KR20150011784A - 자기 공명 영상화 시스템의 코일 시스템용 국부 코일 - Google Patents

자기 공명 영상화 시스템의 코일 시스템용 국부 코일 Download PDF

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Abstract

자기 공명 영상화 시스템(2)의 작동 중 형성되는 핫스팟(8)을 가지는 자기 공명 영상화 시스템의 코일 시스템용 국부 코일(1)은 가능한 강한 자기장 세기를 이용하여 환자에 대해 가능한 즐거운 MRI 검사를 허용하도록 의도된다. 이를 위해, 국부 코일(1)은 핫스팟(8)의 구역에 배열된 방열판(10)을 포함한다.

Description

자기 공명 영상화 시스템의 코일 시스템용 국부 코일 {LOCAL COIL FOR THE COIL SYSTEM OF A MAGNETIC RESONANCE IMAGING SYSTEM}
본 발명은 자기 공명 영상화 시스템의 작동 중 형성하는 핫스팟(hot spot)을 가지는 자기 공명 영상화 시스템의 코일 시스템(coil system)용 국부 코일에 관한 것이다.
자기 공명 영상화(MRI)는 기관 및 다수의 비정상의 기관 변화들이 평가되는 것을 허용하는 사람(또는 동물) 신체의 부분 영상들을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 이는 (자기 공명 영상화(MRI) 시스템에서 생성되는) 매우 강한 자계들 및 무선 주파수 범위 내의 교번 자계들을 기초로 하며, 이에 의해 신체 내의 특정 원자핵들(전형적으로 수소 핵들/양자들)은 공명에 의해 여자되어 그 결과로서, 전기 신호가 수신기 회로 내에 유도된다.
MRI 시스템들은 전형적으로 전송 유닛을 가지며 이 전송 유닛은 핵 스핀(spin)을 여자하기 위한 실질적으로 균일한 무선 주파수 필드(field)를 생성하기 위해 제공된다. 연관된 전송 코일은 여기서 "신체 코일(body coil)"로서 공지된 것으로서 빈번히 구성되고 전형적으로 자석들 및 경사계 코일(gradient coil)들에 고정되게 포함된다. 신호들의 공간 분해능에 대해, 주파수 및 위상 엔코딩(phase encoding)은 전송 코일을 통해 전송된 펄스 시퀀스(pulse sequence)들 내에 맵핑된다(map). 전송 코일의 상류에 연결된 대응하는 신호 발생 유닛(unit)에서, 주파수 및 위상 변화들을 생성하기 위한 대응 모듈(module)이 이에 따라 제공되며, 이 대응 모듈은 디지털(digital) 방식으로 제어된 진동기를 작동시켜 대응 진동들을 생성한다. 생성된 모듈 신호는 증폭기(무선 주파수 동력 증폭기(RFPA))로 전달된다. RFPA는 신호를 증폭하여 이 증폭된 신호를 전송 코일로 전송한다.
임상적 환경에서, 오늘날 전형적으로 1.5 테슬라(Tesla) 또는 3 테슬라 MRI 시스템들이 사용된다. 그러나, 목표는 예를 들면 7 테슬라의 더 높은 자계 세기(strength)이며, 이는 기록된 MRI 신호가 상당히 더 크기 때문이다. 이 같은 높은 자계 세기(>3 T)에 의해, 신체 코일 대신, 복수의 국부 코일들로서 공지된 것들이 가능한 균일한 여자 필드를 생성하도록 전송을 위해 사용된다. 신체 위, 신체 아래 또는 신체 내 바로 근처에 장착되는 안테나 시스템(antenna system)들이 있다. 유전체 공명들에 의해 유발되는 교란하는 비균일성이 전체 신체 공명기를 사용하는 여자에 비해 감소된다. 그러나, 심지어 3 테슬라 미만의 자계 세기들을 구비한 시스템들에서, 국부 코일들은 상기 장점들 때문에 수신 또는 전송/수신 코일들로서 사용된다.
이 같은 국부 코일들의 표면상의 특정 지점들이 가열될 수 있다. 즉, 핫스팟이 MRI 시스템의 작동 중 형성된다. 국부 코일들이 신체의 구역 내에 직접 배열되기 때문에, 이러한 가열은 환자들에게 불쾌감을 경험하게 할 수 있다.
따라서 본 발명의 목적은 가능한 환자에게 쾌적한, 자계 세기가 가능한 높은, MRI 검사를 허용하는 도입부에서 언급한 타입의 국부 코일을 상세하는 것이다.
이러한 목적은 본 발명에 따라 핫스팟의 구역에 배열되는 방열판을 포함하는 국부 코일에 의해 성취된다.
본 발명은 여기서 가능한 강한 자계들을 이용한 검사들에서, 국부 코일들이 생략되지 않아야 하는 고려를 기초로 한다. 환자에게 경사자계 코일들의 발생된 열을 전달하는 전체 신체 경사자계 코일들의 높은 분포의 자계들 및 전계들에 의해 이러한 경우에 주로 형성되는 핫스팟들이 회피되어야 한다. 그러나, 국부 코일들을 재구조화함으로써 상기 핫스팟들의 원인을 회피하는 것은 잠재적으로 비용이 많이 들고, 복잡하거나 전혀 가능하지 않다. 따라서, 환자들에 대한 핫스팟들의 영향은 더 많은 증상에 의한 접근시 감소되어야 한다. 이는 발생된 열을 가능한 신속하게 방산시키고 이 열을 표면에 걸쳐 분배함으로써 가능하게 된다. 이는 핫스팟의 구역에서 방열판을 포함하는 국부 코일에 의해 달성가능하다.
