KR20150133192A - 단일의 두꺼운 루프를 갖는 자기 공명 영상 - Google Patents

단일의 두꺼운 루프를 갖는 자기 공명 영상 Download PDF

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제이.에스.파스리챠 엔터프라이지스, 엘엘씨
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Abstract

전도성 루프는 두꺼운 단면을 가지고, 매우 높은 전류를 생성할 수 있는 하나의 전압원에 의해 가동된다. 루프(loop)의 반평행 세그먼트는 서로 매우 근접하게 되며, 이러한 루프에서 쌍이 아닌(unpaired) 세그먼트는 총칭하여 균질 B0 자기장을 형성하도록 형상화된다. 전압원은 두꺼운 루프 내의 전류의 생성된 재분배가 동시에 B0 자기장 이외에 필요한 경사 자기장 및/또는 보정 자기장을 확립시키도록 두꺼운 루프의 한 포인트에서 다른 포인트로 전류를 션트한다.

Description

전류 션트를 갖는 루프를 가진 ＭＲＩ에 대한 자기장의 생성{GENERATION OF MAGNETIC FIELDS FOR MRI WITH LOOPS HAVING CURRENT SHUNTS}
본 발명은 전기 전류의 인가를 통해 자기장 패턴의 확립(establishment)에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 자기 공명 영상(MRI: Magnetic Resonance Imaging) 스캐너와 관련하여, 그리고 피사체로부터의 정보의 추출을 위한 정확한 자기장 패턴의 확립을 또한 필요로 하는, 핵 자기 공명 분광법(Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy), 전자 상자성 공명 영상(Electron Paramagnetic Resonance Imaging), 및 전자 상자성 공명 분광법(Electron Paramagnetic Resonance Spectroscopy)과 같은 다른 시스템과 관련하여 자기장 패턴의 확립에 관한 것이다.
자기 공명 영상(MRI) 스캐너 및 다른 유사한 장치는 피사체 내에 본래 존재하는 자기 모멘트의 방향을 정확하게 조작하기 위해 자기장을 확립하는 시스템이다. 이러한 조작은 자기 모멘트가 스캐너 내에 전기 신호를 생성하도록 하고, 이러한 신호는 결과적으로 피사체의 내부 구성의 상세한 영상을 구성하는데 사용된다.
영상 촬영 중에 MRI 스캐너 내에 보이는 자기장은 일반적으로 스캐너에 의해 생성된 둘 이상의 매우 상이한 자기장 패턴의 합이다. 이러한 패턴은 이의 순 효과(net effect)가 영상 촬영을 위해 특별히 지정된 스캐너의 볼륨 내에서 시간의 특정 순간에 원하는 자기 모멘트의 방향을 생성하도록 주의하여 설계되고 시간이 정해져야 한다. MR 영상 획득에 중요한 것으로 고려된 자기장 패턴은 매우 강하고 균질인 B0 자기장; 무선 주파수에서 변동하는 B1 자기장과; x-경사(gradient) 자기장, y-경사 자기장 및 z-경사 자기장이며, 이러한 경사 자기장의 각각의 크기는 각각 x-방향, y-방향 및 z-방향에서 대략 선형으로 변화한다. 보정 자기장(shimming magnetic field)은 매우 종종 B0 자기장의 균질성의 향상을 위해 사용된다.
위의 자기장 패턴의 각각은 일반적으로 스캐너 내의 별개의 구조에 의해 생성되고, 각각의 이러한 구조는 전기 전류의 구성 또는 영구 자석의 구성 중 하나이다. 저항성 MRI 스캐너의 경우에, 자기장 패턴의 모두는 비초전도 전기 구조에 의해 생성된다.
MRI 영상 촬영은 질병 진단에 상당히 성공적으로 적용되었다. 그러나, 암 검진을 포함하는 질병 검진으로의 MRI의 확장은 불행하게도 상대적으로 제한되어 있다. 검진을 위한 MRI의 사용을 상당히 제한하는 두 가지 요인은 일반적으로 스캐너 구성과 관련된 비교적 높은 비용과, MRI 스캐너 내에서 발견된 통상적 작은 환자 공간과 관련된 불편함이다.
