KR20150097025A - 자기공명영상용 RF(radio frequency) 코일 어셈블리 및 자기공명영상 시스템 - Google Patents

자기공명영상용 RF(radio frequency) 코일 어셈블리 및 자기공명영상 시스템 Download PDF

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Abstract

자기공명영상용 RF(radio frequency) 코일 어셈블리는, 피검체를 향하여 RF 신호를 인가하는 송신전용(Tx only) RF 코일과, 인가된 RF 신호에 의해 여기된(excited) 피검체의 관심 영역으로부터 자기공명 신호를 획득하는 수신전용(Rx only) RF 코일을 포함하고, 송신전용 RF 코일 및 상기 수신전용 RF 코일은, 송신전용 RF 코일에 의해 형성된 제 1 자기장의 제 1 피크 지점과 및 수신전용 RF 코일에 의해 형성된 제 2 자기장의 제 2 피크 지점이 떨어진 거리만큼 송신전용 RF 코일의 제 1 중심 및 상기 수신전용 RF 코일의 제 2 중심이 이격되어 배치된다.

Description

자기공명영상용 RF(radio frequency) 코일 어셈블리 및 자기공명영상 시스템 {RF(radio frequency) coil assembly for magnetic resonance imaging and magnetic resonance imaging system}
자기공명영상용 RF(radio frequency) 코일 어셈블리 및 자기공명영상 시스템에 관한다.
핵자기 공명(Nuclear Magnetic Resonance: NMR) 현상을 이용하는 자기공명 시스템으로서 자기공명영상(Magnetic Resonance Imaging: MRI) 장치, 자기공명 분광(Magnetic Resonance Spectroscopy: MRS) 장치 등이 알려져 있다.
자기공명영상 장치는 핵자기 공명 현상을 이용하여 인체의 단면을 촬영한다. 인체 내에 존재하는 수소(1H), 인(31P), 나트륨(23Na), 탄소동위원소(13C) 등의 원자핵은 핵자기 공명현상에 의해 각기 고유한 회전자계상수를 가지므로, 주자기장(main magnetic field)의 방향으로 정렬된 원자핵의 자화벡터(magnetization vector)에 RF 코일을 이용하여 고주파를 인가하고, 주파수 공명으로 인해 수직평면으로 자화벡터가 재정렬되면서 발생되는 자기공명 신호를 RF 코일이 수신함으로써 인체의 단면 영상을 획득할 수 있다.
RF 코일은 자화벡터를 공명시키기 위하여 고주파를 송신하고 자기공명 신호를 수신할 수 있는 RF 안테나를 포함할 수 있다. 한 개의 RF 코일(RF 안테나)로 자화벡터를 공명시키는 것(RF 송신 모드)과 자기공명 신호를 수신하는 것(RF 수신 모드)을 같이 수행할 수도 있다. 또는, RF 송신 모드 전용의 RF 코일과 RF 수신 모드 전용의 RF 코일 두 개를 각기 따로 사용하여 RF 송신 모드와 RF 수신 모드를 별개로 수행할 수도 있다. 한 개의 코일로 송신 및 수신모드를 다 수행하는 코일을 송수신(Tx/Rx) 코일이라 하며, 송신 전용의 코일을 송신 코일, 수신 전용의 코일을 수신 코일이라 한다. 대부분의 RF 송신 코일은 주자석의 내측에 설치되며, 인체가 들어 갈 수 있는 크기의 원형 혹은 원형 프레임 위에 새장(birdcage)형으로 만들어진다. 반면, RF 수신코일은 인체에 인접한 부분에 위치하며 인체의 부위별 형상에 따라 다양한 형태로 제작되는 것이 일반적이다.
자기공명영상용 RF(radio frequency) 코일 어셈블리 및 자기공명영상 시스템을 제공하는데 있다. 본 실시예가 해결하려는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
일 측면에 따르면, 자기공명영상용 RF(radio frequency) 코일 어셈블리는, 피검체를 향하여 RF 신호를 인가하는 송신전용(Tx only) RF 코일; 및 상기 인가된 RF 신호에 의해 여기된(excited) 상기 피검체의 관심 영역으로부터 자기공명 신호를 획득하는 수신전용(Rx only) RF 코일을 포함하고, 상기 송신전용 RF 코일 및 상기 수신전용 RF 코일은, 상기 송신전용 RF 코일에 의해 형성된 제 1 자기장의 제 1 피크 지점과 및 상기 수신전용 RF 코일에 의해 형성된 제 2 자기장의 제 2 피크 지점이 떨어진 거리만큼 상기 송신전용 RF 코일의 제 1 중심 및 상기 수신전용 RF 코일의 제 2 중심이 이격되어 배치된다.
또한, 상기 제 1 피크 지점 및 상기 제 2 피크 지점 각각은, 상기 제 1 자기장 및 상기 제 2 자기장의 동일한 높이에서의 평면 상에서 자기장의 세기가 가장 높은 지점을 포함한다.
