KR20170048577A - 자기 공명 이미징을 위한 강자성 증강 - Google Patents

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KR20170048577A
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마이클 스티븐 풀
토드 리릭
조나단 엠. 로드버그
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하이퍼파인 리서치, 인크.
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Abstract

일부 양태들에서, 낮은-필드 MRI 시스템에서의 이용을 위한 자기적 시스템. 자기적 시스템은, 동작될 때, 낮은-필드 MRI 시스템을 위한 B0 필드에 기여하기 위한 자기장을 생성하도록 구성된 적어도 하나의 전자석, 및 B0 필드에 기여하기 위한 자기장을 생성하기 위한 적어도 하나의 영구 자석을 포함한다.

Description

자기 공명 이미징을 위한 강자성 증강{FERROMAGNETIC AUGMENTATION FOR MAGNETIC RESONANCE IMAGING}
자기 공명 이미징(magnetic resonance imaging; MRI)은 다수의 응용들에 대한 중요한 이미징 양식을 제공하고, 인간 신체의 내부의 이미지들을 생성하기 위한 임상적 및 연구 설정들에서 폭넓게 사용된다. 일반론으로서, MRI는 인가된 전자기장들로부터 기인하는 상태 변경들에 응답하여 원자들에 의해 방출된 전자기파들인 자기 공명(magnetic resonance; MR) 신호들을 검출하는 것에 기초한다. 예를 들어, 핵 자기 공명(nuclear magnetic resonance; NMR) 기법들은 이미징되고 있는 객체에서의 원자들(예컨대, 인간 신체의 조직에서의 원자들)의 핵 스핀(nuclear spin)의 재정렬 또는 이완 시에 여기된 원자들의 핵들로부터 방출된 MR 신호들을 검출하는 것을 수반한다. 검출된 MR 신호들은 이미지들을 생성하기 위하여 프로세싱될 수도 있고, 이것은 의료적 응용들의 전후상황에서, 진단, 치료 및/또는 연구 목적들을 위한 신체 내의 내부 구조체들 및/또는 생물학적 프로세스들의 조사를 허용한다.
MRI는 다른 양식들의 안전 우려들 없이(예컨대, 대상자를 이온화 방사선, 예컨대, x-선들에 노출할 필요 없이, 또는 방사성 재료를 신체에 도입하지 않으면서) 상대적으로 높은 해상도(resolution) 및 콘트라스트(contrast)를 가지는 비-침습적(non-invasive) 이미지들을 생성하기 위한 능력으로 인해 생물학적 이미징을 위한 매력적인 이미징 양식을 제공한다. 추가적으로, MRI는 다른 이미징 양식들이 만족스럽게 이미징할 수 없는 대상물을 이미징하기 위하여 활용될 수 있는 연약한 조직 콘트라스트를 제공하기 위하여 특히 적용가능하다. 또한, MR 기법들은 다른 양식들이 취득할 수 없는 구조체들 및/또는 생물학적 프로세스들에 대한 정보를 포착할 수 있다. 그러나, 주어진 이미징 응용을 위하여, 장비의 상대적으로 높은 비용, 제한된 이용가능성(예컨대, 임상적 MRI 스캐너들에 대한 접근을 얻음에 있어서의 어려움 및 비용), 이미지 취득 프로세스의 길이 등을 포함할 수도 있는 기존의 MRI 기법들에 대한 다수의 단점들이 있다.
임상적 MRI에 있어서의 추세는 스캔 시간, 이미지 해상도, 및 이미지 콘트라스트 중의 하나 이상을 개선시키기 위하여 MRI 스캐너들의 필드 강도(field strength)를 증가시켜 왔고, 이것은 궁극적으로, MRI 이미징의 비용들을 끌어올린다. 막대한 다수의 설치된 MRI 스캐너들은 스캐너의 주 자기장(main magnetic field) B0의 필드 강도를 지칭하는 적어도 1.5 또는 3 테슬라(tesla)(T)를 이용하여 동작한다. 임상적 MRI 스캐너의 대략적인 비용 추정치는 대략 테슬라 당 백만 달러이고, 이것은 실질적인 동작, 서비스, 및 이러한 MRI 스캐너들을 동작시킴에 있어서 수반된 유지보수 비용들을 심지어 고려하지 않는다.
추가적으로, 기존의 높은-필드(high-field) MRI 시스템들은 전형적으로, 대상자(예컨대, 환자)가 이미징되는 강한 균일한 정적 자기장(B0)을 생성하기 위하여 큰 초전도 자석들 및 연관된 전자기기들을 요구한다. 초전도 자석들은 전도체들을 초전도 상태에서 유지하기 위하여 극저온(cryogenic) 장비를 추가로 요구한다. 이러한 시스템들의 크기는 자기적 컴포넌트(magnetic component)들, 전자기기들, 열 관리 시스템, 및 MRI 시스템의 자기적 컴포넌트들을 격리시키기 위하여 특수하게 차폐된 방을 포함하는 제어 콘솔 구역들을 위한 다수의 방들을 포함하는 전형적인 MRI 설비에 있어서 상당하다. MRI 시스템들의 크기 및 비용은 일반적으로 그 사용을, 충분한 공간과, 그것들을 구입하고 유지하기 위한 자원들을 가지는 병원들 및 학술적 연구 센터들과 같은 시설들로 제한한다. 높은-필드 MRI 시스템들의 높은 비용 및 실질적인 공간 요건들은 MRI 스캐너들의 제한된 이용가능성으로 귀착된다. 이와 같이, MRI가 유익할 것이지만, 전술된 제한들로 인해, 그리고 이하에서 더욱 상세하게 논의된 바와 같이 비실용적이거나 불가능한 임상적 상황들이 빈번하게 있다.
자기 공명 이미징에서의 이용을 위한 주 자기장 B0은 기존에는 전자석들을 이용하여, 그리고 전형적으로 그렇게 배타적으로 생성된다. 그러나, 전자석들은 자기장을 생성하기 위하여 전자석을 동작시키기 위한 전력을 요구한다. 발명자들은 필드 강도를 증가시키고 및/또는 B0 필드의 균질성(homogeneity)을 개선시키기 위하여, 그 자신의 자기장을 생성하는 영구 자석들이 낮은-필드(low-field) MRI 시스템을 위한 하나 이상의 자기장들, 예를 들어, B0 필드의 생성을 보조하기 위해 사용될 수도 있다는 것을 인지하였다.
이 점에서, 일부 실시형태들은 낮은-필드 MRI 시스템에서의 이용을 위한 자기적 시스템을 포함하고, 자기적 시스템은, 동작될 때, 낮은-필드 MRI 시스템을 위한 B0 필드에 기여하기 위한 자기장을 생성하도록 구성된 적어도 하나의 전자석, 및 B0 필드에 기여하기 위한 자기장을 생성하기 위한 적어도 하나의 영구 자석을 포함한다.
일부 실시형태들은 낮은-필드 자기 공명 이미징을 위하여 적용가능한 B0 필드를 제공하는 방법을 포함하고, 방법은 B0 필드에 기여하기 위한 자기장을 생성하기 위하여 적어도 하나의 전자석을 동작시키는 단계, 및 B0 필드에 기여하기 위한 자기장을 생성하기 위하여 적어도 하나의 영구 자석을 이용하는 단계를 포함한다.
개시된 기술의 다양한 양태들 및 실시형태들은 다음의 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 도면들은 반드시 축척에 맞게 그려지지 않는다는 것이 인식되어야 한다.
도 1a는 이중-평면(bi-planar) 자석 구성을 이용한 낮은-필드 MRI 시스템의 개략적인 예시도이고;
도 1b 내지 도 1d는 일부 실시형태들에 따라 전자석(들) 및 영구 자석(들)을 사용하는 자석들을 예시하고;
도 2a 및 도 2b는 일부 실시형태들에 따라 낮은-필드 MRI 시스템과의 이용을 위한 강자성 요크(ferromagnetic yoke)를 도시하고;
도 3은 일부 실시형태들에 따라 낮은-필드 MRI 시스템과의 이용을 위한 대안적인 강자성 요크를 도시하고;
도 4는 일부 실시형태들에 따라 낮은-필드 MRI 시스템과의 이용을 위한 C-형상 강자성 요크를 통한 단면을 도시하고;
도 5는 일부 실시형태들에 따라 전자기 코일들을 포함하는 강자성 증강 디바이스를 통한 단면을 도시하고;
도 6은 일부 실시형태들에 따라 심 링(shim ring)들을 포함하는 강자성 증강 디바이스를 통한 단면을 도시하고;
도 7은 일부 실시형태들에 따라 심 재료를 포함하는 강자성 증강 디바이스를 통한 단면을 도시하고;
도 8은 일부 실시형태들에 따라 극 판(pole plate)들을 포함하는 강자성 증강 디바이스를 통한 단면을 도시하고;
도 9a는 일부 실시형태들에 따라 강자성 컴포넌트들을 편입시키는, 접혀진 구성인 전환가능한 낮은-필드 MRI 시스템의 예를 예시하고;
도 9b는 일부 실시형태들에 따라 연장된 구성인 도 9a의 전환가능한 낮은-필드 MRI 시스템을 예시하고; 그리고
도 9c는 일부 실시형태들에 따라 자기적 컴포넌트들의 분해도로 도 9a의 경우의 전환가능한 낮은-필드 MRI 시스템을 예시한다.
MRI 스캐너 시장은 높은-필드 시스템들에 의해 압도적으로 지배되고, 의료적 또는 임상적 MRI 응용들에 대하여 배타적으로 그러하다. 위에서 논의된 바와 같이, 의료적 이미징에서의 일반적인 추세는 점점 더 큰 필드 강도들을 갖는 MRI 스캐너들을 생성하여 왔고, 막대한 다수의 임상적 MRI 스캐너들은 1.5 T 또는 3 T에서 동작하고, 7 T 및 9 T의 더 높은 필드 강도들이 연구 설정들에서 이용된다. 본원에서 이용된 바와 같이, "높은-필드"는 임상적 설정에서 현재 이용 중인 MRI 시스템들, 및 더욱 상세하게는, 1.5 T 에서, 또는 1.5 T를 초과하는 주 자기장(즉, B0 필드)으로 동작하는 MRI 시스템들을 일반적으로 지칭하지만, .5 T 내지 1.5 T 사이에서 동작하는 임상적 시스템들이 "높은-필드"로 일반적으로 또한 고려된다. 대조적으로, "낮은-필드"는 대략 0.2 T 이하의 B0 필드로 동작하는 MRI 시스템들을 일반적으로 지칭한다.
높은-필드 MRI 시스템들의 매력은 더 낮은 필드 시스템들과 비교하여 개선된 해상도 및/또는 감소된 스캔 시간들을 포함하여, 임상적 및 의료적 MRI 응용들을 위한 점점 더 높은 필드 강도들에 대한 압박을 자극한다. 그러나, 위에서 논의된 바와 같이, MRI 시스템들의 필드 강도를 증가시키는 것은 점점 더 비싸고 복잡한 MRI 스캐너들을 산출하고, 이에 따라, 이용가능성을 제한하고, 일반적인 목적 및/또는 일반적으로 이용가능한 이미징 해결책으로서의 그 이용을 방지한다. 위에서 논의된 바와 같이, 높은-필드 MRI의 높은 비용에 대한 기여 인자들은 고가의 초전도 배선들과, 배선들을 초전도 상태에서 유지하기 위해 필요한 극저온 냉각 시스템들이다. 예를 들어, 높은 필드 MRI 시스템들을 위한 B0 자석은, 자체적으로 고가일뿐만 아니라, 초전도 상태를 유지하기 위하여 고가이고 복잡한 극저온 장비를 요구하는 초전도 배선을 빈번하게 채용한다.
낮은-필드 MR은 비-이미징(non-imaging) 연구 목적들과, 좁고 특정한 콘트라스트-증대된 이미징 응용들을 위한 제한된 전후상황들에서 탐구되었지만, 기존에는 임상적으로 유용한 이미지들을 생성하기 위하여 적용가능하지 않은 것으로서 간주된다. 예를 들어, 해상도, 콘트라스트, 및/또는 이미지 취득 시간은 일반적으로, 조직 구별, 혈류(flood flow) 또는 관류(perfusion) 이미징, 확산-가중화된(diffusion-weighted; DW) 또는 확산 텐서(diffusion tensor; DT) 이미징, 기능적 MRI(functional MRI; fMRI) 등과 같은, 그러나 이것으로 제한되지 않는 임상적 목적들을 위하여 적용가능한 것으로서 간주되지 않는다.
