KR20140059575A

KR20140059575A - 위상 배열형 고주파 코일 및 이를 채용한 자기공명영상 장치

Info

Publication number: KR20140059575A
Application number: KR1020120126161A
Authority: KR
Inventors: 이주형; 이수열
Original assignee: 삼성전자주식회사; 경희대학교 산학협력단
Priority date: 2012-11-08
Filing date: 2012-11-08
Publication date: 2014-05-16
Also published as: CN103809138A; EP2730934A3; CN103809138B; KR101424976B1; US20140125339A1; EP2730934A2; US9709645B2

Abstract

위상 배열형 고주파 코일 및 이를 채용한 자기공명영상 장치가 개시된다. 개시된 위상 배열형 고주파 코일은 직경이 다르며 동축인 내측 프레임과 외측 프레임을 갖는 원통형 프레임과, 원통형 프레임의 둘레 방향으로 배열되는 복수의 수직 루프 코일들을 포함하며, 복수의 수직 루프 코일들 각각은 내측 프레임에 종방향으로 길게 연장되어 형성된 내측 도체와, 외측 프레임에 종방향으로 길게 연장되어 형성되며 내측 도체와 마주보는 외측 도체와, 내측 도체의 종방향의 일단과 외측 도체의 종방향의 일단을 연결하여 자기공명영상 동작주파수에서 공진하게 하는 제1 공진주파수 조절용 캐패시터를 포함한다.

Description

위상 배열형 고주파 코일 및 이를 채용한 자기공명영상 장치{Phased array RF coil for magnetic resonance imaging}

본 개시는 고주파 코일 및 이를 채용한 자기공명영상 장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는 고주파 자계를 균일성 향상을 위해 구조가 개선된 위상 배열형 고주파 코일 및 이를 채용한 자기공명영상 장치에 관한 것이다.

자기공명영상(Magnetic Resonance Imaging: MRI) 장치는 핵자기공명(Nuclear Magnetic Resonance: NMR) 현상을 이용해 인체의 단면을 촬영한다. 인체 내에 존재하는 수소(1H), 인(³¹P), 나트륨(²³Na), 탄소동위원소(¹³C) 등의 원자핵은 핵자기공명현상에 의해 각기 고유한 회전자계상수를 가지므로, 이들 원자핵의 자화 벡터(magnetization vector)에 전자파를 인가하고, 공명으로 인해 수직평면에 누운 자화벡터가 만드는 자기공명신호를 수신함으로써 인체 내부의 영상을 획득할 수 있다. 이때, 인체 내의 자화 벡터를 공명시키기 위해 인체에 전자파를 인가하고, 또, 공명으로 인해 수직평면에 누운 자화벡터가 만드는 자기공명신호를 수신하는데 고주파 코일(RF coil)이 사용된다. 한 개의 고주파 코일로 자화벡터를 공명시키는 일(송신모드)과 자기공명신호를 수신하는 일(수신모드)을 같이 수행할 수도 있고, 송신모드 전용의 고주파 코일과 수신모드 전용의 고주파 코일 두 개를 각기 따로 사용하여 송신모드와 수신모드를 수행할 수도 있다. 한 개의 코일로 송신 및 수신모드를 다 수행하는 코일을 송수신코일이라 부르며, 송신 전용의 코일을 송신코일, 수신 전용의 코일을 수신코일이라 부른다. 송신코일은 일반적으로 자기공명영상 장치의 외관 장치 내에 설치되기 때문에 인체가 들어 갈 수 있는 크기의 원통형 (혹은 타원통형) 프레임 위에 만들어진다. 반면 수신코일은 인체에 부착하여 사용하는 경우가 많아 머리코일, 목코일, 허리코일 등 인체의 부위별 형상에 따라 만드는 것이 일반적이다.

자기공명영상의 화질을 평가하는데 있어 영상의 신호대잡음비 및 영상의 밝기 균일도는 매우 중요한 요소이다. 자기공명영상의 신호대잡음비는 주자계, 즉, 자기공명영상 장치의 부품인 초전도전자석이나 영구자석의 자계에 비례한다. 그러나, 주자계의 자계가 증가되면 인체 내에서 전자파의 감쇠 및 지연효과에 의해 인체 내에 균일한 고주파 자계를 만드는 것이 어려워진다. 인체 내에 균일한 고주파 자계를 형성하지 못하면 자기공명영상의 균일도가 나빠지는 문제가 심각할 수 있다. 특히 송신 모드에서 자계의 균일도가 나쁘면 자기공명영상의 균일도가 나빠질 뿐만 아니라 영상의 대조도(contrast)에 이상이 발생할 수 있다.

3.0 테슬라 부근의 고자장 자기공명영상 장치에서 인체 내에 균일한 고주파 자계를 만들기 위해 여러 개의 고주파 코일을 배열한 위상배열 고주파 코일(phased array RF coil)을 사용할 수 있다. 위상배열 고주파 코일을 이루는 각각의 코일 요소에 인가되는 고주파 신호의 크기 및 위상을 각각 독립적으로 제어함으로써 인체 내 고주파 자계의 균일도를 높일 수 있는 것이다. 이러한 기법을 통상 고주파자계교정 (B1 shimming)이라 부른다.

위상배열 송수신코일 혹은 위상배열 송신코일은 인체를 효율적으로 수납하기 위해 일반적으로 원통형 혹은 타원통형 프레임 위에 만들어진다. 송수신 및 송신 목적의 원통형 고주파 코일로 대표적인 것은 새장(birdcage)코일과 TEM(Transverse Electromagnetic)코일이 있다. 이들 코일은 본래 위상배열형 코일이 아닌 단일 코일로 고안된 것이나 이들 구조를 변경할 경우 위상배열형으로 만들 수 있다.

새장 고주파 코일은 통상적으로 내측 및 외측에 도체 링(ring)있으며 링들을 직선형 도체들로 연결된 구조를 갖는데, 고주파자계교정(B1 shimming)을 하기 위해서는 링 상에 복수의 포트를 마련하고, 각 포트에 고주파 전원을 인가한다. 그런데, 새장 고주파 코일은 어느 한 포트에서 구동을 해도 자계는 새장 코주파 코일 내 전체에서 비교적 균일하게 발생하므로 고주파자계교정의 효율이 좋지 않은 문제가 있다. TEM 코일로 고주파자계교정을 하기 위해서는 TEM 코일을 이루는 각 코일 요소(즉, 전송선(tramsmission line))를 자계적으로 분리한 뒤 각 코일 요소를 독립적으로 구동하는 방법을 이용한다. 그런데 전신촬영을 하기 위해 TEM 코일을 크게 만드는 경우 전송선로로 이루어지는 코일 요소에서 전류의 위상지연이 커지게 되고 이에 따라 전송선로 방향으로 자계의 분포가 비균일해지는 문제가 있다. 또한 TEM 코일을 이루는 전송선로를 제작하는 공정이 까다롭고 TEM 코일을 자기공명주파수에서 동작하도록 임피던스 정합을 하는 것도 까다로운 문제가 있다.