또한, 상기 제 1 중심 및 상기 제 2 중심 사이의 거리는, 상기 제 1 피크 지점과 상기 제 2 피크 지점 사이의 거리에 대응된다.
또한, 상기 제 1 중심 및 상기 제 2 중심 사이의 거리는, 상기 송신전용 RF 코일 및 상기 수신전용 RF 코일의 크기 및 상기 관심 영역의 크기 중 적어도 하나에 의존한다.
또한, 상기 송신전용 RF 코일 및 상기 수신전용 RF 코일은, 2차원 상으로 오버랩되어 배치된다.
또한, 상기 송신전용 RF 코일 및 상기 수신전용 RF 코일은, 단일 채널 또는 다중 채널의 RF 코일들이다.
또한, 상기 송신전용 RF 코일 및 상기 수신전용 RF 코일은, 원형 또는 N개 (N은 3 이상의 자연수)의 변들을 갖는 다각형 모양의 코일들이다.
또한, 상기 제 1 자기장은 B1+ 필드에 대응되고, 상기 제 2 자기장은 B1- 필드에 대응된다.
또한, 상기 송신전용 RF 코일 및 상기 수신전용 RF 코일은 7T(tesla) 이상의 자기공명영상 시스템에서 구동된다.
다른 일 측면에 따르면, 자기공명영상 시스템은, 피검체를 향하여 RF 신호를 인가하는 송신전용(Tx only) RF 코일 및 상기 인가된 RF 신호에 의해 여기된(excited) 상기 피검체의 관심 영역으로부터 자기공명 신호를 획득하는 수신전용(Rx only) RF 코일을 포함하는 RF 코일 어셈블리; 상기 송신전용 RF 코일의 RF 송신 모드 및 상기 수신전용 RF 코일의 RF 수신 모드를 제어하는 RF 코일 제어부; 및 상기 획득된 상기 자기공명 신호에 기초하여 상기 피검체에 대한 자기공명영상을 생성하는 영상 처리부를 포함하고, 상기 송신전용 RF 코일 및 상기 수신전용 RF 코일은, 상기 송신전용 RF 코일에 의해 형성된 제 1 자기장의 제 1 피크 지점과 및 상기 수신전용 RF 코일에 의해 형성된 제 2 자기장의 제 2 피크 지점이 떨어진 거리만큼 상기 송신전용 RF 코일의 제 1 중심 및 상기 수신전용 RF 코일의 제 2 중심이 이격되어 배치된다.
또한, 상기 제 1 피크 지점 및 상기 제 2 피크 지점 각각은, 상기 제 1 자기장 및 상기 제 2 자기장의 동일한 높이에서의 평면 상에서 자기장의 세기가 가장 높은 지점을 포함한다.
또한, 상기 제 1 중심 및 상기 제 2 중심 사이의 거리는, 상기 제 1 피크 지점과 상기 제 2 피크 지점 사이의 거리에 대응된다.
또한, 상기 제 1 중심 및 상기 제 2 중심 사이의 거리는, 상기 송신전용 RF 코일 및 상기 수신전용 RF 코일의 크기 및 상기 관심 영역의 크기 중 적어도 하나에 의존한다.
또한, 상기 송신전용 RF 코일 및 상기 수신전용 RF 코일은, 2차원 상으로 오버랩되어 배치된다.
또한, 상기 송신전용 RF 코일 및 상기 수신전용 RF 코일은, 단일 채널 또는 다중 채널의 RF 코일들이다.
또한, 상기 송신전용 RF 코일 및 상기 수신전용 RF 코일은, 원형 또는 N개 (N은 3 이상의 자연수)의 변들을 갖는 다각형 모양의 코일들이다.
또한, 상기 제 1 자기장은 B1+ 필드에 대응되고, 상기 제 2 자기장은 B1- 필드에 대응된다.
또한, 상기 자기공명영상 시스템은, 7T(tesla) 이상의 자속 밀도로 구동된다.
상기된 바에 따르면, 송신전용(Tx only, transmit only) RF 코일과 수신전용(Rx only, receive only) RF 코일을 물리적 및 공간적으로 분리하여 송신전용(Tx only) RF 코일에 의해 형성되는 B1+ 자기장의 피크 지점과 수신전용(Rx only) RF 코일에 의해 형성되는 B1- 자기장의 피크 지점이 일치하도록 배치함으로써, B1 자기장 균일도(homogeneity)를 높이고 보다 정확한 관심 영역의 자기공명영상을 획득할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기공명영상 시스템(100)의 구성도를 도시한 도면이다.