발명자들은 병원들 및 연구 시설들에서의 대형 MRI 설비들을 초월하는 다양한 환경들에서 MRI 기술의 대규모 전개가능성(deployability)을 개선시킬 수 있는 개선된 품질의, 휴대용, 및/또는 더욱 저비용인 낮은-필드 MRI 시스템들을 생성하기 위한 기법들을 개발하였다. 발명자들의 기여의 일부 양태들은 그 인식으로부터, 높은-필드 및 낮은-필드 MRI의 비용 및 복잡도에 기여하는 중요한 인자가 이미징 응용들을 위하여 이용가능한 MR 신호들을 생성하기 위해 필요한 자기기기 컴포넌트(magnetics component)들뿐만 아니라, 자기적 컴포넌트들을 동작시키기 위해 필요한 전력 전자기기라는 것을 유도한다.
간단하게, MRI는 B0 필드의 방향에서 원자들의 원자 스핀(atomic spin)들을 정렬하기 위하여, 이미징되어야 할 객체(예컨대, 환자의 전부 또는 부분)를 정적인, 균질의 자기장 B0에서 배치하는 것을 수반한다. 높은-필드 MRI 시스템들에 대하여, 초전도 배선의 코일들로 이루어진 초전도 자석들은 높은-필드 MRI에서 채용된 필드 강도들에서 B0의 균질성을 달성하도록 일반적으로 요구된다. 초전도 자석들 자체가 고가일 뿐만 아니라, 그것들은 일반적으로 동작 동안에 극저온 냉각을 요구하여, 높은-필드 MRI 스캐너들의 비용 및 복잡도를 증가시킨다. B0 자기적 컴포넌트에 추가하여, 경사 코일(gradient coil)들은 객체로부터의 MR 신호들을 공간적으로 인코딩하도록 제공되고, 송신 및 수신 코일들은 원자 스핀들이 배향을 변화하게 하고 자기장 B0과의 원자 스핀들의 재정렬 시에 객체로부터 방출된 MR 신호들을 각각 검출하기 위하여, 자기장 B0의 필드 강도에 관련된 주파수에서 자기장 B1을 생성하도록 제공된다. 높은-필드 강도들 및 연관된 높은 주파수들에서, 이 자기적 컴포넌트들은 또한 상대적으로 복잡하고 비싸다.
발명자(들)는 낮은-필드 MRI 시스템들이 비싼 초전도 자석들 및/또는 연관된 극저온 냉각 시스템들을 요구하지 않고 감소된 필드 강도들이 시스템에서의 다른 자기적 컴포넌트들의 복잡도 및/또는 비용에 있어서의 감소를 가능하게 할 수도 있다는 것을 인식하였다. 전자석들을 사용하는 낮은-필드 MRI 시스템들의 일부 예들은 그 전체적으로 참조로 본원에 편입되는, 2015년 9월 4일자로 출원되고 "Thermal Management Methods and Apparatus(열 관리 방법들 및 장치)"라는 명칭인, 대리인 관리번호 제O0354.70004US01호 하에서 공동-출원된 미국 특허 출원에서 설명되어 있다.
그러나, 전자석들은 개개의 전자석을 동작시키기 위하여 필요한 전류를 제공하기 위한 전원을 요구한다. 예를 들어, 상대적으로 안정적인 전원은 충분한 균질성을 갖는 B0 필드를 생성하기 위하여 적용가능한 전류로 B0 코일(들)을 구동하도록 요구되고, 경사 증폭기(gradient amplifier)들은 희망하는 특성들에 따라 경사 코일들을 동작시키도록 요구된다. 낮은-필드 MRI 시스템의 전력 전자기기는 시스템의 비용에 실질적으로 기여하고, 이 비용은 전력 소비의 관점으로부터, 그리고 컴포넌트들 자체의 비용으로 인해 더 높은 필드 강도들에서 증가한다.
게다가, 전력 요건들이 필드 강도와 함께 증가함에 따라, 시스템의 컴포넌트들로부터 떠나도록 열을 전달하기 위해 필요한 열 관리 시스템의 비용 및 복잡도도 그러하다. 예를 들어, 낮은-필드 MRI 시스템들의 자기적 컴포넌트들은 일반적으로 초전도 재료들을 채용하지 않고, 그 대신에, 열 관리가 MRI 시스템(예컨대, 시스템의 자기적 컴포넌트들)에 의해 생성된 열을 발산(dissipate)하는 것이 전형적으로 요구되도록 동작될 때에 열을 생성하는 더욱 기존의 전도 재료들(예컨대, 구리, 알루미늄 등)을 전형적으로 채용한다. B0 필드 강도가 낮은-필드 범위에서 증가됨에 따라, 열 관리의 비용 및 복잡도가 또한 증가한다. 이와 같이, 낮은-필드 MRI 시스템의 전력 요건들은 전력 전자기기 및 열 관리의 관점 양자로부터, 낮은-필드 MRI 시스템의 비용 및 복잡도에서 실질적인 역할을 하고, 낮은-필드 MRI 시스템에 의해 도달가능한 필드 강도를 제한할 수도 있다.
발명자들은 영구 자석들이 낮은-필드 MRI 시스템의 하나 이상의 자기장들의 생성을 보조하기 위하여 사용될 수도 있다는 것을 인지하였다. 영구 자석은 그 자신의 지속적인 자기장을 생성하는 임의의 객체를 지칭한다. 이와 같이 자화될 수 있는 재료들은 강자성으로서 본원에서 지칭되고, 비-제한적인 예들로서, 철, 니켈, 코발트, 그 합금들 등을 포함한다. 영구 자석은 자기장을 생성하기 위한 전원을 요구하지 않으므로, 하나 이상의 영구 자석들은 시스템의 전력 요건들을 증가시키지 않으면서, 자기장에 기여하기 위하여 이용될 수도 있다. 이에 따라, 예를 들어, B0 필드에 기여하기 위하여 영구 자석을 이용하면, 희망하는 강도의 B0 필드는 감소된 전력 요건들로 생성될 수도 있다(예컨대, 대략 10 mT, 20 mT, .1 T, .2 T 등의 이하인 B0 필드).
추가적으로, 강자성 재료들은 전력 요건들에 있어서의 대응하는 증가 없이, 더 높은 B0 필드를 생성하기 위하여 이용될 수 있으므로, 영구 자석들의 이용은 .2 T를 초과하는(예컨대, .2 T 이상이고 .3 T 이하이거나, 또는 .5 T 미만인 잠재적으로 더 높은 필드 강도들) B0 필드로 동작하는 낮은-필드 MRI 시스템의 전위로, 전력 요건들을 증가시키지 않으면서, 더 높은 B0 필드를 가지는 낮은-필드 MRI 시스템의 구성을 가능하게 할 수도 있다. 일부 실시형태들에 따르면, 적어도 하나의 전자석 및 적어도 하나의 영구 자석은 적어도 부분적으로, 낮은-필드 MRI 시스템을 위한 B0 필드를 생성하기 위하여 이용된다.
발명자들은 영구 자석들이 MRI를 위하여 이용된 B0 필드의 균질성을 개선시키기 위하여 사용될 수도 있다는 것을 추가로 인식하였다. 특히, 하나 이상의 영구 자석들은 그 기여하는 자기장들이 개선된 균질성을 지원하도록 하는 로케이션들에서 크기가 정해질 수 있고, 성형될 수 있고, 및/또는 배열될 수 있다. 이와 같이, 영구 자석들은 예를 들어, 낮은-필드 MRI에서의 이용을 위하여 생성된 B0 필드의 필드 강도뿐만 아니라 균질성에도 기여하기 위하여 사용될 수도 있다.
낮은-필드 MRI 및 이러한 시스템들에서의 강자성 재료들의 이용을 포함하는 낮은 필드 자기 공명 응용들을 위한 방법들 및 장치에 관련된 다양한 개념들 및 이 방법들 및 장치의 실시형태들의 더욱 상세한 설명들이 이하에서 뒤따른다. 본원에서 설명된 다양한 양태들은 여러 방법들 중의 임의의 것으로 구현될 수도 있다는 것이 인식되어야 한다. 특정 구현예들의 예들은 오직 예시적인 목적들을 위하여 본원에서 제공된다. 게다가, 이하의 실시형태들에서 설명된 다양한 양태들은 단독으로 또는 임의의 조합으로 이용될 수도 있고, 본원에서 명시적으로 설명된 조합들로 제한되지 않는다.
위에서 논의된 바와 같이, 낮은-필드 MRI 시스템은 높은-필드 MRI 시스템들과 연관된 문제들 중의 하나 이상을 해결할 수도 있다. 예를 들어, 예시적인 낮은-필드 MRI 시스템들은 초전도 자석들을 이용하지 않으면서, 그리고 결과적으로, B0 자석을 초전도 상태에서 유지하기 위해 필요한 연관된 초저온 냉각 장치 없이 구현될 수도 있음으로써, 결과적인 MRI 시스템의 비용, 복잡도, 및 크기를 상당히 감소시킬 수도 있다. 높은-필드 MRI를 위하여 적용가능한 자기장 강도 및 자기장 균질성을 가지는 B0 필드를 생성하기 위하여, 초전도 재료로 형성된 솔레노이드 코일(solenoid coil)이 이용되고, 여기서, 생성된 B0 필드는 솔레노이드의 중심을 통한 축의 방향에 있다. 그 결과, 환자를 이미징하는 것은 환자를 솔레노이드 코일 내부에 배치하는 것을 요구한다. 솔레노이드 코일은 높은 필드 강도들에서 균질의 필드를 생성하기 위하여 특히 적용가능하지만, 이 기하구조는 장비의 크기를 증가시킬뿐만 아니라, 환자가 이미징되어야 할 원통형 구멍 내로 삽입될 것을 요구한다. 이에 따라, 이 기하구조는 폐소공포증(claustrophobia)을 갖는 환자들을 위하여 적용가능하지 않을 수도 있고, 큰 환자들을 수용할 수 없을 수도 있다. 이에 따라, 높은-필드 MRI를 위한 적용가능한 B0 자석을 생성하기 위하여 일반적으로 요구된 솔레노이드 코일 기하구조는 높은-필드 MRI가 실용적이고 이용가능한 일반적인 목적의 이미저(imager)가 되는 것을 방지하는 제한들을 추가로 가진다.
도 1a는 적어도 부분적으로, 낮은-필드 MRI 이미징을 위하여 적용가능한 B0 필드의 부분을 생성하도록 구성된 이중-평면 전자석을 개략적으로 예시한다. 이중-평면 전자석은 2 개의 외부 코일들(110a 및 110b) 및 2 개의 내부 코일들(112a 및 112b)을 포함한다. 적절한 전류가 코일들에 인가될 때, 자기장은, 적절하게 설계되고 구성될 때, 낮은-필드 MRI를 위하여 적용가능할 수도 있는 코일들 사이에서 시야(field of view)를 가지는 B0 필드를 생성하기 위하여 화살표에 의해 표시된 방향에서 생성된다. 용어 "코일"은 자기장을 생성하기 위하여 전류를 전도시킴으로써, 전자석을 형성하는 적어도 하나의 "턴(turn)"을 가지는 임의의 기하구조의 임의의 전도체 또는 전도체들의 조합을 지칭하기 위하여 본원에서 이용된다.
도 1a에서 예시된 이중-평면 기하구조는 높은-필드 MRI를 위한 충분한 균질성의 B0 필드를 획득함에 있어서의 어려움으로 인해 높은-필드 MRI를 위하여 일반적으로 적용가능하지 않다는 것이 인식되어야 한다. 도 1a에서 예시된 이중-평면 B0 자석은 일반적으로 개방형 기하구조를 제공하여, 폐소공포증을 앓고 있고 기존의 높은-필드 솔레노이드 코일 기하구조들로 이미징되는 것을 거부할 수도 있는 환자들에 의한 그 이용을 가능하게 한다. 또한, 이중-평면 설계는 그 개방형 설계, 및 일부 사례들에서, 낮은-필드 강도들 및 균질성 요건들에서 가능한 일반적으로 더 큰 시야의 결과로 더 큰 환자들에 의한 이용을 가능하게 할 수도 있다.
