KR20190096342A - 자기 공명 이미징(mri) 시스템을 위한 전방 무선 주파수(rf) 코일 어레이 - Google Patents

자기 공명 이미징(mri) 시스템을 위한 전방 무선 주파수(rf) 코일 어레이 Download PDF

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Abstract

자기 공명 이미징(magnetic resonance imaging, MRI) 시스템의 가요성이고 경량이고 저비용인 무선 주파수(RF) 코일 어레이를 위한 다양한 방법들 및 시스템들이 제공된다. 일례에서, MRI 시스템을 위한 RF 코일 어레이는, 복수의 RF 코일들 - 각각의 RF 코일은 통합된 커패시터 코일 루프를 포함함 -; 각자의 코일 루프에 각각 커플링되는 복수의 커플링 전자기기 유닛들; 및 MRI 시스템의 케이블에 커플링되도록 구성된 인터페이스 보드에 각각의 커플링 전자기기 유닛을 커플링시키는 복수의 와이어들을 포함한다. RF 코일 어레이는 고밀도(코일 요소들의 수를 지칭함) 전방 어레이(HDAA) 또는 고화질(이미지 해상도를 지칭함) 전방 어레이이다.

Description

자기 공명 이미징(MRI) 시스템을 위한 전방 무선 주파수(RF) 코일 어레이
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은, 그 전체가 본 명세서에 참고로 포함된, 2016년 11월 23일자로 출원된 미국 가특허 출원 제62/426,028호에 대한 우선권을 주장한다.
본 명세서에 개시된 주제의 실시예들은 자기 공명 이미징(magnetic resonance imaging, MRI)에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 MRI 무선 주파수(RF) 코일들에 관한 것이다.
자기 공명 이미징(MRI)은, x-선 또는 다른 이온화 방사선을 사용하지 않고서 인체 내부의 이미지들을 생성할 수 있는 의료 이미징 양상이다. MRI 시스템들은 강하고 균일한 정적 자기장을 생성하기 위한 초전도 자석을 포함한다. 인체, 또는 인체의 일부가 자기장 내에 배치될 때, 조직수(tissue water) 내의 수소 핵들과 연관된 핵 스핀(nuclear spin)들이 편광되게 되며, 여기서 이러한 스핀들과 연관된 자기 모멘트들은 자기장의 방향을 따라 우선적으로 정렬되어져서, 그 축을 따라 작은 순(net) 조직 자화를 야기하게 된다. MRI 시스템들은 또한, 신체 내의 각각의 위치에서 시그너처 공진 주파수를 생성함으로써 자기 공명(MR) 신호를 공간적으로 인코딩하기 위해 직교하는 축들을 갖는 더 작은 진폭의 공간적으로 변하는 자기장들을 생성하는 경사 코일(gradient coil)들을 포함한다. 이어서, 무선 주파수(RF) 코일들은, 핵 스핀 시스템에 에너지를 부가하는, 수소 핵들의 공진 주파수에서 또는 그 근처에서 RF 에너지의 펄스들을 생성하는 데 사용된다. 핵 스핀들이 그들의 정지 에너지 상태(rest energy state)로 다시 이완됨에 따라, 그들은 MR 신호의 형태로 흡수된 에너지를 방출한다. 이러한 신호는 MRI 시스템에 의해 검출되고, 컴퓨터 및 공지된 재구성 알고리즘들을 사용하여 이미지로 변환된다.
언급된 바와 같이, RF 여기 신호(excitation signal)들을 송신하기 위해("송신 코일"), 그리고 이미징 피험자에 의해 방출되는 MR 신호들을 수신하기 위해("수신 코일") RF 코일들이 MRI 시스템들에서 사용된다. 코일 인터페이싱 케이블들이 RF 코일들과 프로세싱 시스템의 다른 태양들 사이에서 신호들을 송신하기 위해, 예를 들어 RF 코일들을 제어하기 위해 그리고/또는 RF 코일들로부터 정보를 수신하기 위해 사용될 수 있다. 그러나, 종래의 RF 코일들은 부피가 크고 강성인 경향이 있고, 어레이 내의 다른 RF 코일들에 대해 고정된 위치에 유지되도록 구성된다. 이러한 벌키성(bulkiness) 및 가요성의 결여는 종종, RF 코일 루프들이 원하는 해부학적 구조와 가장 효율적으로 커플링되는 것을 방지하고, 그들을 이미징 피험자에게 매우 불편하게 만든다. 또한, 코일간 상호작용들은, 코일들이 커버리지 또는 이미징 가속 관점으로부터 비이상적으로 크기설정 및/또는 위치설정될 것을 지시한다.
일 실시예에서, 자기 공명 이미징(MRI) 시스템을 위한 전방 무선 주파수(RF) 코일 어레이는, 유전체 재료에 의해 봉지되고 분리되는 2개의 평행한 와이어 전도체들을 포함하는 분산형 정전용량 루프 부분 - 2개의 평행한 와이어 전도체들은 루프 부분의 종단 단부들 사이의 그의 전체 길이를 따라 유전체 재료에 의해 분리된 채로 유지됨 -, 전치 증폭기를 포함하는 커플링 전자기기 부분; 및 연속 및/또는 인접한 방식으로 위치설정된 복수의 발룬들 또는 공통 모드 트랩들을 포함하는 코일 인터페이싱 케이블을 포함한다. 이러한 방식으로, 고정된 코일 중첩들 또는 전자기기 위치설정을 고려할 필요 없이, 어레이 내의 RF 코일들이 더 임의로 위치설정되게 하여, 코일들의 배치 및/또는 크기가 원하는 해부학적 구조 커버리지에 기초하게 하는 가요성 RF 코일 조립체가 제공될 수 있다. 코일들은 비교적 용이하게 피험자 해부학적 구조에 순응할 수 있다. 추가적으로, 코일들의 비용 및 중량은 최소화된 재료들 및 생산 공정으로 인해 상당히 낮아질 수 있고, 종래의 코일들에 비해 본 발명의 RF 코일들의 제조 및 소형화에 환경 친화적 공정들이 사용될 수 있다.
상기 발명의 내용은 상세한 설명에서 추가로 기술되는 개념들의 선택을 단순화된 형태로 도입하도록 제공된다는 것을 이해하여야 한다. 청구된 주제의 주요한 또는 본질적인 특징들을 식별하고자 하는 것이 아니며, 그 범주는 상세한 설명을 뒤따르는 청구범위에 의해 고유하게 규정된다. 게다가, 청구된 주제는 상기에 또는 본 발명의 임의의 부분에서 언급된 임의의 단점들을 해결하는 구현예들로 제한되지 않는다.
본 발명은 첨부 도면들을 참조하여 비제한적인 실시예들의 하기의 설명을 읽음으로써 더 잘 이해될 것이다.
도 1은 MRI 시스템의 블록도이다.
도 2는 제어기 유닛에 커플링된 예시적인 RF 코일을 개략적으로 도시한다.
도 3은 제1 예시적인 RF 코일 및 연관된 커플링 전자기기를 도시한다.
도 4는 제2 예시적인 RF 코일 및 연관된 커플링 전자기기를 도시한다.
도 5는 예시적인 RF 코일의 분산형 정전용량 루프 부분의 단면도를 도시한다.
도 6은 예시적인 전방 RF 코일 어레이의 블록도를 도시한다.
도 7은 예시적인 전방 RF 코일 어레이를 개략적으로 도시한다.
도 8은 예시적인 전방 RF 코일 어레이의 분해도를 도시한다.
도 9는 예시적인 패키징된 전방 RF 코일 어레이를 도시한다.
도 10은 프로세싱 시스템과 MRI 시스템의 RF 코일 어레이 사이에 위치설정된 복수의 연속 및/또는 인접한 공통 모드 트랩들을 포함하는 예시적인 RF 코일 어레이 인터페이싱 케이블을 개략적으로 도시한다.
도 11 및 도 12는 복수의 연속 및/또는 인접한 공통 모드 트랩들을 포함하는 예시적인 RF 코일 어레이 인터페이싱 케이블들을 개략적으로 도시한다.
하기 설명은 MRI 시스템들에서의 무선 주파수(RF) 코일의 다양한 실시예들에 관한 것이다. 특히, 다수의 관점들에서 효과적으로 투명한 저비용, 가요성, 그리고 경량인 RF 코일을 위한 시스템들 및 방법들이 제공된다. RF 코일은, RF 코일에 의해 가능하게 되는 가요성 패키징 및 코일의 저중량을 고려하여 환자에게 효과적으로 투명하다. RF 코일은 또한 자기 및 전기 커플링 메커니즘들의 최소화로 인해 RF 코일들의 어레이 내의 다른 RF 코일들에 효과적으로 투명하다. 또한, RF 코일은 정전용량 최소화를 통해 다른 구조체들에 효과적으로 투명하고, 질량 감소를 통해 양전자(positron)들에 투명하여, 하이브리드 양전자 방출 단층촬영(positron emission tomography, PET)/MR 이미징 시스템들에서 RF 코일의 사용을 가능하게 한다. 본 발명의 RF 코일은 다양한 자기장 강도들의 MRI 시스템들에서 사용될 수 있다.
본 발명의 RF 코일은, 종래의 RF 코일에서 사용되는 것보다 상당히 더 작은 양의 구리, 인쇄 회로 기판(PCB) 재료 및 전자 컴포넌트들을 포함하고, 유전체 재료에 의해 봉지되고 분리되어 코일 요소를 형성하는 평행한 세장형(elongated) 와이어 전도체들을 포함한다. 평행한 와이어들은, 개별 커패시터들을 필요로 하지 않고서 낮은 리액턴스 구조체를 형성한다. 허용가능한 손실을 유지하도록 크기설정된 최소 전도체는 코일 루프들 사이의 정전용량의 대부분을 제거하고, 전기장 커플링을 감소시킨다. 큰 샘플링 임피던스와 인터페이싱함으로써, 전류들이 감소되고 자기장 커플링이 최소화된다. 전자기기는 크기 및 함량이 최소화되어 질량 및 중량을 낮게 유지하고, 원하는 필드와의 과도한 상호작용을 방지한다. 패키징은 이제 극히 가요성일 수 있으며, 이는 해부학적 구조에 순응하는 것을 허용하여, 신호대 잡음비(SNR) 및 이미징 가속을 최적화한다.