스캐너를 더 저렴하고 넓게 하고, 따라서 특히 질병 검진으로 지향된 스캐너를 개발하기 위한 하나의 접근 방식은 각각의 전기 전류의 합을 운반하는 구성을 가진 MRI에 사용되는 복수의 자기장 패턴을 동시에 생성하는 것이다. 원칙적으로, B0 자기장, 경사 자기장 및 보정 자기장의 전류를 합산하는 것을 생각할 수 있는데, 그 이유는 이러한 자기장의 모두의 벡터는 주로 단일 방향, 관례상 z 방향으로 지향되기 때문이다.
그러나, 합산된 전류 구성으로 경사 자기장 및/또는 보정 자기장을 생성할 시에 매우 성공적인 것으로 나타나는 방법이 개발되었지만, 특히 경사 자기장 및/또는 보정 자기장과 B0 자기장을 결합하기 위한 실제적인 수단이 아직 도입되지 않았다. 예를 들면, 겝 하르트 등에 의한 미국 특허 제6,492,817호는 상이한 자기장 패턴을 동시에 확립할 수 있고, 루프들의 평면에 수직으로 지향되는 규칙적으로 이격된 라인 세그먼트에 의해 연결된 일련의 평행 동심 루프들로 이루어지는 전기적 구성을 나타낸다. 루프 권선이 사용되지 않는 경우에 B0 자기장에 필요한 전류가 수만 암페어의 정도이기 때문에, 가상의 B0 자기장에 기여하는 이러한 구조의 각 루프는 매우 큰 전류를 전달할 수 있는 전압원을 가져야 한다. 상당한 균질 B0 자기장에 대해 최소 4개의 루프를 가정하면, 매우 큰 전류에 대한 4개의 전압원은 이러한 구조가 다른 자기장 패턴 중에서 B0 자기장을 생성하는데 필요하다.
왓킨스 등에 의한 미국 특허 제6,933,724호는 개개의 루프가 독립적인 전압원을 가진 별도의 루프 세그먼트 또는 아크(arc)로 대체된 전기적 구성을 개시하고 있다. 각 세그먼트된 루프 및 전체적으로 구조의 전류 패턴은 상이한 MRI 자기장 패턴과 관련된 전류 패턴의 합을 명백히 나타낼 수 있다. 그러나, 본 명세서에서 가상의 B0 자기장에 기여하는데 사용되는 각 세그먼트는 수만 암페어를 생성할 수 있는 전압원을 필요로 한다. 다시 B0 자기장에 대해 최소 4개의 루프의 조립을 가정하고, 추가로 왓킨스 등의 구조의 각 세그먼트 루프가 적어도 4개의 세그먼트로 구성된다고 가정하면, 매우 높은 16개의 전류원은 이러한 구조가 다른 자기장 패턴과 함께 동시에 B0 자기장을 생성하는 경우에 필요로 한다. 매우 비실용적인 요구 사항 이상으로, B0 자기장에 기여하는 각 세그먼트와 관련된 매우 높은 리턴 전류는 에너지의 낭비로 이어지고, 추가적으로 스캐너의 영상 촬영 볼륨 내에서 자기장을 상당히 왜곡시킬 가능성이 있다.
본 발명의 목적은 매우 높은 전류의 복수의 전압원을 필요로 하지 않거나 상술한 다른 문제를 처리하지 않고 합산된 전류 구성을 통해 하나 이상의 다른 자기장 패턴과 함께 B0 자기장을 확립할 수 있는 구조를 제공하는 것이다.
이러한 목적은 두꺼운 단면을 가진 전도성 루프(conducting loop)와 매우 높은 전류를 생성할 수 있는 단일 전압원을 포함하는 실시예를 통해 본 발명에 따라 달성된다. 루프의 반평행 세그먼트는 서로 매우 근접하게 되며, 이는 루프가 하나 이상의 위치에서 효과적으로 "핀치(pinched)"되고, 반평행 세그먼트의 각 쌍은 스캐너의 영상 촬영 볼륨 내에 대략 0 자기장을 제공한다. 이러한 루프에서 쌍이 아닌(unpaired) 세그먼트는 총칭하여 균질 B0 자기장을 형성하도록 형상화된다. 그 후, 전압원은 두꺼운 루프(thick loop) 내의 전류의 생성된 재분배가 동시에 B0 자기장 이외에 필요한 경사 자기장 및/또는 보정 자기장을 확립시키도록 두꺼운 루프의 한 포인트에서 다른 포인트로 전류를 션트(shunt)한다.