도 1a에서 예시된 이중-평면 B0 자석은 높은-필드 MRI를 위하여 가능한 것보다 훨씬 덜 복잡하고 더 낮은 비용의 B0 자석을 제공한다. 발명자들은 도 1a에서의 자석의 양태들이 낮은-필드 MRI에서의 이용을 위한 B0 자석 또는 그 부분을 제작하기 위하여 라미네이트(laminate) 기법들을 이용할 시에 개선될 수도 있다. 적용가능한 라미네이트 기법들 및 라미네이트 기법들을 사용하는 시스템들은 그 전체적으로 참조로 본원에 편입되는, 2015년 9월 4일자로 출원되고 "Low Field Magnetic Resonance Imaging Methods and Apparatus(낮은 필드 자기 공명 이미징 방법들 및 장치)"라는 명칭인, 대리인 관리번호 제O0354.70000US01호 하에서 공동-출원된 미국 특허 출원에서 설명되어 있다. 하나의 예로서, 라미네이트 기법들은 낮은-필드 MRI를 위한 희망하는 B0 필드를 생성하기 위하여 내부 코일들(112a 및 112b)을 대체하는 B0 자석을 생성하기 위하여 이용될 수도 있다. 이러한 하이브리드 기법들의 예들은 위에서 편입된 공동-출원된 출원에서 설명되고 이하에서 더욱 상세하게 논의된다.
다른 실시형태들에서, 라미네이트 기법들은 그 전체적으로 B0 자석을 구현하기 위하여 이용될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시형태들에 따르면, 라미네이트 패널은 낮은-필드 MRI를 위하여 적용가능한 B0 자기장을 생성할 수 있거나 이 B0 자기장에 기여할 수 있는 하나 이상의 B0 코일들, 또는 하나 이상의 B0 코일들의 부분을 형성하도록 패턴화된 적어도 하나의 전도성 층을 포함한다. 예를 들어, 라미네이트 패널은 도 1a에서 예시된 한 쌍의 이중-평면 B0 코일들의 하나의 "면(side)"을 형성하기 위한 복수의 동심 코일들을 포함할 수도 있다. 제 2 라미네이트 패널은 이중-평면 설계에서 시야의 다른 "면"을 위한 B0 코일들을 편입시키도록 유사하게 구성될 수도 있다. 이러한 방식으로, 낮은-필드 MRI 시스템을 위한 B0 필드를 생성하기 위하여 이용된 자기적 컴포넌트들은 라미네이트 패널 기법들을 이용하여 구성될 수도 있다.
도 1a는 또한, 예시된 낮은-필드 MRI 시스템의 부분에 대한 위상 및 주파수 인코딩을 가능하게 하기 위하여 자기장들을 생성하기 위한 한 쌍의 평면형 경사 코일 세트들(120a, 120b)을 개략적으로 예시한다. 위에서 논의된 바와 같이, MRI 시스템들은 수신된 MR 신호들의 공간적 로케이션을 주파수 또는 위상의 함수로서 인코딩하기 위하여 경사 코일들을 이용하는 알려진 방식으로 B0 필드를 체계적으로 변동시킴으로써 수신된 MR 신호들을 인코딩한다. 예를 들어, 경사 코일들은 특정한 방향을 따르는 공간적 로케이션의 선형 함수로서 주파수 또는 위상을 변동시키도록 구성될 수도 있지만, 더욱 복잡한 공간적 인코딩 프로파일들이 또한, 비선형 경사 코일들을 이용함으로써 제공될 수도 있다. 예를 들어, 제 1 경사 코일은 제 1 (X) 방향에서 주파수 인코딩을 수행하기 위하여 그 방향에서 B0 필드를 선택적으로 변동시키도록 구성될 수도 있고, 제 2 경사 코일은 위상 인코딩을 수행하기 위하여 제 1 방향에 실질적으로 직교하는 제 2 (Y) 방향에서 B0 필드를 선택적으로 변동시키도록 구성될 수도 있고, 제 3 경사 코일은 용적계측 이미징 응용들을 위한 슬라이스 선택을 가능하게 하기 위하여 제 1 및 제 2 방향들에 실질적으로 직교하는 제 3 (Z) 방향에서 B0 필드를 선택적으로 변동시키도록 구성될 수도 있다.
경사 코일들은 특정 B0 자기적 컴포넌트(예컨대, 도 1a에서 도시된 바와 같은 하나 이상의 B0 코일들)로 동작하도록 설계되고, 만족스럽게 동작시키기 위하여, 상대적으로 정밀한 제조와, B0 자기적 컴포넌트와의 추후의 정렬을 전형적으로 요구한다. 발명자들은 하나 이상의 경사 코일들(또는 그 부분들)을 제작하기 위하여 라미네이트 기법들을 이용하는 것이 낮은 필드 MRI 시스템의 자기기기 컴포넌트들을 제조하기 위한 더 간단하고 더욱 비용 효과적인 접근법을 가능하게 할 수도 있다는 것을 인지하였다.
일부 실시형태들에 따르면, 라미네이트 패널은 낮은-필드 MRI 장치에서 동작될 때에 검출된 MR 신호들의 공간적 인코딩을 제공하기 위하여 적용가능한 자기장을 생성할 수 있거나 이 자기장들에 기여할 수 있는 하나 이상의 경사 코일들, 또는 하나 이상의 경사 코일들의 부분을 형성하도록 패턴화된 적어도 하나의 전도성 층을 포함한다. 예를 들어, 라미네이트 패널은 하나 이상의 X-경사 코일들(또는 그 부분들), 하나 이상의 Y-경사 코일들(또는 그 부분들), 및/또는 하나 이상의 Z-경사 코일들(또는 그 부분들)을 형성하도록 패턴화된 하나 이상의 전도성 층들을 포함할 수도 있다. 하나 이상의 경사 코일들(또는 그 부분들)을 형성하는 라미네이트 패턴은 대응하는 B0 자기적 컴포넌트로부터 분리되어 있을 수도 있거나, 동일한 라미네이트 패널의 하나 이상의 층들에서 형성될 수도 있다. 후자에 대하여, 하나 이상의 경사 코일들은 하나 이상의 B0 코일들(또는 그 부분들)과 공유된(그러나 전기적으로 그로부터 격리된) 전도성 층들에 의해 형성될 수도 있거나, 하나 이상의 B0 코일들(또는 그 부분들)로부터 분리되어 있는 하나 이상의 전도성 층들에서 형성될 수도 있다. 라미네이트 패널에서의 하나 이상의 B0 코일들(또는 그 부분들)과의 하나 이상의 경사 코일들(또는 그 부분들)의 통합은, 그 추가의 양태들이 이하에서 논의되는 낮은-필드 MRI를 위한 자기적 컴포넌트들을 설계하고 제조하기 위한 더 간단하고 더 신축적인 접근법을 가능하게 할 수도 있다.
낮은 필드 MRI 시스템은 예를 들어, 강도를 증가시키고 및/또는 B0 필드의 균질성을 개선시키거나, 이미징되고 있는 객체의 효과들을 로딩하는 경사 코딩들의 동작에 의해 생성된 것들과 같은 해로운 필드 효과들에 대항하거나, 또는 그렇지 않을 경우에, 낮은 필드 MRI 시스템의 자기기기를 지원하기 위하여, 시스템의 지원 하에 자기장들을 생성하도록 배열된 하나 이상의 심 코일(shim coil)들과 같은 추가적인 자기적 컴포넌트들을 더 포함할 수도 있다. 심 코일이 MRI 시스템의 B0 필드에 기여하도록(예컨대, 필드 강도에 기여하고 및/또는 균질성을 개선시키도록) 동작될 때, 심 코일은 시스템의 B0 코일로서 기능하고 이와 같이 이해되어야 한다. 일부 구현예들에서, 하나 이상의 심 코일들은 이하에서 더욱 상세하게 논의된 바와 같이, 시스템의 다른 B0 코일들에 관계 없이 동작될 수도 있다.
또한, 낮은 필드 MRI 시스템은 환경에서 및/또는 컴포넌트들 사이에서 원하지 않는 전자기 방사선을 억압하도록 배열된 차폐 컴포넌트(들)를 더 포함할 수도 있다. 발명자(들)는 라미네이트 기법들이 이하에서 더욱 상세하게 논의된 바와 같이, 별도의 라미네이트 패널(들)에서 이러한 컴포넌트들을 형성함으로써, 또는 낮은 필드 MRI 시스템의 다른 자기적 컴포넌트들(또는 그 부분들)의 임의의 하나 이상의 조합을 포함하는 라미네이트 패널에서 이러한 컴포넌트들을 통합함으로써, 이러한 컴포넌트들, 예를 들어, 하나 이상의 심 코일들(또는 그 부분들) 및/또는 하나 이상의 차폐 컴포넌트들을 제작하기 위하여 사용될 수도 있다는 것을 인식하였다.
따라서, 낮은-필드 MRI를 수행하기 위해 필요한 하나 이상의 자기장들을 생성하기 위한 전자석들은 기존의 기법들(예컨대, 감겨진 코일들)을 이용하여 생성될 수도 있거나, 라미네이트 기법들을 이용하여 제작될 수도 있거나, 양자의 조합을 이용하여(예컨대, 하이브리드 기법들을 이용하여) 제공될 수도 있다. 그러나, 위에서 논의된 바와 같이, 전자석들을 배타적으로 이용하는 것은 전력 전자기기의 비용 및 복잡도 및/또는 열 관리 시스템들의 비용 및 복잡도의 양자에 대하여, 시스템의 전력 요건들에 관련된 제한들을 가질 수도 있다. 발명자들은 이하에서 더욱 상세하게 논의된 바와 같이, 영구 자석들의 이용이 전자석들을 배타적으로 이용하는 것과 연관된 하나 이상의 문제들을 해결할 수도 있다는 것을 인식하였다.
도 1b 내지 도 1d는 적어도 부분적으로, 낮은-필드 MRI를 위한 B0 필드를 생성하기 위하여 전자석들 및 영구 자석들의 양자를 이용하는 이중-평면 자석의 구성들을 예시한다. 영구 자석들의 이용이 전자석의 임의의 특정한 타입 또는 기하구조와 관련한 이용을 위하여 제한되지 않으므로, 영구 자석들은 또한, 단면(single-sided) 자석과 관련하여, 또는 솔레노이드 자석(solenoid magnet)과 관련하여 예시된 구성들 중의 임의의 것에서 사용될 수도 있다는 것이 인식되어야 한다. 예시의 간략함을 위하여, 도 1b 내지 도 1d에서 예시된 영구 자석들(170)은 원형 자석들로서 개략적으로 예시된다. 그러나, 임의의 형상의 영구 자석들이 이용될 수도 있다(예컨대, 직사각형, 원통형 등). 추가적으로, 각각의 영구 자석(170)은 단일의 일체형 자석일 수도 있거나, 임의의 희망하는 방식으로 공간적으로 분산되는 임의의 형상 및 크기의 다수의 자석들을 포함할 수도 있다. 또한, 양태들이 이 점에서 제한되지 않는 바와 같이, 하나 이상의 영구 자석들은 희망하는 B0 필드의 생성을 가능하게 하기 위하여 임의의 수, 구성, 및 기하구조로 사용될 수도 있으므로, 예시된 구성들은 단지 예시적이다.