이에 고자장 자기공명영상에서 인체 내 전자파 파장 단축 효과로 인해 발생할 수 있는 고주파 자계의 비균일성을 해소할 수 있도록 그 구조가 개선된 위상 배열형 고주파 코일 및 이를 채용한 자기공명영상 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르는 위상 배열형 고주파 코일은, 직경이 다르며 동축인 내측 프레임과 외측 프레임을 갖는 원통형 프레임; 및 상기 원통형 프레임의 둘레 방향으로 배열되는 복수의 수직 루프 코일들;을 포함하며, 상기 복수의 수직 루프 코일들 각각은 내측 프레임에 종방향으로 길게 연장되어 형성된 내측 도체와, 상기 외측 프레임에 종방향으로 길게 연장되어 형성되며 상기 내측 도체와 마주보는 외측 도체와, 상기 내측 도체의 종방향의 일단과 상기 외측 도체의 종방향의 일단을 연결하여 자기공명영상 동작주파수에서 공진하게 하는 제1 공진주파수 조절용 캐패시터;를 포함한다.

본 발명의 다른 일 측면에 따르는 위상 배열형 고주파 코일은, 상기 내측 도체의 종방향의 타단과 상기 외측 도체의 종방향의 타단을 연결하여 자기공명영상 동작주파수에서 공진하게 하는 제2 공진주파수 조절용 캐패시터를 더 포함할 수 있다.

상기 내측 도체는 상기 내측 프레임의 종방향을 따라 복수 개로 분할된 복수의 내측 부분 도체들을 포함하며, 상기 복수의 내측 부분 도체들의 사이에는 제3 공진주파수 조절용 캐패시터가 마련될 수 있다.

상기 외측 도체는 상기 외측 프레임의 종방향을 따라 복수 개로 분할된 복수의 외측 부분 도체들을 포함하며, 상기 복수의 외측 부분 도체들의 사이에는 제4 공진주파수 조절용 캐패시터가 마련될 수 있다. 이때, 상기 내측 도체의 분할된 내측 부분 도체들의 개수와 상기 외측 도체의 분할된 외측 부분 도체들의 개수는 같을 수 있다. 또한, 상기 복수의 수직 루프 코일들 사이에는 상기 복수의 수직 루프 코일들이 상호 독립적으로 구동되도록 하는 결합차단용 캐패시터들이 마련될 수도 있다.

상기 외측 도체는 상기 외측 프레임의 종방향을 따라 복수 개로 분할된 복수의 외측 부분 도체들을 포함하며, 상기 복수의 외측 부분 도체들의 사이에는 제4 공진주파수 조절용 캐패시터가 마련될 수 있다.

상기 복수의 수직 루프 코일들은 상기 원통형 프레임의 둘레를 따라 등각 간격으로 배치될 수 있다.

상기 내측 도체는 일부가 제거된 도체판일 수 있다.

상기 외측 도체의 상기 외측 프레임의 둘레 방향의 폭은 상기 내측 도체의 상기 외측 프레임의 둘레 방향의 폭보다 클 수 있다.

상기 내측 도체는 상기 내측 프레임의 둘레를 따라 휘어진 곡면 도체판일 수 있다.

상기 외측 도체는 상기 외측 프레임의 둘레를 따라 휘어진 곡면 도체판일 수 있다.

상기 외측 도체의 상기 원통형 프레임의 중심축을 기준으로 한 중심각은 상기 내측 도체의 상기 원통형 프레임의 중심축을 기준으로 한 중심각보다 클 수 있다.

상기 외측 도체는 절연층과 상기 절연층을 사이에 두고 일부가 서로 겹쳐지게 배열된 복수의 외측 도체판 조각들을 포함할 수 있다. 이때, 상기 복수의 외측 도체판 조각들은 상기 절연층을 사이에 두고 상기 절연층의 내측에 위치하는 제1 외측 도체판 조각들과 상기 절연층의 외측에 위치하는 제2 외측 도체판 조각들을 포함할 수 있다. 또는, 상기 절연층은 복수의 절연층 조각들을 포함하며, 상기 복수의 외측 도체판 조각들은 상기 외측 프레임의 둘레를 따라 어느 한 외측 도체판 조각의 일측이 이웃하는 외측 도체판 조각의 타측의 밑쪽에 놓이도록 서로 교번하게 배열되며, 상기 복수의 외측 도체판 조각들의 겹쳐지는 영역둘에는 상기 복수의 절연층 조각들이 각각 개재될 수도 있다.

상기 복수의 수직 루프 코일들 사이에는 상기 복수의 수직 루프 코일들이 상호 독립적으로 구동되도록 하는 결합차단용 캐패시터들이 마련될 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르는 자기공명영상용 고주파 시스템은 자기공명영상용 위상 배열형 고주파 코일; 및 상기 자기공명영상용 위상 배열형 고주파 코일을 구동하는 구동 제어부;를 포함하며, 상기 위상 배열형 고주파 코일은, 직경이 다르며 동축인 내측 프레임과 외측 프레임을 갖는 원통형 프레임; 및 상기 원통형 프레임의 둘레 방향으로 배열되는 복수의 수직 루프 코일들;을 포함하며, 상기 복수의 수직 루프 코일들 각각은 내측 프레임에 종방향으로 길게 연장되어 형성된 내측 도체와, 상기 외측 프레임에 종방향으로 길게 연장되어 형성되며 상기 내측 도체와 마주보는 외측 도체와, 상기 내측 도체의 종방향의 일단과 상기 외측 도체의 종방향의 일단을 연결하여 자기공명영상 동작주파수에서 공진하게 하는 제1 공진주파수 조절용 캐패시터;를 포함한다.

상기 구동 제어부는 상기 복수의 수직 루프 코일들에 연결되는 복수의 고주파 전력증폭기들을 포함할 수 있다.

상기 고주파 전력증폭기는 상기 복수의 수직 루프 코일들의 개수만큼 마련될 수 있다.

또는, 상기 구동 제어부는 상기 고주파 전력증폭기에서 출력된 고주파 전력을 소정 위상차를 갖는 복수의 전력 신호들로 분할하여 상기 분할된 복수의 전력 신호들의 개수만큼의 수직 루프 코일들에 복수의 전력 신호들을 공급하는 전력분할기를 더 포함할 수 있다. 가령, 상기 전력분할기는 상기 고주파 전력증폭기에서 출력된 고주파 전력을 180도의 위상차를 갖는 2개의 전력 신호들로 분할하여, 상기 원통형 프레임의 중심축을 기준으로 상호 마주보는 위치에 있는 두 개의 수직 루프 코일에 공급할 수 있다. 이 경우, 상기 고주파 전력증폭기는 상기 복수의 수직 루프 코일들의 개수의 반만큼 마련될 수 있다.