MR에 대한 전통적인 수신 코일은, 커패시터들에 의해 그들 사이에 접합된 여러 전도성 간격(conductive interval)들로 구성된다. 커패시터들의 값들을 조정함으로써, RF 코일의 임피던스는 그의 최소 값으로 될 수 있으며, 이는 통상 낮은 저항에 의해 특징지어진다. 공진 주파수에서, 저장된 자기 및 전기 에너지는 주기적으로 교번한다. 각각의 전도성 간격은, 그의 길이 및 폭으로 인해, 소정의 자기 정전용량(self-capacitance)을 가지며, 여기서 전기 에너지가 정전기로서 주기적으로 저장된다. 이러한 전기의 분포는 대략 5 내지 15 cm의 전체 전도성 간격 길이에 걸쳐 발생하여, 유사한 범위의 쌍극자 전기장을 야기한다. 큰 유전 부하의 부근에서, 간격들의 자기 정전용량이 변경되고, 따라서 코일을 디튜닝(detuning)한다. 손실 유전체의 경우에, 쌍극자 전기장은, 코일에 의해 관찰되는 전체 저항의 증가에 의해 특징지어지는 줄 소산(Joule dissipation)을 야기한다.
그에 반하여, 본 발명의 RF 코일은, 그의 공통 모드 전류가 그의 주연부를 따라 위상 및 진폭이 균일하기 때문에 거의 이상적인 자기 다이폴 안테나를 나타낸다. RF 코일의 정전용량은 루프의 주연부를 따라 2개의 와이어 전도체들 사이에 형성된다. 보존적 전기장은 2개의 평행한 와이어들 및 유전체 충전제 재료의 작은 단면 내에 엄격하게 한정된다. 중첩하는 2개의 RF 코일들의 경우에, 2개의 중첩된 구리 트레이스들과 비교하여 교차부(cross-over)들 또는 중첩부들에서의 기생 용량이 크게 감소된다. RF 코일의 얇은 단면들은, 2개의 전통적인 트레이스 기반 루프들과 비교하여 더 양호한 자기 디커플링을 허용하고 2개의 루프들 사이의 임계 중첩을 감소시키거나 제거한다.
도 1은, 초전도 자석 유닛(12), 경사 코일 유닛(13), RF 코일 유닛(14), RF 본체 또는 체적 코일 유닛(15), 송신/수신(T/R) 스위치(20), RF 구동기 유닛(22), 경사 코일 구동기 유닛(23), 데이터 획득 유닛(24), 제어기 유닛(25), 테이블(26), 데이터 프로세싱 유닛(31), 조작 콘솔 유닛(32), 및 디스플레이 유닛(33)을 포함하는 자기 공명 이미징(MRI) 장치(10)를 예시한다. 일례에서, RF 코일 유닛(14)은, 전형적으로 피험자(16)의 관심 대상의 해부학적 구조에 근접하게 배치되는 국소 코일인 표면 코일이다. 본 명세서에서, RF 본체 코일 유닛(15)은 RF 신호들을 송신하는 송신 코일이고, 국소 표면 RF 코일 유닛(14)은 MR 신호들을 수신한다. 이와 같이, 송신 본체 코일(예컨대, RF 본체 코일 유닛(15)) 및 표면 수신 코일(예컨대, RF 코일 유닛(14))은 독립적이지만 전자기적으로 커플링되는 구조체들이다. MRI 장치(10)는 이미징 공간(18) 내에 배치된 피험자(16)에게 전자기 펄스 신호들을 송신하며, 이때 피험자(16)로부터 MR 신호들을 얻기 위한 스캔을 수행하여 스캔에 의해 얻어진 MR 신호들에 기초하여 피험자(16)의 이미지를 재구성하기 위해 정적 자기장이 형성된다.
초전도 자석 유닛(12)은, 예를 들어 원환형(toroidal) 진공 용기 내에 장착되는 환형 초전도 자석을 포함한다. 자석은 피험자(16)를 둘러싸는 원통형 공간을 한정하고, 원통형 공간의 Z 방향을 따라 일정하고 강하고 균일한 정적 자기장을 생성한다.
MRI 장치(10)는 또한, 3차원 위치 정보를 갖는 RF 코일 유닛(14)에 의해 수신되는 MR 신호들을 제공하기 위해 이미징 공간(18) 내에 경사 자기장을 생성하는 경사 코일 유닛(13)을 포함한다. 경사 코일 유닛(13)은 3개의 경사 코일 시스템들을 포함하며, 이들 각각은 서로 수직인 3개의 공간 축들 중 하나의 축 내로 경사지는 경사 자기장을 생성하고, 이미징 조건에 따라 주파수 인코딩 방향, 위상 인코딩 방향, 및 슬라이스 선택 방향 각각에서 경사 자기장을 생성한다. 보다 구체적으로, 경사 코일 유닛(13)은 피험자(16)의 슬라이스 선택 방향으로 경사 자기장을 인가하여 슬라이스를 선택하고; RF 본체 코일 유닛(15)은 RF 신호를 피험자(16)의 선택된 관심 영역(region of interest, ROI)으로 송신하고 그것을 여기시킨다. 경사 코일 유닛(13)은 또한 피험자(16)의 위상 인코딩 방향으로 경사 자기장을 인가하여, RF 신호에 의해 여기되는 ROI로부터의 MR 신호들을 위상 인코딩한다. 이어서, 경사 코일 유닛(13)은 피험자(16)의 주파수 인코딩 방향으로 경사 자기장을 인가하여, RF 신호에 의해 여기되는 ROI로부터의 MR 신호들을 주파수 인코딩한다.
RF 코일 유닛(14)은, 예를 들어 피험자(16)의 이미징될 영역을 봉입하도록 배치된다. 일부 예들에서, RF 코일 유닛(14)은 표면 코일 또는 수신 코일로 지칭될 수 있다. 초전도 자석 유닛(12)에 의해 정적 자기장이 형성되는 정적 자기장 공간 또는 이미징 공간(18)에서, RF 코일 유닛(14)은, 제어기 유닛(25)으로부터의 제어 신호에 기초하여, 전자기파인 RF 신호를 피험자(16)에게 송신하고 이에 의해 고주파 자기장을 생성한다. 이것은 피험자(16)의 이미징될 슬라이스 내의 양성자들의 스핀을 여기시킨다. RF 코일 유닛(14)은, 피험자(16)의 이미징될 슬라이스 내의 그에 따라 여기되는 양성자 스핀이 초기 자화 벡터와의 정렬로 복귀할 때 생성되는 전자기파를, 자기 공명 신호로서, 수신한다. RF 코일 유닛(14)은 동일한 RF 코일을 사용하여 RF 신호를 송신 및 수신할 수 있다.
RF 본체 코일 유닛(15)은, 예를 들어 이미징 공간(18)을 봉입하도록 배치되고, 이미징 공간(18) 내의 초전도 자석 유닛(12)에 의해 생성되는 주 자기장에 직교하는 RF 자기장 펄스들을 생성하여 핵들을 여기시킨다. MRI 장치(10)로부터 접속해제되고 다른 RF 코일 유닛으로 대체될 수 있는 RF 코일 유닛(14)과는 대조적으로, RF 본체 코일 유닛(15)은 MRI 장치(10)에 고정식으로 부착되고 접속된다. 게다가, RF 코일 유닛(14)을 포함하는 것들과 같은 국소 코일들은 피험자(16)의 오직 국소화된 영역으로 신호들을 송신하거나 그로부터 신호들을 수신할 수 있는 반면, RF 본체 코일 유닛(15)은 일반적으로 더 큰 커버리지 영역을 갖는다. RF 본체 코일 유닛(15)은, 예를 들어 피험자(16)의 전신으로 신호들을 송신 또는 수신하는 데 사용될 수 있다. 수신 전용 국소 코일들 및 송신 본체 코일들을 사용하는 것은, 피험자 내에 침착되는 높은 RF 전력을 희생하여 균일한 RF 여기 및 양호한 이미지 균일성을 제공한다. 송신-수신 국소 코일의 경우, 국소 코일은 RF 여기를 관심 영역에 제공하고 MR 신호를 수신하여, 이에 의해 피험자 내에 침착되는 RF 전력을 감소시킨다. RF 코일 유닛(14) 및/또는 RF 본체 코일 유닛(15)의 특정 사용이 이미징 응용에 의존한다는 것을 이해해야 한다.
T/R 스위치(20)는, RF 본체 코일 유닛(15)을, 수신 모드에서 동작할 때 데이터 획득 유닛(24)에, 그리고 송신 모드에서 동작할 때 RF 구동기 유닛(22)에 선택적으로 전기적으로 접속시킬 수 있다. 유사하게, T/R 스위치(20)는, RF 코일 유닛(14)을, RF 코일 유닛(14)이 수신 모드에서 동작할 때 데이터 획득 유닛(24)에, 그리고 송신 모드에서 동작할 때 RF 구동기 유닛(22)에 선택적으로 전기적으로 접속시킬 수 있다. RF 코일 유닛(14) 및 RF 본체 코일 유닛(15) 둘 모두가 단일 스캔으로 사용될 때, 예를 들어 RF 코일 유닛(14)이 MR 신호들을 수신하도록 구성되고 RF 본체 코일 유닛(15)이 RF 신호들을 송신하도록 구성되는 경우, T/R 스위치(20)는 제어 신호들을 RF 구동기 유닛(22)으로부터 RF 본체 코일 유닛(15)으로 지향시키면서 수신된 MR 신호들을 RF 코일 유닛(14)으로부터 데이터 획득 유닛(24)으로 지향시킬 수 있다. RF 본체 코일 유닛(15)의 코일들은 송신 전용 모드, 수신 전용 모드, 또는 송신-수신 모드에서 동작하도록 구성될 수 있다. 국소 RF 코일 유닛(14)의 코일들은 송신-수신 모드 또는 수신 전용 모드에서 동작하도록 구성될 수 있다.
RF 구동기 유닛(22)은, RF 코일 유닛(14)을 구동하고 이미징 공간(18) 내에 고주파 자기장을 형성하는 데 사용되는 게이트 변조기(도시되지 않음), RF 전력 증폭기(도시되지 않음), 및 RF 발진기(도시되지 않음)를 포함한다. RF 구동기 유닛(22)은, 제어기 유닛(25)으로부터의 제어 신호에 기초하여 그리고 게이트 변조기를 사용하여, RF 발진기로부터 수신되는 RF 신호를 미리결정된 엔벨로프(envelope)를 갖는 미리결정된 타이밍의 신호로 변조시킨다. 게이트 변조기에 의해 변조된 RF 신호는 RF 전력 증폭기에 의해 증폭되고 이어서 RF 코일 유닛(14)으로 출력된다.