도 1b는 전자석들(110a 및 110b) 및 영구 자석들(170a 및 170b)을 포함하는 이중-평면 자석을 예시한다. 영구 자석들(170a 및 170b)은 전자석들 사이에 형성된 시야에 대하여, 전자석들(110a 및 110b)의 위와 아래에 배열된다. 영구 자석들은 MRI 시스템의 B0 필드에 기여하는 지속적인 영구 자석을 제공하여, 추가적인 전력 요건들을 거의 또는 전혀 갖지 않는 증가된 강도 B0 필드의 생성을 허용하고 및/또는 주어진 필드 강도의 B0 필드를 생성하기 위해 필요한 전력 요건들을 감소시키는 것을 허용한다. 게다가, B0 필드의 균질성을 개선시키기 위하여, 영구 자석들은 성형될 수 있고, 및/또는 다수의 자석들이 공간적으로 배열될 수도 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 양태들이 이 점에서 제한되지 않는 바와 같이, 영구 자석들은 전자석들(110a 및 110b) 사이에서 제공될 수도 있다. 위에서 논의된 바와 같이, 단면 자석은 예시된 이중-평면 자석의 하나의 "면"을 제거함으로써(예컨대, 전자석(110b) 및 영구 자석(170b)을 제거함으로써) 형성될 수도 있다. 이 배열에서, 영구 자석들은 전자석(110a)의 어느 하나의 면, 또는 전자석(110a)의 양면들 상에 배열될 수 있다. 양태들이 이 점에서 제한되지 않는 바와 같이, 추가적인 전자석들(예컨대, 도 1a에서 예시된 전자석들(112a, 112b) 및/또는 추가적인 영구 자석들이 이용될 수도 있다는 것이 인식되어야 한다.
도 1c는 전자석들(110a, 110b, 및 112a, 112b) 및 영구 자석들(170a' 및 170b')을 예시한다. 영구 자석(170a')은 전자석들(110a 및 112a) 사이에서, 그리고 전자석들(110a 및 112a)과 실질적으로 동심원으로 배열되고, 영구 자석(170b')은 전자석들(110b 및 112b) 사이에서, 그리고 전자석들(110b 및 112b) 과 실질적으로 동심원으로 배열된다. 영구 자석들(170a' 및 170b')은 단일의 일체형 자석들로서 각각 예시되지만, 자석들은 희망하는 대로 공간적으로 배열된 임의의 수의 별도의 자석들을 포함할 수도 있다. 도 1d는 전자석들(110a, 110b) 및 영구 자석들(170a'', 170b'')을 포함하는 이중-평면 자석을 예시한다. 영구 자석들(170a'')은 전자석(110a)의 외부에, 그리고 전자석(110a)과 대략 동심원으로 배열된 하나 이상의 영구 자석들과, 전자석(110a)의 내부에, 그리고 전자석(110a)과 대략 동심원으로 배열된 하나 이상의 영구 자석들을 포함한다. 유사하게, 영구 자석들(170b'')은 전자석(110b)의 외부에, 그리고 전자석(110b)과 대략 동심원으로 배열된 하나 이상의 영구 자석들과, 전자석(110b)의 내부에, 그리고 전자석(110b)과 대략 동심원으로 배열된 하나 이상의 영구 자석들을 포함한다.
도 1b 내지 도 1d에서 예시된 구성들 중의 임의의 것은 단독으로 또는 임의의 조합으로 사용될 수도 있다는 것이 인식되어야 한다. 예를 들어, 임의의 형상 또는 크기의 하나 이상의 영구 자석들은 적어도 부분적으로, MRI에서의 이용을 위한 B0 필드, 예를 들어, 낮은-필드 MRI를 위하여 적용가능한 B0 필드를 생성하기 위하여, 임의의 수의 전자석들에 대하여 동심원으로 및/또는 비-동심원으로 배열될 수도 있다. 하나 이상의 영구 자석들의 형상, 크기, 및 로케이션은 희망하는 강도 및/또는 균질성의 B0 필드의 생성을 가능하게 하기 위하여 선택될 수 있고, 그 일부 추가적인 예들이 이하에서 더욱 상세하게 논의된다. 도 1b 내지 도 1d에서 예시된 구성들은 본원에서 설명된 다른 기법들과의 임의의 조합으로 이용될 수도 있다는 것이 추가로 인식되어야 한다.
도 2a는 코일들(110a 및 110b)이 코일들이 접속되는 요크(210) 내에 형성되는 도 1a와 유사한 이중-평면 자석 기하구조를 개략적으로 예시한다. 요크(210)의 부재 시에, 코일들에 의해 생성된 자속(magnetic flux)의 절반은 주변들로 손실된다. 요크(210)는 쌍에서의 코일들 중의 하나에 의해 생성된 자속을 포착하고 플럭스(flux)를 쌍에서의 다른 코일로 복귀함으로써, 코일들에 제공된 동작 전류의 동일한 양에 대한 한 쌍의 코일들 사이의 이미징 영역에서 자속 밀도(magnetic flux density)를 2 배에 이르기까지 증가시키는 강자성 재료(즉, 철)를 포함한다. 임의의 적용가능한 강자성 재료 또는 강자성 재료들의 조합이 이용될 수도 있고, 실시형태들은 이 점에서 제한되지 않는다. 도 2b는 요크(210)를 통한 단면도를 예시하고, 한 쌍의 코일들 사이의 플럭스 밀도를 증가시키기 위하여, 자속(220)이 상부 코일(110a)로부터 요크(210)를 통해 하부 코일(110b)로 어떻게 순환되는지를 더욱 명확하게 예시한다.
발명자(들)는 코일들 중의 하나에 의해 생성된 자속이 다수의 강자성 구조체들 중의 임의의 것을 이용하여 포착될 수도 있고 다른 코일로 복귀될 수도 있고, 코일들(110a, 110b) 주위에 강자성 박스를 형성하는 요크(210)는 단지 하나의 구현예라는 것을 인지하였고 인식하였다. 다른 대안적인 구현예들의 일부 예들은 이하에서 더욱 상세하게 설명된다. 이용된 강자성 구조체의 타입에 관계 없이, 쌍에서의 하나의 코일의 외부와 쌍에서의 다른 코일의 외부 사이의 완전한 접속은 자속이 강자성 구조체에서의 폐쇄된 루프에서 순환하는 것을 허용하기 위해 필요하다.
도 3은 요크(210)가 한 쌍의 B0 코일들의 상부 및 하부 코일들 사이에서 자속을 순환시키도록 배열된 복수의 강자성 포스트(ferromagnetic post)들(320)로 대체된 대안적인 강자성 구조체(310)를 도시한다. 포스트들(320)의 이용은 낮은 필드 MRI 스캐너에서 이미징되는 환장에 대한 접근을 개선시킨다. 일부 실시형태들에서, 포스트들은 이미징되고 있는 환자에 대한 접근을 추가로 개선시키기 위하여 이동가능할 수도 있다. (오직 2 개의 포스트들을 포함하는) 임의의 수의 포스트들(320)은 일부 실시형태들에 따라 자속을 위한 복귀 경로를 제공하기 위하여 이용될 수도 있다. 추가적으로, 포스트들의 비대칭적인 위치결정을 포함하는, 한 쌍의 B0 코일들을 접속하는 포스트들의 임의의 배치가 이용될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 비대칭적으로 배열된 2 개의 포스트들은 코일들에 의해 생성된 자속을 위한 복귀 경로들을 제공하기 위하여 이용된다.
도 2 및 도 3에서 도시된 실시형태들에서, 자속은 강자성 구조체의 다수의 경로들(예컨대, 요크(210)의 다수의 면들 또는 다수의 포스트들(320))을 통해 복귀된다. 다른 실시형태들은 구조체의 오직 하나의 면 상에서 자속을 위한 복귀 경로를 허용하는 강자성 구조체를 포함한다. 자속을 위한 복귀 경로가 일부 실시형태들에 따라 이중-평면 자석의 오직 하나의 면 상에서 제공되는 강자성 구조체의 예가 도 4에서 도시되어 있다. 도 4는 코일(110a)로부터의 자속을 포착하고 포착된 플럭스를 구조체(410)를 통해 코일(110b)로 전달하는 C-형상 강자성 구조체(410)를 도시한다. 강자성 구조체(410)는 유사한 자속 밀도를 요크(210)로서 제공하고, 구조체의 면들 중의 하나가 개방되는 것으로 인해, 이미징되는 환자에 대한 더욱 양호한 접근을 제공한다. C-형상 강자성 구조체(410)의 이용은 요크(210)를 포함하는 설계와 비교하여 더 적은 균질의 자기장으로 귀착될 수도 있지만, C-형상 설계에서의 필드의 상대적인 비균질성은 이하에서 더욱 상세하게 논의된 다른 전자기 또는 강자성 컴포넌트들의 이용을 포함하지만, 이것으로 제한되지는 않는 다른 방법들로 수용될 수도 있다.
일부 실시형태들에 따라 하나 이상의 강자성 구조체들을 통해 자속을 복귀시키는 폐쇄된 루프 경로들은 이용된 강자성 재료들 및 자속을 위한 복귀 경로들에 관련된 강자성 구조체(들)의 기하구조에 기초하여 결정된 특정한 릴럭턴스(reluctance)를 가지는 자기 회로를 형성한다. 발명자(들)는 플럭스를 위한 복귀 경로가 더 낮은 릴럭턴스를 가질 경우에, 자속을 복귀시키기 위하여 이용된 강자성 구조체가 플럭스를 더욱 효율적으로(예컨대, 환경으로 손실된 더 적은 플럭스로) 복귀시킬 것이라는 것을 인지하였고 인식하였다. 따라서, 일부 실시형태들은 자기 회로에서의 경로를 따라 자속의 흐름을 가능하게 하기 위한 적어도 하나의 자속 복귀 경로의 릴럭턴스를 감소시킨다. 자기 회로 복귀 경로에서 릴럭턴스를 감소시킴으로써 플럭스가 복귀되는 효율을 개선시키는 것은 이미징 영역에서의 더 높은 자속 밀도들로 귀착된다.
강자성 구조체에서의 강자성 재료가 포화할 경우에, 자기 회로의 릴럭턴스가 증가된다. 포화는 이용된 강자성 재료의 타입 및 자속이 재료에서 이동해야 하는 경로를 포함하지만, 이것으로 제한되지 않는 몇몇 인자들에 의해 영향을 받을 수도 있다. 예를 들어, 포화는 플럭스가 턴에서 다발(bunch)을 형성함에 따라 증가된 플럭스 밀도로 인해 짧은 거리들 상에서 방향을 변화시켜야 할 때에 발생할 수도 있다. 복귀 경로에 따른 플럭스 다발형성(bunching)의 예는 도 2b에서 도시된 요크(210)의 90° 코너들에서 예시되어 있다. 일부 실시형태들에서, 강자성 구조체의 코너들(500)의 하나 이상은 그 포인트들에서의 포화를 방지하거나 감소시키기 위하여 강자성 구조체의 코너들에서의 자기적 릴럭턴스를 감소시키도록, 도 5에서 도시된 바와 같이 평탄화(예컨대, 경사면화(bevel)될 수도 있다. 플럭스를 복귀시키기 위하여 이용된 강자성 구조체의 설계는 자기 회로의 릴럭턴스를 감소시키는 임의의 다른 적용가능한 방법으로 수정될 수도 있고, 양태들은 이 점에서 제한되지 않는다.
코일들 사이의 시야 내에서 자속 밀도를 증가시키기 위하여 자속을 위한 복귀 경로를 제공하는 것에 추가하여, 일부 실시형태들은 코일들에 의해 생성된 B0 필드의 비균질성을 정정하고 및/또는 제어하기 위하여 추가적인 강자성 컴포넌트들을 편입시킨다. B0 필드의 균질성은 그 예들이 이하에서 논의되는 몇몇 상이한 기법들을 이용하여 개선될 수도 있다.
위에서 논의된 바와 같이, 일부 실시형태들은 B0 필드를 생성하기 위하여 이용된 B0 코일들에 추가하여, 하나 이상의 전자기 심 코일들을 포함할 수도 있다. 심 코일들은 활성화될 때, 필드의 비균질성을 보상하기 위한 B0 필드의 튜닝(tuning)을 허용한다. 심 코일들은 정적일 수도 있거나, 필드를 튜닝함에 있어서 추가적인 신축성을 제공하기 위하여 동적으로(예컨대, 컴퓨터 프로세서로부터의 제어 명령들에 응답하여) 급전될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 희망하는 자기장들의 생성을 가능하게 하도록 배열된 심 코일들은 라미네이트 패널의 하나 이상의 층들 상에서 패턴화된다. 도 5는 각각이 그 위에 형성된 하나 이상의 심 코일들을 포함하는 제 1 라미네이트 패널(510) 및 제 2 라미네이트 패널(512)을 예시한다. 심 코일들이 라미네이트 패널 상에 형성되는 특정한 구현예는 이하에서 더욱 상세하게 설명된다. 그러나, 실시형태들과의 이용을 위한 심 코일들은 배선이 감기는 것, 리본이 감기는 것, 및 임의의 적용가능한 형상의 전자기 코일(들)을 이용하는 것을 포함하지만, 이것으로 제한되지 않는 임의의 다른 적용가능한 방법으로 형성될 수도 있다는 것이 인식되어야 한다.