상기 자기공명영상용 위상 배열형 고주파 코일은 송신용 혹은 수신 및 송신 겸용일 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르는 자기공명영상 장치는, 원통형 중공을 갖는 챔버; 상기 챔버 내에 설치되는 주자석; 상기 챔버의 중공에 설치되는 경사 코일; 상기 챔버의 중공에 설치되는 위상 배열형 고주파 코일; 및 상기 주자석, 경사 코일, 및 위상 배열형 고주파 코일을 구동 및 제어하는 구동 제어부;를 포함하며, 상기 위상 배열형 고주파 코일은, 직경이 다르며 동축인 내측 프레임과 외측 프레임을 갖는 원통형 프레임; 및 상기 원통형 프레임의 둘레 방향으로 배열되는 복수의 수직 루프 코일들;을 포함하며, 상기 복수의 수직 루프 코일들 각각은 내측 프레임에 종방향으로 길게 연장되어 형성된 내측 도체와, 상기 외측 프레임에 종방향으로 길게 연장되어 형성되며 상기 내측 도체와 마주보는 외측 도체와, 상기 내측 도체의 종방향의 일단과 상기 외측 도체의 종방향의 일단을 연결하여 자기공명영상 동작주파수에서 공진하게 하는 제1 공진주파수 조절용 캐패시터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

개시된 실시예들에 의한 위상 배열형 고주파 코일 및 이를 채용한 자기공명영상 장치는 고주파 자계의 균일도를 높이는 고주파자계교정(B1 shimming)을 용이하게 할 수 있을 뿐만 아니라, 고주파 자계의 차폐를 효과적으로 달성할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기공명영상 장치의 개략적인 구성을 도시한다.
도 2에 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 배열형 고주파 코일의 형상을 도시한다.
도 3은 도 2의 위상 배열형 고주파 코일에서 하나의 수직 루프 코일을 좀 더 상세히 도시한다.
도 4는 도 2의 위상 배열형 고주파 코일의 단면도이다.
도 5도 하나의 수직 루프 코일의 등가 전기회로를 도시한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 위상 배열형 고주파 코일에서 하나의 수직 루프 코일을 도시한다.
도 7a 및 도 7b은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 위상 배열형 고주파 코일에서 하나의 수직 루프 코일의 외측 도체를 도시한다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 위상 배열형 고주파 코일에서 하나의 수직 루프 코일의 외측 도체를 도시한다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 위상 배열형 고주파 코일 시스템을 도시한다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 위상 배열형 고주파 코일 시스템을 도시한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기공명영상 장치의 개략적인 구성을 도시한다.

도 1을 참조하면, 본 실시예의 자기공명영상 장치는 중공(30)을 갖는 원통형 자기 구조체를 가지며, 원통형 자기 구조체는 외측으로부터 내측으로 주자계를 생성하는 주자석(10), 경사자계를 생성하는 경사자계코일(20), 및 고주파 코일(100)을 포함할 수 있다. 또한, 자기공명영상 장치는 이러한 주자석(10), 경사자계코일(20), 및 고주파 코일(100)를 구동 및 제어하는 구동 제어부(190)를 포함한다.

주자석(10)은 인체 내에 분포해 있는 원소 중 자기공명현상을 일으키는 원소, 즉 수소, 인, 나트륨 등의 원자핵을 자화시키기 위한 주자계를 발생시키는 것으로서, 초전도전자석이나 영구자석일 수 있으며, 0.5T 이상의 높은 자계를 만드는 데는 초전도전자석이 사용된다.

경사자계코일(20)은 자기공명영상을 촬영하기 위해서는 공간적으로 선형적인 경사자계를 발생시키는 것으로서, 통상적으로 자기공명영상에는 x-, y-, z-방향으로 경사자계를 각기 형성하는 세 개의 경사자계코일이 사용된다. 경사자계코일(20)은 자화 벡터가 횡평면에서 회전할 때 자화 벡터의 회전 주파수나 위상을 공간적으로 제어하여 자기공명영상신호가 공간주파수 영역, 즉 k-영역에서 표현되도록 하는 역할을 한다.

자기공명영상 신호를 만들기 위해 자화벡터를 횡평면으로 눕혀야 하는데 이를 위해서는 라모(Larmor) 주파수를 중심주파수로 하는 고주파자계를 발생시키는 코주파 코일(100)이 마련된다. 고주파 코일(100)에 라모 주파수 대역의 고주파 전류를 인가하면 고주파 코일 내에 라모 주파수로 회전하는 회전자계가 생기며, 이 회전자계는 자화벡터의 공명을 일으켜, 즉 핵자기공명을 일으켜, 자화벡터를 횡평면으로 눕히게 한다. 자화벡터가 일단 횡평면에 눕게 되면 횡평면에서 라모 주파수로 회전하는 자화벡터는 패러데이(Faraday) 법칙에 의해 수신용 고주파 코일에 기전력을 발생한다. 이 기전력 신호를 고주파 증폭기로 증폭한 뒤 라모 주파수의 정현파로 복조(demodulation) 하면 기저 대역(base band)의 자기공명신호를 얻을 수 있다. 기저 대역의 자기공명신호를 양자화 하여 컴퓨터로 이송하고 이 신호를 처리하여 자기공명영상을 얻게 된다.

도 2에 도 1의 자기공명영상 장치에 채용될 수 있는 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 코일(100)의 형상을 도시하며, 도 3은 고주파 코일(100)에서 하나의 수직 루프 코일을 좀 더 상세히 도시한다.

도 2를 참조하면, 본 실시예의 고주파 코일(100)은 원통형 프레임(110)에 마련된다. 원통형 프레임(110)은 동축 상에 놓인 내측 프레임(111)과 외측 프레임(112)을 포함한다. 원통형 프레임(110)는 일체로 형성된 수지 몰드 구조물일 수 있으며, 이 경우 내측 프레임(111)과 외측 프레임(112)은 각각 원통형 프레임(110)의 내측면과 외측면일 수도 있다. 또는 원통형 프레임(110)은 개별적으로 마련된 내측 프레임(111)과 외측 프레임(112)이 결합된 구조물일 수도 있다.

내측 프레임(111)에는 내측 도체(120)가 종방향으로 길게 연장되어 형성된다. 내측 프레임(111)은 곡면을 가질 수 있으며, 내측 도체(120)는 내측 프레임(111)의 둘레를 따라 휘어진 곡면 도체판일 수 있다. 내측 도체(120)는 내측 프레임(111)의 원통 둘레를 따라 등각 간격으로 배치될 수 있다.

마찬가지로, 외측 원통면(112)에 외측 도체(130)가 종방향으로 길게 연장되어 형성된다. 외측 프레임(112) 역시 곡면을 가질 수 있으며, 외측 도체(130)는 외측 프레임(112)의 둘레를 따라 휘어진 곡면 도체판일 수 있다. 외측 도체(130) 역시 외측 프레임(112)의 원통 둘레를 따라 등각 간격으로 배치될 수 있다.

내측 도체(120)나 외측 도체(130)는 전기 전도성이 좋은 금속제로 형성될 수 있다.

도 3을 참조하면, 하나의 내측 도체(120)는 지름 방향으로 외측에 위측에 위치한 하나의 외측 도체(120)와 일대일 대응되게 배치된다. 내측 도체(120)의 종방향의 일단과 외측 도체(130)의 종방향의 일단을 전기적으로 연결하는 제1 공진주파수 조절용 캐패시터(141)가 마련된다. 내측 도체(120)의 종방향의 타단과 외측 도체(130)의 종방향의 타단 역시 제1 공진주파수 조절용 캐패시터(141)에 의해 전기적으로 연결된다. 내측 도체(120)와 외측 도체(130)는 제1 및 제2 공진주파수 조절용 캐패시터(141, 142)로 연결되어 하나의 수직 루프 코일을 형성한다.