도 2는 송수신(Tx/Rx) 겸용 RF 코일을 사용할 때 발생될 수 있는 B1 자기장의 불균일성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 RF 코일 어셈블리(130)의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 송수신(Tx/Rx) 겸용 RF 코일을 사용할 때 송수신(Tx/Rx) 겸용 RF 코일의 크기와 관계 없이 발생될 수 있는 B1 자기장의 불균일성을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 송신전용(Tx only) RF 코일(135)과 수신전용(Rx only) RF 코일(133)에 의해 형성되는 B1+ 자기장의 피크 지점과 B1- 자기장의 피크 지점을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 송수신(Tx/Rx) 겸용 RF 코일을 사용할 때 B1 자기장 필드의 중심에서 관측된 RF 신호의 강도를 나타내는 픽셀들을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 송신전용(Tx only) RF 코일(135)과 수신전용(Rx only) RF 코일(133)을 일정한 거리만큼 이격되게 배치할 경우, B1 자기장 필드의 중심에서 관측된 RF 신호의 강도를 나타내는 픽셀들을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른, 수신전용(Rx only) RF 코일(133) 및 송신전용(Tx only) RF 코일(135) 사이의 거리와 관심 영역의 크기와의 관계를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른, 사각형이 아닌 원형의 수신전용(Rx only) RF 코일 및 송신전용(Tx only) RF 코일로 구현된 RF 코일 어셈블리(130)를 도시한 도면이다.
도 10는 본 발명의 일 실시예에 따른, 육각형의 수신전용(Rx only) RF 코일 및 송신전용(Tx only) RF 코일로 구현된 RF 코일 어셈블리(130)를 도시한 도면이다.
이하 본 발명의 실시예들을 설명하도록 한다. 이하의 설명들 및 첨부된 도면들은 본 실시예에 따른 동작을 이해하기 위한 것이며, 당해 기술 분야의 통상의 기술자가 용이하게 구현할 수 있는 부분은 생략될 수 있다.
또한, 본 명세서 및 도면은 본 실시예를 제한하기 위한 목적으로 제공된 것은 아니고, 본 실시예의 범위는 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다. 그러나, 이는 본 실시예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 실시예의 기술적 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하부터는, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 실시예를 보다 상세하게 설명하도록 한다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기공명영상 시스템(100)의 구성도를 도시한 도면이다.
도 1a 및 도 1b에서는 RF 코일 어셈블리(130)의 형태에만 평면형 또는 원형으로서 차이가 있을 뿐, 다른 구성들은 동일하므로, 이하에서는 도 1a 및 도 1b를 연계하여 설명하도록 한다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 실시예의 자기공명영상 시스템(10)은 컴퓨팅 장치(100) 및 원형 하우징(190)을 포함한다.
원형 하우징(190)은 내측으로부터 외측의 순서로, 송신전용(Tx only, transmit only)의 볼륨형 RF 코일 장치(140), 경사 자계 코일(150), 및 주자석(160)을 포함한다. 피검체는 테이블(170)상에 누운 상태로 원형 하우징(190)의 중공(190a) 속에 이동하게 되며, 이후 자기공명영상의 촬영이 이루어지게 된다.
자기공명영상 시스템(10)에서 원형 하우징(190)을 구성하는 송신전용(Tx only)의 볼륨형 RF 코일 장치(140), 경사 자계 코일(150), 및 주자석(160)은 컴퓨팅 장치(100)에 연결되어 구동 및 제어된다. 컴퓨팅 장치(100)는, 촬영된 피검체의 자기공명영상을 표시하여주거나 사용자의 조작 신호가 입력되는 콘솔(미도시)에 또한 연결될 수 있다.
자기공명영상 시스템(10)에서 송신전용(Tx only)의 볼륨형 RF 코일 장치(140)는 피검체의 피검 부위에 설치되는 도 1a의 평면형의 RF 코일 어셈블리(130) 또는 도 1b의 원형의 RF 코일 어셈블리(130)와 함께 컴퓨팅 장치(100)의 RF 코일 제어부(110)에 의해 독립적으로 구동 및 제어될 수 있다.
주자석(160)은 인체 내에 분포해 있는 원소 중 자기공명 현상을 일으키는 원소, 즉 수소, 인, 나트륨, 카본 등의 원자핵을 자화시키기 위한 주자계를 발생시키는 것으로서, 초전도 전자석이나 영구 자석일 수 있다.
경사 자계 코일(150)은 자기공명영상을 촬영하기 위해서는 공간적으로 선형적인 경사 자계를 발생시키는 코일로서, 통상적으로 자기공명영상에는 x-, y-, z-방향으로 경사 자계를 각기 형성하는 세 개의 경사 자계 코일이 사용된다. 경사 자계 코일(150)은 자화 벡터가 횡평면에서 회전할 때 자화 벡터의 회전 주파수나 위상을 공간적으로 제어하여 자기공명영상 신호가 공간 주파수 영역, 즉 k-영역에서 표현되도록 하는 역할을 한다.