유용하게는, 방열판은 여기서 비 자성 및 전기 절연 재료를 포함한다. 이는 강 자계의 구역에서 자기 공명 영상화 시스템으로 이동하는 자성 및 전기 전도성 재료들이 극단적인 경우들에서 환자를 위험하게 하는 것을 초래하는 직접적인 자기 또는 로렌츠력(Lorentz force)을 받기 때문이다. 그러나, 적어도 영상 허상(image artifact)들이 생성되는데, 즉 MRI 영상화의 품질이 열화된다.
유용한 일 실시예에서, 방열판은 미터(meter) 및 켈빈(Kelvin) 당 10W(W/mK) 초과의 비열 전도도를 갖는다. 더욱 유용한 일 실시예에서, 방열판은 미터 및 켈빈 당 100W 초과의 비열 전도도를 갖는다. 이는 환자의 신체로부터 열의 신속한 방산 및 분배를 보장한다.
50 W/mK 초과의 열 전도도들은 예를 들면, 강에 의해 도달된다. 구리 및 알루미늄은 또한 매우 높은 열 전도도들을 달성한다. 그러나, 모든 이러한 재료들은 이들의 자기적 및/또는 전기적 특성들 때문에 MRI 시스템들에서 사용되지 않아야 한다. 방열판은 이에 따라 유용하게는 세라믹(ceramic) 재료를 갖는다. 세라믹들은 주로 상온에서 물이 첨가되고 후속하여 건조되는 무기의 미립자 원료들(성형체(green body)들로서 공지됨)로부터 형성된 물체들이며 이 원료들은 더 단단하고 더 내구적인 물체들을 형성하기 위하여 1000 K 초과의 후속하는 소성(firing) 프로세스에서 가열된다. 이 물체들은 비자성이고 전기 전도성이 없지만, 충분한 열 전도도를 가지고 있으며 특히 MRI 시스템들에서 방열판들로서 적합하다.
방열판은 유용하게는 질화 알루미늄 세라믹을 포함한다. 질화 알루미늄 세라믹은 전형적으로 압력 없이 약 2100 K의 온도에서 소결된다. AIN 세라믹이 180 W/mK의 매우 우수한 열 전도도를 가지고 동시에 전기 전도성이 없고 자성이 없기 때문에, MRI 시스템들에서 방열판들에 대한 재료로서 특히 적합할 수 있다.
추가의 유용한 일 실시예에서, 방열판의 표면적은 5 ㎠를 초과한다. 결과적으로, 표면에 걸쳐 핫스팟에 형성된 열 에너지의 충분한 분포가 보장된다.
자기 공명 영상화 시스템을 위한 코일 시스템은 유용하게는 설명된 국부 코일을 포함한다. 결과적으로, MRI 검사는 특히 환자에게 즐거움이 된다. 동시에, 강한 자계들이 고 품질 영상화를 위해 사용될 수 있다.
자기 공명 영상화 시스템은 유용하게는 이 같은 코일 시스템을 포함한다.
자기 공명 영상화를 이용하는 영상화를 위한 하나의 방법에서, 이 같은 자기 공명 영상화 시스템이 유용하게 사용된다.
본 발명에 의해 달성되는 장점은 특히 MRI 시스템의 국부 코일들 내로의 방열판들의 도입 때문에, 매우 우수한 방열이 달성되고 이에 따라 환자에게 검사가 더 즐거워진다는 것이다. 특정 검사 환경들 하에서, 이에 따라 근접하게 접촉하는 국부 코일들의 사용은 제 1 장소에서 가능하게 된다. 질화 알루미늄의 세라믹 판들의 사용에 의해, 우수한 자기 공명 호환성에 의해 약 10K의 온도 감소가 달성된다. 방열판들은 예를 들면 접착제 스트립(strip)들(양면) 또는 2-성분 접착제를 사용하여 국부 코일의 하우징(housing)들 내로 직접 접착제에 의해 본딩(bond)될 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예는 도면을 참조하여 더 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 국부 코일을 통한 횡단면도를 도시하며,
도 2는 자기 공명 영상화 시스템을 도시한다.
동일한 부분들은 도면들 도처에서 동일한 도면 부호를 갖는다.
도 1은 자기 공명 영상화 시스템(2)에서 사용된 바와 같이, 국부 코일(1)을 통한 횡단면을 예시한다. 자기 공명 영상화 시스템(2)은 도 2에서 보다 상세히 설명될 것이다.
국부 코일(1)은 전기 신호들을 공급하기 위한 연결부들(더 상세하게 도시되지 않음)이 제공되는 실제 코일(actual coil; 4)을 갖는다. 코일(4)은 하우징(6) 내에 배열된다. 작동 중, 국부 코일(1)은 핫스팟(8)을 가지며, 이 핫스팟에서 비교적 높은 열이 전개된다. 환자를 불쾌하게 하는 이러한 열을 허용하지 않도록, 방열판(10)은 핫스팟(8)의 구역에서 하우징(6) 내로 접착되게 본딩된다. 이는 예를 들면 접착제 스트립 또는 2-성분 접착제를 사용하여 수행될 수 있다.