내측 도체(120)는 2개 혹은 그 이상의 개수로 분할된 복수의 내측 부분 도체들(121, 122)을 포함할 수 있다. 복수의 내측 부분 도체들(121, 122) 사이에는 공진주파수를 조절하는 제3 공진주파수 조절용 캐패시터(143)가 마련된다. 마찬가지로, 외측 도체(130)는 2개 혹은 그 이상의 개수로 분할된 복수의 외측 부분 도체들(131, 132)을 포함할 수 있다. 복수의 외측 부분 도체들(131, 132) 사이에는 공진주파수를 조절하는 제4 공진주파수 조절용 캐패시터(143)가 마련된다.

제1 내지 제4 공진주파수 조절용 캐패시터(141, 142, 143, 144)는 캐패시턴스 값(C_T)를 적절히 선택함으로써, 본 실시예의 고주파 코일(100)가 자기공명영상 동작주파수에서 공진하도록 공진주파수를 조절한다. 본 실시예의 고주파 코일(100)은, 공진주파수의 조절에 다소 제약이 있을 수 있으나, 제1 내지 제4 공진주파수 조절용 캐패시터(141, 142, 143, 144) 중 일부가 생략되는 것을 배제하지는 않는다.

도 4는 본 실시예의 고주파 코일(100)의 단면도이다.

도 4를 참조하면, 외측 도체(130)의 외측 프레임(112)의 둘레 방향의 폭이 내측 도체(120)의 내측 프레임(111)의 둘레 방향의 폭은 고주파 코일(100) 내의 자계의 형성에 영향을 준다. 이에, 외측 도체(130)의 폭이 내측 도체(120)의 폭보다 크도록 형성될 수 있다.

다른 관점에서 보면, 내측 도체(120) 및 외측 도체(130)는, 외측 부분 도체들(131, 132)의 원통형 프레임(110)의 중심축을 기준으로 한 중심각 θ₂가 내측 부분 도체들(121, 122)의 중심각 θ₁보다 크게 형성되어, 외측 도체(130)에 의해 정의되는 부채꼴 영역 내에 내측 도체(120)이 위치하도록 할 수 있다. 이와 같이 외측 도체(130)가 수직 루프 코일의 외곽을 덮음에 따라 외측 도체(130)에 의한 전자계 차폐 효과를 향상시킬 수 있으며, 나아가 하나의 수직 루프 코일에서 형성되는 자기루프(magnetic loop)가 외측 도체(130)의 내측 공간에 국소적으로 형성되어, 이웃한 수직 루프 코일간의 자계 결합(magnetic coupling)을 억제시킬 뿐만 아니라 고주파 자계의 균일도를 향상시킬 수도 있다.

고자장 자기공명영상 장치에서는 인체 내 전자파 파장 단축 효과로 인해 고주파 코일(100)의 자계 형성이 고주파 코일(100)의 형상뿐만 아니라 인체의 형상 및 크기에 의해서도 영향을 받는다. 따라서 내측 도체(120)의 폭과 외측 도체(130)의 폭은 인체의 형상을 고려하여 결정하는 것이 바람직하다. 이를 위해 인체의 전기 모델, 즉 인체 내 전기전도도 및 전기유전율의 분포를 고려해 내측 도체(120)의 폭과 외측 도체(130)의 폭을 결정할 수 있다. 일 예로, 고주파 전자계 해석 방법인 FDTD (Finite Difference Time Domain)를 활용해 본 실시예의 고주파 코일(100)이 특정 형상의 인체 내에 형성하는 자계를 수치해석적인 방법으로 구할 수 있다. 가령, 내측 프레임(111)의 직경 R1이 55cm, 외측 프레임(112)의 직경 R2가 60cm, 내측 도체(120) 및 외측 도체(130)의 길이가 50cm인 고주파 코일(100)은, 수치해석 결과에 따르면, 동작주파수 123MHz에서 내측 도체(120)의 중심각 θ1와 외측 도체(130)의 중심각 θ2가 각각 평균 체형의 인체에 대해 60도와 24도로 하는 것이 최적의 자계 분포를 주는 것으로 파악되었다.

전술한 바와 같이 내측 도체(120)와 외측 도체(130)는 원통형 프레임(110)의 둘레를 따라 등각 간격으로 배치되어, 복수의 수직 루프 코일을 형성한다. 본 실시예의 고주파 코일(100)은 외측 도체(130)의 전자계 차폐효과로 인해 인접한 수직 루프 코일과의 자계 결합이 작다. 그러나 자계 결합을 보다 줄이기 위해 인접한 수직 루프 코일들 사이에 결합차단용 캐패시터(decoupling capacitor)(145, 146)를 삽입시킬 수 있다. 예를 들어, 외측 부분 도체(131, 132)들 양단에는 둘레 방향으로 연장되어 형성된 날개(131a, 132a)가 마련되어 있고, 결합차단용 캐패시터(145, 146)가 이들 날개(131a, 132a)에 전기적으로 연결되어 있을 수 있다. 이러한 결합차단용 캐패시터(145, 146)는 캐패시턴스 값(C_D)를 조절하면 인접한 수직 루프 코일로 누출되는 전류의 양을 조절하여 상호 자계 결합을 상쇄시킬 수 있다. 도 5는 수직 루프 코일 간의 상호 자계결합을 없앤 상태에서의 하나의 수직 루프 코일의 등가 전기회로를 도시한다.

도 3 및 도 5를 참조하면, 하나의 수직 루프 코일은 내측 도체(120)과 외측 도체(130)으로 형성되어 있으며 내측 도체(120)과 외측 도체(130)는 제1 및 제2 공진주파수 조절용 캐패시터들(141, 142)이 삽입되어 있다. 또한, 내측 도체(120)과 외측 도체(130) 각각은 1개 지점에서 분할되고, 분할된 지점에는 제3 및 제4 공진주파수 조절용 캐패시터들(143, 144)이 삽입되어 있다. 본 실시예는 이와 같이 내측 도체(120)과 외측 도체(130)이 2개의 내측 부분 도체들(121, 122)과 2개의 외측 부분 도체들(131, 132)로 분할된 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 고주파 코일(100)에 있어서, 수직 루프 코일은 2개 이상의 지점에서 분할되고 분할된 지점에는 공진주파수 조절용 캐패시터(141, 412, 143, 144)들이 삽입되어 있을 수 있다. 수직 루프 코일을 분할하는 개수는 동작주파수 및 수직 루프 코일의 크기에 따라 달라질 수 있는데 일반적으로 동작주파수가 높을수록, 수직 루프 코일의 크기가 클수록 분할하는 개수를 늘리는 것이 바람직하다. 수직 루프 코일을 분할하고 공진주파수 조절용 캐패시터(141, 412, 143, 144)들을 삽입하여 수직 루프 코일을 공진시키면 수직 루프 코일을 따라 흐르는 전류의 크기 분포가 균일해져 고주파 자계를 보다 균일하게 생성할 수 있다. 예를 들어 내측 프레임(111)의 직경이 55cm, 외측 프레임(112)의 직경이 60cm, 내측 도체(120) 및 외측 도체(130)의 길이가 50cm이며, 동작주파수가 123MHz인 경우에서는 수직 루프 코일을 네 군데, 즉 내측 도체(120) 및 외측 도체(130)의 양단과, 내측 도체(120)의 중간, 그리고 외측 도체(130)의 중간에서 분할하는 것이 효율적일 수 있다.

