형 표면 상에 위치되는 한편, 코일 루프의 영역은 여기 코일들에 의해 생성된 자기장의 장 선들을 가로질러 배향된다. 이 배치에 있어서, 측정 코일들은 체적측정 대상과 가깝게, 즉, 짧은 거리에 위치된다. 대상까지의 거리는 높은 민감도들을 제공하기 위해서 가능한 한 가까워야 하고, 이것은 상이한 체적들 또는 제조 이유들로 인해 적격성과 같은 실질적인 제약들에 의해서만 제한된다. 1 내지 4㎝의 거리들은 인간의 머리와 같은 대상들에 대해 실현가능하다. 부가적으로, 측정 시스템의 민감도는 한 층에 여기 및 측정 코일들을 갖는 MIT 시스템들에 비해 공간적으로 더욱 균일하다.

본 발명의 또 다른 양태에 있어서, 시험 체적의 반대 단부들에서의 여기 코일들은 전기적으로 접속된다. 따라서, 이들 여기 코일들은 시험 체적에서 균일한 자기장을 산출하기 위해 동시에 활성화된다.

본 발명의 또 다른 양태에 있어서, 여기 코일들은 금속성 또는 비-금속성 실린더의 표면에 및 실린더의 세로방향 축을 가로질러 배열된다. 금속성 실린더는 외부로부터의 전자기 방해들로부터의 매우 양호한 차폐를 제공한다. 또한, 플라스틱과 같은 간단한 비-금속성 실린더 캐리어가 이용될 수 있다. 따라서, 균일한 자기장이 시험 체적에서 생성된다. 여기 코일들은 시험 코일들의 각각의 부분들과 함께 동시에 또는 순차적으로 활성화될 수 있다. 예를 들면, 여기 코일들은 순차적인 헬름홀츠 쌍들에서 활성화될 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에 있어서, 측정 코일들은 조금 경사져 있다. 이 방식에서, 여기 자기장의 약간의 불균일성들이 보상될 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 자기 임피던스 단층 촬영 시스템은 국소 자기장을 측정하기 위해, 예를 들면, 기준 코일들의 형태의 자기장 센서들을 갖는다. 측정된 국소 장 방위에 기초하여, 측정 코일들은 여기 자기장의 로컬 방향을 정확히 수직으로 배향시키기 위해 경사져 있을 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에 있어서, 측정 코일들은 플라스틱 랙과 같은 비-금속성 캐리어에 배치된다. 비-금속성 캐리어 상의 개별 측정 코일들은 실린더 상의 개별 여기 코일들을 가로질러 배치된다. 본 발명의 이들 및 다른 양태들은 이하 기술된 실시예들을 참조하여 및 첨부 도면을 참조하여 설명될 것이다.

도 1은 본 발명의 자기 임피던스 단층 촬영 시스템의 개략 표현을 도시하는 도면.
도 2는 2개의 코일들에 대한 헬름홀츠 구성의 개략 표현을 도시하는 도면.

도 1은 본 발명의 자기 임피던스 단층 촬영 시스템의 개략 표현을 도시한다. 여기 시스템(10)은 여기 코일들(11) 및 여기 회로(13)를 포함한다. 여기 코일들(11)은 실린더(12)의 실린더형 표면 상에 배열된다. 여기 회로(13)는 선택된 여기 코일들을 활성화시키기 위해 제공된다. 여기 회로(13)는 여기 코일들에 대한 전류원들을 포함한다. 예를 들면, 여기 회로는 헬름홀츠 구성(도 2 참조)에 있는 여기 코일들(11)의 쌍들에 전류를 인가한다. 여기 회로(13)는 시스템 컴퓨터(30)에 의해 제어된다. 시스템 컴퓨터는 적절한 프로그래밍된 범용 컴퓨터일 수 있다. 대안적으로, 시스템 컴퓨터는 특별히 구성된 처리기이다.

측정 시스템(20)은 측정 코일들(21) 및 측정 회로(22)를 포함한다. 측정 코일들(21)은 반구형 표면에 위치된 그들의 중심들을 갖는다. 따라서, 측정 코일들(21)은 시험 체적(3) 주변에 위치된다. 또한, 측정 코일들(21)의 각각의 코일 루프들에 의해 둘러싸인 영역은 여기 코일들(11)에 의해 둘러싸인 영역과 수직으로 배향된다. 즉, 측정 코일들(22)의 루프들의 영역은 여기 코일들의 코일 루프들이 작동하는 실린더(12)의 표면과 평행하게 작동한다. 또한, 측정 회로(22)는 시험 체적(3)에서의 대상의 와상 전류들로 인해 측정 코일들에서 유도되는 전압 신호들을 수신하기 위해 측정 코일들에 연결된다. 측정 회로는 시스템 컴퓨터(30)에 의해 제어된다. 예를 들면, 측정들은 그 길이방향 위치 근처의 헬름홀츠 쌍들의 여기와 동일한 실린더 벽 주변의 길이방향 위치에서 측정 코일들의 각각의 세트들로부터 순차적으로 또는 동시에 행해진다. 대안적으로, 여기 코일들의 여러 개의 헬름홀츠 쌍들은 여기 회로(13)에 의해 동시에 활성화될 수 있고, 여러 개의 측정코일들로부터 측정들이 동시에 이루어진다. 측정 회로는 하나 이상의 초저 잡음 증폭기들을 포함한다.

