KR20150135337A - 자기 공명 영상처리 유도형 방사선 치료용 무선 주파수 버드케이지 코일 - Google Patents

자기 공명 영상처리 유도형 방사선 치료용 무선 주파수 버드케이지 코일 Download PDF

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Abstract

자기 공명 영상처리 장치와 함께 이용하기에 적합한 무선 주파수 코일이 개시된다. 무선주파수 코일이, 복수의 전도성 가로대에 의해서 서로 전기적으로 연결된 제1 및 제2 전도성 루프를 포함한다. 전도성 가로대 각각이, 가로대의 다른 보다 두꺼운 섹션 보다 방사선 비임을 덜 감쇠시키는 결과를 초래하는, 비교적 얇은 섹션을 포함한다. 절연 영역이 또한, 인접한 가로대 및 전도성 루프에 의해서 경계지어지는 무선주파수 코일의 지역 내에 배치된다. 전도성 가로대의 비교적 얇은 섹션과 실질적으로 유사한 방사선 비임 감쇠량을 제공하도록, 절연 영역의 부분이 구성될 수 있다.

Description

자기 공명 영상처리 유도형 방사선 치료용 무선 주파수 버드케이지 코일{RADIO FREQUENCY BIRDCAGE COIL FOR MRI GUIDED RADIOTHERAPHY}
본 PCT 출원은 2013년 3월 12일자로 출원되고 명칭이 “자기 공명 영상처리 시스템용 무선 주파수 송신 코일(Radio Frequency Transmit Coil for Magnetic Resonance Imaging System)”인 미국 특허출원 제13/796,784호에 대한 우선권을 주장하고, 그러한 특허출원의 출원일 및 전체 개시 내용 전체가 본원에서 참조로서 포함된다.
본 개시 내용은 일반적으로, 자기 공명 영상처리(MRI) 유도형 방사선 치료 시스템과 함께 이용하기에 적합한 RF 코일을 포함하는, 자기 공명 영상처리(MRI) 시스템에서 이용하기 위한 무선 주파수(RF) 코일에 관한 것이다.
일반적으로, MRI 시스템에서, 실질적으로 균일한 주 자기장(B0)이, 영상처리되는 대상의 전체 영역을 커버하도록 생성된다. 주 자기장은 그러한 주 자기장 내에서 광자의 자기 쌍극자(magnetic dipoles)를 정렬시킨다. 그 후에, 일시적인(transient) RF 펄스가 도입되고, 그러한 펄스는 광자 쌍극자가 일시적으로 뒤집히도록 유도한다(temporarily flip). RF 펄스로부터의 RF 에너지가 일단 제거되면, 쌍극자가 그들의 이완 상태(relaxed state)로 다시 뒤집히고 RF 펄스로부터 흡수된 에너지를 소정의 예측 가능한 무선 주파수를 가지는 광자의 형태로 방출한다. 광자가 포획되고 처리되어 영상처리를 가능하게 한다.
일반적으로, 일시적인 RF 펄스가 RF 코일에 의해서 송신된다. MRI에서 일반적으로 이용되는 RF 코일의 하나의 유형이 "버드케이지(birdcage) 코일"로서 공지되어 있다. 예를 들어, 버드케이지 코일의 각각의 예가 "NMR을 위한 무선 주파수 자장 코일(Radio Frequency Field Coil For NMR)"이라는 명칭으로 Edelstein 등에게 허여되고 그 전체 내용이 본원에서 참조로서 포함되는 미국 특허 제4,680,548호, 및 "디제너레이트 버드케이지 코일 및 그러한 코일을 위한 송수신 장치 및 방법(Degenerate Birdcage Coil and Transmit/Receive Apparatus and Method For Same)"이라는 명칭으로 Chmielewski 등이 출원하고 그 전체 기재 내용이 본원에서 참조로서 포함되는 미국 특허출원 공개 제2006/0033497호에 의해서 개시되어 있다. 전형적으로 버드케이지 코일은 원통형 형상이고 짝수의 가로대(rung) 또는 축방향 전도체에 의해서 상호 연결된 2개의 전도성 단부 루프 또는 링을 포함하고, 그러한 가로대 또는 축방향 전도체들은 2개의 단부 링을 그들 사이에 형성된 원호 또는 단편으로 분할한다. 이러한 구성은 이러한 유형의 RF 코일이 새장(버드케이지)의 외관을 가지게 하고, 그에 따라 "버드케이지 코일"로 지칭한다.
전술한 버드케이지 코일에도 불구하고, 추가적인 개선이 여전히 요구되고 있다. 특히, MRI 기술이 방사선치료 분야에 적용될 때, 통상적인 버드케이지 코일은 방사선치료 시스템을 수용하는데 있어서 이상적으로 적합하지 않다. Dempsey에게 허여되고 명칭이 "연조직을 동시적으로 영상처리하면서 등각적 방사선 치료를 전달하기 위한 시스템(System for delivering conformal radiation therapy while simultaneously imaging soft tissue)" 이며 그 전체 내용이 본원에서 참조로서 포함되는 미국 특허 제7,907,987호는 그러한 MRI 유도형 방사선치료 시스템의 예를 개시한다.
본원에서, MRI 유도형 방사선 치료 시스템과 함께 이용하기에 적합한 RF 코일을 포함하는, 자기 공명 영상처리(MRI) 시스템에서 이용하기 위한 무선 주파수 코일을 위한 시스템 및 방법이 개시되고, 그 일부 실시예가 제1 전도성 루프, 제2 전도성 루프, 그리고 제1 및 제2 전도성 루프에 전기적으로 연결될 수 있는 제1 및 제2 전도성 루프 사이의 전도성 가로대를 포함할 수 있을 것이고, 전도성 가로대가 제1 및 제2 전도성 가로대 섹션을 포함할 수 있을 것이고, 제2 전도성 가로대 섹션이 제1 전도성 루프의 두께, 제2 전도성 루프의 두께, 및 제1 전도성 가로대 섹션의 두께 중 적어도 하나 보다 실질적으로 더 얇은 두께를 가질 수 있을 것이다.