자기공명영상 신호를 만들기 위해 자화 벡터를 횡평면으로 정렬시켜야 하는데 이를 위해서는 라모(Larmor) 주파수를 중심 주파수로 하는 RF 자계를 발생시키는 볼륨형 RF 코일 장치(140)와 RF 코일 어셈블리(130)가 필요하다. 라모 주파수 대역의 RF 전류가 인가된 볼륨형 RF 코일 장치(140)와 RF 코일 어셈블리(130)는 라모 주파수로 회전하는 회전 자계를 형성한다. 이 회전 자계에 의하여 자화 벡터의 공명, 즉 핵자기 공명이 야기되면, 자화 벡터가 횡평면으로 정렬되게 된다. 자화 벡터가 일단 횡평면으로 정렬되게 되면 횡평면에서 라모 주파수로 회전하는 자화 벡터는 패러데이(Faraday) 법칙에 의해 볼륨형 RF 코일 장치(140)와 RF 코일 어셈블리(130)에 기전력을 발생시킨다. 이와 같은 기전력 신호, 즉 수신되는 RF 신호를 고주파 증폭기로 증폭한 뒤 라모 주파수의 정현파로 복조(demodulation)하면 기저 대역(base band)의 자기공명 신호를 얻을 수 있다. 기저 대역의 자기공명 신호는 컴퓨팅 장치(100)로 전송되어, 영상 처리부(120)에 의해 양자화 등의 처리를 거친 후 자기공명영상이 생성되게 된다.
위와 같이, 자기공명영상 시스템(10)에서 자기공명영상이 생성되는 일반적인 원리를 간략하게 설명하였다. 자기공명영상이 생성되는 과정에 관한 보다 상세한 설명은 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 자명하므로, 본 실시예에서는 생략하도록 한다.
자기공명영상 시스템(10)에서 원형 하우징(190) 내에 구비된 볼륨형 RF 코일 장치(140)는 피검체의 전신에 대한 자기공명영상을 촬영하기 위해 사용될 수 있다. 이와 달리, 피검체의 신체 일부, 예를 들어 머리, 가슴, 다리 등의 국부에 대한 자기공명영상을 촬영하기 위해서는 피검체의 신체 일부에 설치되는 RF 코일 어셈블리(130)가 사용될 수 있다. RF 코일 어셈블리(130)는 원형 하우징(190) 외부에 구비된 별도의 독립적인 장치로서, 자기공명영상의 촬영을 원하는 피검체의 신체 일부에 위치되도록 이동 가능한 장치이다.
일반적으로 알려진, 피검체의 신체 일부에 설치되는 RF 코일의 종류로는 새장형 코일 (birdcage coil), 안장형 코일(saddle coil), TEM 코일(transverse electromagnetic coil), 수신 전용 표면 코일(Receive-only surface coil) 등이 있다. 하지만, 이와 같은 종래의 RF 코일은 본 실시예에 따른 RF 코일 어셈블리(130)와는 다른 구조를 갖는다.
앞서 설명한 바와 같이, 도 1a에서는 평면형의 RF 코일 어셈블리(130)가 도시되어 있고, 도 1b에서는 도 1a과는 다른, 원형의 RF 코일 어셈블리(130)가 도시되어 있으나, 도 1a 및 도 1b에서의 RF 코일 어셈블리(130)의 기능 및 역할은 동일하다.
한편, 자기공명영상 시스템(10)에서 운영되는(operated) 공진주파수는 다양할 수 있다. 자기공명영상 시스템(10)이 3T(tesla)로 운영되는 경우 127.74 MHz의 운영 주파수, 4.7T로 운영되는 경우 200 MHz의 운영 주파수, 7T로 운영되는 경우 300 MHz의 운영 주파수, 9.4T로 운영되는 경우 400 MHz의 운영 주파수를 갖는다.
하지만, 자기공명영상 시스템(10)이 7T 이상의 초고자기장으로 운영되고, 또한 RF 코일 어셈블리(130)가 하나의 RF 코일에서 송수신(Tx/Rx)를 겸용하는 경우에는, 하나의 RF 코일에 의해 형성되는 B1 자기장의 균일도(Homogeneity)가 낮아질 수 있다.
그러므로, 본 실시예에 따른 자기공명영상 시스템(10), 특히 RF 코일 어셈블리(130)는 송신전용(Tx only) RF 코일과 수신전용(Rx only) RF 코일을 따로 분리함으로써 7T 이상의 초고자기장 하에서도 RF 코일 어셈블리(130)에 의해 형성되는 B1 자기장의 균일도를 향상시킬 수 있다. 이에 대해서는, 이하의 도면들을 참고하여 보다 상세히 설명하도록 한다.
도 2는 송수신(Tx/Rx) 겸용 RF 코일을 사용할 때 발생될 수 있는 B1 자기장의 불균일성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참고하면, 송수신(Tx/Rx) 겸용 RF 코일(131)은 Tx 모드일 경우에는 z축 방향으로 B1+ 자기장(201)을 형성시키고, Rx 모드일 경우에는 z축 방향으로 B1- 자기장(202)을 형성시킬 수 있다.