경사 코일 구동기 유닛(23)은 제어기 유닛(25)으로부터의 제어 신호에 기초하여 경사 코일 유닛(13)을 구동하고, 이에 의해 이미징 공간(18) 내에 경사 자기장을 생성한다. 경사 코일 구동기 유닛(23)은, 경사 코일 유닛(13) 내에 포함된 3개의 경사 코일 시스템들에 대응하는 구동기 회로들(도시되지 않음)의 3개의 시스템들을 포함한다.
데이터 획득 유닛(24)은, RF 코일 유닛(14)에 의해 수신되는 자기 공명 신호들을 획득하는 데 사용되는 전치 증폭기(도시되지 않음), 위상 검출기(도시되지 않음), 및 아날로그/디지털 변환기(도시되지 않음)를 포함한다. 데이터 획득 유닛(24)에서, 위상 검출기는, RF 구동기 유닛(22)의 RF 발진기로부터의 출력을 기준 신호로서 사용하여, RF 코일 유닛(14)으로부터 수신되고 전치 증폭기에 의해 증폭되는 자기 공명 신호들을 위상 검출하고, 위상 검출된 아날로그 자기 공명 신호들을 디지털 신호들로 변환하기 위해 아날로그/디지털 변환기로 출력한다. 그에 따라 얻어진 디지털 신호들은 데이터 프로세싱 유닛(31)으로 출력된다.
MRI 장치(10)는 피험자(16)를 그 위에 배치하기 위한 테이블(26)을 포함한다. 피험자(16)는, 제어기 유닛(25)으로부터의 제어 신호들에 기초하여 테이블(26)을 이동시킴으로써 이미징 공간(18)의 내부 및 외부로 이동될 수 있다.
제어기 유닛(25)은, 컴퓨터, 및 컴퓨터에 의해 실행될 프로그램이 기록되는 기록 매체를 포함한다. 프로그램은 컴퓨터에 의해 실행될 때 장치의 다양한 부분들로 하여금 미리결정된 스캐닝에 대응하는 동작들을 수행하게 한다. 기록 매체는, 예를 들어 ROM, 가요성 디스크, 하드 디스크, 광 디스크, 광자기 디스크, CD-ROM, 또는 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 제어기 유닛(25)은 조작 콘솔 유닛(32)에 접속되고, 조작 콘솔 유닛(32)에 입력되는 동작 신호들을 프로세싱하고, 또한 테이블(26), RF 구동기 유닛(22), 경사 코일 구동기 유닛(23), 및 데이터 획득 유닛(24)에 제어 신호들을 출력함으로써 그들을 제어한다. 제어기 유닛(25)은 또한, 원하는 이미지를 얻기 위해, 조작 콘솔 유닛(32)으로부터 수신되는 동작 신호들에 기초하여 데이터 프로세싱 유닛(31) 및 디스플레이 유닛(33)을 제어한다.
조작 콘솔 유닛(32)은 터치스크린, 키보드 및 마우스와 같은 사용자 입력 디바이스들을 포함한다. 조작 콘솔 유닛(32)은, 예를 들어, 그러한 데이터를 이미징 프로토콜로서 입력하고 이미징 시퀀스가 실행될 영역을 설정하기 위해 조작자에 의해 사용된다. 이미징 프로토콜 및 이미징 시퀀스 실행 영역에 관한 데이터가 제어기 유닛(25)으로 출력된다.
데이터 프로세싱 유닛(31)은, 컴퓨터, 및 미리결정된 데이터 프로세싱을 수행하기 위해 컴퓨터에 의해 실행될 프로그램이 기록되는 기록 매체를 포함한다. 데이터 프로세싱 유닛(31)은 제어기 유닛(25)에 접속되고, 제어기 유닛(25)으로부터 수신되는 제어 신호들에 기초하여 데이터 프로세싱을 수행한다. 데이터 프로세싱 유닛(31)은 또한 데이터 획득 유닛(24)에 접속되고, 데이터 획득 유닛(24)으로부터 출력되는 자기 공명 신호들에 다양한 이미지 프로세싱 동작들을 적용함으로써 스펙트럼 데이터를 생성한다.
디스플레이 유닛(33)은 디스플레이 디바이스를 포함하고, 제어기 유닛(25)으로부터 수신되는 제어 신호들에 기초하여 디스플레이 디바이스의 디스플레이 스크린 상에 이미지를 디스플레이한다. 디스플레이 유닛(33)은, 예를 들어 조작자가 조작 콘솔 유닛(32)으로부터 동작 데이터를 입력하는 입력 아이템에 관한 이미지를 디스플레이한다. 디스플레이 유닛(33)은 또한, 데이터 프로세싱 유닛(31)에 의해 생성되는 피험자(16)의 3차원(3D) 이미지 또는 2차원(2D) 슬라이스 이미지를 디스플레이한다.
스캔 동안, RF 코일 어레이 인터페이싱 케이블들(도시되지 않음)이 RF 코일들(예컨대, RF 코일 유닛(14) 및 RF 본체 코일 유닛(15))과 프로세싱 시스템의 다른 태양들(예컨대, 데이터 획득 유닛(24), 제어기 유닛(25) 등) 사이에서 신호들을 송신하기 위해, 예를 들어 RF 코일들을 제어하기 위해 그리고/또는 RF 코일들로부터 정보를 수신하기 위해 사용될 수 있다. 이전에 설명된 바와 같이, RF 본체 코일 유닛(15)은 RF 신호들을 송신하는 송신 코일이고, 국소 표면 RF 코일 유닛(14)은 MR 신호들을 수신한다. 보다 일반적으로, RF 여기 신호들을 송신하기 위해("송신 코일"), 그리고 이미징 피험자에 의해 방출되는 MR 신호들을 수신하기 위해("수신 코일") RF 코일들이 사용된다. 일례에서, 송신 및 수신 코일들은 단일의 기계적 및 전기적 구조체 또는 구조체들의 어레이이며, 이때 송신/수신 모드는 보조 회로부에 의해 스위칭가능하다. 다른 예들에서, 송신 본체 코일(예컨대, RF 본체 코일 유닛(15)) 및 표면 수신 코일(예컨대, RF 코일 유닛(14))은 데이터 획득 유닛 또는 다른 프로세싱 유닛을 통해 서로 물리적으로 커플링되는 독립적인 구조체들일 수 있다. 그러나, 향상된 이미지 품질을 위해, 송신 코일로부터 기계적으로 그리고 전기적으로 격리되는 수신 코일을 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 그러한 경우에, 수신 코일은, 그의 수신 모드에서, 송신 코일에 전자기적으로 커플링되고 그에 의해 자극되는 RF "에코(echo)"와 공진하는 것이 바람직하다. 그러나, 송신 모드 동안, 수신 코일은 RF 신호의 실제 송신 동안, 송신 코일로부터 전자기적으로 디커플링되고 그에 따라서 송신 코일과 공진하지 않는 것이 바람직할 수 있다. 그러한 디커플링은, 수신 코일이 RF 신호의 전체 전력에 커플링될 때 보조 회로부 내에서 생성되는 잡음의 잠재적인 문제를 방지한다. 수신 RF 코일의 비커플링에 관한 추가의 상세사항들은 후술될 것이다.
앞서 언급된 바와 같이, 전통적인 RF 코일들은, 집중형 전자 컴포넌트(lumped electronic component)들(예컨대, 커패시터들, 인덕터들, 발룬들, 저항기들 등), 매칭 회로부, 디커플링 회로부, 및 전치 증폭기들을 갖는 PCB들 상의 산 에칭된 구리 트레이스들(루프들)을 포함할 수 있다. 그러한 구성은 전형적으로 부피가 매우 크고 무겁고 강성이고, 이미지 품질을 저하시킬 수 있는 코일 요소들 간의 커플링 상호작용들을 방지하기 위해 어레이 내에서의 서로에 대한 코일들의 비교적 엄격한 배치를 요구한다. 이와 같이, 전통적인 RF 코일들 및 RF 코일 어레이들은 가요성이 결여되어 있고, 따라서 피험자 해부학적 구조에 순응하지 않아, 이미징 품질 및 환자의 편안함을 저하시킬 수 있다.
따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들에 따르면, RF 코일 유닛(14)과 같은 RF 코일 어레이는, 집중형 전자 컴포넌트들을 갖는 PCB 상의 구리 트레이스들보다는 오히려 분산형 정전용량 와이어들을 포함할 수 있다. 결과적으로, RF 코일 어레이는 경량이고 가요성이어서, 저비용, 경량, 방수, 및/또는 난연성 패브릭들 또는 재료들에서의 배치를 허용할 수 있다. RF 코일의 루프 부분에 커플링되는 커플링 전자기기 부분(예컨대, 분산형 정전용량 와이어)은 소형화될 수 있고 낮은 입력 임피던스 전치 증폭기를 이용할 수 있으며, 이는 (예컨대, 임피던스 매칭 회로부로 인해) 높은 소스 임피던스에 대해 최적화되고 RF 코일 어레이 내의 코일 요소들 사이의 가요성 중첩들을 허용한다. 또한, RF 코일 어레이와 시스템 프로세싱 컴포넌트들 사이의 RF 코일 어레이 인터페이싱 케이블은 가요성일 수 있고 분산형 발룬들의 형태로 통합된 투명도 기능을 포함할 수 있으며, 이는 강성 전자 컴포넌트들이 회피되게 하고 열 부하의 확산을 돕는다.
이제 도 2를 참조하면, 커플링 전자기기 부분(203) 및 코일 인터페이싱 케이블(212)을 통해 제어기 유닛(210)에 커플링되는 루프 부분(201)을 포함하는 RF 코일(202)의 개략도가 도시되어 있다. 일례에서, RF 코일은, 단일 채널 또는 다중 채널일 수 있는 표면 수신 코일일 수 있다. RF 코일(202)은 도 1의 RF 코일 유닛(14)의 하나의 비제한적인 예이고, 그와 같이, MRI 장치(10) 내에서 하나 이상의 주파수들에서 동작할 수 있다. 코일 인터페이싱 케이블(212)은, 전자기기 부분(203)과 RF 코일 어레이의 인터페이싱 커넥터 사이에서 연장되는 코일 인터페이싱 케이블, 또는 RF 코일 어레이의 인터페이싱 커넥터와 MRI 시스템 제어기 유닛(210) 사이에서 연장되는 RF 코일 어레이 인터페이싱 케이블일 수 있다. 제어기 유닛(210)은 도 1에서의 데이터 프로세싱 유닛(31) 또는 제어기 유닛(25)과 연관될 수 있고/있거나 그의 비제한적인 예일 수 있다.