일부 실시예에서, 제2 전도성 가로대 섹션이, 제1 전도성 루프, 제2 전도성 루프, 및 제1 전도성 가로대 섹션 중 적어도 하나의 두께의 약 5% 내지 약 75%인 두께를 가질 수 있을 것이다. 다른 실시예에서, 제2 전도성 가로대 섹션이, 제1 전도성 루프, 제2 전도성 루프, 및 제1 전도성 가로대 섹션 중 적어도 하나의 두께의 약 10% 내지 약 50%인 두께를 가질 수 있을 것이다. 또 다른 실시예에서, 제2 전도성 가로대 섹션이, 제1 전도성 루프, 제2 전도성 루프, 및 제1 전도성 가로대 섹션 중 적어도 하나의 두께의 약 15% 내지 약 30%인 두께를 가질 수 있을 것이다. 제2 전도성 가로대가 또한, 제1 전도성 루프, 제2 전도성 루프, 및 제1 전도성 가로대 섹션 중 적어도 하나의 두께의 약 20%인 두께를 가지는 섹션을 가질 수 있을 것이다.
특정 실시예에서, 전도성 가로대가 제3 전도성 가로대 섹션을 더 포함할 수 있을 것이고, 제2 전도성 가로대 섹션이 제1 및 제3 전도성 가로대 섹션들 사이에 배치되고, 제2 전도성 가로대 섹션이 제1 및 제3 전도성 가로대 섹션 보다 실질적으로 더 얇을 수 있을 것이다. 일부 실시예에서, 제1 전도성 루프, 제2 전도성 루프, 및 전도성 가로대 중 적어도 하나가 구리, 은, 및 알루미늄 중 적어도 하나를 포함할 수 있거나, 전도성 재료로 이루어진 복수의 층을 포함할 수 있을 것이다.
일부 실시예에서, 무선주파수 코일이 제1 및 제2 전도성 루프로 전기적으로 연결된 복수의 전도성 가로대를 포함할 수 있을 것이다. 또한, 무선주파수 코일이 인접한 전도성 가로대들 사이에 그리고 제1 및 제2 전도성 루프들 사이에 배치된 절연 영역을 포함할 수 있을 것이고, 그러한 절연 재료의 적어도 일부가, 제2 전도성 가로대 섹션 및 절연 영역의 부분 모두가 방사선 비임에 대해서 실질적으로 동일한 양의 감쇠(attenuation)를 제공하도록 선택된 두께를 가질 수 있을 것이다. 일부 실시예에서, 절연 영역이 폴리이미드일 수 있을 것이다.
추가적인 실시예에서, 무선주파수 코일이 또한 인쇄회로보드(PCB) 기판을 포함할 수 있을 것이고, 전도성 가로대가 PCB 기판의 제1 측부(side) 상에 형성된 전도성 재료의 층을 포함할 수 있을 것이다. 코일이 또한 전도성 가로대에 인접하여 그리고 제1 및 제2 전도성 루프 사이에 배치된 절연 영역을 포함할 수 있을 것이고, 절연 영역이 PCB 기판의 제1 측부 상에 형성된 제1 절연 층 및 PCB 기판의 제2 측부 상에 형성된 제2 절연 층을 포함할 수 있을 것이다.
무선 주파수 코일이 또한 제1 및 제3 전도성 가로대 섹션에 인접하여 배치된 PIN 다이오드 회로망을 포함할 수 있을 것이고, 자기 공명 영상처리 장치가 1.0T 미만의 자장 강도를 가질 수 있을 것이다.
본 개시 내용의 이러한 그리고 다른 특징, 양태, 및 장점이 이하의 설명 및 청구항을 참조할 때 보다 잘 이해될 것이다.
특징, 양태 및 실시예가 첨부 도면과 함께 설명된다.
도 1은 MRI 시스템의 사시도를 도시한다.
도 2는 도 1에 도시된 MRI 시스템의 단순화된 횡단면도를 도시한다.
도 3a는 본 개시 내용에 따른 RF 코일의 사시도를 도시한다.
도 3b는, RF 코일이 롤링되지 않은, 도 3a에 도시된 RF 코일의 평면도를 도시한다.
도 4는 도 3a 및 도 3b에 도시된 RF 코일과 함께 이용될 수 있는 전도성 가로대의 실시예의 측면도를 도시한다.
도 5는 도 3b의 단면선 V-V을 따라서 취한 RF 코일의 일부의 횡단면도를 도시한다.
이하의 설명은 예로서 그리고 비제한적으로 실시예를 설명한다. 달리 기술하고 있지 않는 경우에, "약" 또는 "대략"이라는 단어가 관련하여 사용되었는지의 여부와 관계없이, 본원에서 개시된 모든 숫자는 개략적인 값이다. 하한선 및 상한선을 가지는 수치적 범위가 개시된 경우에는, 그러한 범위 내에 포함되는 임의 숫자도 구체적으로 그리고 명시적으로 개시된 것이다.
본 개시 내용의 RF 코일 조립체 개념이 임의 유형의 자기 공명 영상처리(MRI) 시스템과 함께 이용될 수 있을 것이다. 이는, 2개의 수평 MRI 자석 절반체들(halves) 사이에 갭을 포함하는 분할(split) 솔레노이드 또는 수평 "개방형" MRI와 함께 이용하기에 특히 적합하다. 본원에서 개시된 RF 코일 조립체는, 그 갭 내에서 동작되는 부가적인 기구와 함께 이용되는 수평 개방형 MRI와 함께 이용하기에 더욱 적합하다. 도 1은 갭 영역(12)에 의해서 분리된 제1 및 제2 주 자석 하우징(11a 및 11b)을 구비하는 수평 개방형 MRI(10)를 가지는 배열체(arrangement)를 도시한다. 기구(14)가 갠트리(gantry)(16) 상에서 갭 영역(12) 내에 장착된다. 또한, 환자(18) 및 환자 침대(20)가 도시되어 있다. 일부 실시예에서, 갠트리(16)를 이용하여 기구(14)를 환자(18) 주위로(즉, 도 1에 도시된 Z-축 주위로) 재배치할 수 있다.