피검체에 대한 B1 자기장(201, 202)을 형성하고자 할 때, 송수신(Tx/Rx) 겸용 RF 코일(131)의 위치는 고정되어 있는바, Tx 모드일 때 피검체로 RF 신호를 송신하기 위한 B1+ 자기장(201)의 피크 지점은 Rx 모드일 때의 피검체로부터 RF 신호를 수신하기 위한 B1- 자기장(202)의 피크 지점과는 서로 다른 현상이 발생된다. 특히, 앞서 설명한 바와 같이 7T 이상의 초고자기장이 형성될 시에는 이와 같은 현상이 두드러질 수 있다. 즉, B1+ 자기장(201)의 피크 지점과 B1- 자기장(202)의 피크 지점은 xy 평면 상에서 L의 거리만큼 이격되어 있을 수 있다.
그러므로, B1+ 자기장(201)에 의해 피검체로 송신되는 RF 신호와 B1- 자기장(202)에 의해 피검체로부터 수신되는 RF 신호는 서로 균일하지 않기 때문에, 피검체에 대한 자기공명영상은 정확하지 않기 때문에 왜곡된 자기공명영상이 획득될 수 있다. 특히, B1+ 자기장(201)의 피크 지점과 B1- 자기장(202)의 피크 지점 사이에 피검체의 관심 영역이 위치할 때는 왜곡의 정도가 더욱 심해질 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 RF 코일 어셈블리(130)의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참고하면, 도 2에서 설명되었던 송수신(Tx/Rx) 겸용 RF 코일(131)과는 달리, 본 실시예의 RF 코일 어셈블리(130)는 송신전용(Tx only) RF 코일(135)과, 수신전용(Rx only) RF 코일(133)이 서로 분리된 것으로서, 2차원 평면상으로 일정 거리만큼 떨어져 겹쳐서 위치한다.
RF 코일 어셈블리(130)가 Tx 모드로 동작할 때에는, 송신전용(Tx only) RF 코일(135) 만이 구동되어 B1+ 자기장(301)을 형성한다. RF 코일 어셈블리(130)가 Rx 모드로 동작할 때에는, 수신전용(Rx only, Receive only) RF 코일(133) 만이 구동되어 B1- 자기장(302)을 형성한다.
앞서 설명된 도 2와는 달리, 송신전용(Tx only) RF 코일(135)과 수신전용(Rx only) RF 코일(133)은 2차원 평면인 xy 평면 상에서 각각의 중심이 일정한 거리 n만큼 이격되어 위치할 수 있다. 즉, 수신전용(Rx only) RF 코일(133)의 중심 좌표가 (x,y)인 것으로 가정할 경우, 송신전용(Tx only) RF 코일(135)의 중심 좌표는 (x+m, y+m)에 해당될 수 있다.
여기서, 송신전용(Tx only) RF 코일(135)과 수신전용(Rx only) RF 코일(133) 각각의 중심들 사이의 거리 n은, 도 2에서 설명되었던, B1+ 자기장(201)의 피크 지점과 B1- 자기장(202)의 피크 지점 사이의 거리 L에 대응될 수 있다.
따라서, Tx 모드일 때 피검체로 RF 신호를 송신하기 위한 B1+ 자기장(301)의 피크 지점은 Rx 모드일 때의 피검체로부터 RF 신호를 수신하기 위한 B1- 자기장(302)의 피크 지점과, 일치할 수 있다. 그러므로, B1+ 자기장(301)과 B1- 자기장(302)의 강도가 가장 높은 영역 내에 피검체의 관심 영역이 위치하는바, 관심 영역에 대한 가장 정확한 자기공명 신호를 수신할 수 있다. 즉, B1 자기장의 균일도가 향상되어 균일한 자기공명영상을 획득할 수 있게 된다.
도 4는 송수신(Tx/Rx) 겸용 RF 코일을 사용할 때 송수신(Tx/Rx) 겸용 RF 코일의 크기와 관계 없이 발생될 수 있는 B1 자기장의 불균일성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참고하면, 송수신(Tx/Rx) 겸용 RF 코일(131)은 다양한 크기로 구현될 수 있다. 즉, 송수신(Tx/Rx) 겸용 RF 코일(131)은 한 변의 길이가 5cm, 10cm 또는 15cm의 크기로 제작될 수 있다.