커플링 전자기기 부분(203)은 RF 코일(202)의 루프 부분에 커플링될 수 있다. 본 명세서에서, 커플링 전자기기 부분(203)은 디커플링 회로(204), 임피던스 인버터 회로(206), 및 전치 증폭기(208)를 포함할 수 있다. 디커플링 회로(204)는 송신 동작 동안 RF 코일을 효과적으로 디커플링할 수 있다. 전형적으로, 수신 모드에서의 RF 코일(202)은, 송신 모드 동안 송신되는 RF 신호의 에코들을 수신하기 위해 MR 장치에 의해 이미징되는 피험자의 신체에 커플링될 수 있다. RF 코일(202)이 송신을 위해 사용되지 않는 경우, RF 본체 코일이 RF 신호를 송신하고 있는 동안 RF 코일(202)을 RF 본체 코일로부터 디커플링하는 것이 필요할 수 있다. 송신 코일로부터의 수신 코일의 디커플링은 공진 회로들 및 PIN 다이오드들, 마이크로전자기계 시스템(MEMS) 스위치들, 또는 다른 유형의 스위칭 회로부를 사용하여 달성될 수 있다. 본 명세서에서, 스위칭 회로부는 RF 코일(202)에 동작가능하게 접속되는 디튜닝 회로들을 활성화시킬 수 있다.
임피던스 인버터 회로(206)는 RF 코일(202)과 전치 증폭기(208) 사이에 임피던스 매칭 네트워크를 형성할 수 있다. 임피던스 인버터 회로(206)는 RF 코일(202)의 코일 임피던스를 전치 증폭기(208)에 대한 최적의 소스 임피던스로 변환하도록 구성된다. 임피던스 인버터 회로(206)는 임피던스 매칭 네트워크 및 입력 발룬을 포함할 수 있다. 전치 증폭기(208)는 대응하는 RF 코일(202)로부터 MR 신호들을 수신하고, 수신된 MR 신호들을 증폭한다. 일례에서, 전치 증폭기는, 비교적 높은 차단 또는 소스 임피던스를 수용하도록 구성되는 낮은 입력 임피던스를 가질 수 있다. RF 코일 및 연관된 커플링 전자기기 부분에 관한 추가의 상세사항들은 도 3 및 도 4와 관련하여 아래에서 더욱 상세하게 설명될 것이다. 커플링 전자기기 부분(203)은 크기가 대략 2 ㎠ 이하인 매우 작은 PCB 내에 패키징될 수 있다. PCB는 순응성 코팅 또는 봉지 수지로 보호될 수 있다.
RF 코일 어레이 인터페이싱 케이블과 같은 코일 인터페이싱 케이블(212)은, RF 코일들과 프로세싱 시스템의 다른 태양들 사이에서 신호들을 송신하기 위해, 예를 들어 RF 코일들을 제어하기 위해 그리고/또는 RF 코일들로부터 정보를 수신하기 위해 사용될 수 있다. RF 코일 어레이 인터페이싱 케이블들은 (도 1의 MRI 장치(10)와 같은) MRI 장치의 보어(bore) 또는 이미징 공간 내에 배치될 수 있고, MRI 장치에 의해 생성 및 사용되는 전자기장들을 받을 수 있다. MRI 시스템들에서, 코일 인터페이싱 케이블(212)과 같은 코일 인터페이싱 케이블들은 송신기 구동 공통 모드 전류들을 지원할 수 있으며, 이는 이어서 컴포넌트들의 예측불가능한 가열 및/또는 필드 왜곡들을 생성할 수 있다. 전형적으로, 공통 모드 전류들은 발룬들을 사용함으로써 차단된다. 발룬들 또는 공통 모드 트랩들은 높은 공통 모드 임피던스들을 제공하며, 이는 이어서 송신기 구동 전류들의 효과를 감소시킨다.
따라서, 코일 인터페이싱 케이블(212)은 하나 이상의 발룬들을 포함할 수 있다. 전통적인 코일 인터페이싱 케이블들에서, 발룬들은 비교적 높은 밀도로 위치설정되는데, 그 이유는 발룬 밀도가 너무 낮은 경우 또는 발룬들이 부적절한 위치에 위치설정되는 경우 높은 소산/전압들이 발생할 수 있기 때문이다. 그러나, 이러한 조밀한 배치는 가요성, 비용, 및 성능에 악영향을 줄 수 있다. 이와 같이, 코일 인터페이싱 케이블 내의 하나 이상의 발룬들은, 위치설정에 관계없이, 어떠한 높은 전류 또는 정재파도 보장하지 않도록 하는 연속 발룬들일 수 있다. 연속 발룬들은 분산형, 플러터(flutter), 및/또는 버터플라이 발룬(butterfly balun)들일 수 있다. 코일 인터페이싱 케이블 및 발룬들에 관한 추가의 상세사항들은 도 10, 도 11 및 도 12와 관련하여 아래에서 제시될 것이다.
도 3은 일 실시예에 따라 형성되는 세그먼트화된 전도체들을 갖는 RF 코일(301)의 개략도이다. RF 코일(301)은 도 2의 RF 코일(202)의 비제한적인 예이고, 그와 같이, RF 코일(202)의 루프 부분(201) 및 커플링 전자기기 부분(203)을 포함한다. 커플링 전자기기 부분은 RF 코일이 데이터 획득 유닛(124)(도 1에 도시됨)에 의해 구동될 때 RF 신호들을 송신 및/또는 수신하게 한다. 예시된 실시예에서, RF 코일(301)은 제1 전도체(300) 및 제2 전도체(302)를 포함한다. 제1 및 제2 전도체들(300, 302)은, 전도체들이 개방 회로를 형성하도록(예컨대, 단극을 형성하도록) 세그먼트화될 수 있다. 전도체들(300, 302)의 세그먼트들은 아래에 논의되는 바와 같이 상이한 길이들을 가질 수 있다. 제1 및 제2 전도체들(300, 302)의 길이는 선택 분산형 정전용량, 및 그에 따라 선택 공진 주파수를 달성하도록 변할 수 있다.
제1 전도체(300)는 제1 세그먼트(304) 및 제2 세그먼트(306)를 포함한다. 제1 세그먼트(304)는 커플링 전자기기 부분(203)으로 종단되는 인터페이스에 있는 피구동 단부(driven end)(312)를 포함하며, 이는 아래에서 더욱 상세하게 기술될 것이다. 제1 세그먼트(304)는 또한, 기준 접지로부터 분리되어, 이에 의해 플로팅 상태를 유지하는 플로팅 단부(314)를 포함한다. 제2 세그먼트(306)는 커플링 전자기기 부분으로 종단되는 인터페이스에 있는 피구동 단부(316) 및 기준 접지로부터 분리되는 플로팅 단부(318)를 포함한다.
제2 전도체(302)는 제1 세그먼트(308) 및 제2 세그먼트(310)를 포함한다. 제1 세그먼트(308)는 인터페이스에 있는 피구동 단부(320)를 포함한다. 제1 세그먼트(308)는 또한, 기준 접지로부터 분리되어, 이에 의해 플로팅 상태를 유지하는 플로팅 단부(322)를 포함한다. 제2 세그먼트(310)는 인터페이스에 있는 피구동 단부(324) 및 기준 접지로부터 분리되는 플로팅 단부(326)를 포함한다. 피구동 단부(324)는, 단부(324)가 분산형 정전용량을 통해 제1 전도체에만 커플링되도록 인터페이스에서 종단될 수 있다. 전도체들 사이의 루프 주위에 도시된 커패시터들은 와이어 전도체들 사이의 정전용량을 나타낸다.
제1 전도체(300)는, 제1 및 제2 세그먼트들(304, 306)의 길이에 기초하여 증대되는 분산형 정전용량을 나타낸다. 제2 전도체(302)는, 제1 및 제2 세그먼트들(308, 310)의 길이에 기초하여 증대되는 분산형 정전용량을 나타낸다. 제1 세그먼트들(304, 308)은 제2 세그먼트들(306, 310)과는 상이한 길이를 가질 수 있다. 제1 세그먼트들(304, 308)과 제2 세그먼트들(306, 310) 사이의 상대적 길이 차이는, 원하는 중심 주파수에서 공진 주파수를 갖도록 유효 LC 회로를 생성하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 제2 세그먼트들(306, 310)의 길이들에 대해 제1 세그먼트들(304, 308)의 길이를 가변시킴으로써, 통합된 분산형 정전용량이 변할 수 있다.
예시된 실시예에서, 제1 및 제2 와이어 전도체들(300, 302)은 인터페이스로 종단되는 루프 부분으로 형상화된다. 그러나, 다른 실시예들에서, 다른 형상들이 가능하다. 예를 들어, 루프 부분은 표면(예컨대, 하우징)의 윤곽들에 순응하도록 형상화된 다각형 등일 수 있다. 루프 부분은 제1 및 제2 전도체들을 따라 전도성 경로를 한정한다. 제1 및 제2 전도체들은 전도성 경로의 전체 길이를 따라 어떠한 개별 또는 집중형 용량성 또는 유도성 요소도 없다. 루프 부분은 또한, 스트랜드(stranded) 또는 중실(solid) 전도체 와이어의 다양한 게이지(gauge)의 루프들, 다양한 길이의 제1 및 제2 전도체들(300, 302)을 갖는 다양한 직경의 루프들, 및/또는 제1 전도체와 제2 전도체 사이의 다양한 간격의 루프들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 전도체들 각각은 전도성 경로를 따라 다양한 위치들에서 어떠한 절단부 또는 갭도 갖지 않거나(세그먼트화된 전도체 없음) 또는 하나 이상의 절단부들 또는 갭들(세그먼트화된 전도체들)을 가질 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같은, 분산형 정전용량(DCAP)은, 개별 또는 집중형 용량성 컴포넌트 및 개별 또는 집중형 유도성 컴포넌트가 없고, 전도체들의 길이를 따라 고르게 그리고 균일하게 증대되는, 전도체들 사이에서 나타나는 정전용량을 나타낸다. 본 명세서의 예들에서, 정전용량은 제1 및 제2 전도체들(300, 302)의 길이를 따라 균일한 방식으로 증대될 수 있다.