도 1의 실시예는 Dempsey에게 허여된 "연조직을 동시적으로 영상처리하면서 등각적 방사선 치료를 전달하기 위한 시스템(System for Delivering Conformal Radiation Therapy while Simultaneously Imaging Soft Tissue)"(이하에서, "Dempsey'987")이라는 명칭의 미국 특허 제7,907,987호에서 부분적으로 설명된, 본원 출원의 양수인인 뷰레이 인코포레이티드(ViewRay, Incorporated)의 시스템의 요소를 포함할 수 있고, 그러한 특허의 내용이 본원에서 참조로서 포함된다. 예를 들어, 기구(14)는, Dempsey'987에서 설명된 바와 같이, 신속-영상처리 수평 개방형 MRI와 조합되어, 방사선 처치 중에 목표의 위치를 고려할 수 있는 개선된 방사선 치료를 가능하게 하는, 방사선 치료 디바이스 및 연관된 다엽 시준기(multi-leaf collimator)(MLC)를 포함할 수 있다. 도 1에서 하나의 조립체 만이 기구(14)로서 도시되어 있지만, 일부 실시예가 기구(14)와 연관된 복수의 조립체, 예를 들어 복수의 방사선 방출기 및/또는 MLC 디바이스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예가, Z-축 주위로 분포되어 갭(12) 내에 장착되고 갠트리(16) 상에서 Z-축 주위로 회전될 수 있는 3개의 방사선 헤드 조립체(도 1에 도시되지 않음)를 포함할 수 있을 것이다. 본원에서 개시된 실시예의 일부 양태가 Dempsey'987에 의해서 개시된 시스템에 대해서 설명되었지만, 그러한 양태가 개시된 RF 코일 조립체와 함께 사용될 것이 반드시 요구되지는 않는다. 본원에서 개시된 RF 코일 조립체가, 연관된 기구(14)의 이용과 함께 또는 그러한 기구(14)를 이용하지 않고, 임의 유형의 MRI에서 이용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 기구(14)를 이용하는 시스템의 경우에, 그러한 기구가 방사선 공급원 또는 선형 입자 가속기(LINAC)와 같은 방사선 치료 디바이스로 제한되지 않고, MRI와 함께 이용되는 임의 유형의 기구를 포함할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 시스템의 도식적 횡단면도이다. 도 2의 실시예는, 갭(12)에 의해서 분리된, 주 자석(22a 및 22b)의 쌍을 포함하는 수평 개방형 MRI(10)를 도시한다. MRI(10)가 환자 침대(20) 위의 관심 영역(24)을 영상처리하기 위해서 이용될 수 있는 한편, 기구(14)는 관심 영역(24) 내의 환자에 대한 소정 형태의 처치를 동시적으로 실시하기 위한 방사선(15)을 방출하기 위해서 이용될 수 있다. MRI(10)는 또한, 갭(12)을 가로질러 연장하는 RF 송신 코일 조립체(100)를 포함한다. RF 코일 조립체(100)의 실시예가 이하에서 더 구체적으로 설명된다. MRI(10)가 도시되지 않은 부가적인 통상적인 성분, 예를 들어, 경사 코일(gradient coil) 및 잠재적인 하나 이상의 보정 코일(shim coil)을 포함할 수 있다. 도면에서 그리고 본 개시 내용의 전체를 통해서 사용된 좌표계는 MRI 보어를 통한 길이방향 축을 Z-축으로서 지칭한다. X-축이 Z-축에 수직으로 그리고 MRI(10)의 측부로부터 측부로 연장하고; Y-축은 Z-축에 수직으로 그리고 MRI(10)의 하단으로부터 상단으로 연장한다.
도 2에 도시된 바와 같이, RF 코일 조립체(100)가 기구(14)와 관심 영역(24) 사이에서 연장한다. 그에 따라, 예를 들어, 기구(14)가 방사선 치료 시스템과 함께 이용되는 것과 같은 방사선 방출 디바이스를 포함하는 실시예에서, RF 코일 조립체의 일부가, 기구(14)로부터 관심 영역(24)의 환자를 향해서 지향된 방사선(15)의 경로 내에 위치될 것이다. 통상적인 RF 코일 조립체를 그러한 위치에 단순히 삽입하는 것은, MRI 동작 및 방사선 치료 디바이스의 동작 모두에 대해서 뿐만 아니라, 기구(14)로서 이용될 수 있는 다른 시스템에 대해서도 문제를 야기한다. 예를 들어, 통상적인 RF 송신 코일이 구조물을 포함하고, 그러한 구조물이 기구(14)로부터 통과하는 방사선 치료 비임과 간섭하여, RF 코일이 처치 품질을 임상적으로 용인될 수 없는 지점까지 저하시키게 되는, 지점까지 비임을 감쇠시킬 수 있다. 그에 따라, 기구(14)의 동작과 간섭하지 않고 적절한 MRI 영상처리를 허용하는 RF 코일이 본원에서 개시된다. 예를 들어, 본원에서 개시된 RF 코일의 실시예는, RF 코일의 일부를 통해서 기구(14)로부터 방출되는 방사선 비임에 대한 바람직하지 못한 감쇠 레벨을 유발하지 않으면서, 적절한 MRI 영상처리를 허용할 수 있다.
도 3a는 RF 코일(100)로서 지정된, 그러한 RF 코일의 실시예를 도시한다. 도 3b는 개방되고 편평하게 놓인, 즉 평면형 표면 상의 RF 코일(100)의 평면도를 도시한다. 도 3a는 MRI 시스템(10) 내에 설치된 것으로서 RF 코일(100)의 구성을 도시한다. 설치되었을 때, RF 코일(100)이 대체로 원통형 형상인 내부 공간을 형성하고, 그 원통형 형상의 길이는 도 3a에 도시된 바와 같이 MRI 시스템(10)의 Z 축에 평행하게 연장한다.
RF 코일(100)은 제1 전도성 루프(110) 및 제2 전도성 루프(120)를 포함하고, 양 전도성 루프가 Z-축과 동축적이다. 제1 및 제2 전도성 루프(110 및 120)가 복수의 전도성 가로대(150)를 통해서 서로 전기적으로 연결되고, 그러한 전도성 가로대의 각각은 제1 및 제2 전도성 루프(110 및 120) 사이에서 Z-축에 적어도 어느 정도(somewhat) 평행하게 연장한다.