하지만, 송수신(Tx/Rx) 겸용 RF 코일(131)의 크기가 달라진다 할지라도, 송수신(Tx/Rx) 겸용 RF 코일(131)에 의해 형성되는 B1+ 자기장 필드의 어느 단면에서의 피크 지점의 위치(401)는 xy 평면 상에서 B1- 자기 필드의 동일한 단면에서의 피크 지점의 위치(402)와는 차이가 있다는 것을 알 수 있다. 즉, 7T 이상의 초고자기장이 형성될 경우, B1+ 자기장 필드와 B1- 자기장 필드 각각에서의 피크 지점들의 위치가 어긋나게 되어, 송신되는 RF 신호가 나타내는 피검체의 관심 영역의 위치 및 수신되는 RF 신호가 나타내는 피검체의 관심 영역의 위치가 다르게 될 수 있어 원하는 관심 영역의 자기공명영상을 획득하기 어렵다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 송신전용(Tx only) RF 코일(135)과 수신전용(Rx only) RF 코일(133)에 의해 형성되는 B1+ 자기장의 피크 지점과 B1- 자기장의 피크 지점을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참고하면, 송신전용(Tx only) RF 코일(135)에 의해 형성되는 B1+ 자기장 필드의 어느 단면에서의 피크 지점의 위치(501)는, 수신전용(Rx only) RF 코일(133)에 의해 형성되는 B1- 자기장 필드의 동일한 단면에서의 피크 지점의 위치(502)와 일치할 수 있다. 즉, 송신전용(Tx only) RF 코일(135)과 수신전용(Rx only) RF 코일(133)은 2차원 평면인 xy 평면 상에서 각각의 중심이 일정한 거리 n만큼 이격되어 위치하는바, B1 자기장 필드에서 RF 신호들의 강도가 가장 센 피크 지점들의 위치들(501, 502)이 도 4와는 달리, 서로 일치한다.
도 6은 송수신(Tx/Rx) 겸용 RF 코일을 사용할 때 B1 자기장 필드의 중심에서 관측된 RF 신호의 강도를 나타내는 픽셀들을 도시한 도면이다.
도 6을 참고하면, 7T 이상의 초고자기장을 형성하기 위하여 송수신(Tx/Rx) 겸용 RF 코일을 사용할 때 B1+ 자기장의 피크 지점(601)과 B1- 자기장의 피크 지점(602)은 서로 떨어져 있는바, B1+ 자기장과 B1- 자기장을 중첩시킨 B1 자기장의 중심 영역을 확대한 경우(603) 픽셀들이 나타내는 RF 신호들의 강도는 한 지점에서 높게 나타나지 않고 사방으로 고루 퍼져 높게 나타날 수 있다. 따라서, 관심 영역이 피크 지점(601)과 피크 지점(602) 사이에 위치할 경우, 정확한 자기공명영상을 획득하기 어려울 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 송신전용(Tx only) RF 코일(135)과 수신전용(Rx only) RF 코일(133)을 일정한 거리만큼 이격되게 배치할 경우, B1 자기장 필드의 중심에서 관측된 RF 신호의 강도를 나타내는 픽셀들을 도시한 도면이다.
도 7을 참고하면, 도 6에서 관측된 바와는 달리, B1+ 자기장의 피크 지점(701)과 B1- 자기장의 피크 지점(702)은 서로 일치한다. 따라서, B1+ 자기장과 B1- 자기장을 중첩시킨 B1 자기장의 중심 영역을 확대한 경우(703) 픽셀들이 나타내는 RF 신호들의 강도는 한 지점에서 높게 나타날 수 있다. 그러므로, B1+ 자기장과 B1- 자기장의 강도가 가장 높은 영역인 피크 지점들(701, 702)에 피검체의 관심 영역이 위치한다면, 관심 영역에 대한 가장 정확한 자기공명 신호를 획득할 수 있다.
한편, 앞서 살펴본 도 2, 4 또는 6에서와 같이, 송수신(Tx/Rx) 겸용 RF 코일을 사용할 때 형성되는 B1 자기장은 다음과 같은 수학식 1을 이용하여 계산될 수 있다.
Figure pat00001
하지만, 7T 이상의 초고자기장에서는 Tx 모드일 때의 B1+ 자기장 강도인
Figure pat00002
와 Rx 모드일 때의 B1- 자기장 강도인
Figure pat00003
가 서로 다른 지점들에서 피크를 나타내는바, B1 자기장 강도인
Figure pat00004
는, B1+ 자기장과 B1- 자기장이 균일할 때보다는 낮아지게 된다.
그러나, 본 실시예에 따라, 수신전용(Rx only) RF 코일(133)의 중심 좌표가 (x,y)이고 송신전용(Tx only) RF 코일(135)의 중심 좌표가 (x+m, y+m)로서, 수신전용(Rx only) RF 코일(133)과 송신전용(Tx only) RF 코일(135)이 서로 거리 n만큼 떨어져 있을 경우, 형성되는 B1 자기장은 다음과 같은 수학식 2를 이용하여 계산될 수 있다.