일부 실시형태들에 따르면, 라미네이트 패널은, 자기장(들)을 생성하거나 자기장(들)에 기여하도록 배열되고, 하나 이상의 B0 코일들에 의해 생성된 B0 필드의 균질성을 개선시키고, 그렇지 않을 경우에, 주어진 시야 내의 B0 필드를 개선시키고, 및/또는 B0 필드에 부정적으로 영향을 주는 다른 자기장들에 대항하도록 구비된 하나 이상의 심 코일들, 또는 하나 이상의 심 코일들의 부분을 형성하도록 패턴화된 적어도 하나의 전도성 층을 포함할 수도 있다. 적어도 하나의 B0 코일 및 적어도 하나의 심 코일을 갖는 라미네이트 패널을 포함하는 실시형태들에 대하여, 적어도 하나의 심 코일은 적어도 하나의 B0 코일(또는 그 부분들)과 공유된(그러나 그것으로부터 전기적으로 분리된) 전도성 층들에 의해 형성될 수도 있거나, 적어도 하나의 B0 코일(또는 그 부분들)로부터 분리된 하나 이상의 전도성 층들에서 형성될 수도 있다. 위에서 논의된 다른 자기적 컴포넌트들에서와 같이, 라미네이트 기법들을 이용하여 제작된 심 코일들은 (예컨대, 심 코일들을 공유되거나 분리된 라미네이트 패널에서 통합함으로써) 라미네이트 기법들을 이용하여 제작된 다른 컴포넌트들과 함께 사용될 수도 있거나, 낮은 필드 MRI 시스템의 일부로서 기존의 기법들을 이용하여 제조된 다른 컴포넌트들과 함께 사용될 수도 있다.
다수의 낮은-필드 MRI 컴포넌트들(또는 그 부분들)은 라미네이트 패널의 단일 층(즉, 단일 라미네이트 층) 상에서 형성될 수도 있다. 즉, 다수의 자기적 컴포넌트들 또는 다수의 자기적 컴포넌트들의 부분들은 단일 라미네이트 층의 동일한 전도성 층 상에서 패턴화될 수도 있다. 예를 들어, 라미네이트 패널의 단일 라미네이트 층은 하나 이상의 B0 코일들의 전부 또는 부분과, 낮은-필드 MRI 시스템을 위한 B0 필드의 균질성을 튜닝하기 위하여 이용된 하나 이상의 심 코일들의 전부 또는 부분을 형성하도록 패턴화될 수도 있다. 심 코일(들) 및 B0 코일(들)(또는 그 부분들)은 라미네이트 층 상에 형성된 적어도 일부 전도성 엘리먼트들을 공유할 수도 있거나, 심 코일(들) 및 B0 코일(또는 그 부분들)은 동일한 라미네이트 층 상에 별도로(즉, 서로 전기적으로 격리됨) 형성될 수도 있다. 양태들이 이 점에서 제한되지 않으므로, 컴포넌트들(또는 그 부분들)의 임의의 조합은 특정 설계에 따라 희망하는 대로 하나 이상의 공유된 라미네이트 층들에서 유사하게 제작될 수도 있다는 것이 인식되어야 한다.
심 코일들은 희망하는 강도 및 균질성의 B0 필드의 생성을 가능하게 하는 자기장들에 기여하기 위한 임의의 방식 및 구성으로 제공될 수도 있다는 것이 인식되어야 한다. 예를 들어, 심 코일들은 단일 층 상에서 패턴화될 수도 있거나 다수의 층들에 걸쳐 분산될 수도 있고, 각각의 코일은 층 상에 단독으로 패턴화될 수도 있거나 하나 이상의 다른 컴포넌트들 또는 그 부분들과 하나 이상의 층들을 공유할 수도 있다. 또한, 양태들이 이 점에서 제한되지 않으므로, 임의의 희망하는 기하구조를 가지는 임의의 수의 심 코일들은 라미네이트 패널 내에서 제작될 수도 있다. 일부 실시형태들에 따르면, 하나 이상의 심 코일들은 낮은 필드 MRI 시스템의 다른 자기적 컴포넌트들로부터 분리된 라미네이트 패널 내에서 제작된다. 일부 실시형태들에 따르면, 심 코일들의 상이한 조합들이 시스템이 동작되고 있는 주어진 환경에 응답하여 선택적으로 활성화될 수도 있도록, 심 코일들은 상이한 기하구조들 및/또는 로케이션들에서 제공될 수도 있다. 동작시키기 위한 심 코일들의 조합을 동적으로 선택하기 위한 능력은 수송가능한 또는 운반가능한 방식으로 전개될 수 있는 낮은 필드 MRI 시스템들의 생성을 가능하게 할 수도 있다.
일부 실시형태들에 따르면, 하나 이상의 라미네이트 층들은 감소된 전력 요건들로 희망하는 B0 필드의 생성을 가능하게 하거나, 자기적 재료들의 이용 없이 필요한 대로 동일한 전력 요건들을 이용하여 더 높은 B0 필드를 생성하기 위한, 자기적 재료들로 패턴화된 하나 이상의 층들과 같은 수동 자기적 컴포넌트(들)를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 라미네이트 패널은 희망하는 B0 필드를 달성하기 위하여 하나 이상의 B0 코일들에 의해 생성된 자기장에 기여하는 자기적 컴포넌트들을 형성하도록 배열된 제 1 철(ferrous) 또는 다른 자기적 재료들로 패턴화된 하나 이상의 라미네이트 층들을 포함할 수도 있다. 이러한 자기적 재료들은 자기장을 생성하기 위한 전류를 제공하기 위하여 전원을 필요로 하지 않으면서 자기장을 생성하고 및/또는 맞추므로, 희망하는 B0 필드는 감소된 전력 요건들로 생성될 수도 있거나, 증가된 강도 B0 필드는 전력 요건들에 있어서의 증가가 거의 또는 전혀 없으면서 생성될 수도 있다.
하나 이상의 라미네이트 층들 상에 형성된 자기적 컴포넌트(들)는 희망하는 필드 강도 및/또는 균질성의 B0 필드를 생성하고 및/또는 맞추는 것을 보조하기 위하여 상대적으로 높은 자기적 투자율(permeability)(μ)을 가지는 재료들 중의 임의의 하나 또는 조합을 포함할 수도 있다. 자기적 컴포넌트(들)는 시트(sheet)로서 제공된 하나 이상의 패턴화된 층들에 의해 형성될 수도 있거나, 또는 그렇지 않을 경우에, 희망하는 자기장을 생성하기 위하여 하나 이상의 라미네이트 층들 내에 제조될 수도 있고 편입될 수도 있다. 수동 자기적 컴포넌트들의 이용은 주어진 B0 필드를 생성하기 위하여 필요한 전력 요건들을 감소시킬 수 있다. 즉, 희망하는 B0의 부분은 수동으로(예컨대, 컴포넌트들을 동작시키기 위한 전원을 요구하지 않으면서) 생성될 수 있으므로, 능동 자기적 컴포넌트들(예컨대, 하나 이상의 희망하는 B0 코일들) 상의 부담은 감소될 수 있다. 그 결과, 하나 이상의 B0 셀들은 자기적 컴포넌트(들)와 조합하여, 희망하는 필드 강도 및/또는 균질성을 가지는 B0 필드를 생성하기 위하여 감소된 전류로 동작될 수 있다. 능동 자기적 컴포넌트들의 전력 요건들을 감소시키는 것은 자기적 컴포넌트들을 구동하는 전력 전자기기의 비용 및 복잡도를 간략화하고, 라미네이트 패널의 열 출력에서의 대응하는 감소로 귀착되고, 또한, 그렇지 않을 경우에, 희망하는 강도 및/또는 균질성의 B0 필드를 생성함에 있어서의 능동 자기적 컴포넌트들에 관한 제약들을 경감시킬 수도 있다.
위에서 논의된 바와 같이, 강자성 재료들은 그렇게 행하기 위한 전력의 소스를 요구하지 않으면서, 자기장들을 생성하기 위하여 사용될 수도 있다. 강자성 재료들은 라미네이트 패널의 하나 이상의 층들 내로 편입될 수도 있거나, 필드 강도를 증가시키고 및/또는 B0 필드의 균질성을 변경하기 위하여 이용된 별도의 컴포넌트로서 제공될 수도 있다. 라미네이트 기법들을 이용하여 구현될 때, 자기적 재료들로 패턴화된 하나 이상의 층들은 희망하는 B0 필드를 생성하는 것을 보조하기 위하여 수동 심들로서 제공될 수도 있다. 수동 심들을 제공하는 것에 관한 양태들이 임의의 특정한 구성, 기하구조, 또는 배열로 제한되지 않으므로, 수동 심들(예컨대, 영구 자석(들))은 임의의 수, 배열, 및 기하구조로 제공될 수도 있고, 단일 또는 다수의 층들 상에서 단독으로, 또는 하나 이상의 다른 컴포넌트들과 공유된 층들 상에서 패턴화될 수도 있다. 수동 심들은 임의의 희망하는 기하구조의 자기적 재료들과 비교하여, 별도의 심 엘리먼트들을 이용하여 제공될 수도 있다. 양태들이 하나 이상의 수동 심들을 낮은-필드 MRI 시스템 내로 편입시키는 임의의 특정한 방식으로 제한되지 않으므로, 이러한 심 엘리먼트들은 (예컨대, 접착제를 이용하여, 또는 다른 부착의 수단에 의해) 엘리먼트들을 희망하는 로케이션들에서 패널에 부착함으로써 라미네이트 패널 내로 편입될 수도 있고, 및/또는 이러한 심 엘리먼트들은 희망하는 로케이션들에서 라미네이트 패널로부터 분리되어 배열될 수도 있다.
위에서 논의된 바와 같이, 강자성 재료들을 라미네이트 패널의 하나 이상의 층들에서 편입시킴으로써 필드 강도를 증가시키고 및/또는 B0 필드의 균질성을 개선시키기 위하여, 강자성 재료들은 일부 실시형태들에서 수동 심들로서 이용된다. 강자성 분말들, 합성물들, 및/또는 미세-입자(micro-particle) 화합물들은 또한, MRI 시스템의 자기장에 기여하거나 MRI 시스템의 자기장을 변경하기 위하여 이용될 수도 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 강자성 재료들은 B0 필드의 균질성을 변경하기 위하여 라미네이트 패널(들)로부터 분리된 컴포넌트들에서 형성될 수도 있다. 일부 실시형태들에 따라 상이한 구성들로 수동 심 재료들을 제공하는 예들은 이하에서 더욱 상세하게 설명된다.
도 6은 B0 필드의 균질성을 개선시키기 위하여 코일들(110a, 110b)의 내부에 배열된 강자성 재료의 링들(610, 612)을 포함하는 강자성 구조체를 통한 단면을 도시한다. 강자성 링들(610, 612)은 플럭스가 강자성 재료를 탈출하는 곳과, 그것들이 강자성 재료를 탈출할 때의 플럭스 라인들의 방향을 변경함으로써 필드의 균질성을 변화시킨다. 도 7은 다수의 작은 강자성 재료 조각(piece)들(710, 712)을 포함하는 강자성 구조체를 통한 단면을 도시한다. 강자성 조각들(710, 712)의 크기, 로케이션, 및/또는 형상은 시뮬레이션, 제작 동안의 측정에 의해, 또는 임의의 다른 적용가능한 방법으로 결정될 수도 있다. 예를 들어, 강자성 조각들(710, 712)은 재료의 링들, 재료의 작은 섹션들, 또는 재료의 임의의 다른 형상을 포함할 수도 있다.