비록 RF 코일(100)이 도 3a 및 도 3b에서 16개의 전도성 가로대(150)를 가지는 것으로 도시되어 있지만, RF 코일(100)의 대안적인 실시예가 그와 다른 개수의 가로대를 구비할 수 있다. 예를 들어, RF 코일(100)의 예시적인 실시예가 4의 임의 배수와 같은 전도성 가로대(150)의 개수를 포함할 수 있다. 그러나, 16개 보다 적은 전도성 가로대(150)를 포함하는 실시예는 바람직한 RF 방출 균일성에 미치지 못할 수 있을 것이다.
복수의 전도성 가로대(150)의 각각이, 제1 전도성 루프(110) 및 제2 전도성 루프(120) 사이에서 서로 직렬로 배치된, 제1 단부 섹션(151a), 중간 섹션(152), 및 제2 단부 섹션(151b)을 포함한다. 제1 단부 섹션(151a)이 제1 전도성 루프(110)에 전기적으로 연결된다. 제2 단부 섹션(151b)이 제2 전도성 루프(120)에 전기적으로 연결된다. 중간 섹션(152)은 제1 단부 섹션(151a) 및 제2 단부 섹션(151b)으로 전기적으로 연결된다. 그에 따라, 전류가, 전도성 가로대(150)의 제1 단부 섹션(151a), 중간 섹션(152), 및 제2 단부 섹션(151b)를 통해서, 제1 전도성 루프(110)와 제2 전도성 루프(120) 사이에서 흐를 수 있다.
절연 영역(180)이 인접한 가로대(150)의 각각의 쌍 그리고 제1 및 제2 전도성 루프(110 및 120)에 의해서 형성된다. 절연 영역(180)이 이하에서 더 구체적으로 설명되는 바와 같이 전기 절연 재료를 포함할 수 있을 것이다.
개시된 시스템의 일 실시예에서, PIN 다이오드 디커플링 회로망이, 제1 단부 섹션(151a) 및 제2 단부 섹션(151b)에 인접하여, 방사선 비임의 경로 외부에 위치된다. 이러한 실시예는 저자장(low field) MRI(예를 들어, 1.0T 미만의 자장 강도)와 함께 할 때 특히 효과적이다. 하나의 구현예에서, 동축(coax) 케이블을 이용하여 PIN 다이오드 디커플링의 중심-이탈(off-center) 위치를 제공한다. 자가-소멸 자장 프로파일(self-canceling field profile)을 가지는 꼬여진 쌍(twisted pair) 또는 넓은 평행한 전도체를 이용하는 것과 같은, 유사한 보다 효율적인 방법이 또한 구현될 수 있다. 튜닝(tuning) 커패시터가 방사선 비임 외부에서 가로대 및 링 갭 내에 배치될 수 있을 것이고, 전도체 길이 변화로 인한 증가된 인덕턴스를 보상하기 위해서 감소될 수 있을 것이다.
도 4는 예시적인 전도체 가로대(150)의 전도성 부분의 개략적인 측면도를 나타내는 블록도를 도시한다. 전도성 가로대(150)의 전도성 영역이 보다 명확하게 보여질 수 있도록, 도 4가 전도성 가로대(150)의 절연 부분을 도시하지 않고 있다는 것을 주목하여야 할 것이다. 또한, 도 4에 도시된 도면이 반드시 실척(scale)으로 도시된 것이 아니고, 전도성 가로대(150)의 전도성 영역의 정확한 형상에 대한 제한으로서 간주되지 않아야 한다. 오히려, 도 4는, 단지, 전도성 가로대(150)가 비교적 얇은 전도성 부분 및 비교적 두꺼운 전도성 부분을 어떻게 포함할 수 있는지를 설명하기 위해서 제공된 것이다. 그에 따라, 도 4에 도시된 바와 같이, 전도성 가로대(150)가 비교적 얇은 전도 부분을 포함하고, 즉, 각각의 전도성 가로대(150)의 적어도 일부의 전도성 부분이, 전도성 가로대(150)의 다른 전도성 부분의 두께(또는 두께들) 보다 실질적으로 더 얇은 두께를 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 중간 섹션(152)이, 제1 단부 섹션(151a) 및 제2 단부 섹션(151b)의 전도성 부분 보다 실질적으로 더 얇은 전도성 부분을 포함한다. 또한, 그러한 실시예에서, 중간 섹션(152)의 전도성 부분이 제1 및 제2 전도성 루프(110 및 120)의 전도성 부분 보다 실질적으로 더 얇을 수 있다.
중간 섹션(152)의 전도성 부분이 제1 단부 섹션(151a) 및 제2 단부 섹션(151b)의 전도성 부분의 두께의 약 5% 내지 약 75%의 두께를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 중간 섹션(152)의 전도성 부분이 제1 단부 섹션(151a) 및 제2 단부 섹션(151b)의 전도성 부분의 두께의 약 10% 내지 약 50%의 두께를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 중간 섹션(152)의 전도성 부분이 제1 단부 섹션(151a) 및 제2 단부 섹션(151b)의 전도성 부분의 두께의 약 15% 내지 약 30%의 두께를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 중간 섹션(152)의 전도성 부분이 제1 단부 섹션(151a) 및 제2 단부 섹션(151b)의 전도성 부분의 두께의 약 20%의 두께를 가질 수 있다.
제1 전도성 루프(110), 제2 전도성 루프(120), 및 복수의 전도성 가로대(150)의 전도성 부분들이, MRI RF 코일의 구성에 적합한 것으로 공지된 많은 상이한 전도성 재료 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전도성 루프(110 및 120) 및 전도성 가로대(150)의 전도성 부분들이 구리, 은, 및/또는 알루미늄 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 제1 전도성 루프(110), 제2 전도성 루프(120), 및 전도성 가로대(150) 중 하나 이상이, 구리, 은, 및/또는 알루미늄과 같은 전도성 재료의 하나 이상의 층을 포함할 수 있는 박막형 층(laminated layer)으로 형성될 수 있다.