방열판(10)은 질화 알루미늄 세라믹으로 제조된다. 따라서 방열판은 180 W/mK의 비열 전도도를 가지며 전기 전도성이 없고 그리고 자성이 없다. 방열판(10)은 5 ㎠ 초과의 표면적을 갖는다.
자기 공명 영상화 시스템(2)은 도 2에서 개략적으로 단면으로 예시된다. 도 2에서 자기 공명 영상화 시스템(2)은 7 테슬라 까지의 고 자계 세기를 위해 구성되며, 이는 국부 코일(1)들이 가능한 균일한 자계를 성취하기 위해 사용되는 이유이다.
원통형 터널(122) 내에 위치하는 환자(14)는 예를 들면 7 테슬라의 자계를 생성하는 강한(strong) 자석(16)에 의해 둘러싸인다. 더욱이, 또한 다양한 축방향 구역들에서 환자(14)를 둘러쌀 수 있고 경사자계(gradient field)들 위에 놓일 수 있는 경사자계 코일(18)들이 제공된다. 경사자계 코일(18)들은 전송 유닛(20)에 의해 작동되지만 명료성의 이유 때문에 도면에 예시되지 않는다. 더욱이, 4개의 국부 코일(1)들은 환자(14)들 위에 배열된다. MRI 측정의 원리가 아래에서 간략하게 설명된다:
실제 측정은 스핀 에코 시퀀스(spin echo sequence)로서 공지되는 것의 원리에 따라 수행된다. 이러한 내용에서 "시퀀스"(또한 "펄스 시퀀스")는 국부 코일(1)들을 사용하여 방사된 무선 주파수 펄스들 및 경사자계 코일(18)들에서 생성되는 특정 주파수의 경사자계 및 세기의 조합이며 미리 특정된 순서로 초당 여러번 온(on) 및 오프 스위칭(off switching)된다. 처음에, 90°여자 펄스(pulse)로서 공지되는 적절한 주파수(라모 주파수;Larmor frequency)를 구비한 무선-주파수를 형성한다. 이에 의해, 자화는 외부 자계에 대해 횡방향으로 90°를 통하여 편향된다. 원래 축선을 순환하기 시작한다(세차(precession)).
프로세스에서 생성된 무선-주파수 신호는 신체 외부에서 측정될 수 있다. 무선 주파수 신호는 기하급수적으로 감소하는데, 이는 양자 스핀들이 "싱크(sync)"로부터 벗어나서("위상 이완(dephase)") 자멸적으로 겹쳐지는 것이 증가하기 때문이다. 신호의 63%가 붕괴된 후의 시간은 완화 시간(스핀-스핀 완화)이다. 이러한 시간은 수소의 화학적 환경에 의존하며; 이는 각각의 조직 타입에 대해 상이하다. 종양(tumor) 조직은 보통 예를 들면 정상 근육 조직보다 더 긴 시간을 갖는다. 가중된 측정은 이에 따라 종양을 종양의 이의 주변보다 더 밝게 디스플레이한다.
측정된 신호들을 개별 용적 요소들(복셀(voxel)들)과 연관시킬 수 있도록, 공간적 엔코딩은 선형 공간적으로 의존하는 자계들(경사자계들)을 사용하여 발생된다. 여기서 이용되는 것은 특정 입자에 대해 라모 주파수가 자기 플럭스 밀도에 의존한다(입자 스핀의 방향에 대해 수직한 자계 부분이 강할수록, 라모 주파수가 더 크다)는 사실이며: 경사는 여자의 경우 존재하며 단지 신체의 개별 층이 적절한 라모 주파수를 가지는 것, 즉 단지 이러한 층의 스핀들이 편향되는 것(층 선택 경사)을 보장한다. 제 1 경사에 대해 횡단하는 제 2 경사는 여자 후 간단히 스위칭 온(swtiching on)되고 스핀의 제어된 위상 이완이 발생하여 각각의 영상 로(row)에서 스핀들의 세차가 상이한 위상 배향(위상 엔코딩 경사)을 갖는다. 제 3 경사는 다른 두 개의 경사에 대해 직각으로 측정되는 동안 스위칭 온되며; 이는 각각의 영상 컬럼(column)의 스핀들이 상이한 세차 속도를 가지며, 즉 상이한 라모 주파수(판독 경사, 주파수 엔코딩 경사)를 전송하는 것을 보장한다. 모든 3개의 경사들이 함께 이에 따라 3개의 공간 평면들에서 신호의 엔코딩을 일으킨다.
신호는 또한 국부 코일(1)들을 통해 도 2에서 자기 공명 영상화 시스템(2)에 수신된다. 이를 위해, 스위치(22)가 제공되며 이 스위치는 전송 펄스들 사이의 국부 코일(1)들로부터 평가 유닛(24)으로 출력 신호를 안내하며, 평가 유닛에서 이 출력 신호는 디코딩되고 영상의 형태로 디스플레이 유닛(26) 상에 디스플레이된다. 평가 유닛(24)은 예를 들면 개인용 컴퓨터일 수 있다.
1 국부 코일
2 자기 공명 영상화 시스템
4 코일
6 하우징
8 핫스팟
10 방열판
12 터널
14 환자
16 자석
18 경사자계 코일
20 전송 유닛
22 스위치
24 평가 유닛
26 디스플레이 유닛