B0 자기장 및 단일의 두꺼운 루프를 가진 다른 자기장 패턴을 동시에 확립하기 위한 개시된 시스템 및 방법의 더 나은 이해는 도면을 참조로 이루어질 수 있다.
도 1은 B0 자기장, x-경사 자기장, y-경사 자기장 및 z-경사 자기장을 생성할 수 있는 부착된 전류 션트를 가진 두꺼운 라인으로서의 단일의 두꺼운 루프를 도시하는 개략적인 회로도이다.
도 2는 도 1의 단일의 두꺼운 루프 내의 원형 구조 중 어느 하나와 연관될 수 있는 실제 전류를 도시하는 개략적인 회로도이다.
도 3은 도 1에 의해 나타낸 개략적인 회로도의 실시예가 실제로 MRI 스캐너에 나타날 수 있는 방법을 보여준다.
도 4 및 도 5는 또한 공유 전류 구성을 통해 B0 자기장 및 다른 자기장 패턴을 동시에 생성하는 도 1에 대한 대안적 실시예를 제공한다.
도 6a는 단일의 얇은 루프가 z-경사 자기장을 형성하는데 사용되고, 부착된 전류 션트는 단일의 얇은 루프가 또한 x-경사 자기장 및 y-경사 자기장을 확립하도록 하는 도 1과 유사한 구조를 도시하고, 도 6b 및 도 6c는 도 6a의 구조의 음향 진동이 감소될 수 있는 방법을 나타낸다.
도 1은 두꺼운 검은 선으로 표시되고, 매우 높은 전류 Ipoiarizmg를 생성할 수 있는 단일의 전압원 VHIGH I로부터 전력을 수신하는 단일의 두꺼운 전도성 루프(100)를 도시하는 개략적인 회로도이다. 두꺼운 루프(100)는 반평행 전류의 다수의 세그먼트(110)가 일반적으로 전압원 VHIGH I에 부착되는 것으로 예상되는 반평행 전류 외에도 쌍을 이루도록 구부려진다. 이러한 세그먼트 쌍의 각각은 예를 들어 세그먼트를 서로 매우 가까이 쌓고, 하나의 세그먼트를 다른 세그먼트 내에 텔레스코핑(telescoping)하거나, 두 세그먼트를 서로 뒤얽힘(intertwining)을 통해 주어진 세그먼트 쌍에 대해 달성될 수 있는 영상 촬영을 위해 지정된 스캐너의 볼륨에서 거의 0과 동일한 결합된 자기장을 갖는 것으로 이해된다. 절연 및/또는 에어 갭은 한 쌍의 세그먼트가 서로 직접 물리적 접촉을 하거나 서로 직접 전기를 전송하는 것을 방지한다. 4개의 원형 구조(부분 루프들(partial loops))를 형성하는 100의 쌍을 이루지 않은 세그먼트는 원형 구조가 적절히 크기 및 위치가 정해질 때 전류 Ipoiarizmg로 B0 자기장을 생성한다. 3개의 전류 션트(20)는 100의 4개의 원형 구조의 각각에 부착된다. 각각의 전류는 전압원 V로부터 전력을 수신하고, 전류 션트(20)의 활성화는 x-경사 자기장, y-경사 자기장 및/또는 z-경사 자기장이 100에 의해 생성된 B0 자기장에 추가되도록 두꺼운 루프(100)에 전류를 재분배할 것이다. 션트는 본 출원 내내 실선과 점선 둘 다로 그려져 서로 시각적으로 구별되는데 도움을 준다.
도 2는 도 1의 두꺼운 루프(100) 내의 원형 구조 중 어느 하나와 연관될 수 있는 실제 전류를 도시하는 개략적인 회로도이다. 도 2에 도시된 축과 일치하여, 원형 구조는 x-y 평면에 평행이고 z-축에 대해 중심을 이루는 것으로 이해된다. 션트 A(40)는 y-축 상의 점(42)에서 y-축 상의 점(44)으로 전류를 전송하고, 션트 B(60)는 x-축 상의 점(62)에서 x-축 상의 점(64)으로 전류를 전송하며, 션트 C(80)는 도 2의 수직 세그먼트 쌍 중 하나의 세그먼트(110)로부터의 점(82)에서 수직 세그먼트 쌍 중 다른 세그먼트(110) 상의 점(84)으로 전류를 전송한다. 당업자는 전압원에 의해 생성되는 전류 β, γ 및 δ가 각각 스캐너의 영상 촬영 볼륨 내에서 x-경사 자기장, y-경사 자기장 및/또는 z-경사 자기장에 기여하는 것으로 인식할 것이다. 당업자는 키르히호프의 접합 규칙(junction rule) 및 루프 규칙(loop rule)이 도 2에 도시된 전류 β, γ 및 δ에 필요한 션트 전압의 크기에 대해 쉽게 해결하기 위해 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 이러한 전압은:
Figure pct00001
Rq는 원형 구조의 각 쿼터(quarter)의 저항이고, RA는 션트 A와 관련된 총 저항이고, RB는 션트 B와 관련된 총 저항이며, RC는 션트 C와 관련된 총 저항이다.