내측 도체(120)의 일단과 외측 도체(130)의 일단에는 구동제어부(예를 들어, 도 9의 190)와 연결되는 제1 및 제2 포트(151, 152)가 각각 마련된다. 수직 루프 코일을 효율적으로 구동하기 위해서는 수직 루프 코일의 전기 임피던스를 특성 임피던스(예를 들어, 50 Ohm)에 정합해야 하는데 이를 위해, 제1 포트(151)와 내측 도체(120) 사이 및 제2 포트(152)와 외측 도체(130) 사이에는 임피던스 정합용 캐패시터(149, 148)가 삽입된다. 임피던스 정합용 캐패시터(149, 148)는 적절한 캐패시턴스 값(C_M)을 선택하여 구동 제어부(190)의 특성 임피던스와 고주파 코일(100)의 임피던스를 정합시킨다.

도 5에서, L1은 내측 부분 도체들(121, 122)의 등가 인덕턴스를, L2는 외측 부분 도체들(131, 132)의 등가 인덕턴스를 나타낸다. 내측 부분 도체들(121, 122)은 편의상 동일한 인덕턴스를 갖는 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 서로 다른 인덕턴스를 가지는 경우를 배제하지 않는다. 마찬가지로 외측 부분 도체들(131, 132)은 편의상 동일한 인덕턴스를 갖는 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 서로 다른 인덕턴스를 가지는 경우를 배제하지 않는다. 또한, 공진주파수 조절용 캐패시터(141, 412, 143, 144)들은 필요에 따라서 서로 다른 캐패시던스 값(C_T)을 가질 수도 있다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 위상 배열형 고주파 코일에서 하나의 수직 루프 코일을 도시한다.

도 6을 참조하면, 본 실시예의 고주파 코일은 전술한 실시예와 마찬가지로 원통형 프레임(도 2의 110)의 내측 프레임(도 2의 111)과 외측 프레임(도 2의 112)에 각각 마련되는 내측 도체(220)와 외측 도체(130)로 이루어진 수직 루프 코일을 포함한다. 이때 내측 도체(220)의 분할된 내측 부분 도체들(221, 222)은 전술한 실시예의 내측 부분 도체(도 3의 121, 122)와 달리, 일부(221a, 222b)가 제거된 ’ㄷ‘ 자 형상을 지닐 수 있다. 즉, 2개의 내측 부분 도체(221, 222)은 중앙부분과 서로 마주보는 부분의 대부분이 제거되어, 양 끝단만이 서로 마주보게 형성될 수 있다. 2개의 내측 부분 도체(221, 222)이 서로 마주보는 2 지점 각각에는 제1 공진주파수 조절용 캐패시터(243)이 삽입되어, 2개의 내측 부분 도체(221, 222)가 하나의 루프 형상을 지니게 한다. 본 실시예의 고주파 코일은 내측 도체(220)를 제외한 나머지 구성요소들에서 도 2 내지 도 5를 참조하여 설명한 실시예의 고주파 코일(100)과 실질적으로 동일하다.

내측 도체(220)나 외측 도체(130)의 도체 폭이 너무 클 경우, 경사자계에 의한 와전류(eddy current)의 발생이 과도할 수 있다. 자기공명영상을 얻기 위해 경사자계를 펄스형태로 인가하는 바 경사자계가 스위칭할 때 경사자계 코일 주위에 있는 도체에 와전류가 발생된다. 이 와전류는 자기공명영상을 얻는데 부정적인 영향을 주므로 고주파 코일(100) 내 와전류의 발생을 억제할 필요가 있다. 본 실시예는 상기와 같이 내측 부분 도체(221, 222)의 일부((221a, 222b)를 제거함에 따라, 내측 부분 도체(221, 222)의 면적이 줄일 수 있다. 이와 같이 내측 부분 도체(221, 222)의 면적을 줄이게 되면, 고주파 전원 인가시 내측 부분 도체(221, 222)에서 발생되는 와전류를 억제할 수 있어, 노이즈를 감소시키고 전력 손실을 방지할 수 있다.

도 6에 도시된 내측 부분 도체(221, 222)에서 제거되는 일부((221a, 222b)의 위치나 형상은 일 예이다. 본 실시예의 경우, 예를 들면 내측 프레임(111)의 직경이 55cm, 외측 프레임(112)의 직경이 60cm, 내측 도체(120) 및 외측 도체(130)의 길이가 50cm이며, 내측 도체(120)의 중심각 θ1이 40도, 외측 도체(130)의 중심각 θ2이 60도인 경우, 고주파 코일내 자계가 균일하게 형성됨을 볼 수 있었다.

도 6에 도시된 내측 부분 도체(221, 222)에서 제거되는 일부((221a, 222b)의 위치나 형상은 일 예이며, 다양한 형태가 가능할 것이다. 다른 예로, 내측 부분 도체(221, 222)는 빗살(comb)처럼 제거되거나, 원형등의 다른 형상으로 제거될 수도 있을 것이다. 본 실시예는 내측 도체(220)가 2개의 내측 부분 도체(221, 222)로 분리된 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 내측 도체(220)는 분리되지 않거나, 혹은 3개 이상의 내측 부분 도체로 분리될 수도 있다. 내측 도체(220)가 분리되지 않은 경우라면, 내측 도체(220)의 중앙부가 제거될 수 있을 것이다. 내측 도체(220)가 3개 이상의 내측 부분 도체로 분리되는 경우라면, 최외곽쪽에 있는 내측 부분 도체는 도 6에 도시된 내측 부분 도체(221, 222)의 형상을 가지며, 중앙쪽의 내측 부분 도체들은 최외곽의 내측 부분 도체들을 연결하는 도선의 형상을 지닐 수도 있을 것이다.

도 7a 및 도 7b은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 위상 배열형 고주파 코일에서 하나의 수직 루프 코일의 외측 도체를 도시한다. 본 실시예의 고주파 코일은 외측 도체(230)를 제외한 나머지 구성요소들에서 도 2 내지 도 5를 참조하여 설명한 실시예의 고주파 코일(100)과 실질적으로 동일하다.

도 7a 및 도 7b를 참조하면, 본 실시예의 고주파 코일은 전술한 실시예와 마찬가지로 원통형 프레임(도 2의 110)의 내측 프레임(도 2의 111)과 외측 프레임(도 2의 112)에 각각 마련되는 내측 도체(도 2의 120)와 외측 도체(230)로 이루어진 수직 루프 코일을 포함한다. 외측 도체(230)는 절연층(235)을 사이에 두고 일부가 서로 겹쳐지게 배열된 복수의 외측 도체판 조각들(231a, 231b, 231c, 231d, 231e)로 이루어져 있다. 일예로, 첫번째, 세번째, 및 다섯번째 외측 도체판 조각들(231a, 231c, 231e)은 절연층(235)의 내측에 위치하고, 두번째 및 네번째 외측 도체판 조각들(231b, 231d)은 절연층(235)의 외측에 위치할 수 있다.