일부 실시예가 최소 손실을 나타내는 두께를 가지는 전도성 부분을 포함할 수 있다. 예를 들어, 최소 손실을 나타낼 수 있는 바람직한 구리의 두께가 약 10 침투 깊이(skin depth)이고, 여기에서 침투 깊이가 이하의 표현식에 따라서 계산될 수 있다:
여기에서:
ρ = 벌크 저항율(bulk resitivity)(오옴-미터)
f = 주파수(헤르쯔)
μo = 투과 상수(Henries/미터) = 4π x 10-7
μr = 상대 투자율(relative permeability)(일반적으로 ~1)
그에 따라, 예를 들어, 14.7MHz에서, 구리가 전도성 재료일 때, 10 침투 깊이가 대략적으로 0.172mm와 같을 수 있을 것이다. 그러나, 0.172mm의 두께를 가지는 구리의 층이, 바람직하지 못한 감쇠량인, 대략적으로 약 1.53mm의 물(1.53mm of water)(계산: 0.172mm * 8.9 (구리의 밀도/물의 밀도) = 1.53mm)과 대략적으로 균등한 방사선 비임(15)에 대한 감쇠량을 유발할 수 있을 것이다. 상당한 인자(significant factor)만큼 방사선 비임(15)의 경로 내의 구리 두께를 감소시키는 것에 의해서, 감쇠가 만족스러운 레벨까지 감소될 수 있다. 예를 들어, 방사선 비임(15)의 경로 내의 구리의 두께가 5의 인자만큼 감소된다면, 구리에 의해서 유발되는 감쇠가 약 0.3mm의 물(계산: 0.03302mm * 8.9 = 0.3mm)과 대략적으로 균등한 양까지 감소될 수 있다.
그에 따라, 다시 도 2를 참조하면, 바람직하게 비교적 얇은 중간 섹션(152)이, 동작 중에 기구(14)로부터 방출되는 방사선(15)의 경로 내에 제공된다. 가로대(150)의 중간 섹션(152)이 비교적 얇은 전도체를 가지도록 구성하는 것의 하나의 장점은, 더 얇은 전도체가, 제1 단부 섹션(151a) 및 제2 단부 섹션(151b)을 형성하기 위해서 이용되는 더 두꺼운 전도체와 같은, 더 두꺼운 전도체 보다 방사선(15)에 대한 적은 감쇠를 유발한다는 것이다. 그에 따라, 방사선(15)이 RF 코일(100)의 중간 섹션(152)을 침투할 수 있고, 환자(18)에게 도달할 수 있으며, 환자(18)의 관심 영역(24) 상에서 바람직한 레벨의 방사선 처치를 실시하는데 있어서 여전히 적합할 수 있다.
당업자가 이해할 수 있는 바와 같이, 통상적인 버드케이지-스타일의 RF 코일의 가로대의 전도성 부분의 두께를 감소시키는 것은 가로대의 RF 저항을 높이는 효과를 갖는다. RF 코일의 중요한 성능 인자는 최대화되어야 하는 코일의 품질 인자(quality factor)(Q-인자)이다. 버드케이지-스타일의 RF 코일의 경우에, Q-인자는 코일의 RF 저항에 반비례한다. 그에 따라, 방사선 비임(15)의 감쇠를 피하기 위해서 통상적인 RF 코일의 가로대를 얇게하는 것은 코일의 RF 저항을 증가시키는 바람직하지 못한 효과를 나타내고 그에 따라 코일의 Q-인자를 감소시키는 효과를 나타낸다.
본 개시 내용은, 부분적으로만 얇아지는 가로대(150)를 제공하는 것에 의해서 이러한 문제에 대한 해결책을 제공한다. 본원에서 설명된 RF 코일은, 비교적 두꺼운 가로대 단부 섹션(151a 및 151b) 및 전도성 루프(110 및 120)와 함께, 비교적 얇은 중간 섹션(152)을 포함한다. 본 개시 내용의 양태는, 전도성 루프(110 및 120) 내의 RF 전류의 양이 각각의 가로대(150) 내의 RF 전류의 양 보다 상당히 더 많다는 관찰을 기초로 한다. 예를 들어, 전도성 루프(110 및 120) 내의 RF 전류의 양이 각각의 가로대(150) 내의 RF 전류의 양 보다 4배 내지 5배 더 많을 수 있을 것이다. 그에 따라, 전도성 루프(110 및 120)의 RF 저항을 감소시킴으로써, , 그리고 가로대(150)의 상당한 부분(즉, 가로대 단부 섹션(151a 및 151b))의 RF 저항을 감소시킴으로써, 가로대(150)의 부분을 얇게하는 것에 의해서 유발되는 증가된 RF 저항이 상당히 보상될 수 있다. 결과적으로, RF 코일(100)의 Q-인자 또는 성능에 대한 저하량이 용인 가능할 정도로 작아진다.
다시 도 3b를 참조하면, 일부 실시예에서, RF 코일(100)이 박판 인쇄회로보드(PCB) 기술을 이용하여 구축될 수 있다. 그러한 실시예에서, 복수의 두께의 전도성 층이 PCB(190)의 하나의 또는 양 측부에 도포될 수 있다(명료함 목적으로, 도 3a에는 도시하지 않았다). 전도성 층이 PCB(190)의 양 측부에 도포되는 실시예의 경우에, 비아(via)를 이용하여 PCB(190)의 대향 측부들 상에 위치되는 전도성 층들을 전기적으로 연결할 수 있다. 일부 실시예에서, 예를 들어, 가로대(150)의 중간 섹션(152)의 전도성 부분이 PCB(190)의 일 측부(상단) 상에 위치될 수 있고, 단부 섹션(151a 및 151b), 제1 단부 루프(110) 및 제2 단부 루프(120) 모두가 PCB(190)의 다른 측부(하단) 상에 위치될 수 있다. 그러한 실시예에서, 비아를 이용하여, PCB(190)를 통해서, 중간 섹션(152)을 인접한 단부 섹션(151a 및 151b)으로 전기적으로 연결할 수 있다.
RF 코일(100)이, 예를 들어 공지된 코일 설계 및 튜닝 방법에 따라서 가로대(150) 및/또는 절연 영역(180) 내에 커패시터와 같은 회로 요소를 포함시키는 것에 의해서, 대역-통과, 저역-통과, 또는 고역-통과 코일로서 구성될 수 있다. 또한, 전도성 층 내의 슬롯이 와전류 감소를 위해서 제공될 수 있다.