도 3은 도 1의 개략적인 실시예가 실제로 MRI 스캐너에 물리적으로 나타날 수 있는 방법을 보여준다. 도 3a는 도 3b에 대한 예비 도면이고, 도 1의 수직 세그먼트 쌍이 제거된 것을 나타낸다. 도 1의 수직 세그먼트 쌍이 실제로 B0 자기장을 생성하는 100의 쌍을 이루지 않은 세그먼트로부터 쌍을 이룬 세그먼트(110) 부분을 더욱 명확하게 시각적으로 분리함으로써 실시예를 더욱 잘 이해하는데 도움을 줄지라도, 이들은 실시예의 동작을 위해 필요하지 않으며, 사실상 이들의 전류는 에너지의 낭비를 나타낼 가능성이 있다. 도 3b는 각 원형 구조가 도 2의 원형 구조와 동일한 방향을 갖는 도 1의 개략적인 회로의 실제 물리적인 표명(manifestation)을 도시한다. 당업자는 구조의 처음 두 원형 구조 및 마지막 두 원형 구조와 각각 관련된 대향 δ 전류가 z-경사 자기장의 생성과 일치하지만, 중간 두 루프의 평행 β전류 및 중간 두 루프의 평행 γ 전류는 x-경사 자기장 및 y-경사 자기장의 각각의 생성과 일치한다.
도 3b에 관한 여러 실제 주석(note)은 본 명세서에서 행해질 수 있다. 첫째로, 각각의 션트는 z-축에 수직으로 이동할 때 두 브랜치로 분할하는 것으로 보여질 수 있다. 이러한 브랜치와 관련된 정확한 구성은 스캐너에 의해 생성된 x-경사 자기장 및 y-경사 자기장 패턴 유지하는 것으로 보여질 수 있다. 당업자는 본 발명과 관련된 션트가 일반적으로 스캐너의 영상 촬영 볼륨 내에서 원하는 자기장 패턴을 왜곡하지 않기 위해 구조화된다는 것을 확신할 수 있다. 둘째로, 도 3b의 두께는 루프는 그것 내의 와전류의 형성을 방지하는 슬롯을 포함해야 한다. 이러한 슬롯은 루프로부터 발생하는 자기장 패턴의 전체 정밀도에 영향을 주지 않도록 하기 위해 설계되어야 한다. 셋째로, 션트 내의 전류를 구동하는 전압원은 두꺼운 루프의 인덕턴스를 극복하기 위해 사용되며, 따라서 두꺼운 루프에 의해 확립된 자기장이 통상적으로 MRI 스캐닝에 필요할 시에 가능한 빨리(즉, 밀리초의 약 절반) 변경되도록 할 수 있다는 것을 알 수 있다. 넷째로, 관련된 전압원 VHIGH I은 특히 두꺼운 루프와 관련된 매우 높은 전류 및 매우 낮은 저항을 처리하도록 구성될 수 있다. 이것은 예를 들어 서로 병렬로 연결되고, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT), 사이리스터 또는 다른 반도체 기술을 채용하는 정류-제어 유닛의 스택의 사용을 통해 달성될 수 있다.
도 3c는 도 3b의 원형 구조가 총괄하여 도 1의 수평 세그먼트 쌍에 대응하는 도 3b의 관형 구조에 의해 서로 연결되는 수단을 도시한다. 명확히, 이러한 구조가 구축되는 바로 도체의 두께 때문에 도 3a를 통해 도시된 수직 세그먼트 쌍의 제거로서도 관형 구조와 도 3b의 각 원형 구조 사이에 짧은 역류(countercurrent) 세그먼트 쌍이 존재할 것이다.