복수의 외측 도체판 조각들(231a, 231b, 231c, 231d, 231e) 각각은 외측 프레임(112)의 곡면 둘레를 따라 형성되는 곡면 도체판이거나 혹은 평판 도체판일 수 있다. 외측 도체판 조각들(231a, 231b, 231c, 231d, 231e) 각각의 외곽쪽 단부는 외측 프레임(112)의 둘레 방향으로 연장되어 형성된 날개들(236, 237)를 포함한다. 복수의 외측 도체판 조각들(231a, 231b, 231c, 231d, 231e)의 날개들(236, 237)은 절연층(235)을 사이에 두고 상호 겹쳐지게 된다. 복수의 외측 도체판 조각들(231a, 231b, 231c, 231d, 231e)에서 날개들(236, 237)을 제외한 나머지 부위들은 서로 겹쳐지지 않도록 한다. 나아가, 복수의 외측 도체판 조각들(231a, 231b, 231c, 231d, 231e)에서 날개들(236, 237)을 제외한 나머지 부위들은 소정 간격의 슬릿(238)을 사이에 두고 이격되게 배치될 수도 있다.

절연층(235)은 적어도 외측 도체(230)의 겹쳐진 중첩 부분들(233, 234) 사이에 형성된다. 물론 절연층(235)은 외측 프레임(112)의 전역에 형성될 수도 있다. 이러한 절연층(235)은 테플론(teflon)과 같이 절연성이 좋은 유전체로 형성될 수 있다.

복수의 외측 도체판 조각들(231a, 231b, 231c, 231d, 231e)의 겹쳐진 중첩 부분들(233, 234)은 복수의 외측 도체판 조각들(231a, 231b, 231c, 231d, 231e)이 절연층(235)을 사이에 두고 형성된 영역이므로, 도 7b에 도시되듯이, 마치 캐패시터와 같은 구조를 지닌다. 복수의 외측 도체판 조각들(231a, 231b, 231c, 231d, 231e)은 절연층(235)에 의해 절연되어 있으므로, 낮은 주파수의 경사자계 대역에서는 외측 도체(230)가 복수 개로 분리되어 와전류의 형성이 억제된다. 한편, 캐패시터 구조의 중첩 부분들(233, 234)에 의해 고주파 대역에서는 복수의 외측 도체판 조각들(231a, 231b, 231c, 231d, 231e)이 하나의 도체로 동작하게 된다. 한편, 복수의 외측 도체판 조각들(231a, 231b, 231c, 231d, 231e)은 와전류를 억제하면서 넓은 면적을 커버하므로, 외측으로의 전자계 차폐를 효과적으로 수행할 수 있다. 즉, 본 실시예에 있어서, 복수의 외측 도체판 조각들(231a, 231b, 231c, 231d, 231e)은, 고주파 대역에서 전기적으로 보았을 때, 전술한 실시예들에서의 하나의 외측 도체(130)와 실질적으로 동일하게 이해될 수 있다.

도 8a 및 도 8b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 위상 배열형 고주파 코일에서 하나의 수직 루프 코일의 외측 도체를 도시한다. 본 실시예의 고주파 코일은 외측 도체(330)를 제외한 나머지 구성요소들에서 도 2 내지 도 5를 참조하여 설명한 실시예의 고주파 코일(100)과 실질적으로 동일하다.

도 8a 및 도 8b를 참조하면, 본 실시예의 고주파 코일은 전술한 실시예와 마찬가지로 원통형 프레임(도 2의 110)의 내측 프레임(도 2의 111)과 외측 프레임(도 2의 112)에 각각 마련되는 내측 도체(도 2의 120)와 외측 도체(330)로 이루어진 수직 루프 코일을 포함한다. 절연층(335)은 복수의 절연층 조각들(335a, 335b, 335c, 335d)을 포함하며, 외측 도체(330)는 복수의 외측 도체판 조각들(331a, 331b, 331c, 331d, 331e)을 포함한다. 복수의 외측 도체판 조각들(331a, 331b, 331c, 331d, 331e) 각각은 외측 프레임(112)의 곡면 둘레를 따라 형성되는 곡면 도체판이거나 혹은 평판 도체판일 수 있다. 외측 도체판 조각들(331a, 331b, 331c, 331d, 331e)의 외곽쪽 단부는 외측 프레임(112)의 둘레 방향으로 연장되어 형성된 날개들(336, 337)를 포함한다. 복수의 외측 도체판 조각들(331a, 331b, 331c, 331d, 331e)은 외측 프레임(112)의 둘레를 따라 서로 교번하게 배열되며, 첫번째 외측 도체판 조각(331a)의 한 쪽 날개(336)은 두번째 외측 도체판 조각(331b)의 한 쪽 날개(336)의 밑쪽에 놓이도록 배치되고, 첫번째 외측 도체판 조각(331a)와 두번째 외측 도체판 조각(331b)의 사이에는 절연층 조각(335a)가 개재된다. 나머지 외측 도체판 조각들(331b, 331c, 331d, 331e)도 동일한 방식으로 배치된다. 복수의 외측 도체판 조각들(331a, 331b, 331c, 331d, 331e)에서 날개들(336, 337)을 제외한 나머지 부위들은 서로 겹쳐지지 않도록 한다.

본 실시예는 복수의 외측 도체판 조각들(331a, 331b, 331c, 331d, 331e)의 겹쳐진 중첩 부분들(333, 334)이 마치 캐패시터와 같은 구조를 지니므로 고주파 전원에 대해 실질적으로 전기적으로 연결된 것처럼 작동된다는 점은 도 7a 및 도 7b를 참조하여 설명한 실시예와 실질적으로 동일하다.

도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 위상 배열형 고주파 코일의 시스템을 도시한다.

도 9를 참조하면, 본 실시예의 고주파 코일 시스템은 고주파 코일(100)과 고주파 코일(100)을 구동하는 구동 제어부(190)를 포함한다.

고주파 코일(100)은 전술한 실시예들의 고주파 코일일 수 있다. 고주파 코일(100)은 도 2에 도시된 바와 같이 8개의 수직 루프 코일로 이루어져 있을 수 있으며, 이 경우 8개의 입력단 포트(P1, P2, P3, …, P8)가 마련될 수 있다.

구동 제어부(190)는, 감쇠기(191), 위상천이기(193), 및 고주파전력증폭기(195)를 포함할 수 있다. 감쇠기(191)와 위상천이기(193)는 자기공명영상 장치의 주 제어기인 스펙트로메터(spectrometer)의 고주파 파형발생기 부분에서 구현될 수 있다. 물론 감쇠기(191)와 위상천이기(193)는 개별적인 소자로 구현될 수도 있다. 고주파전력증폭기(195)는 입력단 포트(P1, P2, P3, …, P8)의 개수만큼 마련될 수 있다. 구동 제어부(190)에 입력되는 고주파 펄스 신호(RF1, RF2, RF3, …, RF8)는 감쇠기(191), 위상천이기(193), 및 고주파전력증폭기(195)를 통해 입력단 포트(P1, P2, P3, …, P8) 각각에 입력된다.

도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 위상 배열형 고주파 코일의 구동 시스템을 도시한다.