유전체 재료(303)가 제1 및 제2 전도체들(300, 302)을 봉지하고 분리시킨다. 유전체 재료(303)는 선택 분산형 정전용량을 달성하도록 선택적으로 선택될 수 있다. 유전체 재료(303)는 루프 부분의 유효 정전용량을 변화시키기 위해 원하는 유전율(
Figure pct00001
)에 기초할 수 있다. 예를 들어, 유전체 재료(303)는 공기, 고무, 플라스틱, 또는 임의의 다른 유전체 재료일 수 있다. 일례에서, 유전체 재료는 폴리테트라플루오로에틸렌(pTFE)일 수 있다. 예를 들어, 유전체 재료(303)는 제1 및 제2 전도체들(300, 302)의 평행한 전도성 요소들을 둘러싸는 절연 재료일 수 있다. 대안적으로, 제1 및 제2 전도체들(300, 302)은 연선 케이블(twisted pair cable)을 형성하기 위해 서로 꼬여 있을 수 있다. 다른 예로서, 유전체 재료(303)는 플라스틱 재료일 수 있다. 제1 및 제2 전도체들(300, 302)은, 플라스틱 유전체 재료(303)가 제1 및 제2 전도체들을 분리시키는 동축 구조체를 형성할 수 있다. 다른 예로서, 제1 및 제2 전도체들은 평면 스트립들로서 구성될 수 있다.
커플링 전자기기 부분(203)은 RF 구동기 유닛(22), 데이터 획득 유닛(24), 제어기 유닛(25), 및/또는 데이터 프로세싱 유닛(31)에 동작가능하게 그리고 통신가능하게 커플링되어 RF 코일(102)이 RF 신호들을 송신 및/또는 수신하게 한다. 예시된 실시예에서, 커플링 전자기기 부분(203)은 RF 신호들을 송신 및 수신하도록 구성된 신호 인터페이스(358)를 포함한다. 신호 인터페이스(358)는 케이블을 통해 RF 신호들을 송신 및 수신할 수 있다. 케이블은 중심 전도체, 내부 차폐부, 및 외부 차폐부를 갖는 3-전도체 3축 케이블일 수 있다. 중심 전도체는 RF 신호 및 전치 증폭기 제어부(RF)에 접속되고, 내부 차폐부는 접지(GND)에 접속되고, 외부 차폐부는 다중 제어 바이어스(다이오드 디커플링 제어부)(MC_BIAS)에 접속된다. RF 신호와 동일한 전도체 상에서 10V 전력 접속이 수행될 수 있다.
도 2와 관련하여 위에서 설명된 바와 같이, 커플링 전자기기 부분(203)은 디커플링 회로, 임피던스 인버터 회로, 및 전치 증폭기를 포함한다. 도 3에 예시된 바와 같이, 디커플링 회로는 디커플링 다이오드(360)를 포함한다. 디커플링 다이오드(360)에는, 예를 들어, 디커플링 다이오드(360)를 켜기 위해, MC_BIAS로부터의 전압이 제공될 수 있다. 켜질 때, 디커플링 다이오드(360)는 전도체(300)로 하여금 전도체(302)와 단락되게 하여, 그에 따라 코일로 하여금 공진이 없게 하고, 따라서, 예를 들어 송신 동작 동안 코일을 디커플링시킨다.
임피던스 인버터 회로는, 제1 인덕터(370a), 제2 인덕터(370b), 및 제3 인덕터(370c)를 포함하는 복수의 인덕터들; 제1 커패시터(372a), 제2 커패시터(372b), 제3 커패시터(372c), 및 제4 커패시터(372d)를 포함하는 복수의 커패시터들; 및 다이오드(374)를 포함한다. 임피던스 인버터 회로는 매칭 회로부 및 입력 발룬을 포함한다. 도시된 바와 같이, 입력 발룬은 제1 인덕터(370a), 제2 인덕터(370b), 제1 커패시터(372a), 및 제2 커패시터(372b)를 포함하는 격자 발룬(lattice balun)이다. 일례에서, 다이오드(374)는 RF 수신 신호들이 디커플링 바이어스 분기부(MC_BIAS)로 진행하는 것을 차단하기 위해 전류 흐름의 방향을 제한한다.
전치 증폭기(362)는, 임피던스 매칭 회로부에 의해 높은 소스 임피던스에 대해 최적화되는 낮은 입력 임피던스 전치 증폭기일 수 있다. 전치 증폭기는 낮은 잡음 반사 계수(γ) 및 낮은 잡음 저항(Rn)을 가질 수 있다. 일례에서, 전치 증폭기는, 0.0과 실질적으로 동일한 γ의 소스 반사 계수 및 낮은 잡음 지수(noise figure)에 더하여 0.0과 실질적으로 동일한 Rn의 정규화된 잡음 저항을 가질 수 있다. 그러나, 실질적으로 0.1 이하의 γ 값들 및 실질적으로 0.2 이하의 Rn 값들이 또한 고려된다. 적절한 γ 및 Rn 값들을 갖는 전치 증폭기에 의하면, 전치 증폭기는 RF 코일(301)에 대한 차단 임피던스를 제공하면서 또한 스미스 차트(Smith Chart)의 맥락에서 큰 잡음 원(noise circle)을 제공한다. 이와 같이, RF 코일(301) 내의 전류가 최소화되고, 전치 증폭기는 RF 코일(301) 출력 임피던스와 효과적으로 잡음 매칭된다. 큰 잡음 원을 가지면, 전치 증폭기는, RF 코일(301)에 높은 차단 임피던스를 생성하면서 다양한 RF 코일 임피던스들에 걸쳐 유효 SNR을 산출한다.
일부 예들에서, 전치 증폭기(362)는, 커패시터 및 인덕터를 포함하는 임피던스 변환기를 포함할 수 있다. 임피던스 변환기는, 기생 용량 효과에 의해 야기되는 정전용량과 같은, 전치 증폭기의 리액턴스를 효과적으로 상쇄하기 위해 전치 증폭기의 임피던스를 변경하도록 구성될 수 있다. 기생 용량 효과들은, 예를 들어, 전치 증폭기의 PCB 레이아웃에 의해 또는 전치 증폭기의 게이트에 의해 야기될 수 있다. 또한, 그러한 리액턴스는 종종, 주파수가 증가됨에 따라 증가될 수 있다. 그러나, 유리하게도, 리액턴스를 상쇄하거나 또는 적어도 최소화하도록 전치 증폭기의 임피던스 변환기를 구성하는 것은, 전치 증폭기의 잡음 지수에 상당한 영향을 주지 않고서 유효 SNR 및 RF 코일(301)에 대한 높은 임피던스(즉, 차단 임피던스)를 유지한다. 전술된 격자 발룬은 임피던스 변환기의 비제한적인 예일 수 있다.
예들에서, 본 명세서에 기술된 전치 증폭기는 낮은 입력 전치 증폭기일 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 전치 증폭기의 "비교적 낮은" 입력 임피던스는 공진 주파수에서 대략 5 옴 미만이다. RF 코일(301)의 코일 임피던스는, 코일 부하, 코일 크기, 자기장 강도 등에 의존할 수 있는 임의의 값을 가질 수 있다. RF 코일(301)의 코일 임피던스의 예들은, 1.5T 자기장 강도 등에서 대략 2 옴 내지 대략 10 옴을 포함하지만 이로 제한되지 않는다. 임피던스 인버터 회로부는 RF 코일(301)의 코일 임피던스를 비교적 높은 소스 임피던스로 변환하도록 구성된다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, "비교적 높은" 소스 임피던스는 대략 100 옴 이상이고, 150 옴 초과일 수 있다.
임피던스 변환기는 또한 RF 코일(301)에 차단 임피던스를 제공할 수 있다. RF 코일(301)의 코일 임피던스의 비교적 높은 소스 임피던스로의 변환은, 임피던스 변환기가 RF 코일(301)에 더 높은 차단 임피던스를 제공하는 것을 가능하게 할 수 있다. 그러한 더 높은 차단 임피던스들에 대한 예시적인 값들은, 예를 들어 500 옴 이상 및 1000 옴 이상의 차단 임피던스를 포함한다.
도 4는 다른 실시예에 따른 RF 코일(401) 및 커플링 전자기기 부분(203)의 개략도이다. 도 4의 RF 코일은 도 2의 RF 코일 및 커플링 전자기기의 비제한적인 예이고, 그와 같이, 루프 부분(201) 및 커플링 전자기기 부분(203)을 포함한다. 커플링 전자기기는 RF 코일이 데이터 획득 유닛(124)(도 1에 도시됨)에 의해 구동될 때 RF 신호들을 송신 및/또는 수신하게 한다. RF 코일(401)은, 제2 전도체(402)와 평행한 제1 전도체(400)를 포함한다. 제1 및 제2 전도체들(400, 402) 중 적어도 하나가 세장형이고 연속적이다.
예시된 실시예에서, 제1 및 제2 전도체들(400, 402)은 인터페이스로 종단되는 루프 부분으로 형상화된다. 그러나, 다른 실시예들에서, 다른 형상들이 가능하다. 예를 들어, 루프 부분은 표면(예컨대, 하우징)의 윤곽들에 순응하도록 형상화된 다각형 등일 수 있다. 루프 부분은 제1 및 제2 전도체들(400, 402)을 따라 전도성 경로를 한정한다. 제1 및 제2 전도체들(400, 402)은 전도성 경로의 전체 길이를 따라 어떠한 개별 또는 집중형 용량성 또는 유도성 컴포넌트도 없다. 제1 및 제2 전도체들(400, 402)은 루프 부분의 전체 길이를 따라 중단되지 않고 연속적이다. 루프 부분은 또한, 스트랜드 또는 중실 전도체 와이어의 다양한 게이지의 루프들, 다양한 길이의 제1 및 제2 전도체들(400, 402)을 갖는 다양한 직경의 루프들, 및/또는 제1 전도체와 제2 전도체 사이의 다양한 간격의 루프들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 전도체들 각각은 전도성 경로를 따라 다양한 위치들에서 어떠한 절단부 또는 갭도 갖지 않거나(세그먼트화된 전도체 없음) 또는 하나 이상의 절단부들 또는 갭들(세그먼트화된 전도체들)을 가질 수 있다.