이러한 증폭기들은 20㏈ 이상의 이득에서 고정된 1nV/sqrt(㎐)보다 작은 초저 잡음을 갖고, 따라서, 이것은 전압원 한계들이 제한된 입력 전압 범위를 갖기 때문이다. 측정 회로의 출력 신호들은 출력 신호들로부터 이미지 데이터를 재구성하는 재구성기(4)에 인가된다. 재구성된 이미지들은 디스플레이(31) 상에 디스플레이된다. 재구성기는, 예를 들면, 시스템 컴퓨터(30)의 소프트웨어에 통합될 수도 있다.

측정 회로는 또한, 여기 코일들과 가까운 기준 코일들이 여기된 자기장을 측정하는 것과 같이, 자기장 센서들로부터 기준 신호들을 수신할 수도 있다. 하나 이상의 기준 코일들은 여기 코일들과 평행하다. 또한, 참조 목적상 여기 코일들에서 유도되는 전류를 측정하는 것이 가능하다. 측정 회로는 이들 기준 신호들을, 측정된 데이터에 대한 위상 정보를 계산하기 위해 측정 데이터와 함께 기준 데이터를 이용하는 전자 시스템에 제공한다.

측정 코일들은 또한 장 비균일성들을 보상하기 위해 여기 자기장에 정렬될 수 있다. 이것은 측정 코일들을 경사시게 함으로써 달성될 수 있어서, 여기 자기장의 측정된 부분이 가능한 한 작아지게 된다(전도성 대상은 VOI 내에 위치되어 있지 않고, 와상 전류들도 생성되지 않는다).

도 2는 2개의 코일들에 관한 헬름홀츠 구성의 개략 표현을 도시한다. 헬름홀츠 구성은 개별 헬름홀츠 쌍의 코일들 간의 영역에서 균일한 여기 자기장을 생성한다. 헬름홀츠 쌍은 공통 축을 따라 시험 체적의 각 측면 상에 하나씩 대칭적으로 배치되고 코일의 반경(R)과 동일한 거리(h) 만큼 떨어져 있는 2개의 동일한 원형 자기 코일들을 갖는다. 동작시, 각 코일은 동일한 방향으로 흐르는 동등한 전류를 수송한다. 헬름홀츠 쌍을 정의하는 h=R을 설정하는 것은 d²B/dx²=0(여기서, x는 2개의 코일들의 분리를 따른다)에 대해서, 코일들의 중심에서의 장(B)의 불균일성을 최소화하지만, 코일들의 중심 및 평면들 간의 장 세기에 있어서는 약 6%의 변동이 남게 된다. 약간 큰 h의 값은 d²B/dx²로 측정되는 것과 같이, 중심 부근의 영역에서 장의 균일성을 악화시키는 것을 희생하면서, 코일들의 중심 및 평면들 간의 장에 있어서의 차이를 감소시킨다. 헬름홀츠 모드에서 동시에 동작되는 여기 코일들이 더 많을수록(즉, 코일들의 반경과 동등한 분리를 갖는 반대 코일들에 의해 평행 전류들이 수송된다), 여기 장의 균질성이 양호해진다.

4: 재구성기 10: 여기 시스템
11: 여기 코일 12: 실린더
13: 여기 회로 20: 측정 시스템
21: 측정 코일 22: 측정 회로
30: 시스템 컴퓨터 31: 디스플레이

Claims (8)

1. 자기 임피던스 단층 촬영 시스템에 있어서:
   - 시험 체적에서 와상 전류들을 유도하기 위해 여기 자기장을 생성시키기 위한 여러 개의 여기 코일들을 갖는 여기 시스템,
   - 상기 유도된 와상 전류들에 의해 생성된 상기 장들을 측정하기 위한 여러 개의 측정 코일들을 갖는 측정 시스템, 및
   - 상기 측정 시스템으로부터 측정 데이터를 수신하고, 상기 측정 데이터로부터 관심사의 체적에서 객체의 이미지를 재구성하는 재구성기를 포함하고,
   - 상기 측정 코일들은 체적측정(3D) 기하학적 배치로 배열되고,
   - 상기 개별 측정 코일들은 상기 여기 코일들의 상기 여기 자기장의 장 선을 실질적으로 가로질러 배향되는, 자기 임피던스 단층 촬영 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 여기 시스템은 평행하게 구성되는 특히, 헬름홀츠 구성으로 배열되거나 솔레노이드로서 배열되는 여기 코일들의 쌍을 포함하는, 자기 임피던스 단층 촬영 시스템.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 측정 코일들은 반구형 기하학적 배치로 배열되는, 자기 임피던스 단층 촬영 시스템.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 시험 체적의 대향하는 단부들에서 상기 2개의 여기 코일들은 전기적으로 접속되는, 자기 임피던스 단층 촬영 시스템.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 여기 코일들은 실린더의 표면에 배열되고, 상기 측정 코일들은 상기 실린더의 길이방향 축을 가로질러 배열되는, 자기 임피던스 단층 촬영 시스템.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 여기 시스템은 짝을 이룬 여기 코일들을 여기시키도록 배열되는, 자기 임피던스 단층 촬영 시스템.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 개별 측정 코일들은 상기 홀름헬츠 구성의 축에 대해 약간 경사지게 배향되어, 상기 여기 코일들에 의해 발생되는 국소 자기장을 가로지르도록 하는, 자기 임피던스 단층 촬영 시스템.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 측정 코일들은 비-금속성 캐리어 상에 배열되는, 자기 임피던스 단층 촬영 시스템.

Images