Claims (10)

  1. 자기 공명 영상화 시스템(2)의 작동 중 형성된 핫스팟(8)을 가지는 자기 공명 영상화 시스템(2)의 코일 시스템용 국부 코일(1)로서,
    상기 핫스팟(8)의 구역에 배열되는 방열판(10)을 포함하는,
    자기 공명 영상화 시스템의 코일 시스템용 국부 코일.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 방열판(10)은 비-자기 및 전기 절연 재료를 포함하는,
    자기 공명 영상화 시스템의 코일 시스템용 국부 코일.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 방열판(10)은 10 W/mK 초과의 비열 전도도를 가지는,
    자기 공명 영상화 시스템의 코일 시스템용 국부 코일.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 방열판(10)은 100 W/mK 초과의 비열 전도도를 가지는,
    자기 공명 영상화 시스템의 코일 시스템용 국부 코일.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방열판(10)은 세라믹 재료를 가지는,
    자기 공명 영상화 시스템의 코일 시스템용 국부 코일.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 방열판(10)은 질화 알루미늄 세라믹을 포함하는,
    자기 공명 영상화 시스템의 코일 시스템용 국부 코일.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방열판(10)의 표면적이 5 cm2을 초과하는,
    자기 공명 영상화 시스템의 코일 시스템용 국부 코일.
  8. 자기 공명 영상화 시스템(2)용 코일 시스템으로서,
    제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에서 청구된 국부 코일(1)을 포함하는,
    자기 공명 영상화 시스템용 코일 시스템.
  9. 자기 공명 영상화 시스템(2)으로서,
    제 8 항에서 청구된 코일 시스템을 가지는,
    자기 공명 영상화 시스템.
  10. 제 9 항에서 청구된 자기 공명 영상화 시스템(2)이 사용되는,
    자기 공명 영상화를 사용하는 영상화 방법.
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