도 8은 강자성 극 조각(pole piece)들(810, 812)을 포함하는 또 다른 강자성 구조체를 통한 단면을 도시한다. 도시된 바와 같이, 극 조각들(810 및 812)은 파형 형상을 가진다. 그러나, 극 조각들(810, 812)은 임의의 적용가능한 형상을 가질 수도 있고, 양태들은 이 점에서 제한되지 않는다. 극 조각들(810, 812)의 형상은 제작 동안의 시뮬레이션들 또는 측정들을 이용하는 것을 포함하지만, 이것으로 제한되지 않는 임의의 적용가능한 방법으로 결정될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 극 조각들(810, 812)은 강자성 재료(예컨대, 강철(steel))의 가공된 디스크들이다. 양태들이 이 점에서 제한되지 않으므로, 극 조각들(810, 812)은 강자성 재료의 고형 조각(solid piece)으로부터 가공될 수도 있거나, 강자성 재료의 다수의 라미네이션(lamination)들을 포함할 수도 있다.
도 5 내지 도 8에서 예시된 강자성 구조체들은 낮은 필드 MRI 시스템의 자기적 컴포넌트들에 의해 생성된 비균질의 B0 필드를 변경하는 강자성 컴포넌트들을 포함한다. 다양한 강자성 컴포넌트들이 별도의 도면들에서 포함되는 것으로서 예시되어 있지만, 양태들이 이 점에서 제한되지 않으므로, 실시형태들은 단일 강자성 컴포넌트 또는 전자기 또는 강자성 컴포넌트들의 임의의 조합을 포함할 수도 있다는 것이 인식되어야 한다. 추가적으로, 도 5 내지 도 8에서 도시된 강자성 컴포넌트들의 각각은 한 쌍의 B0 코일들에서의 코일들의 양자 사이에 위치되는 것으로서 예시되어 있다. 그러나, 일부 실시형태들에서, 양태들이 강자성 구조체들 내에 포함된 강자성 컴포넌트들의 특정한 조합 및 배치에 기초하여 제한되지 않으므로, 하나 이상의 강자성 컴포넌트들은 쌍의 코일들의 오직 하나 사이에 위치될 수도 있고, 및/또는 상이한 강자성 컴포넌트들은 쌍의 2 개의 코일들 사이에 위치될 수도 있다.
추가적으로, 도 5 내지 도 8의 각각에서 도시된 강자성 구조체들은 위에서 설명된 바와 같이, 요크에서 플럭스를 복귀시키기 위한 낮은-릴럭턴스 경로를 제공하기 위하여 경사면화된 코너들을 갖는 요크를 가지는 것으로서 예시되어 있다. 그러나, 양태들이 이용된 강자성 구조체 및/또는 강자성 컴포넌트들의 특정한 조합에 기초하여 제한되지 않으므로, 도 3 및 도 4에서 도시된 강자성 구조체들을 포함하지만, 이것으로 제한되지 않는, 한 쌍의 B0 코일들 사이에서 자속을 포착하고 복귀시키도록 구성된 강자성 구조체(들)는 단독으로, 또는 도 5 내지 도 8에서 도시된 강자성 구조체들의 임의의 조합과 함께 대안적으로 이용될 수도 있다는 것이 인식되어야 한다.
임의의 적용가능한 강자성 재료들은 자속을 복귀시키기 위한 강자성 구조체(들) 및/또는 B0 필드의 비균질성을 제어하기 위한 강자성 컴포넌트들을 제작하기 위하여 이용될 수도 있다. 예를 들어, 특정한 등급의 "전기적 강철들" 또는 "자석 강철들"이 이용될 수도 있다. 낮은-등급(예컨대, 1010) 강철, 더 낮은 탄소 함량을 갖는 더 높은-등급(예컨대, 1005, 1006) 강철, 또는 임의의 다른 등급의 강철을 포함하지만, 이것으로 제한되지 않는 임의의 등급의 강철이 이용될 수도 있다. 강철의 이러한 등급들은 예를 들어, 트랜스포머(transformer)들에서 자속을 복귀시키기 위하여 보편적으로 이용된다. 더 높은-등급 강철들은 더욱 비싸지만, 그 증가된 포화 함량으로 인해 더 가벼운 중량 설계를 제공한다. 강철 이외의 재료들은 또한, 일부 실시형태들에 따라 강자성 재료로서 이용될 수도 있다. 예를 들어, 자기적 성질들 및/또는 더 높은 자기적 투자율을 더욱 양호하게 제어하였던 더 높은-등급 재료들은 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 실시형태들에서 강자성 재료들로서 이용될 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 자속을 복귀시키기 위하여 이용된 강자성 구조체(들) 및 B0 필드의 비균질성을 제어하기 위하여 이용된 강자성 컴포넌트들 중의 하나 이상은 상이한 강자성 재료들로부터 제작될 수도 있다. 예를 들어, 자속을 복귀시키기 위하여 이용된 요크는 강철로부터 제작될 수도 있는 반면, B0 필드의 비균질성을 제어하기 위하여 이용된 극 조각들은 필드를 더욱 정밀하게 튜닝할 수 있기 위하여 자기적 성질들 및/또는 더 높은 자기적 포화 레벨들을 더욱 양호하게 제어하였던 더 높은-등급 재료들로부터 제작될 수도 있다.
자속을 복귀시키기 위하여 이용된 강자성 구조체(들) 및 B0 필드의 비균질성을 제어하기 위하여 이용된 하나 이상의 강자성 컴포넌트들은 임의의 적용가능한 방법으로 제작될 수도 있다. AC 전류들로 인한 플럭스를 복귀시키기 위하여 트랜스포머들에서 이용된 강자성 구조체들은 전력 손실을 감소시키기 위하여 라미네이팅된 구조체들을 종종 이용한다. 낮은-필드 MRI 시스템들은 DC 전류들에 응답하여 자속을 생성하므로, 실시형태들과의 이용을 위한 강자성 구조체들 중의 하나 이상의 적어도 부분은 강자성 재료의 고형(예컨대, 비-라미네이팅된(non-laminated)) 조각으로서 제작될 수도 있다. 제조의 용이함을 위하여, B0 코일들 사이에서 자속을 복귀시키기 위하여 이용된 강자성 구조체(들)는 세그먼트(segment)들로 제작될 수도 있고, 다월(dowel)들, 볼트(bolt)들, 조인트(joint)들, 및 용접들을 이용하는 것을 포함하지만, 이것으로 제한되지 않는 임의의 적용가능한 체결 기법을 이용하여 함께 체결될 수도 있다. 일부 체결 기법들(예컨대, 용접)은 강자성 재료의 자기적 성질들을 변화시킬 가능성이 있다는 것이 인식되어야 하고, 자기장의 균질성에 있어서의 변동들을 감소시키기 위하여, 가능한 경우, 이러한 체결 기법들의 이용을 제한하는 것이 유리할 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 하나 이상의 강자성 컴포넌트들은 강자성 재료(예컨대, 강철)의 판들의 라미네이팅된 구조체로서 형성될 수도 있다. 강자성 재료의 판의 임의의 적용가능한 두께가 이용될 수도 있다. 예를 들어, 1 인치(inch) 이상의 두께를 가지는 매우 얇은 판들 대 판들은 구현예의 특정한 요건들에 따라 이용될 수도 있다. 코일들 사이에서 플럭스를 복귀시키도록 구성된 강자성 구조체(들)에서 이용된 강자성 재료(들)의 두께는 재료(들)의 포화를 초과하지 않으면서, 그렇지 않을 경우에, 강자성 구조체의 부재 시에 환경으로 손실되었을 코일들에 의해 생성된 플럭스의 대부분 또는 전부를 포함하기에 충분한 단면을 달성하도록 선택될 수도 있다.
고형 강자성 구조체들이 이용될 수도 있지만, 라미네이팅된 강자성 구조체들은 낮은 필드 MRI 시스템의 동작 동안에 강자성 재료에서 생성된 와전류(eddy current)들을 감소시키기 위하여 라미네이션들 사이의 전기적 격리를 제공하기 위한 능력을 포함하지만, 이것으로 제한되지는 않는, 낮은 필드 MRI를 이용하는 응용들에 대하여 일부 장점들을 제공한다. 라미네이션들은 스탬핑(stamping), 워터 제트 기법들을 이용하는 것, 및 컴퓨터화된 수치 제어(computerized numerical control; CNC) 시스템들을 이용하는 것을 포함하지만, 이것으로 제한되지는 않는 임의의 적용가능한 기법을 이용하여 제작될 수도 있다. 강자성 컴포넌트들을 제작하기 위하여 이용된 라미네이션들 중의 하나 이상은 서로 상이할 수도 있고, 라미네이션들의 각각은 개별적으로 절단될 수도 있고, 임의적인 형상들을 형성하기 위하여 적층될 수도 있다.
강자성 컴포넌트들을 제작하기 위하여 강자성 재료의 고형(예컨대, 비-라미네이팅된) 조각들을 이용하는 일부 실시형태들에서, 세그먼트화(segmentation)와 같은 다른 기법들은 낮은 필드 MRI 시스템이 동작 중일 때에 강자성 재료에서 흐르는 와전류들의 효과를 감소시키기 위하여 이용될 수도 있다. 세그먼트화 시에, 절단들은 전기적 격리를 제공하고 와전류들을 감소시키기 위하여 고형 재료에서 행해진다. 절단들의 임의의 적용가능한 배열은 고형 재료를 세그먼트화하기 위하여 이용될 수도 있고, 양태들은 이 점에서 제한되지 않는다. 일부 실시형태들에서, 라미네이션들 및/또는 세그먼트화를 위한 절단들은 경사 코일들 및/또는 임의의 다른 스위칭 자기장에 의해 생성된 강자성 영역에서의 자기장 패턴에 따라 특정한 타입의 와전류를 상쇄시키도록 설계된다.
일부 실시형태들에서, 강자성 구조체들 또는 컴포넌트들 중의 하나 이상은 컴포넌트의 중량을 감소시키기 위하여 비-균일한 두께를 가지도록 설계된다. 예를 들어, 컴포넌트는 자기장이 특정한 로케이션에서 강하거나 약한지 여부에 따라 상이한 로케이션들에서 상이한 두께들을 가질 수도 있다. B0 코일들 사이에서 자속을 복귀시키기 위한 요크를 포함하는 실시형태들에 대하여, 요크의 중량은 낮은-필드 MRI 시스템의 전체적인 중량에 실질적으로 기여할 수도 있다. 이 중량을 감소시키기 위하여, 더 낮은 자기장들을 가지는 요크의 부분들은 제거될 수도 있는 반면, 더 높은 자기장들을 가지는 요크의 부분들은 자속을 포획(trap)하기 위하여 더 많은 강자성 재료의 이용을 요구할 수도 있다.
일부 실시형태들에서, B0 코일들 사이에서 자속을 복귀시키기 위하여 이용된 강자성 구조체(들)는 또한, B0 코일들을 위한 지지 구조체로서 기능할 수도 있음으로써, 별도의 지지 구조체를 가질 필요성을 감소시켜서, 낮은 필드 MRI 시스템의 중량을 추가로 감소시킨다. 강자성 구조체는 또한, 케이블 선들을 위한 구조체, 냉각 파이프들, 또는 낮은 필드 MRI 시스템의 다른 컴포넌트들을 포함하지만, 이것으로 제한되지 않는 다른 기능들을 위하여 이용될 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 추가적인 지지 구조체들은 요크, 또는 자속을 복귀시키기 위하여 이용된 다른 강자성 구조체를 위한 기계적 지지를 제공하기 위하여 이용될 수도 있다. 예를 들어, 강자성 구조체의 외부 상에 형성된 수직 지지체들 또는 다른 구조체들은 기계적 보강을 제공할 수도 있다. 추가적인 지지체들은 또한, 강자성 구조체의 플럭스 복귀 기능들에 추가할 수도 있음으로써, B0 필드의 균질성을 추가로 개선시킬 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 자속을 복귀시키기 위하여 이용된 강자성 구조체는 또한, RF 신호들에 대한 강자성 구조체의 불투명성으로 인해 RF 차폐를 제공함에 있어서 이용될 수도 있다.