비록 RF 코일(100)이 PCB 기술을 이용하여 구축되는 것으로 설명되어 있지만, RF 코일(100)의 대안적인 실시예가 PCB 기술을 포함하지 않는 대안적인 구축 방법을 포함할 수 있다. 예를 들어, 가로대(150)의 중간 섹션(152)을 구축하기 위해서, 전도성 재료의 얇은 스트립이 절연 재료로 이루어진 정형재(former)로 도포될 수 있다. 가로대(150)의 단부 섹션(151a 및 151b)뿐만 아니라, 단부 루프(110 및 120)가, 가로대(150)의 중간 섹션(152)의 얇은 전도성 스트립으로 납땜될 수 있거나 달리 연결될 수 있는, 두꺼운 전도성 재료, 층, 또는 층의 그룹으로 구축될 수 있다. 일부 실시예에서, 전도성 재료의 희망 두께가, 공지된 도금 프로세스 또는 다른 공지된 구축 기술을 이용하여 전도성 재료를 선택적으로 후박화하는 것(thickening)에 의해서 달성될 수 있다.
예를 들어, 방사선 비임(15)이 균일하게 감쇠되도록 하기 위해서, 절연 영역(180)의 두께가 또한 변경될 수 있다. 절연 영역(180)이, 폴리이미드 필름(예를 들어, 독일 윌밍턴에 소재하는 DuPont으로부터 입수할 수 있는 KAPTON® 폴리이미드 필름)과 같은 하나 이상의 상이한 절연 재료를 포함할 수 있는, 단일 또는 복수의 절연 재료의 층으로 형성될 수 있다.
도 5는 도 3b에 도시된 단면선 V-V을 따라서 취한 예시적인 횡단면도를 도시한다. 도 5에 도시된 단면은, RF 코일(100)에 대한 기구(14)의 위치에 따라서 방사선 비임(15)의 경로 내에 배치될 수 있는 RF 코일(100)의 부분을 도시한다. 도 5에 도시된 바와 같이, RF 코일(100)은 두께(T1)를 가지는 비-전도성(절연) PCB 기판(190)을 포함한다. 두께(T2)를 가지는 절연 층(192a 및 192b)이 절연 영역(180) 내에서 PCB 기판(190) 상에 형성된다. 두께(T3)를 가지는 전도 층(194)이 가로대(150) 영역 내에서 PCB 기판(190) 상에 형성된다. 또한, 두께(T4)를 가지는 부가적인 절연 층(196a 및 196b)이 절연 영역(180) 내에서 PCB 기판(190)의 대향 측부 상에 형성된다. 전도성 층(194)의 재료가 기판 및 절연 재료 보다 큰 방사선 감쇠를 유발하기 때문에, 방사선 비임(15)에 대한 균일한 감쇠를 제공하기 위해서, 기판(190) 및 절연 층(192 및 196)의 전체 두께(T1+T2+T3)가 기판(190) 및 전도성 층(194)의 두께(T1+T3) 보다 두꺼워야 한다. 예를 들어, 일부 실시예에서, PCB 기판(190)이 T1 = 0.0762mm의 두께를 가질 수 있고, 절연 층(192a 및 192b)이 T2 = 0.0762mm의 두께를 가질 수 있고, 전도 층(194)이 T3 = 0.03302mm의 두께를 가질 수 있으며, 절연 층(196a 및 196b) 각각이 T4 = 0.127mm의 두께를 가질 수 있다. 그러한 실시예에서, PCB 기판(190) 및 절연 층(192 및 196)이 KAPTON® 폴리이미드 필름으로 형성될 수 있고, 전도 층(194)이 구리로 형성될 수 있다. 전도 층(194)과 실질적으로 동일한 감쇠를 제공하기 위한 층(192 및 196)의 적절한 두께를 결정할 때, 층(192, 194, 및 196)을 기판(190)으로 고정하기 위해서 이용될 수 있는 접착제와 같은, RF 코일(100) 내에 포함될 수 있는 도 5에 도시되지 않은 다른 재료가 고려될 수 있다.
각각의 층(192, 194 및 196)이 단일 층으로서 도시되어 있지만, 대안적으로 블록(192, 194 및/또는 196)이 하나 이상의 실제 재료의 층으로 형성될 수 있다. 또한, 층(192, 194 및/또는 196) 중 하나 이상이 하나 이상의 상이한 재료를 포함할 수 있다.
비록 첨부 도면 및 예를 참조하여 본 개시 내용의 예시적인 실시예를 본원에서 설명하였지만, 그러한 개시 내용이 그러한 정확한 실시예로 제한되지 않고, 개시 내용의 사상의 범위로부터 벗어나지 않고도, 당업자가 여러 가지 다른 변화 및 수정을 가할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러한 모든 변화 및 수정은, 첨부된 청구항에 의해서 규정된 바와 같은 개시 내용의 범위 내에 포함될 것이다.
본원에서 설명된 청구 대상이, 희망하는 구성에 따라서 시스템, 장치, 방법 및/또는 물품으로 구현될 수 있다. 전수한 설명에서 기술된 구현예는 본원에서 개시된 청구 대상과 일치하는 모든 구현예를 나타내는 것이 아니다. 그 대신에, 그러한 구현예는, 단지, 설명된 청구 대상과 관련된 양태와 일치하는 일부 예이다. 개시된 원리에 따른 여러 가지 구현예를 앞서서 설명하였지만, 그러한 구현예가 단지 예로서 제시된 것이고, 제한적이 아니라는 것을 이해하여야 할 것이다. 그에 따라, 발명(들)의 폭 및 범위가 전술한 예시적인 구현예 중 임의의 구현예에 의해서 제한되지 않아야 하고, 본 개시 내용으로부터의 청구항 및 그 균등물에 따라서만 규정되어야 한다. 본 개시 내용은, 본원의 구현예에서 개시된 계산이, 본원에서 교시된 동일한 개념을 적용하는, 수 많은 방식으로 실시될 수 있다는 것, 그리고 그러한 계산이 개시된 구현예와 균등하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 전술한 장점은, 임의의 작성된 청구항의 적용을 임의의 또는 모든 장점을 달성하는 프로세스 및 구조로 제한하지 않는다.