도 3d는 도 1의 수평 세그먼트 쌍에 대응하는 전류가 스캐너의 영상 촬영 볼륨 내에서 거의 제로로 합산하는 것을 돕기 위해 텔레스코핑의 사용을 도시한다. 당업자는 최고도의 전류 소거를 달성하기 위한 방법을 알고 있으며, 이러한 전류 소거의 정밀도는 스캐너의 영상 촬영 볼륨 내에서 허용된 대응하는 자기장 오염의 최대 임계값의 관점에서 특정될 수 있다(예를 들어, 다른 선택 중에서 B0 자기장의 크기에 대하여 1 ppm(part per million), 5 ppm, 10 ppm, 50 ppm).
도 4a는 동일한 원형 구조 내에서와는 반대로 션트가 상이한 원형 구조 사이에 포인트를 연결하는 도 1의 실시예에 대한 변형을 도시한다. 도 4b는 4개의 원형 구조와 반대로 B0 자기장이 8개의 반원형 구조에 의해 생성되는 도 1의 실시예에 대한 변형을 도시한다.
도 5a는 2개의 별도의 션트가 두꺼운 루프의 동일한 포인트에 연결될 수 있음을 나타내는 도 1의 실시예에 대한 변형이다. 도 5b는 션트가 두꺼운 루프의 셋 이상의 포인트에 연결될 수 있음을 나타내는 변형이다. 도 5c는 당업자가 특히 두꺼운 루프가 B0 자기장 및 경사 자기장 이외에 보정 자기장을 생성하도록 하는 것으로 인식하는 변형이다. 도 5d는 2개의 션트가 노드에서 교차할 수 있음을 나타내고, 도 5e는 2개의 션트가 원, 다각형, 또는 더 복잡한 구조를 통해 교차할 수 있음을 더 제시한다.
도 5f는 실제로 두꺼운 루프 또는 매우 큰 전류를 생성시킬 수 있는 전압원을 사용하지 않고 합산된 전류 구조로 B0 자기장 및 다른 자기장 패턴을 달성하기 위한 방법을 도시하는 도 1의 실시예에 대한 변형이다. 특히, 도 1의 두꺼운 루프는 수십 암페어의 정도만의 전류를 운반하는 얇은 루프로 대체된다. 더욱이, 도 1에서와 같이, 강체 원형 구조를 형성하는 각각의 루프의 쌍을 이루지 않은 세그먼트 대신에, 각각의 쌍을 이루지 않은 세그먼트는 병렬로 여러번 감겨질 수 있는 매우 긴 유연한 세그먼트이다. 도 5f의 최상부에서의 3개의 얇은 원형 구조는 이러한 하나의 긴 유연한 세그먼트의 개개의 권선을 나타내는 것으로 되어있다. 각각의 감긴 긴 유연한 세그먼트와 연관된 암페어 턴(Amp-turn)의 총수는 도 1과 관련된 B0 자기장과 비슷한 B0 자기장을 생성하기 위해 도 5f의 쌍을 이루지 않은 세그먼트에 대해 충분히 크다. 더욱이, 각 권선과, 도 5f의 최하부 근처 있는 수직 세그먼트 쌍에 부착된 션트는 x-경사 자기장, y-경사 자기장 및/또는 z-경사 자기장이 B0 자기장과 동시에 생성되도록 허용한다.
도 6은 도 5f와 같이 매우 큰 전류를 운반하지 않는 얇은 루프(100')를 사용하는 도 1에 대한 변형이다. 그러나, 도 5f의 구조가 긴 유연한 세그먼트 및 권선을 포함하는 것처럼 도 6의 구조는 긴 유연한 세그먼트 및 권선을 포함하지 않으며, 따라서 도 6의 회로는 B0 자기장을 생성하기로 되어 있지 않다. 대신에, 도 6은 주요 얇은 루프가 비B0 자기장 패턴을 확립하고, 주요 얇은 루프(100')에 부착된 션트가 다른 자기장 패턴 상에서 초기 비B0 자기장 패턴에 추가하는데 사용되는 도 1의 아날로그를 입증하도록 의미된다. 도 6의 특정 경우에, 주요 얇은 루프(100')는 z-경사 자기장을 생성할 수 있고, 그리고 나서 루프에 연결된 션트(20)는 x-경사 자기장 및/또는 y-경사 자기장을 z-경사 자기장에 추가한다.