발명자(들)는 임의의 희망하는 배열 또는 조합으로 자기적 컴포넌트들을 라미네이트 패널들 내에 편입시키기 위한 능력이 특정한 MRI 응용들을 위하여 맞추어진 낮은-필드 MRI 장치를 개발하는 것을 가능하게 하기 위하여 실현되어야 할 (예컨대, 상이한 형상들 및/또는 크기들의) 여러 상이한 기하구조들을 허용한다는 것을 추가로 인식하였다. 또한, 발명자들은 라미네이트 패널들을 이용하여 자기기기들을 생성하는 것이 상대적으로 낮은 비용 및/또는 운반가능하거나, 또는 그렇지 않을 경우에 휴대용의 낮은-필드 MRI 시스템들의 제조를 가능하게 할 수도 있다는 것을 인지하였다. 또한, 패널 형태로 자기기기를 생성하는 것은 이하에서 더욱 상세하게 논의된 바와 같이, 휴대가능성/운반가능성뿐만 아니라, 특정한 MRI 응용들에 대하여 특정적인 MRI 자기기기를 구성하거나 신체의 특정 부분들을 이미징하는 것을 가능하게 하기 위한 능력의 양자를 가능하게 하는, 접을 수 있고foldable) 및/또는 변형가능한 MRI 자기적 컴포넌트들의 제조를 허용한다. 이에 따라, 본원에서 설명된 바와 같은 라미네이트 패널들을 이용하여 MRI 자기기기(또는 그 부분들)를 생성하는 것은 MRI가 의료적 또는 임상적 설정에서 어떻게 이용될 수 있는지를 기본적으로 변화시키고 멀리까지 미치는 영향으로 MRI 산업에 혁신을 일으키기 위한 능력을 가져서, MRI가 사용될 수 있는 정황들 및 상황들을 대폭 확장시킨다.
도 9a는 일부 실시형태들에 따라, 본원에서 설명된 하나 이상의 강자성 증강 구조체들 또는 컴포넌트들을 편입시킬 수도 있는 전환가능한 낮은-필드 MRI 시스템(980)의 예를 예시한다. 도 9a에서, 전환가능한 시스템은 그것이 이용 중이지 않을 때에 시스템을 수송하거나 시스템을 보관하기 위해 편리한 접혀진 구성으로 되어 있다. 전환가능한 시스템(980)은, 인간 환자를 지지하고 환자가 화살표들(981)의 방향으로 하우징들(986A 및 986B) 사이의 이미징 영역 내로 그리고 이미징 영역으로부터 슬라이딩되는 것을 허용하도록 구성된 슬라이딩가능한 침대(984)를 포함한다. 하우징들(986A 및 986B)은 전환가능한 시스템(980)의 몇몇 도면들과 관련하여 이하에서 더욱 상세하게 논의된 바와 같이, 전환가능한 시스템(900)을 위한 자기적 컴포넌트들을 실장한다. 자기적 컴포넌트들은 임의의 적용가능한 기법 또는 기법들의 조합을 이용하여 생성될 수도 있고, 제조될 수도 있고, 배열될 수도 있다.
하우징들(986A 및 986B) 사이의 분리는 지지 컬럼(support column)들로서 도 9a에서 도시된 지지 구조체들(940)에 의해 제공된다. 일부 실시형태들에서, 지지 구조체들(940) 중의 하나 이상은 위에서 설명된 바와 같이, 하우징들(986A, 986B) 내에 포함된 자기적 컴포넌트들에 의해 생성된 자속을 위한 복귀 경로를 제공하는 자기 회로를 형성하도록 구성된 강자성 재료들을 포함할 수도 있다. 대안적으로, 전환가능한 시스템(980)은 하우징들(986A 및 986B) 내에 실장된 자기적 컴포넌트들에 의해 생성된 B0 필드의 균질성을 개선시키기 위하여 플럭스를 복귀시키기 위한 자기 회로를 제공하는, 지지 구조체들(940) 이외의 하나 이상의 강자성 구조체들을 포함할 수도 있다.
도 9b는 이미징되어야 할 하우징들(986A 및 986B) 사이에 삽입되기 이전에 슬라이딩가능한 침대(984) 상에 위치된 환자를 갖는, 연장된 전환가능한 시스템(980)을 예시한다. 도 9c는 하우징들(986A 및 986B)의 분해도를 예시한다. 도시된 바와 같이, 하우징들(986A 및 986B)의 각각은 자기적 컴포넌트들로부터 떠나도록 열을 끌어들이기 위한 열 관리 컴포넌트에 결합된 자기적 컴포넌트들을 실장한다. 구체적으로, 하우징들(986A 및 986B)의 각각은 B0 코일들(910a 및 910b), (얼굴-상향 배열에서 하우징(986B) 내에서 가시적인) 라미네이트 패널(920), 및 B0 코일들 사이에 제공된 열 컴포넌트(930)를 그 내부에 포함하였다. 일부 실시형태들에서, 하우징들(986A 및 986B)은 강자성 컴포넌트들을 추가적으로 포함할 수도 있고, 그 예들은 B0 코일들(910a 및 910b)에 의해 생성된 필드의 균질성을 개선시키기 위하여 위에서 논의된다. 강자성 컴포넌트들의 임의의 적용가능한 수, 타입, 및/또는 배열은 하우징들(986A 및 986B)에서 포함될 수도 있고, 양태들은 이 점에서 제한되지 않는다.
개시물에서 기재된 기술의 몇몇 양태들 및 실시형태들을 이와 같이 설명하였지만, 다양한 변경들, 수정들, 및 개선들이 당해 분야의 당업자들에게 용이하게 발생할 것이라는 것이 인식되어야 한다. 이러한 변경들, 수정들, 및 개선들은 본원에서 설명된 기술의 사상 및 범위 내에 있도록 의도된다. 예를 들어, 당해 분야의 당업자들은 기능을 수행하고 및/또는 결과들 및/또는 본원에서 설명된 장점들 중의 하나 이상을 획득하기 위한 다양한 다른 수단들 및/또는 구조들을 용이하게 구상할 것이고, 이러한 변동들 및/또는 수정들의 각각은 본원에서 설명된 실시형태들의 범위 내에 있도록 간주된다. 당해 분야의 당업자들은 본원에서 설명된 특정 실시형태들에 대한 다수의 등가물들을 인지할 것이고, 이 등가물들을 단지 일상적인 실험을 이용하여 확인할 수 있을 것이다. 그러므로, 상기한 실시형태들은 단지 예로서 제시되고, 첨부된 청구항들 및 그것에 대한 등가물들의 범위 내에서, 발명의 실시형태들은 구체적으로 설명된 것 외에 이와 다르게 실시될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 게다가, 본원에서 설명된 2 개 이상의 특징들, 시스템들, 물품들, 재료들, 키트들, 및/또는 방법들의 임의의 조합은, 이러한 특징들, 시스템들, 물품들, 재료들, 키트들, 및/또는 방법들이 상호 불일치하지 않을 경우, 본 개시물의 범위 내에 포함된다.
또한, 설명된 바와 같이, 일부 양태들은 하나 이상의 방법들로서 구체화될 수도 있다. 방법의 일부로서 수행된 액트(act)들은 임의의 적용가능한 방법으로 순서화될 수도 있다. 따라서, 예시적인 실시형태들에서 순차적인 액트들로서 도시되더라도, 일부 액트들을 동시에 수행하는 것을 포함할 수도 있는, 예시된 것과는 상이한 순서로 액트들이 수행되는 실시형태들이 구성될 수도 있다.
본원에서 정의되고 이용된 바와 같은 모든 정의들은 사전적 정의들, 참조로 편입된 문서들에서의 정의들, 및/또는 정의된 용어들의 정상적인 의미들에 대해 통제하는 것으로 이해되어야 한다.
상세한 설명 및 청구항들에서 본원에서 이용된 바와 같은 부정 관사들 "a" 및 "an"은 반대로 명확하게 표시되지 않으면, "적어도 하나(at least one)"를 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
상세한 설명 및 청구항들에서 본원에서 이용된 바와 같은 어구 "및/또는(and/or)"은 그렇게 결합된 엘리먼트들, 즉, 일부 경우들에는 결합하여 존재하고 다른 경우들에는 분리되어 존재하는 엘리먼트들의 "어느 하나 또는 양자(either or both)"를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. "및/또는"으로 열거된 다수의 엘리먼트들은 동일한 방식으로, 즉, 그렇게 결합된 엘리먼트들의 "하나 이상(one or more)"으로 해석되어야 한다. 구체적으로 식별된 그 엘리먼트들에 관련되든지 관련되지 않든지 간에, "및/또는" 절(clause)에 의해 구체적으로 식별된 엘리먼트들 이외에, 다른 엘리먼트들이 임의적으로 존재할 수도 있다. 이에 따라, 비-제한적인 예로서, "A 및/또는 B"에 대한 참조는, "포함하는(comprising)"과 같은 개방-종료형 언어(open-ended language)와 함께 이용될 때, 하나의 실시형태에서 오직 A(임의적으로, B 이외의 엘리먼트들을 포함함); 또 다른 실시형태에서, 오직 B(임의적으로, A 이외의 엘리먼트들을 포함함); 또 다른 실시형태에서, A 및 B 양자(임의적으로, 다른 엘리먼트들을 포함함); 등을 지칭할 수 있다.
상세한 설명 및 청구항들에서 본원에서 이용된 바와 같이, 어구 "적어도 하나"는, 하나 이상의 엘리먼트들의 리스트를 참조하여, 엘리먼트들의 리스트 내에서 구체적으로 열거된 각각 및 모든 엘리먼트의 적어도 하나를 반드시 포함하지 않고, 엘리먼트들의 리스트에서 엘리먼트들의 임의의 조합들을 제외하지 않는, 엘리먼트들의 리스트에서의 엘리먼트들 중의 임의의 하나 이상로부터 선택된 적어도 하나의 엘리먼트를 의미하도록 이해되어야 한다. 이 정의는 또한, 구체적으로 식별된 그 엘리먼트들에 관련되든지 관련되지 않든지 간에, 어구 "적어도 하나"가 지칭하는 엘리먼트들의 리스트 내에서 구체적으로 식별된 엘리먼트들 이외에, 엘리먼트들이 임의적으로 존재할 수도 있다는 것을 허용한다. 이에 따라, 비-제한적인 예로서, "A 및 B 중의 적어도 하나(at least one of A and B)"(또는 등가적으로, "A 또는 B 중의 적어도 하나(at least one of A or B)", 또는 등가적으로, "A 및/또는 B 중의 적어도 하나(at least one of A and/or B)")는 하나의 실시형태에서, B가 존재하지 않는, 하나를 초과하는 것을 임의적으로 포함하는 적어도 하나의 A(그리고 임의적으로, B 이외의 엘리먼트들을 포함함); 또 다른 실시형태에서, A가 존재하지 않는, 하나를 초과하는 것을 임의적으로 포함하는 적어도 하나의 B(그리고 임의적으로, A 이외의 엘리먼트들을 포함함); 또 다른 실시형태에서, 하나를 초과하는 것을 임의적으로 포함하는 적어도 하나의 A, 및 하나를 초과하는 것을 임의적으로 포함하는 적어도 하나의 B(그리고 임의적으로, 다른 엘리먼트들을 포함함); 등을 지칭할 수 있다.
또한, 본원에서 이용된 어법 및 용어는 설명의 목적을 위한 것이고, 제한하는 것으로서 간주되지 않아야 한다. "포함하는(including)", "포함하는(comprising)", 또는 "가지는(having)", "포함하는(containing)", "수반하는(involving)", 및 본원에서의 그 변동들의 이용은 그 후에 열거된 항목들 및 그 등가물들뿐만 아니라, 추가적인 항목들도 망라하는 것으로 의도된다.