Figure pat00005
수학식 2를 참고하면, 7T 이상의 초고자기장에서 수신전용(Rx only) RF 코일(133)과 송신전용(Tx only) RF 코일(135)은 서로 RF 신호의 강도가 최대인 지점이 일치하도록 거리 n만큼 이격되어 있는바, B1 자기장 강도인
Figure pat00006
은 수학식 1에서의 B1 자기장 강도인
Figure pat00007
보다는 높은 값을 가질 수 있다.
이와 같은 점은, B1+ 자기장의 피크 지점(도 5의 501 또는 도 7의 701)과 B1- 자기장의 피크 지점(도 5의 502 또는 도 7의 702)이 일치하고, 균일한 B1 자기장이 형성될 수 있다는 것을 의미한다.
다만, 수학식 2에서 m의 값과, 앞서 설명된 거리 n은 정수를 나타낸다. 그리고, 수학식 2가 변형되어 x축으로 이격된 거리와 y축으로 이격된 거리는 서로 다른 값을 가질 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른, 수신전용(Rx only) RF 코일(133) 및 송신전용(Tx only) RF 코일(135) 사이의 거리와 관심 영역의 크기와의 관계를 도시한 도면이다.
도 8의 그래프는, 관심 영역의 크기에 따라 수신전용(Rx only) RF 코일(133) 및 송신전용(Tx only) RF 코일(135) 사이의 거리 n은 달라질 수 있다는 것을 나타낸다. 또한, 도 8의 그래프는, 동일한 관심 영역의 크기라 할지라도, 수신전용(Rx only) RF 코일(133) 및 송신전용(Tx only) RF 코일(135) 각각의 크기에 따라 수신전용(Rx only) RF 코일(133) 및 송신전용(Tx only) RF 코일(135) 사이의 거리 n은 달라질 수 있다는 것을 나타낸다.
결국, 수신전용(Rx only) RF 코일(133) 및 송신전용(Tx only) RF 코일(135) 사이의 거리 n은 B1+ 자기장의 피크 지점과 B1- 자기장의 피크 지점 사이의 거리에 대응될 수 있고, 또한 수신전용(Rx only) RF 코일(133) 및 송신전용(Tx only) RF 코일(135) 사이의 거리 n은 수신전용(Rx only) RF 코일(133) 및 송신전용(Tx only) RF 코일(135) 각각의 크기 또는 관심 영역의 크기에 의존적일 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른, 사각형이 아닌 원형의 수신전용(Rx only) RF 코일 및 송신전용(Tx only) RF 코일로 구현된 RF 코일 어셈블리(130)를 도시한 도면이다.
도 9를 참고하면, RF 코일 어셈블리(130)는 앞서 설명된 사각형의 코일 형태가 아닌, 원형으로도 구현될 수 있다. 그리고, 수신전용(Rx only) RF 코일 및 송신전용(Tx only) RF 코일 사이의 거리는 n으로서 수신전용(Rx only) RF 코일 및 송신전용(Tx only) RF 코일 각각이 형성하는 B1+ 자기장 및 B1- 자기장의 피크 지점이 일치하도록 이격되어 있을 수 있다.
도 10는 본 발명의 일 실시예에 따른, 육각형의 수신전용(Rx only) RF 코일 및 송신전용(Tx only) RF 코일로 구현된 RF 코일 어셈블리(130)를 도시한 도면이다.
도 10을 참고하면, RF 코일 어셈블리(130)는 앞서 설명된 사각형, 원형의 코일 형태가 아닌, 육각형으로도 구현될 수 있다. 그리고, 수신전용(Rx only) RF 코일 및 송신전용(Tx only) RF 코일 사이의 거리는 n으로서 수신전용(Rx only) RF 코일 및 송신전용(Tx only) RF 코일 각각이 형성하는 B1+ 자기장 및 B1- 자기장의 피크 지점이 일치하도록 이격되어 있을 수 있다.