당업자에게 공지된 바와 같이, 매우 강한 자기장에 노출되고 또한 시간이 흐르면서 변하는 전류를 포함하는 구조는 일반적으로 로렌츠 힘으로부터 진동하며 이에 의해 음향 잡음을 생성시킬 것이다. 전류를 변화시키는 두꺼운 루프(100)의 세그먼트는 일반적으로 두꺼운 루프가 몇천 킬로그램과 비슷한 무게일 가능성이 있기 때문에 간단히 두꺼운 루프의 다른 세그먼트에서 나오는 자기장과 관련된 로렌츠 힘의 영향을 받지 않는 것으로 예상된다. B0 자기장 생성 구조 근처에 배치된 얇은 루프(100')는 한편으로는 로렌츠 힘에 명백히 취약할 것이다. 이런 문제를 완화하기 위한 하나의 방법은 도 6b에 도시된다. 얇은 루프(100') 및 B0 자기장을 생성하는 구조는 모두 원형 단면을 가지며, 얇은 루프의 부분은 B0 자기장을 생성하는 구조(400)의 부분에 대칭적으로 형성된 중공의 원형 터널(402)에 대칭적으로 배치된다. 유사하게, 도 6c에서, 얇은 루프(100') 및 B0 자기장을 생성하는 구조는 모두 다시 원형 단면을 갖지만, 이때 B0 자기장을 생성하는 구조(500)의 부분은 얇은 루프(100')의 부분에 대칭적으로 형성된 중공의 원형 터널(502)에 대칭적으로 배치된다. 도 6b 및 도 6c에 도시된 구성의 대칭으로 인해, B0 자기장을 생성하는 구조의 부분 내에 배치되거나 이러한 부분을 엔벨로프(envelop)하도록 만들어지는 얇은 루프(100')의 부분의 음향 진동은 B0 자기장을 생성하는 구조에 인접하여 간단히 남겨진 경우에 100'의 부분이 경험하는 진동에 비해 감소될 가능성이 있다는 것을 당업자는 이해할 것이다. 이러한 진동의 감소는 얇은 루프(100')의 부분 및 동심으로 만들어진 B0 자기장을 생성하는 구조의 부분이 비교적 큰 곡률 반경을 가질 경우에 더 중요할 것으로 예상된다.
당업자는 위의 도면에서 제시된 것 이외에 본 발명과 관련된 많은 다른 변형이 있다는 것을 이해할 것이다. 일부 실시예에서, 두꺼운 루프는 분기하고 재결합하도록 만들어질 수 있거나, 복수의 두꺼운 루프는 함께 배치될 수 있지만, 전류의 전체 구조는 도 1의 실시예에 대해 설명된 것과 여전히 동등할 수 있다. 일부 실시예에서, 두꺼운 루프는 스캐너에 필요한 B0 자기장의 부분만을 생성하지만, 도 1에 도시된 바와 같이 달리 나타난다. 일부 실시예에서, 각각의 전류 션트는 두꺼운 루프 내에 필요한 전류 분포를 달성하는데 도움을 주기 위한 전압원에 더하여 사용될 수 있는 몇몇 가변 저항을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 각각의 전류 션트는 두꺼운 루프의 여러 포인트로부터 전류를 픽업하고, 전류를 두꺼운 루프의 여러 포인트로 반환하거나, 둘다를 할 수 있다. 일부 실시예에서, 예를 들어 두꺼운 루프 스캐너의 루프를 가동하는데 사용되는 높은 전류 전압원에 대한 경우일 수 있는 바와 같이, 상술한 어떤 주어진 전압원은 직렬 및/또는 병렬로 연결된 전압원의 그룹으로 대체될 수 있다. 본 발명은 명확하게 자기장 패턴을 생성하는 MRI 스캐너와 다른 시스템에 사용될 수 있다. 핵 자기 공명 분광법, 전자 상자성 공명 분광법, 및 전자 상자성 공명 영상은 본 발명이 적용될 수 있는 비-MRI 방법의 3개의 예들이다.
이제 본 발명의 시스템 및 방법을 개시하면, 당업자는 다음의 단락에서 설명되는 이점의 일부 또는 전부가 가능해질 수 있다는 것을 이해할 것이다. 다음의 단락에서, 도 1에 도시된 회로의 물리적 실시예는 "두꺼운 루프 스캐너(thick-loop scanner)"로 지칭될 것이다.