제1 및 제2 전도체들(400, 402)은 루프 부분의 길이를 따라(예컨대, 제1 및 제2 전도체들(400, 402)의 길이를 따라) 분산형 정전용량을 갖는다. 제1 및 제2 전도체들(400, 402)은 루프 부분의 전체 길이를 따라 실질적으로 동일하고 균일한 정전용량을 나타낸다. 본 명세서에 사용되는 바와 같은, 분산형 정전용량(DCAP)은, 개별 또는 집중형 용량성 컴포넌트 및 개별 또는 집중형 유도성 컴포넌트가 없고, 전도체들의 길이를 따라 고르게 그리고 균일하게 증대되는, 전도체들 사이에서 나타나는 정전용량을 나타낸다. 본 명세서의 예들에서, 정전용량은 제1 및 제2 전도체들(400, 402)의 길이를 따라 균일한 방식으로 증대될 수 있다. 제1 및 제2 전도체들(400, 402) 중 적어도 하나가 세장형이고 연속적이다. 예시된 실시예에서, 제1 및 제2 전도체들(400, 402) 둘 모두가 세장형이고 연속적이다. 그러나, 다른 실시예들에서는, 제1 또는 제2 전도체들(400, 402) 중 하나만이 세장형이고 연속적일 수 있다. 제1 및 제2 전도체들(400, 402)은 연속 분산형 커패시터들을 형성한다. 정전용량은 전도체들(400, 402)의 길이를 따라 실질적으로 일정한 속도로 증대된다. 예시된 실시예에서, 제1 및 제2 전도체들(400, 402)은, 제1 및 제2 전도체들(400, 402)의 길이를 따라 DCAP를 나타내는 세장형 연속 전도체들을 형성한다. 제1 및 제2 전도체들(400, 402)은, 제1 및 제2 전도체들(400, 402)의 종단 단부들 사이의 연속 전도체들의 전체 길이를 따라 어떠한 개별 용량성 및 유도성 컴포넌트도 없다. 예를 들어, 제1 및 제2 전도체들(400, 402)은 루프 부분의 길이를 따라 어떠한 개별 커패시터도, 또는 어떠한 인덕터도 포함하지 않는다.
유전체 재료(403)가 제1 및 제2 전도체들(400, 402)을 분리시킨다. 유전체 재료(403)는 선택 분산형 정전용량을 달성하도록 선택적으로 선택될 수 있다. 유전체 재료(403)는 루프 부분의 유효 정전용량을 변화시키기 위해 원하는 유전율(
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)에 기초할 수 있다. 예를 들어, 유전체 재료(403)는 공기, 고무, 플라스틱, 또는 임의의 다른 유전체 재료일 수 있다. 일례에서, 유전체 재료는 폴리테트라플루오로에틸렌(pTFE)일 수 있다. 예를 들어, 유전체 재료(403)는 제1 및 제2 전도체들(400, 402)의 평행한 전도성 요소들을 둘러싸는 절연 재료일 수 있다. 대안적으로, 제1 및 제2 전도체들(400, 402)은 연선 케이블을 형성하기 위해 서로 꼬여 있을 수 있다. 다른 예로서, 유전체 재료(403)는 플라스틱 재료일 수 있다. 제1 및 제2 전도체들(400, 402)은, 플라스틱 유전체 재료(403)가 제1 및 제2 전도체들(400, 402)을 분리시키는 동축 구조체를 형성할 수 있다. 다른 예로서, 제1 및 제2 전도체들(400, 402)은 평면 스트립들로서 구성될 수 있다.
제1 전도체(400)는, 인터페이스에서 종단되는 제1 종단 단부(412) 및 제2 종단 단부(416)를 포함한다. 제1 종단 단부(412)는 커플링 전자기기 부분(203)에 커플링된다. 제1 종단 단부(412)는 또한 본 명세서에서 "구동 단부(drive end)"로 지칭될 수 있다. 제2 종단 단부(416)는 또한 본 명세서에서 "제2 구동 단부"로 지칭된다.
제2 전도체(402)는, 인터페이스에서 종단되는 제1 종단 단부(420) 및 제2 종단 단부(424)를 포함한다. 제1 종단 단부(420)는 커플링 전자기기 부분(203)에 커플링된다. 제1 종단 단부(420)는 또한 본 명세서에서 "구동 단부"로 지칭될 수 있다. 제2 종단 단부(424)는 또한 본 명세서에서 "제2 구동 단부"로 지칭된다.
RF 코일(401)의 루프 부분(201)은 커플링 전자기기 부분(203)에 커플링된다. 커플링 전자기기 부분(203)은 도 2 및 도 3과 관련하여 전술된 동일한 커플링 전자기기일 수 있고, 따라서 동일한 도면 부호들이 동일한 컴포넌트들에 주어지고 추가의 설명이 생략된다.
도 3 및 도 4에 의해 이해되는 바와 같이, RF 코일의 루프 부분을 포함하는 2개의 평행한 전도체들은 각각 도 4에 예시된 바와 같이 연속 전도체들일 수 있거나, 또는 전도체들 중 하나 또는 둘 모두가 도 3에 예시된 바와 같이 비연속적일 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 전도체들 둘 모두가 절단부들을 포함하여, 각각의 전도체가 2개의 세그먼트들로 구성되게 할 수 있다. 전도체 세그먼트들 사이의 생성된 공간은, 전도체들을 봉지하고 둘러싸는 유전체 재료로 충전될 수 있다. 2개의 절단부들은 상이한 위치들에 위치설정될 수 있는데, 예컨대, 하나의 절단부는 (루프 부분이 커플링 전자기기와 인터페이싱하는 곳에 대해) 135°에 위치설정되고 다른 하나의 절단부는 225°에 위치설정된다. 불연속 전도체들을 포함함으로써, 코일의 공진 주파수는, 연속 전도체들을 포함하는 코일에 대해 조정될 수 있다. 일례에서, RF 코일이, 유전체에 의해 봉지되고 분리되는 2개의 연속 평행한 전도체들을 포함하는 경우, 공진 주파수는 더 작은 제1 공진 주파수일 수 있다. 그러한 RF 코일이 대신에 하나의 불연속 전도체(예컨대, 여기서 전도체들 중 하나가 절단되고 유전체 재료로 충전됨) 및 하나의 연속 전도체를 포함하는 경우 - 이때 모든 다른 파라미터들(예컨대, 전도체 와이어 게이지, 루프 직경, 전도체들 사이의 간격, 유전체 재료)은 동일함 -, RF 코일의 공진 주파수는 더 큰 제2 공진 주파수일 수 있다. 이러한 방식으로, 전도체 와이어 게이지, 루프 직경, 전도체들 사이의 간격, 유전체 재료 선택 및/또는 두께, 및 전도체 세그먼트 수 및 길이를 포함하는 루프 부분의 파라미터들은 RF 코일을 원하는 공진 주파수로 튜닝하도록 조정될 수 있다.
도 5는 예시적인 RF 코일의 분산형 정전용량 루프 부분(500)의 단면도를 도시한다. 도 5에 의해 이해되는 바와 같이, 루프 부분(500)은, 유전체 재료(503)에 의해 둘러싸이고 그 내에 봉지되는 제1 와이어 전도체(502) 및 제2 와이어 전도체(504)를 포함한다. 각각의 와이어 전도체는 적합한 단면 형상, 본 명세서에서는 원형 단면 형상을 가질 수 있다. 그러나, 타원형, 원통형, 직사각형, 삼각형, 육각형 등과 같은, 와이어 전도체들에 대한 다른 단면 형상들이 가능하다. 와이어 전도체들은 적합한 거리만큼 분리될 수 있고, 와이어 전도체들의 직경들뿐만 아니라 전도체들을 분리하는 거리는 원하는 정전용량을 달성하도록 선택될 수 있다. 또한, 제1 와이어 전도체(502) 및 제2 와이어 전도체(504) 각각은 7개의 전도체 스트랜드 와이어(stranded wire)일 수 있지만(예컨대, 7개의 스트랜드 와이어들로 구성될 수 있음), 중실 전도체들이 또한 스트랜드 와이어 대신에 사용될 수 있다. 스트랜드 와이어는, 적어도 일부 예들에서, 중실 전도체들에 비해 더 큰 가요성을 제공할 수 있다.
도 2 내지 도 5와 관련하여 위에서 제시된 RF 코일들은 MR 이미징 세션 동안 MR 신호들을 수신하기 위해 이용될 수 있다. 이와 같이, 도 2 내지 도 5의 RF 코일들은 도 1의 RF 코일 유닛(14)의 비제한적인 예들일 수 있고, 프로세싱 시스템과 같은 MRI 시스템의 하류측 컴포넌트에 커플링되도록 구성될 수 있다. 도 2 내지 도 5의 RF 코일들은 다양한 구성들을 갖는 RF 코일들의 어레이로 존재할 수 있다. 아래에서 더욱 상세하게 기술되는 도 6 내지 도 9는, 도 2 내지 도 5와 관련하여 전술된 RF 코일들 중 하나 이상을 포함할 수 있는 전방 RF 코일 어레이에 대한 다양한 실시예들을 예시한다. 전방 RF 코일 어레이는 고밀도(코일 요소들의 수를 지칭함) 전방 어레이 또는 고화질(이미지 해상도를 지칭함) 전방 어레이(HDAA)일 수 있다.
도 6은 예시적인 전방 RF 코일 어레이(600)의 블록도를 도시한다. RF 코일 어레이(600)는 30-채널 하이 HDAA이다. 30-채널은, 6개의 행의 RF 코일들이 있으며 이때 각각의 행이 5개의 RF 코일들을 포함함을 의미한다. RF 코일 어레이(600)는 6 행 × 5 열 어레이로 배열되는 30개의 RF 코일 루프들(601)을 포함한다. RF 코일 루프들(601) 각각은 커플링 전자기기 유닛 또는 인쇄 회로 기판(PCB)(603)에 커플링된다. 코일 인터페이싱 케이블(612)이 각각의 커플링 전자기기 PCB(603)에 접속되고 그로부터 인터페이싱 커넥터(620)까지 연장된다.
커플링 전자기기 유닛(603)은 디커플링 회로, 임피던스 인버터 회로, 및 전치 증폭기를 포함할 수 있다. 디커플링 회로는 송신 동작 동안 RF 코일을 효과적으로 디커플링할 수 있다. 임피던스 인버터 회로는 RF 코일과 전치 증폭기 사이에 임피던스 매칭 네트워크를 형성할 수 있다. 임피던스 인버터 회로는 RF 코일의 코일 임피던스를 전치 증폭기에 대한 최적의 소스 임피던스로 변환하도록 구성된다. 임피던스 인버터 회로는 임피던스 매칭 네트워크 및 입력 발룬을 포함할 수 있다. 전치 증폭기는 RF 코일로부터 MR 신호들을 수신하고, 수신된 MR 신호들을 증폭한다. 일례에서, 전치 증폭기는, 비교적 높은 차단 또는 소스 임피던스를 수용하도록 구성되는 낮은 입력 임피던스를 가질 수 있다. 커플링 전자기기 유닛(603)은 크기가 대략 2 ㎠ 이하인 매우 작은 PCB 내에 패키징될 수 있다. PCB는 순응성 코팅 또는 봉지 수지로 보호될 수 있다.