즉, 본 실시예에 따른 RF 코일 어셈블리(130)는 원형 또는 다각형의 형태의 RF 코일로 구현될 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 자기공명영상 시스템
100: 컴퓨팅 장치 110: RF 코일 제어부
120: 영상 처리부 130: RF 코일 어셈블리
140: 볼륨형 RF 코일 장치 150: 경사 자계 코일
160: 주자석 170: 테이블
190: 원형 하우징 190a: 중공
133: 수신전용(Rx only) RF 코일 135: 송신전용(Tx only) RF 코일
301: B1+ 자기장 302: B1- 자기장

Claims (18)

  1. 자기공명영상용 RF(radio frequency) 코일 어셈블리에 있어서,
    피검체를 향하여 RF 신호를 인가하는 송신전용(Tx only) RF 코일; 및
    상기 인가된 RF 신호에 의해 여기된(excited) 상기 피검체의 관심 영역으로부터 자기공명 신호를 획득하는 수신전용(Rx only) RF 코일을 포함하고,
    상기 송신전용 RF 코일 및 상기 수신전용 RF 코일은, 상기 송신전용 RF 코일에 의해 형성된 제 1 자기장의 제 1 피크 지점과 및 상기 수신전용 RF 코일에 의해 형성된 제 2 자기장의 제 2 피크 지점이 떨어진 거리만큼 상기 송신전용 RF 코일의 제 1 중심 및 상기 수신전용 RF 코일의 제 2 중심이 이격되어 배치된, RF 코일 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 피크 지점 및 상기 제 2 피크 지점 각각은
    상기 제 1 자기장 및 상기 제 2 자기장의 동일한 높이에서의 평면 상에서 자기장의 세기가 가장 높은 지점을 포함하는, RF 코일 어셈블리.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 중심 및 상기 제 2 중심 사이의 거리는
    상기 제 1 피크 지점과 상기 제 2 피크 지점 사이의 거리에 대응되는, RF 코일 어셈블리.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 중심 및 상기 제 2 중심 사이의 거리는
    상기 송신전용 RF 코일 및 상기 수신전용 RF 코일의 크기 및 상기 관심 영역의 크기 중 적어도 하나에 의존하는, RF 코일 어셈블리.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 송신전용 RF 코일 및 상기 수신전용 RF 코일은
    2차원 상으로 오버랩되어 배치된, RF 코일 어셈블리.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 송신전용 RF 코일 및 상기 수신전용 RF 코일은
    단일 채널 또는 다중 채널의 RF 코일들인, RF 코일 어셈블리.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 송신전용 RF 코일 및 상기 수신전용 RF 코일은
    원형 또는 N개 (N은 3 이상의 자연수)의 변들을 갖는 다각형 모양의 코일들인, RF 코일 어셈블리.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 자기장은 B1+ 필드에 대응되고, 상기 제 2 자기장은 B1- 필드에 대응되는, RF 코일 어셈블리.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 송신전용 RF 코일 및 상기 수신전용 RF 코일은
    7T(tesla) 이상의 자기공명영상 시스템에서 구동되는, RF 코일 어셈블리.
  10. 자기공명영상 시스템에 있어서,
    피검체를 향하여 RF 신호를 인가하는 송신전용(Tx only) RF 코일 및 상기 인가된 RF 신호에 의해 여기된(excited) 상기 피검체의 관심 영역으로부터 자기공명 신호를 획득하는 수신전용(Rx only) RF 코일을 포함하는 RF 코일 어셈블리;
    상기 송신전용 RF 코일의 RF 송신 모드 및 상기 수신전용 RF 코일의 RF 수신 모드를 제어하는 RF 코일 제어부; 및
    상기 획득된 상기 자기공명 신호에 기초하여 상기 피검체에 대한 자기공명영상을 생성하는 영상 처리부를 포함하고,
    상기 송신전용 RF 코일 및 상기 수신전용 RF 코일은, 상기 송신전용 RF 코일에 의해 형성된 제 1 자기장의 제 1 피크 지점과 및 상기 수신전용 RF 코일에 의해 형성된 제 2 자기장의 제 2 피크 지점이 떨어진 거리만큼 상기 송신전용 RF 코일의 제 1 중심 및 상기 수신전용 RF 코일의 제 2 중심이 이격되어 배치된, 자기공명영상 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 피크 지점 및 상기 제 2 피크 지점 각각은
    상기 제 1 자기장 및 상기 제 2 자기장의 동일한 높이에서의 평면 상에서 자기장의 세기가 가장 높은 지점을 포함하는, 자기공명영상 시스템.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 중심 및 상기 제 2 중심 사이의 거리는
    상기 제 1 피크 지점과 상기 제 2 피크 지점 사이의 거리에 대응되는, 자기공명영상 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 중심 및 상기 제 2 중심 사이의 거리는
    상기 송신전용 RF 코일 및 상기 수신전용 RF 코일의 크기 및 상기 관심 영역의 크기 중 적어도 하나에 의존하는, 자기공명영상 시스템.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 송신전용 RF 코일 및 상기 수신전용 RF 코일은
    2차원 상으로 오버랩되어 배치된, 자기공명영상 시스템.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 송신전용 RF 코일 및 상기 수신전용 RF 코일은
    단일 채널 또는 다중 채널의 RF 코일들인, 자기공명영상 시스템.
  16. 제 10 항에 있어서,
    상기 송신전용 RF 코일 및 상기 수신전용 RF 코일은
    원형 또는 N개 (N은 3 이상의 자연수)의 변들을 갖는 다각형 모양의 코일들인, 자기공명영상 시스템.
  17. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 자기장은 B1+ 필드에 대응되고, 상기 제 2 자기장은 B1- 필드에 대응되는, 자기공명영상 시스템.
  18. 제 10 항에 있어서,
    상기 자기공명영상 시스템은
    7T(tesla) 이상의 자속 밀도로 구동되는, 자기공명영상 시스템.
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