두꺼운 루프 스캐너의 제 1 장점은, B0 자기장 패턴의 정밀도가 MRI에서 특히 중요하다는 것을 고려하면, 두꺼운 루프 스캐너의 루프가 저항성 MRI 스캐너에서의 통상의 B0 자기장 생성 구조의 위치, 직경 및 두께와 같거나 거의 같은 위치, 직경 및 두께를 갖는 것으로 설계될 수 있다. 이것은, 션트의 경로가 도 3b에서와 같이 두꺼운 루프에 의해 둘러싸인 볼륨의 외부에 설정된다고 가정하면, 넓은 공간의 관점에서 두꺼운 루프 스캐너는 B0 자기장만을 포함하는 MRI 스캐너와 동등하다는 것을 의미한다. 무선 주파수 코일 세트의 크기는 두꺼운 루프 스캐너 내에 확보된 공간으로 인해 보통보다 더 크게 될 수 있다. 넓은 공간의 크게 증가된 느낌은 질병 검진을 일반 인구에게 더욱 흡족스럽게 할 수 있고, 또한 비만 개인의 영상 촬영, 밀실 공포증을 가진 개인의 영상 촬영, 동물 영상 촬영, 및 중재 또는 수술 절차 중의 영상 촬영을 위한 기회를 증가시킨다.
두꺼운 루프 스캐너의 제 2 장점은 비교적 낮은 제조 비용이 예상된다는 것이다. B1 자기장 생성 구조가 아닌 단지 하나의 상당한 자기장 생성 구조가 스캐너를 위해 제조되어야 한다. 더욱이, 두꺼운 루프는 아마도 성형품으로부터 조립되고, 결과적으로 세심한 반복된 와이어의 권선으로부터 형성된 구조에 비해 더욱 비용 효율적이게 할 수 있다. 성형된 구조는 또한 감겨진 구조보다 기계적 수송 스트레스로부터 발생한 오류에 덜 민감할 수 있으며, 이런 이유로 다수의 권선을 가진 스캐너에 대한 경우보다 두꺼운 루프 스캐너를 분해하여, 그것을 예를 들어 개발 도상국(developing nation)에 기부하기 위해 다른 곳에서 다시 조립하는 것이 더 경제적일 수 있다. 전류 션트는 두꺼운 루프 스캐너의 두꺼운 루프와 함께 제조되고, 이러한 두꺼운 루프에 부착되어야 하지만; 두꺼운 루프 자체처럼 전류 션트가 비교적 간단한 구조이어야 하는 것은 사실이다.
두꺼운 루프 스캐너의 제 3 장점의 특징은 비교적 조용한 작동을 제공하기 위한 능력이다. 표준 MRI에서, 상이한 구조가 단단하게 끼운 동심 실린더(tightly-fitting concentric cylinder)의 형태로 종종 서로 내에 배치되지만; 상술한 바와 같이, 두꺼운 루프 스캐너는 비교적 많은 양의 자유 공간을 갖는 것으로 예상될 것이다. 이러한 증가된 공간의 부분은 전류 션트 주변에 가는 진공관(slender evacuated tube)의 배치에 전념될 수 있으며, 이는 전류의 값이 변할 때 션트에 작용하는 로렌츠 힘으로부터 생성된 소음 전달을 상당히 감소시킨다. 션트가 도 3b에 도시된 배치를 가진다면, 션트를 둘러싸는데 사용되는 진공관은 단순히 8개의 직선 진공관 및 2개의 원형 진공관으로 구성될 수 있다. 진공관은 아마 1000kg과 비슷한 무게일 때에 두꺼운 루프 자체의 어떤 부분 주위에 배치되지 않으며, 따라서 전류가 변할 때에 상당히 진동할 가능성이 없다.
이제 B0 자기장 및 다른 자기장 패턴의 동시 확립을 위해 개시된 시스템 및 방법을 읽고 이해하면, 당업자는 상술한 개시물에 의해 가능해진 다른 장점, 변형 및 실시예를 인식할 것이다. 이러한 장점, 변형 및 실시예는 첨부된 청구 범위 및 이의 법적 등가물의 범위 및 의미의 부분으로 간주되어야 한다.
특정 실시예가 상술되었지만, 이들 실시예는 단지 하나의 실시예가 특정 특징에 대해 설명되는 경우에도 본 발명의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다. 본 발명에 제공된 특징의 예는 달리 언급되지 않는 한 제한보다는 예시적인 것으로 의도된다. 위의 설명은 본 발명의 이점을 갖는 당업자에게는 자명하듯이 이러한 대안, 수정 및 등가물을 커버하도록 의도된다.