또한, 부분의 표제(section heading)가, 본 개시 내용으로부터 초래될 수 있는 임의 청구항 내에 기술된 발명을 제한하거나 특징화하지 않을 것이다. 구체적으로, 그리고 예로서, 비록 표제가 "기술 분야"를 지칭하지만, 청구항이, 소위 기술 분야를 설명하기 위해서 이러한 표제 하에서 선택된 언어에 의해서 제한되지 않아야 한다. 또한, "배경기술"에서의 기술에 관한 설명이, 그러한 기술이 본 개시 내용에서의 임의의 발명(들)에 대한 종래 기술이라는 것을 인정하는 것으로 간주되지 않아야 한다. 또한, "발명의 내용(summary)"이, 작성된 청구항에서 기술된 발명(들)의 특징으로서 간주되지 않는다. 또한, 이러한 개시 내용에 대한 일반적인 임의의 언급 또는 단수형의 "발명" 이라는 단어의 이용이 이하에서 기술되는 청구항의 범위에 대한 어떠한 제한도 암시하지 않는다. 본 개시 내용으로부터 작성되는 복수의 청구항에 대한 제한에 따라서 복수의 발명이 기술될 수 있을 것이고, 그에 따라 그러한 청구항은 발명(들), 및 그러한 발명에 의해서 보호되는 균등물을 규정한다.
비록 몇몇 변형예를 구체적으로 전술하였지만, 다른 수정 또는 부가가 가능할 것이다. 특히, 추가적인 특징 및/또는 변경이 본원에서 기술된 것에 부가될 수 있다. 예를 들어, 전술한 구현예가 개시된 특징의 여러 가지 조합 및 하위 조합 및/또는 전술한 몇몇의 추가적인 특징의 여러 가지 조합 및 하위 조합에 관한 것일 수 있을 것이다. 또한, 첨부 도면에 도시된 및/또는 본원에서 설명된 논리적 흐름이, 희망하는 결과를 달성하기 위해서, 도시된 특별한 순서, 또는 순차적 순서를 반드시 요구하지 않는다.
전술한 설명 및 청구항에서, "적어도 하나" 또는 "하나 이상"과 같은 문구에는, 요소 또는 특징의 결합적인 목록이 후속될 수 있을 것이다. "및/또는"이라는 용어가 또한 둘 이상의 요소 또는 특징의 목록 내에 기재되어 있을 수 있을 것이다. 그러한 문구가 기재된 문맥에 의해서 암시적으로 또는 명시적으로 달리 규정하지 않는 한, 그러한 문구는 목록화된 요소 또는 특징 중 개별적인 임의의 것 또는 인용된 요소 또는 특징 중 임의의 것과 다른 인용된 요소 또는 특징 중 임의의 것의 조합을 의미할 것이다. 예를 들어, "A 및 B 중 적어도 하나", "A 및 B 중 하나 이상" 및 ""A 및/또는 B"라는 문구는 각각 "A 단독, B 단독, 또는 A 및 B 함께"를 의미할 것이다. 또한, 3개 이상의 물품을 포함하는 목록에서도 유사하게 해석될 것이다. 예를 들어, "A, B, 및 C중 적어도 하나", "A, B, 및 C 중 하나 이상" 및 ""A, B, 및/또는 C "라는 문구는 각각 "A 단독, B 단독, C 단독, A 및 B 함께, A 및 C 함께, B 및 C 함께, 또는 A 및 B 및 C 함께"를 의미할 것이다.
전술한 그리고 청구항 내에서의 "~를 기초로"라는 용어의 이용은, 인용되지 않은 특징 또는 요소를 또한 허용할 수 있도록, "적어도 부분적으로 ~를 기초로"를 의미할 것이다.

Claims (30)

  1. 자기 공명 영상처리 장치와 함께 이용하기 위한 무선 주파수 코일로서:
    제1 전도성 루프;
    제2 전도성 루프; 및
    제1 및 제2 전도성 루프들 사이에 배치되고 제1 및 제2 전도성 루프에 전기적으로 연결되며, 원통형 부피 형상을 형성하는, 적어도 하나의 전도성 가로대를 포함하고,
    적어도 하나의 전도성 가로대가 제1 전도성 가로대 섹션 및 제2 전도성 가로대 섹션을 포함하고, 그리고
    제2 전도성 가로대 섹션이 제1 전도성 루프의 두께, 제2 전도성 루프의 두께, 및 제1 전도성 가로대 섹션의 두께 중 적어도 하나 보다 실질적으로 더 얇은 두께를 가지고, 제2 전도성 가로대 섹션이 원통형 부피의 외부로부터 원통형 부피 내로 침투하는 방사선 치료 디바이스로부터 방출된 방사선 비임을 수용하도록 구성되는, 무선 주파수 코일.
  2. 제1항에 있어서,
    제2 전도성 가로대 섹션이, 제1 전도성 루프, 제2 전도성 루프, 및 제1 전도성 가로대 섹션 중 적어도 하나의 두께의 약 5% 내지 약 75%인 두께를 가지는, 무선 주파수 코일.
  3. 제2항에 있어서,
    제2 전도성 가로대 섹션이, 제1 전도성 루프, 제2 전도성 루프, 및 제1 전도성 가로대 섹션 중 적어도 하나의 두께의 약 10% 내지 약 50%인 두께를 가지는, 무선 주파수 코일.
  4. 제3항에 있어서,
    제2 전도성 가로대 섹션이, 제1 전도성 루프, 제2 전도성 루프, 및 제1 전도성 가로대 섹션 중 적어도 하나의 두께의 약 15% 내지 약 30%인 두께를 가지는, 무선 주파수 코일.
  5. 제4항에 있어서,
    제2 전도성 가로대 섹션이, 제1 전도성 루프, 제2 전도성 루프, 및 제1 전도성 가로대 섹션 중 적어도 하나의 두께의 약 20%인 두께를 가지는, 무선 주파수 코일.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 전도성 가로대가 제3 전도성 가로대 섹션을 더 포함하고, 제2 전도성 가로대 섹션이 제1 및 제3 전도성 가로대 섹션들 사이에 배치되는, 무선 주파수 코일.