도 10을 참조하면, 본 실시예의 고주파 코일 시스템은 고주파 코일(100)과 고주파 코일(100)을 구동하는 구동 제어부(290)를 포함한다.

구동 제어부(290)는, 감쇠기(91), 위상천이기(193), 고주파전력증폭기(195), 및 전력분할기(297)을 포함할 수 있다. 고주파전력증폭기(195)는 입력단 포트(P1, P2, P3, …, P8)의 개수의 반만큼 마련될 수 있다. 대신에 고주파전력증폭기(195)는 2개의 수직 루프 코일에 공급되는 크기의 고주파 전력을 출력한다. 전력분할기(297)는 입력되는 전력 신호를 같은 크기를 가지며 180도의 위상차를 갖는 2개 전력 신호로 분할한다. 전력분할기(297)에서의 위상차는 LC 소자 혹은 동축선이나 마이크로스트립선 등의 전송선을 써서 구현할 수 있다.

하나의 전력분할기(297)의 출력 단자는 서로 마주 보는 수직형 루프코일의 입력단 포트(예를 들어, P1과 P5, P2와 P6, P3과 P7, P4와 P8)에 연결된다. 따라서, 하나의 고주파 전력증폭기로 서로 마주 보는 수직형 루프코일 2개를 구동한다.

일반적으로 고주파 전력증폭기(195)는 크기가 크고 고가이기 때문에 그 수를 늘리는 것은 공간적 그리고 경제적인 측면에서 제약이 따른다. 본 실시예는 전력분할기(297)를 채용함으로써, 고주파 전력증폭기의 수를 반으로 줄여 구동 제어부(290)가 차지하는 공간을 줄이면서 비용을 절감시킨다.

다음으로, 본 실시예의 자기공명영상 장치의 동작을 설명한다.

자기공명영상(Magnetic Resonance Imaging: MRI) 장치는 핵자기공명(Nuclear Magnetic Resonance: NMR) 현상을 이용해 인체의 단면을 촬영한다. 인체 내에 존재하는 수소(1H), 인(³¹P), 나트륨(²³Na), 탄소동위원소(¹³C)의 원자핵은 주자석(10)에서 발생되는 주자계에 노출되면 자화되며 이 자화 벡터는 외부 자계를 중심으로 세차운동을 하게 된다. 이 세차운동의 주파수를 라모(Larmor) 주파수라 부르며 라모 주파수는 외부 자계의 세기에 비례하고 그 비례상수를 회전자계상수(gyromagnetic ratio)라 부른다. 핵자기공명현상을 띠는 원소들은 각기 고유한 회전자계상수를 갖는다. 고주파 코일(100)은 세차운동을 하는 자화 벡터에 라모 주파수를 중심주파수로 하는 고주파 자계를 인가한다. 이에 따라 자화 벡터는 공명현상을 일으켜 주자계와 수직한 방향으로 눕게 되고, 이 누운 자화벡터는 자기공명영상의 신호원이 된다. 누운 자화벡터는 인접해 있는 고주파 코일(100)에 전압신호를 유도하는데 이 전압신호를 통상 FID(free induction decay) 신호라 부른다. 본 실시예의 고주파 코일(100)은 그 자체로 자화벡터를 공명시키는 일(송신모드)과 자기공명신호를 수신하는 일(수신모드)을 같이 수행할 수도 있고, 경우에 따라서는 송신모드 전용의 고주파 코일로 사용될 수도 있다. 한 개의 코일로 송신 및 수신모드를 다 수행하는 코일을 송수신코일이라 부르며, 송신 전용의 코일을 송신 코일, 수신 전용의 코일을 수신 코일이라 부른다.

자기공명영상의 화질을 평가하는데 있어 영상의 신호대잡음비 및 영상의 밝기 균일도는 매우 중요한 요소이다. 자기공명영상의 신호대잡음비는 주자계, 즉, 자기공명영상 장치의 부품인 초전도전자석이나 영구자석의 자계에 비례한다. 그런데, 주자계의 세기를 증가하면 신호대잡음비는 증가하지만 영상의 밝기 균일도는 나빠질 수 있다. 수소원자의 경우 3.0 테슬라의 자계에서 약 128MHz의 공명주파수를 갖는데 이 주파수 대역에서 인체 내 전자파의 파장은 약 30cm 정도이다. 인체 내에서의 전자파 파장은 공기 중에서의 파장에 비해 매우 짧은데 이는 인체 내에 분극 성질이 강한 물 분자가 많이 있기 때문이다. 인체 내에서 이처럼 전자파의 파장이 짧아지면 인체 내에서 전자파의 감쇠 및 지연효과에 의해 인체 내에 균일한 고주파 자계를 만드는 것이 어려워진다. 인체 내에 균일한 고주파 자계를 형성하지 못하면 자기공명영상의 균일도가 나빠지는 문제가 심각할 수 있다. 특히 송신 모드에서 자계의 균일도가 나쁘면 자기공명영상의 균일도가 나빠질 뿐만 아니라 영상의 대조도(contrast)에 이상이 발생할 수 있다. 자기공명영상의 대조도를 만드는 여러 요인 중 스핀격자완화시간(spin-lattice relaxation time: T1)에 기인하는 대조도는 자화벡터의 눕힘각(flip angle)에 의존하는데 이 눕힘각은 고주파 자계의 세기에 또한 의존하기 때문이다. 따라서 송신모드에서 균일한 눕힘각을 만들기 위해 인체 내 촬영 부위에 균일한 고주파 자계를 인가하는 것이 매우 중요하다.

본 실시예의 자기공명영상 장치는 3.0 테슬라 부근의 고자장에서 인체 내에 균일한 고주파 자계를 만들기 위해 여러 개의 고주파 코일을 배열한 위상배열형의 고주파 코일(100)을 사용한다. 본 실시예의 자기공명영상 장치는 위상배열형 고주파 코일(100)을 이루는 각각의 수직 루프 코일에 인가되는 고주파 신호의 크기 및 위상을 각각 독립적으로 제어함으로써 인체 내 고주파 자계의 균일도를 높이는 고주파자계교정(B1 shimming)을 용이하게 수행할 수 있다.

전술한 본 발명인 위상 배열형 고주파 코일 및 이를 채용한 자기공명영상 장치는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

10 : 주자석 20 : 경사 코일
100 : 고주파 코일 110 : 원통형 프레임
111 : 내측 프레임 112 : 외측 프레임
120, 220 : 내측 도체 121, 122, 221, 222 : 내측 부분 도체
130, 230, 330: 외측 도체
131, 132, 231, 232, 331, 332 : 외측 부분 도체
141, 142, 143, 144 : 공진주파수 조절용 캐패시터
145, 146 : 결합차단용 캐패시터
148, 149 : 임피던스 정합용 캐패시터
151, 152 : 포트 190 : 구동 제어부
191 : 감쇠기 192 : 위상천이기
195 : 고주파전력증폭기 297 : 전력분할기