청구항들에서 뿐만 아니라, 상기 상세한 설명에서도, "포함하는(comprising)", "포함하는(including)", "반송하는(carrying)", "가지는(having)", "포함하는(containing)", "수반하는(involving)", "보유하는(holding)", "구성되는(composed of)" 등등과 같은 모든 연결 어구들은 개방-종료형인 것으로, 즉, 포함하지만 그것으로 제한되지 않는 것을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 오직 연결 어구들 "구성되는(consisting of)" 및 "필수적으로 구성되는(consisting essentially of)"은 각각 폐쇄형 또는 반-폐쇄형 연결 어구들일 것이다.

Claims (37)

  1. 낮은-필드 MRI 시스템에서의 이용을 위한 자기적 시스템으로서,
    동작될 때, 상기 낮은-필드 MRI 시스템을 위한 B0 필드에 기여하기 위하여 자기장을 생성하도록 구성된 적어도 하나의 전자석; 및
    상기 B0 필드에 기여하기 위하여 자기장을 생성하기 위한 적어도 하나의 영구 자석
    을 포함하는, 낮은-필드 MRI 시스템에서의 이용을 위한 자기적 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전자석 및 상기 적어도 하나의 영구 자석에 의해 생성된 상기 자기장들은 낮은-필드 MRI를 위하여 적용가능한 B0 자기장을 제공하는 것인, 낮은-필드 MRI 시스템에서의 이용을 위한 자기적 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    생성된 상기 B0 필드는 대략 .2 T 이하인 것인, 낮은-필드 MRI 시스템에서의 이용을 위한 자기적 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    생성된 상기 B0 필드는 대략 .1 T 이하인 것인, 낮은-필드 MRI 시스템에서의 이용을 위한 자기적 시스템.
  5. 제2항에 있어서,
    생성된 상기 B0 필드는 대략 20 mT 이하인 것인, 낮은-필드 MRI 시스템에서의 이용을 위한 자기적 시스템.
  6. 제2항에 있어서,
    생성된 상기 B0 필드는 대략 10 mT 이하인 것인, 낮은-필드 MRI 시스템에서의 이용을 위한 자기적 시스템.
  7. 제2항에 있어서,
    생성된 상기 B0 필드는 .2 T 이상이고 .3 T 이하인 것인, 낮은-필드 MRI 시스템에서의 이용을 위한 자기적 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전자석은 이중-평면 구성으로 배열된 제 1 B0 코일 및 제 2 B0 코일을 포함하는 한 쌍의 B0 코일들을 포함하고, 상기 적어도 하나의 영구 자석은 필드 강도(field strength)를 증가시키고 및/또는 상기 B0 필드의 균질성(homogeneity)을 변경하도록 구성된 적어도 하나의 강자성 컴포넌트를 포함하는 것인, 낮은-필드 MRI 시스템에서의 이용을 위한 자기적 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 강자성 컴포넌트는 강자성 구조체를 통해 상기 제 1 B0 코일 및 상기 제 2 B0 코일에 의해 생성된 자속(magnetic flux)을 위한 적어도 하나의 복귀 경로를 제공하는 자기 회로를 형성하기 위하여 상기 제 1 B0 코일 및 상기 제 2 B0코일에 접속된 상기 강자성 구조체를 포함하는 것인, 낮은-필드 MRI 시스템에서의 이용을 위한 자기적 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 강자성 구조체는 상기 강자성 구조체의 적어도 하나의 면을 따라 자속을 위한 상기 적어도 하나의 복귀 경로를 제공하는 것인, 낮은-필드 MRI 시스템에서의 이용을 위한 자기적 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 강자성 구조체는 상기 강자성 구조체의 면들을 따라 자속을 위한 복수의 복귀 경로들을 제공하는 것인, 낮은-필드 MRI 시스템에서의 이용을 위한 자기적 시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 강자성 구조체는 상기 강자성 구조체의 오직 하나의 면을 따라 자속을 위한 복귀 경로를 제공하는 C-형상 강자성 구조체를 포함하는 것인, 낮은-필드 MRI 시스템에서의 이용을 위한 자기적 시스템.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 강자성 구조체는 적어도 하나의 경사면화된 코너 주위에서 자기적 릴럭턴스(reluctance)를 감소시키기 위한 상기 적어도 하나의 경사면화된 코너를 포함하는 것인, 낮은-필드 MRI 시스템에서의 이용을 위한 자기적 시스템.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 강자성 구조체는 자속을 위한 상기 적어도 하나의 복귀 경로를 제공하도록 구성된 복수의 강자성 포스트(ferromagnetic post)들을 포함하는 것인, 낮은-필드 MRI 시스템에서의 이용을 위한 자기적 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 복수의 강자성 포스트들 중의 적어도 하나는 상기 낮은-필드 MRI 시스템으로부터 제거가능한 것인, 낮은-필드 MRI 시스템에서의 이용을 위한 자기적 시스템.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 강자성 컴포넌트는 상기 자속이 상기 강자성 구조체를 탈출하는 곳을 변경하기 위하여 상기 제 1 B0 코일 및/또는 상기 제 2 B0 코일에 인접하게 위치된 적어도 하나의 강자성 컴포넌트를 더 포함하는 것인, 낮은-필드 MRI 시스템에서의 이용을 위한 자기적 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 강자성 구조체는 제 1 강자성 재료를 포함하고, 상기 제 1 B0 코일 및/또는 상기 제 2 B0 코일에 인접하게 위치된 상기 적어도 하나의 강자성 컴포넌트는 상기 제 1 강자성 재료와는 상이한 제 2 강자성 재료를 포함하는 것인, 낮은-필드 MRI 시스템에서의 이용을 위한 자기적 시스템.
  18. 제8항에 있어서,
    상기 한 쌍의 B0 코일들은 적어도 하나의 강자성 컴포넌트의 부재 시에, 낮은-필드 MRI를 위하여 적용가능하지 않은 균질성을 가지는 B0 필드를 생성하는 것인, 낮은-필드 MRI 시스템에서의 이용을 위한 자기적 시스템.
  19. 제8항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 강자성 컴포넌트는 하나 이상의 고형(solid) 강자성 컴포넌트들을 포함하는 것인, 낮은-필드 MRI 시스템에서의 이용을 위한 자기적 시스템.
  20. 제8항에 있어서,
    상기 자기적 시스템은, 상기 B0 필드의 강도 및/또는 균질성에 영향을 주기 위하여 상기 B0 필드에 기여하기 위한, 그 위에 제작된 적어도 하나의 전자기 컴포넌트 및 그것에 부착된 적어도 하나의 강자성 컴포넌트를 가지는 라미네이트 패널을 포함하는 것인, 낮은-필드 MRI 시스템에서의 이용을 위한 자기적 시스템.
  21. 제8항에 있어서,
    상기 자기적 시스템은, 상기 B0 필드의 강도 및/또는 균질성에 영향을 주기 위하여 상기 B0 필드에 기여하기 위한, 그 위에 제작된 적어도 하나의 전자기 컴포넌트 및 적어도 하나의 강자성 컴포넌트를 가지는 라미네이트 패널을 포함하는 것인, 낮은-필드 MRI 시스템에서의 이용을 위한 자기적 시스템.
  22. 제8항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 강자성 컴포넌트는 상기 제 1 B0 코일 및/또는 상기 제 2 B0 코일에 인접하게 위치된 적어도 하나의 심 링(shim ring)을 포함하는 것인, 낮은-필드 MRI 시스템에서의 이용을 위한 자기적 시스템.
  23. 제8항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 강자성 컴포넌트는 상기 제 1 B0 코일 및/또는 상기 제 2 B0 코일에 인접하게 위치된 복수의 강자성 심 조각(shim piece)들을 포함하는 것인, 낮은-필드 MRI 시스템에서의 이용을 위한 자기적 시스템.
  24. 제8항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 강자성 컴포넌트는 상기 제 1 B0 코일 및/또는 상기 제 2 B0 코일에 인접하게 위치된 적어도 하나의 강자성 극 조각(pole piece)을 포함하는 것인, 낮은-필드 MRI 시스템에서의 이용을 위한 자기적 시스템.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 강자성 극 조각은 비-직사각형 형상을 가지는 극 조각을 포함하는 것인, 낮은-필드 MRI 시스템에서의 이용을 위한 자기적 시스템.
  26. 제8항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 강자성 컴포넌트는 상기 제 1 B0 코일 및/또는 상기 제 2 B0 코일을 위한 지지를 제공하는 지지 구조체를 제공하도록 구성되는 것인, 낮은-필드 MRI 시스템에서의 이용을 위한 자기적 시스템.
  27. 제8항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 강자성 컴포넌트는 상기 적어도 하나의 강자성 컴포넌트에서 생성된 와전류(eddy current)들을 감소시키기 위한 복수의 전기적으로 격리된 세그먼트들을 포함하는 것인, 낮은-필드 MRI 시스템에서의 이용을 위한 자기적 시스템.
  28. 제8항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 강자성 컴포넌트는 상기 적어도 하나의 강자성 컴포넌트의 중량을 감소시키기 위하여 비-균일한 두께를 가지는 것인, 낮은-필드 MRI 시스템에서의 이용을 위한 자기적 시스템.
  29. 제8항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 강자성 컴포넌트의 표면 상에 형성된 적어도 하나의 지지 구조체를 더 포함하는, 낮은-필드 MRI 시스템에서의 이용을 위한 자기적 시스템.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 지지 구조체는 강자성 재료를 포함하는 것인, 낮은-필드 MRI 시스템에서의 이용을 위한 자기적 시스템.
  31. 제8항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 강자성 컴포넌트는 상기 낮은-필드 MRI 시스템을 위한 라디오주파수(radiofrequency; RF) 차폐를 제공하도록 구성되는 것인, 낮은-필드 MRI 시스템에서의 이용을 위한 자기적 시스템.
  32. 낮은-필드 자기 공명 이미징을 위하여 적용가능한 B0 필드를 제공하는 방법으로서,
    상기 B0 필드에 기여하기 위한 자기장을 생성하기 위하여 적어도 하나의 전자석을 동작시키는 단계; 및
    상기 B0 필드에 기여하기 위하여 자기장을 생성하기 위한 적어도 하나의 영구 자석을 이용하는 단계
    를 포함하는, 낮은-필드 자기 공명 이미징을 위하여 적용가능한 B0 필드를 제공하는 방법.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 영구 자석을 이용하는 단계는, 상기 적어도 하나의 전자석을 동작시킴으로써 생성된 상기 B0 필드의 균질성을 변경하기 위하여 상기 적어도 하나의 영구 자석을 이용하는 단계를 포함하는 것인, 낮은-필드 자기 공명 이미징을 위하여 적용가능한 B0 필드를 제공하는 방법.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전자석을 동작시키는 단계는, 이중-평면 구성으로 배열된 제 1 B0 코일 및 제 2 B0 코일을 포함하는 한 쌍의 B0 코일들을 동작시키는 단계를 포함하는 것인, 낮은-필드 자기 공명 이미징을 위하여 적용가능한 B0 필드를 제공하는 방법.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 B0 필드의 상기 균질성을 변경하기 위하여 상기 적어도 하나의 영구 자석을 이용하는 단계는, 강자성 구조체를 통해 상기 제 1 B0 코일 및 상기 제 2 B0 코일에 의해 생성된 자속을 위한 적어도 하나의 복귀 경로를 제공하는 자기 회로를 형성하기 위하여 강자성 구조체를 배열하는 단계를 포함하는 것인, 낮은-필드 자기 공명 이미징을 위하여 적용가능한 B0 필드를 제공하는 방법.
  36. 제35항에 있어서,
    B0 필드의 균질성을 변경하기 위하여 적어도 하나의 강자성 컴포넌트를 이용하는 단계는, 상기 자속이 상기 강자성 구조체를 탈출하는 곳을 변경하기 위하여 상기 제 1 B0 코일 및/또는 상기 제 2 B0 코일에 인접하게 적어도 하나의 강자성 컴포넌트를 배열하는 단계를 포함하는 것인, 낮은-필드 자기 공명 이미징을 위하여 적용가능한 B0 필드를 제공하는 방법.
  37. 제36항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 강자성 컴포넌트는 상기 자기 회로의 자기적 릴럭턴스를 감소시키기 위한 적어도 하나의 경사면화된 코너를 포함하는 것인, 낮은-필드 자기 공명 이미징을 위하여 적용가능한 B0 필드를 제공하는 방법.
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