  7. 제6항에 있어서,
    제2 전도성 가로대 섹션이 제1 및 제3 전도성 가로대 섹션 보다 실질적으로 더 얇은, 무선 주파수 코일.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    제1 및 제3 전도성 가로대 섹션에 인접하여 위치된 PIN 다이오드 회로를 더 포함하는, 무선 주파수 코일.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 전도성 루프, 제2 전도성 루프, 및 적어도 하나의 전도성 가로대 중 적어도 하나가 구리, 은, 및 알루미늄 중 적어도 하나를 포함하는, 무선 주파수 코일.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 전도성 루프, 제2 전도성 루프, 및 적어도 하나의 전도성 가로대 중 적어도 하나가 복수의 전도성 재료의 층을 포함하는, 무선 주파수 코일.
  11. (삭제)
  12. 제11항에 있어서,
    인접한 전도성 가로대들 사이에 그리고 제1 및 제2 전도성 루프들 사이에 배치된 절연 영역을 더 포함하는, 무선 주파수 코일.
  13. 제12항에 있어서,
    절연 영역의 적어도 일부가, 제2 전도성 가로대 섹션 및 절연 영역의 부분 모두가 방사선 비임에 대해서 실질적으로 동일한 양의 감쇠를 제공하도록 선택된 두께를 가지는, 무선 주파수 코일.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    절연 영역이 폴리이미드를 포함하는, 무선 주파수 코일.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    인쇄회로보드(PCB) 기판을 더 포함하고,
    적어도 하나의 전도성 가로대가 PCB 기판의 제1 측부 상에 형성된 전도성 재료의 층을 포함하는, 무선 주파수 코일.
  16. 제15항에 있어서,
    적어도 하나의 전도성 가로대에 인접하여 그리고 제1 및 제2 전도성 루프들 사이에 배치된 절연 영역을 더 포함하고, 절연 영역이 PCB 기판의 제1 측부 상에 형성된 제1 절연 층 및 PCB 기판의 제2 측부 상에 형성된 제2 절연 층을 포함하는, 무선 주파수 코일.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    자기 공명 영상처리 장치가 1.0T 미만의 자장 강도를 가지는, 무선 주파수 코일.
  18. 자기 공명 영상처리 장치와 함께 이용하기 위한 무선 주파수 코일로서:
    제1 전도성 루프;
    제2 전도성 루프; 및
    제1 및 제2 전도성 루프들 사이에 배치되고 제1 및 제2 전도성 루프에 전기적으로 연결되는, 적어도 하나의 전도성 가로대를 포함하고,
    적어도 하나의 전도성 가로대가 제1 전도성 가로대 섹션, 제2 전도성 가로대 섹션, 및 제3 전도성 가로대 섹션을 포함하고, 제2 전도성 가로대 섹션이 제1 및 제3 전도성 가로대 섹션들 사이에 배치되고, 그리고
    제2 전도성 가로대 섹션이 제1 전도성 가로대 섹션의 두께 및 제3 전도성 가로대 섹션의 두께 보다 실질적으로 얇은 두께를 가지는, 무선 주파수 코일.
  19. 제18항에 있어서,
    제2 전도성 가로대 섹션의 두께가, 제1 전도성 루프, 제2 전도성 루프, 및 제1 전도성 가로대 섹션 중 적어도 하나의 두께의 약 20%인, 무선 주파수 코일.
  20. (삭제)
  21. 제20항에 있어서,
    제1 및 제3 전도성 가로대 섹션에 인접하여 위치된 PIN 다이오드 회로망을 더 포함하는, 무선 주파수 코일.
  22. 제18항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 전도성 루프, 제2 전도성 루프, 및 적어도 하나의 전도성 가로대 중 적어도 하나가 구리, 은, 및 알루미늄 중 적어도 하나를 포함하는, 무선 주파수 코일.
  23. 제18항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 전도성 루프, 제2 전도성 루프, 및 가로대 중 적어도 하나가 복수의 전도성 재료의 층을 포함하는, 무선 주파수 코일.
  24. (삭제)
  25. 제24항에 있어서,
    인접한 전도성 가로대들 사이에 그리고 제1 및 제2 전도성 루프들 사이에 배치된 절연 영역을 더 포함하는, 무선 주파수 코일.
  26. 제25항에 있어서,
    절연 영역의 적어도 일부가, 제2 전도성 가로대 섹션 및 절연 영역의 부분 모두가 방사선 비임에 대해서 실질적으로 동일한 양의 감쇠를 제공하도록 선택된 두께를 가지는, 무선 주파수 코일.
  27. 제25항 또는 제26항에 있어서,
    절연 영역이 폴리이미드를 포함하는, 무선 주파수 코일.
  28. 제18항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
    자기 공명 영상처리 장치가 1.0T 미만의 자장 강도를 가지는, 무선 주파수 코일.
  29. 자기 공명 영상처리 시스템에 배치되는 대상에 대한 소정 형태의 처치를 실시하는 단계로서, 처치 실시 단계가 자기 공명 영상처리 시스템의 2개의 수평 자석 절반체들 사이의 갭 영역 내에 장착되는 기구를 이용하는 것을 포함하고, 자기 공명 영상처리 시스템이, 갭을 가로질러 연장하는 무선 주파수 코일을 포함하고, 무선 주파수 코일이 제1항 내지 제28항 중 어느 한 항의 무선 주파수 코일과 일치하는, 처치 실시 단계; 및
    자기 공명 영상처리 시스템으로 대상의 일부를 영상처리하는 단계로서, 영상처리 단계가, 소정 형태의 처치를 실시하는 단계와 동시적으로 그리고 상기 소정 형태의 처치의 품질 레벨을 임상적으로 용인될 수 없는 지점까지 저하시키지 않고, 이루어지는, 영상처리 단계를 포함하는, 방법.
  30. 제1항에 있어서,
    제2 전도성 가로대 섹션의 두께는 제1 전도성 가로대 섹션의 두께 보다 더 적은 방사선 비임 감쇠를 유발하는 무선 주파수 코일.
KR1020157027623A 2013-03-12 2014-03-12 자기 공명 영상처리 유도형 방사선 치료용 무선 주파수 버드케이지 코일 KR20150135337A (ko)

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