본 발명의 범위는 본 명세서에서 (명시적으로 또는 암시적으로) 개시된 어떤 특징 또는 특징의 조합, 또는 이의 임의의 일반화, 본 명세서에서 다루어진 문제의 일부 또는 전부를 완화하는지의 여부를 포함한다. 본 발명의 다양한 장점은 본 명세서에 설명되었지만, 청구 범위에 의해 커버되는 실시예는 이러한 장점의 일부 또는 모두를 제공할 수 있거나 전혀 제공하지 않을 수 있다.

Claims (10)

  1. 자기 공명 영상(MRI) 장치에 있어서,
    루프(loop) 전압원의 제 1 및 제 2 단자 사이로 전류를 운반하도록 동작 가능한 도체(conductor) ― 상기 도체는,
    중심 축에 대하여 배치되는 복수의 루프 부분들; 및
    상기 다수의 루프 부분들을 직렬로 연결하는 하나 이상의 루프간(inter-loop) 부분들을 포함하며,
    상기 복수의 루프 부분들은,
    상기 루프 전압원의 제 1 단자에 결합된 제 1 루프 부분 및 상기 도체의 복귀 부분(return portion)에 의해 상기 루프 전압원의 제 2 단자에 결합된 제 2 루프 부분을 포함함 ―;
    상기 복수의 루프 부분들 중 하나 이상의 부분들의 제 1 노드 및 제 2 노드 사이에 결합되는 제 1 복수의 전류 션트들 ― 상기 제 1 복수의 전류 션트들 각각은 하나의 전압원을 포함함 ―;
    상기 복수의 루프 부분들 중 하나 이상의 루프 부분들의 제 3 노드 및 제 4 노드 사이에 결합되는 제 2 복수의 전류 션트들 ― 상기 제 2 복수의 전류 션트들 각각은 하나의 전압원을 포함함 ―;
    상기 복수의 루프 부분들 중 하나 이상의 루프 부분들에 연결되는 두개의 루프-간 부분들 상에서 개별적으로 두 노드들 사이에 결합되는 제 3 복수의 전류 션트들 ― 상기 제 3 복수의 전류 션트들 각각은 하나의 전압원을 포함함 ― 을 포함하며,
    상기 MRI 장치의 자기장은 실질적으로 상기 도체의 상기 복수의 루프 부분들에 의해 생성되는, 자기 공명 영상 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 도체는 적어도 10,000 암페어의 편광(polarizing) 자기장 전류를 운반하는, 자기 공명 영상 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    선택된 개별적인 전류들은 적어도 하나의 경사(gradient) 자기장을 생성하도록 동작 가능한, 자기 공명 영상 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    선택된 개별적인 전류들은 적어도 두 개의 경사 자기장을 생성하도록 동작 가능한, 자기 공명 영상 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    선택된 개별적인 전류들은 적어도 세 개의 경사 자기장을 생성하도록 동작 가능한, 자기 공명 영상 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    선택된 개별적인 전류들은 적어도 하나의 보정(shimming) 자기장을 생성하도록 동작 가능한, 자기 공명 영상 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 도체의 루프-간 및 복귀 부분들로부터 발생하는 임의의 순 오염 자기장(net contaminating magnetic field)은 상기 스캐너의 영상 촬영 볼륨 내의 편광 자기장에 대해 1 미만의 ppm(part per million)의 크기를 갖는, 자기 공명 영상 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 도체의 루프-간 및 복귀 부분들로부터 발생하는 임의의 순 오염 자기장은 상기 스캐너의 영상 촬영 볼륨 내의 편광 자기장에 대해 5 미만의 ppm의 크기를 갖는, 자기 공명 영상 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 도체의 루프-간 및 복귀 부분들로부터 발생하는 임의의 순 오염 자기장은 상기 스캐너의 영상 촬영 볼륨 내의 편광 자기장에 대해 50 미만의 ppm의 크기를 갖는, 자기 공명 영상 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 도체의 루프-간 및 복귀 부분들로부터 발생하는 임의의 순 오염 자기장은 상기 스캐너의 영상 촬영 볼륨 내의 편광 자기장에 대해 100 미만의 ppm의 크기를 갖는, 자기 공명 영상 장치.
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