Claims

직경이 다르며 동축인 내측 프레임과 외측 프레임을 갖는 원통형 프레임; 및
상기 원통형 프레임의 둘레 방향으로 배열되는 복수의 수직 루프 코일들;을 포함하며,
상기 복수의 수직 루프 코일들 각각은 내측 프레임에 종방향으로 길게 연장되어 형성된 내측 도체와, 상기 외측 프레임에 종방향으로 길게 연장되어 형성되며 상기 내측 도체와 마주보는 외측 도체와, 상기 내측 도체의 종방향의 일단과 상기 외측 도체의 종방향의 일단을 연결하여 자기공명영상 동작주파수에서 공진하게 하는 제1 공진주파수 조절용 캐패시터;를 포함하는 자기공명영상용 위상 배열형 고주파 코일.
제1 항에 있어서,
상기 내측 도체의 종방향의 타단과 상기 외측 도체의 종방향의 타단을 연결하여 자기공명영상 동작주파수에서 공진하게 하는 제2 공진주파수 조절용 캐패시터를 더 포함하는 자기공명영상용 위상 배열형 고주파 코일.
제1 항에 있어서,
상기 내측 도체는 상기 내측 프레임의 종방향을 따라 복수 개로 분할된 복수의 내측 부분 도체들을 포함하며,
상기 복수의 내측 부분 도체들의 사이에는 제3 공진주파수 조절용 캐패시터가 마련된 자기공명영상용 위상 배열형 고주파 코일.
제3 항에 있어서,
상기 외측 도체는 상기 외측 프레임의 종방향을 따라 복수 개로 분할된 복수의 외측 부분 도체들을 포함하며,
상기 복수의 외측 부분 도체들의 사이에는 제4 공진주파수 조절용 캐패시터가 마련된 자기공명영상용 위상 배열형 고주파 코일.
제4 항에 있어서,
상기 내측 도체의 분할된 내측 부분 도체들의 개수와 상기 외측 도체의 분할된 외측 부분 도체들의 개수는 같은 자기공명영상용 위상 배열형 고주파 코일.
제4 항에 있어서,
상기 복수의 수직 루프 코일들 사이에는 상기 복수의 수직 루프 코일들이 상호 독립적으로 구동되도록 하는 결합차단용 캐패시터들이 마련되는 자기공명영상용 위상 배열형 고주파 코일.
제1 항에 있어서,
상기 외측 도체는 상기 외측 프레임의 종방향을 따라 복수 개로 분할된 복수의 외측 부분 도체들을 포함하며,
상기 복수의 외측 부분 도체들의 사이에는 제4 공진주파수 조절용 캐패시터가 마련된 자기공명영상용 위상 배열형 고주파 코일.
제1 항에 있어서,
상기 복수의 수직 루프 코일들은 상기 원통형 프레임의 둘레를 따라 등각 간격으로 배치된 자기공명영상용 위상 배열형 고주파 코일.
제1 항에 있어서,
상기 내측 도체는 일부가 제거된 도체판인 자기공명영상용 위상 배열형 고주파 코일.
제1 항에 있어서,
상기 외측 도체의 상기 외측 프레임의 둘레 방향의 폭은 상기 내측 도체의 상기 외측 프레임의 둘레 방향의 폭보다 큰 자기공명영상용 위상 배열형 고주파 코일.
제1 항에 있어서,
상기 내측 도체는 상기 내측 프레임의 둘레를 따라 휘어진 곡면 도체판인 자기공명영상용 위상 배열형 고주파 코일.
제11 항에 있어서,
상기 외측 도체는 상기 외측 프레임의 둘레를 따라 휘어진 곡면 도체판인 자기공명영상용 위상 배열형 고주파 코일
제12 항에 있어서,
상기 외측 도체의 상기 원통형 프레임의 중심축을 기준으로 한 중심각은 상기 내측 도체의 상기 원통형 프레임의 중심축을 기준으로 한 중심각보다 큰 자기공명영상용 위상 배열형 고주파 코일.
제1 항에 있어서,
상기 외측 도체는 절연층과 상기 절연층을 사이에 두고 일부가 서로 겹쳐지게 배열된 복수의 외측 도체판 조각들을 포함하는 자기공명영상용 위상 배열형 고주파 코일.
제14 항에 있어서,
상기 복수의 외측 도체판 조각들은 상기 절연층을 사이에 두고 상기 절연층의 내측에 위치하는 제1 외측 도체판 조각들과 상기 절연층의 외측에 위치하는 제2 외측 도체판 조각들을 포함하는 자기공명영상용 위상 배열형 고주파 코일.
제14 항에 있어서,
상기 절연층은 복수의 절연층 조각들을 포함하며,
상기 복수의 외측 도체판 조각들은 상기 외측 프레임의 둘레를 따라 어느 한 외측 도체판 조각의 일측이 이웃하는 외측 도체판 조각의 타측의 밑쪽에 놓이도록 서로 교번하게 배열되며, 상기 복수의 외측 도체판 조각들의 겹쳐지는 영역둘에는 상기 복수의 절연층 조각들이 각각 개재되는 자기공명영상용 위상 배열형 고주파 코일.
제1 항에 있어서,
상기 복수의 수직 루프 코일들 사이에는 상기 복수의 수직 루프 코일들이 상호 독립적으로 구동되도록 하는 결합차단용 캐패시터들이 마련되는 자기공명영상용 위상 배열형 고주파 코일.
제1 항 내지 제17 항 중 어느 한 항의 자기공명영상용 위상 배열형 고주파 코일; 및
상기 자기공명영상용 위상 배열형 고주파 코일을 구동하는 구동 제어부;를 포함하는 자기공명영상용 고주파 시스템.
제18 항에 있어서,
상기 구동 제어부는 상기 복수의 수직 루프 코일들에 연결되는 복수의 고주파 전력증폭기들을 포함하는 자기공명영상용 고주파 코일 시스템.
제19 항에 있어서,
상기 복수의 고주파 전력증폭기들은 상기 복수의 수직 루프 코일들의 개수만큼 마련된 자기공명영상용 고주파 코일 시스템.
제19 항에 있어서,
상기 구동 제어부는 상기 고주파 전력증폭기에서 출력된 고주파 전력을 소정 위상차를 갖는 복수의 전력 신호들로 분할하여 상기 분할된 복수의 전력 신호들의 개수만큼의 수직 루프 코일들에 복수의 전력 신호들을 공급하는 전력분할기를 더 포함하는 자기공명영상용 고주파 코일 시스템.
제21 항에 있어서,
상기 전력분할기는 상기 고주파 전력증폭기에서 출력된 고주파 전력을 180도의 위상차를 갖는 2개의 전력 신호들로 분할하여, 상기 원통형 프레임의 중심축을 기준으로 상호 마주보는 위치에 있는 두 개의 수직 루프 코일에 공급하는 자기공명영상용 고주파 코일 시스템.
제18 항에 있어서,
상기 자기공명영상용 위상 배열형 고주파 코일은 송신용 혹은 수신 및 송신 겸용인 자기공명영상용 고주파 코일 시스템.
원통형 중공을 갖는 챔버;
상기 챔버 내에 설치되는 주자석;
상기 챔버의 중공에 설치되는 경사 코일;
상기 챔버의 중공에 설치되는 것으로서, 제1 항 내지 제17 항의 고주파 코일; 및
상기 주자석, 경사 코일, 및 고주파 코일을 구동 및 제어하는 구동 제어부;를 포함하는 자기공명영상 장치.