제어 회로부(615)는 수신 모드와 디커플링된 모드 사이에서 RF 코일들을 스위칭하기 위한 MC_BIAS이다. 제어 회로부(615)의 요소들은 커플링 전자기기 유닛(603) 및 인터페이싱 커넥터(620) 둘 모두에 포함된다.
일례에서, 전방 RF 코일 어레이(600)는 표면 수신 코일이며, 이는 3 테슬라(Tesla) 또는 1.5 테슬라 MRI 시스템과 함께 사용하기 위해 설계될 수 있다. 다른 코일들과 함께 사용될 때, 사용을 위한 표시들은 흉부, 심장, 복부, 몸통, 골반, 전립선, 둔부, 말초 혈관, 장골 및 전신 이미징을 포함한다.
도 7은 HDAA로서 구현될 수 있는 예시적인 RF 코일 어레이(700)를 예시한다. 예시된 RF 코일 어레이(700)는 6개의 행의 RF 코일들을 포함하며, 이때 각각의 행이 5개의 RF 코일들을 포함한다. 각각의 RF 코일은 RF 코일 루프(701)를 포함하며, 이때 커플링 전자기기 PCB(703)가 각각의 RF 코일 루프(701)에 커플링된다. RF 코일 루프들(701)은, 커플링 전자기기 PCB들(703)이 모두 RF 코일 어레이의 중심을 향해 배향되어서, 각각의 커플링 전자기기 PCB(703)로부터 연장되는 코일 인터페이싱 케이블들이 어레이의 중심을 향해 아래로 연장되도록 배열된다. 각각의 커플링 전자기기 PCB로부터 연장되는 코일 인터페이싱 케이블(712)이 있다. 이러한 코일 인터페이싱 케이블들 각각은 함께 번들링되어 발룬들을 포함하는 케이블 조립체(760)를 형성한다. 케이블 조립체는, RF 코일 어레이 인터페이싱 케이블과 인터페이싱하기 위해 HDAA 코일 어레이의 단부에서 단일 인터페이싱 커넥터(720)에 접속된다.
도 7은, 가요성 재료의 시트와 같은, 패브릭 지지체(740)에 부착된 30개의 RF 코일들(701)을 포함하는 예시적인 RF 코일 어레이(700)를 도시한다. 어레이의 각각의 RF 코일은 도 2 내지 도 5와 관련하여 전술된 RF 코일 루프들의 비제한적인 예이고, 그와 같이, 통합된 커패시터 코일 루프(701) 및 코일 루프에 직접 커플링된 커플링 전자기기 유닛(703)을 포함한다. 일부 예들에서, 어레이의 코일 인터페이싱 케이블들 및/또는 케이블 조립체는, 원통 형상의 덩어리형(lumpy) 발룬들을 제거하기 위해 그들의 길이 전체에 걸쳐 연속/인접한 발룬들을 포함할 수 있다. 따라서, 지지체(740)에 스티칭되거나 달리 부착될 때에도, 각각의 RF 코일은 다수의 치수들로 가요성을 유지한다.
따라서, RF 코일 어레이(700)는, 제1 행(710), 제2 행(706), 제3 행(711), 제4 행(716), 제5 행(721), 및 제6 행(726)을 포함하는 6개의 행의 RF 코일들(701)을 포함한다. 각각의 행은 5개의 RF 코일들 및 연관된 커플링 전자기기를 포함한다. 제1 행(710)의 RF 코일 및 커플링 전자기기 배열은 아래에서 더욱 상세하게 기술될 것이지만, 각각의 다른 행이 유사한 구성을 포함하고 그에 따라 각각의 행의 추가적인 설명이 생략된다는 것을 이해해야 한다.
제1 행(710)은 5개의 RF 코일들을 포함하고, 각각의 RF 코일은, 분산형 정전용량 평행 와이어 전도체들로 구성되는 루프 부분, 및 디커플링 회로부, 임피던스 매칭 회로부, 및 전치 증폭기를 지지하는 소형화된 PCB의 형태의 커플링 전자기기 유닛을 포함한다. 각각의 RF 코일 루프 및 커플링 전자기기 유닛은, 도 2 및 도 3과 관련하여 전술된 루프 부분 및 커플링 전자기기 부분의 비제한적인 예일 수 있다.
따라서, 제1 RF 코일(702)의 루프 부분이 제1 커플링 전자기기 유닛(704)에 커플링되고, 제2 RF 코일의 루프 부분이 제2 커플링 전자기기 유닛에 커플링되고, 제3 RF 코일의 루프 부분이 제3 커플링 전자기기 유닛에 커플링되고, 제4 RF 코일의 루프 부분이 제4 커플링 전자기기 유닛에 커플링되고, 제5 RF 코일의 루프 부분이 제5 커플링 전자기기 유닛에 커플링된다.
각각의 커플링 전자기기 유닛은, 각각의 커플링 전자기기 유닛이 RF 코일 어레이(700)의 중심을 향해 배향되는 방식으로 그의 각자의 RF 코일 루프에 커플링될 수 있다. 예를 들어, 제1 커플링 전자기기 유닛(704) 및 제2 커플링 전자기기 유닛은 각각 각자의 RF 코일 루프의 우측에 커플링될 수 있고, 제4 커플링 전자기기 유닛 및 제5 커플링 전자기기 유닛은 각각 각자의 RF 코일 루프의 좌측에 커플링될 수 있고, 제3 커플링 전자기기 유닛은 그의 RF 코일 루프의 저부 측에 커플링될 수 있다.
각각의 커플링 전자기기 유닛을 어레이의 중심을 향해 배향시킴으로써, 각각의 커플링 전자기기 유닛으로부터 케이블 조립체(760)까지의 코일 인터페이싱 케이블 및 궁극적으로 RF 코일 어레이 인터페이싱 케이블은 단순화될 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 각각의 커플링 전자기기 유닛(703)은, 그로부터 케이블 조립체(760)까지 그리고 인터페이싱 커넥터(720)까지 연장되는 코일 인터페이싱 케이블(712)을 포함한다. 제1 행의 각각의 코일 인터페이싱 케이블은 케이블 조립체로 접합되며, 이는 이어서 RF 코일 어레이의 중심 축(750)을 따라 인터페이싱 커넥터로 이어진다.
복수의 발룬들(730)은 코일 인터페이싱 케이블들 및 케이블 조립체(760)를 따라 분포될 수 있다. 도시된 바와 같이, 행마다 적어도 2개의 발룬들이 있고 케이블 조립체를 따라 복수의 발룬들이 있다. 그러나, 다른 개수 및/또는 구성의 발룬들이 가능하다. 예를 들어, 집중형 발룬들을 포함하기보다는 오히려, 각각의 코일 인터페이싱 케이블(또는 케이블 조립체)은, 도 10 내지 도 12와 관련하여 기술되는 것들과 같은, 인접한/연속 분산형 또는 플러터 발룬 내에 수납될 수 있다.
코일 인터페이싱 케이블들은 하나 이상의 발룬들을 포함할 수 있다. 전통적인 코일 인터페이싱 케이블들에서, 발룬들은 비교적 높은 밀도로 위치설정되는데, 그 이유는 발룬 밀도가 너무 낮은 경우 또는 발룬들이 부적절한 위치에 위치설정되는 경우 높은 소산/전압들이 발생할 수 있기 때문이다. 그러나, 이러한 조밀한 배치는 가요성, 비용, 및 성능에 악영향을 줄 수 있다. 이와 같이, 코일 인터페이싱 케이블 내의 하나 이상의 발룬들은, 위치설정에 관계없이, 어떠한 높은 전류 또는 정재파도 보장하지 않도록 하는 연속 발룬들일 수 있다. 연속 발룬들은 분산형, 플러터, 및/또는 버터플라이 발룬들일 수 있다. 코일 인터페이싱 케이블 및 발룬들에 관한 추가의 상세사항들은 도 10 내지 도 12와 관련하여 아래에서 제시될 것이다.
각각의 행에 대한 커플링 전자기기 유닛들(703)에 커플링되는 코일 인터페이싱 케이블들(712)은 전술된 바와 같이 중심 케이블 조립체(760)로 조합될 수 있다. 복수의 RF 코일들(701)로부터의 코일 인터페이싱 케이블들(712)은 케이블 조립체(760)를 형성한다. 케이블 조립체(760)는 RF 코일 어레이(700)의 중심 축(750)을 따라 인터페이싱 커넥터(720)까지 연장된다.
도 8은 예시적인 전방 (HDAA) RF 코일 어레이(800)의 분해도를 도시한다. RF 코일 어레이(800)는 층(802)에 도시된 바와 같이 Norfab 천과 같은 가요성 지지 재료에 부착되거나 스티칭된다. RF 코일 어레이의 각각의 RF 코일 루프는, 스티칭 또는 다른 부착 메커니즘을 통해, 가요성 지지 재료에 커플링된다. RF 코일 어레이 및 부착된 가요성 지지 재료를 개재시키는 것은, 재료의 제1 층(804) 및 제2 층(806)을 포함하는 내부 인클로저이다. 내부 인클로저(804, 806)의 재료는 NOMEX® 펠트, 또는 패딩(padding), 간격, 및/또는 난연 특성들을 제공하는 다른 적합한 재료일 수 있다. 커플링 전자기기 PCB들 및 발룬들에 대한 절결부(cutout)들로 다이 컷팅되는 선택적인 재료의 내부 층(805)이 제1 층(804)과 가요성 지지 재료(802)에 부착된 RF 코일 어레이 사이에 포함될 수 있다. 선택적인 재료의 내부 층(805)의 재료는 NOMEX® 펠트, 또는 패딩, 간격, 및/또는 난연 특성들을 제공하는 다른 적합한 재료일 수 있다. 재료의 제1 층(810) 및 제2 층(812)을 포함하는 외부 인클로저는 코일 어레이, 부착된 지지 재료, 및 내부 인클로저를 개재한다. 외부 인클로저(810, 812)의 재료는 DARTEX®과 같은, 세정가능한 생체적합성 재료로 구성될 수 있어서, 그에 따라 임상 상황들에서 RF 코일 어레이의 사용을 가능하게 한다.
본 발명의 RF 코일들이 구현될 수 있는 하나의 예시적인 임상 상황은, MR 이미징을 겪는 피험자의 흉부 및/또는 복부를 덮는 데 사용되는 고밀도/고화질 전방 어레이(HDAA)이다. 도 9는 본 발명에 따른 예시적인 HDAA를 예시한다.
도 9는 예시적인 패키징된 HDAA RF 코일 어레이를 도시한다. RF 코일 어레이는, 폴리우레탄 패브릭 유사 DARTEX® 재료와 같은 적합한 재료의 외부 인클로저(910) 내에 봉입된다. 재료(910)는 방수, 반-증기 투과성 및 항진균 처리된 것이다. 그것은 또한 의료 응용들 및 환경들에 매우 적합한 용접된 시임(seam)들 및 방수 마무리를 생성하기 위해 RF 용접에 의해 밀봉되거나 "패브릭 용접가능"하다. RF 코일 어레이 인터페이싱 케이블(920)이 RF 코일 어레이의 인터페이싱 커넥터(915)로부터 연장된다. RF 코일 어레이 인터페이싱 케이블(920)은 HDAA RF 코일 어레이를 MRI 시스템의 프로세서 또는 다른 컴포넌트(예컨대, 제어기 유닛(25))에 접속시키는 데 사용될 수 있다. RF 코일 어레이 인터페이싱 케이블(920)은 복수의 발룬들(925) 또는 도 10 내지 도 12와 관련하여 기술된 것들과 같은, 연속/인접한 분산형 발룬들을 포함할 수 있다.
따라서, 도 7 내지 도 9는, 본 발명의 가요성의, 변형가능한 RF 코일들 및 소형화된 커플링 전자기기 PCB들로 구성된 예시적인 HDAA RF 코일 어레이를 예시한다. HDAA는 가요성 및 난연성 재료에 의해 지지될 수 있고, 이어서 전체 어레이는 폴리우레탄과 같은 내구성 재료 상에 수납될 수 있다. 단일(또는 일부 예들에서, 이중) 접속이 HDAA를 MRI 시스템에 커플링시키기 위해 제공될 수 있다. 이러한 방식으로, 전통적인 RF 코일 어레이들에 비해 환자의 편안함을 개선하고, 피험자의 해부학적 구조에 순응함으로써 이미지 품질을 개선하고, 비용들을 감소시킬 수 있는 경량의 가요성 RF 코일 어레이가 제공될 수 있다. HDAA RF 코일 어레이의 치수들은 대략 66 cm 폭 × 78 cm 길이이다. RF 코일 루프의 직경은 대략 14 cm이다.
RF 코일 어레이 또는 RF 코일에 사용되는 전도체 와이어들 및 코일 루프들은, 원하는 RF 코일 응용에 대해 원하는 공진 주파수를 얻기 위해 임의의 적합한 방식으로 제조될 수 있다. 28 또는 30개의 미국 와이어 게이지(American Wire Gauge, AWG) 또는 임의의 다른 원하는 와이어 게이지와 같은 원하는 전도체 와이어 게이지는 동일한 게이지의 평행한 전도체 와이어와 쌍을 이루고, 압출 공정 또는 3차원(3D) 인쇄 또는 적층 가공 공정을 사용하여 유전체 재료로 봉지될 수 있다. 이러한 제조 공정은 낮은 폐기물 및 저비용으로 환경 친화적일 수 있다.
따라서, 본 명세서에 기술된 RF 코일은, 2개의 평행한 전도체 와이어들 중 적어도 하나에서 절단부를 갖지 않거나 적어도 하나의 절단부를 가질 수 있는, pTFE 유전체 내에 봉지된 트윈 리드(twin lead) 전도체 와이어 루프, 및 각각의 코일 루프에 커플링되는 소형화된 커플링 전자기기 PCB(예컨대, 대략 2 ㎠ 이하의 크기의 매우 작은 커플링 전자기기 PCB)를 포함한다. PCB들은 순응성 코팅 또는 봉지 수지로 보호될 수 있다. 그렇게 함에 있어서, 전통적인 컴포넌트들이 제거되고, 정전용량이 통합된 커패시터(INCA) 코일 루프들 "내에 형성"된다. 코일 요소들 사이의 상호작용들은 감소되거나 제거된다. 코일 루프들은, 사용되는 전도체 와이어의 게이지, 전도체 와이어들 사이의 간격, 루프 직경들, 루프 형상들, 및 전도체 와이어들에서의 절단부들의 수 및 배치를 변경함으로써 넓은 범위의 MR 동작 주파수들에 적응가능하다.
본 명세서에 기술되고 예시된 RF 코일 루프들은 PET/MR 응용들에서 투명하여, 도즈(dose) 관리 및 신호대 잡음비(SNR)에 도움이 된다. 소형화된 전자 PCB는 디커플링 회로부, 임피던스 매칭 회로부 및 입력 발룬을 갖는 임피던스 인버터 회로부, 및 전치 증폭기를 포함한다. 전치 증폭기는 가장 낮은 잡음, 강건성, 및 투명도를 위해 코일 어레이 응용들에서 새로운 표준들을 설정한다. 전치 증폭기는, 전류 잡음, 부스트(boost) 선형성을 감소시키고 다양한 코일 부하 조건들에 대한 허용오차를 개선하기 위해 능동 잡음 상쇄를 제공한다. 추가적으로, 아래에서 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 소형화된 전자 피드스루 PCB들 각각을, MRI 시스템과 인터페이싱하는 RF 코일 어레이 커넥터에 커플링시키기 위한 발룬들을 갖는 케이블 하니스가 제공될 수 있다.
본 명세서에 기술된 RF 코일은 예외적으로 경량이고, 중량이 가요성 RF 코일 어레이들의 General Electric Company의 Geometry Embracing Method(GEM) 스위트(suite)를 갖는 코일 요소당 45 그램에 비해 코일 요소당 10 그램 미만일 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 30-채널 RF 코일 어레이는 중량이 0.5 ㎏ 미만일 수 있다. 본 명세서에 기술된 RF 코일은, 코일이 극히 단순하며 매우 적은 강성 컴포넌트들을 갖고 플로팅 중첩들을 허용하기 때문에 예외적으로 가요성이고 내구성이 있다. 본 명세서에 기술된 RF 코일은 예외적으로 저비용인데, 예컨대, 현재 기술로부터 10배 초과로 감소된다. 예를 들어, 30-채널 RF 코일 어레이는 $50 미만의 컴포넌트들 및 재료들로 구성될 수 있다. 본 명세서에 기술된 RF 코일은 현재 패키징 또는 신흥 기술들을 배제하지 않으며, 형성기에 패키징되거나 부착될 필요가 없는 RF 코일 어레이들로 구현될 수 있거나, 또는 가요성 RF 코일 어레이들로서의 가요성 형성기들에 부착되거나 또는 강성 RF 코일 어레이들로서의 강성 형성기들에 부착되는 RF 코일 어레이들로 구현될 수 있다.
RF 코일 어레이는 패브릭에 의해 지지되고 다른 가요성 재료 인클로저 내에 수용될 수 있지만, RF 코일 어레이는 다수의 치수들로 가요성으로 유지되고 RF 코일들은 서로 고정식으로 접속되지 않을 수 있다. 일부 예들에서, RF 코일들은 서로에 대해 슬라이딩가능하게 이동가능하여, RF 코일들 사이의 다양한 중첩량들이 허용가능하게 할 수 있다.
앞서 언급된 바와 같이, 본 발명의 RF 코일 어레이는, 위치설정에 관계없이, 높은 전류들 또는 정재파들을 최소화하기 위해 인접한 분산형 발룬들 또는 공통 모드 트랩들을 포함하는 RF 코일 어레이 인터페이싱 케이블에 커플링될 수 있다. RF 코일 어레이 인터페이싱 케이블의 높은 응력 영역들은 여러 발룬들에 의해 제공될 수 있다. 추가적으로, 열 부하는 공통 전도체를 통해 공유될 수 있다. RF 코일 어레이 인터페이싱 케이블들의 중심 경로 및 복귀 경로의 인덕턴스는 상호 인덕턴스에 의해 실질적으로 향상되지 않고, 따라서 기하학적 변화들에 따라 안정적이다. 정전용량은 분산형이고, 기하학적 변화들에 의해 실질적으로 변화되지 않는다. 공진기 치수들은 이상적으로는 매우 작지만, 실제로는 차단 요건들, 전기장 및 자기장 세기들, 국소 왜곡들, 열 및 전압 응력들 등에 의해 제한될 수 있다.
도 10은 다양한 실시예들에 따라 형성된 연속 공통 모드 트랩 조립체(1000)의 블록 개략도를 예시한다. 공통 모드 트랩 조립체(1000)는 MRI 시스템의 프로세싱 시스템(1050)과 RF 코일 어레이(1060) 사이의 신호들의 송신을 위해 구성된 송신 케이블(1001)로서 구성될 수 있다. 송신 케이블(1001)은, 도 2의 RF 코일 어레이 인터페이싱 케이블(212)의 비제한적인 예이고, 프로세싱 시스템(1050)은 도 2의 제어기 유닛(210)의 비제한적인 예이고, RF 코일 어레이(1060)는 도 2의 복수의 RF 코일들(202) 및 커플링 전자기기(203)의 비제한적인 예이다.
예시된 실시예에서, 송신 케이블(1001)(또는 RF 코일 어레이 인터페이싱 케이블)은 중심 전도체(1010) 및 복수의 공통 모드 트랩들(1012, 1014, 1016)을 포함한다. 공통 모드 트랩들(1012, 1014, 1016)이 중심 전도체(1010)와는 별개인 것으로 도시되지만, 일부 실시예들에서는, 공통 모드 트랩들(1012, 1014, 1016)이 중심 전도체(1010)와 일체형으로 형성되거나 그의 일부로서 형성될 수 있다는 것에 주목할 수 있다.
예시된 실시예에서의 중심 전도체(1010)는 일정 길이(1004)를 갖고, RF 코일 어레이(1060)와 MRI 시스템의 적어도 하나의 프로세서(예컨대, 프로세싱 시스템(1050)) 사이에서 신호를 송신하도록 구성된다. 중심 전도체(1010)는, 예를 들어 리본 전도체, 와이어 전도체, 평면 스트립 전도체, 또는 동축 케이블 전도체 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 도시된 중심 전도체(1010)의 길이(1004)는, 중심 전도체(1010)의 제1 단부(이는 프로세싱 시스템(1050)에 커플링됨)로부터 중심 전도체(1010)의 제2 단부(이는 RF 코일 어레이(1060)에 커플링됨)까지 연장된다. 일부 실시예들에서, 중심 전도체는 공통 모드 트랩들(1012, 1014, 1016)의 중심 개방부를 통과할 수 있다.
도시된 공통 모드 트랩들(1012, 1014, 1016)(이는 공통 모드 트랩 유닛(1018)을 형성하도록 협력하는 것으로 이해될 수 있음)은, 도 10에서 알 수 있는 바와 같이, 중심 전도체(1010)의 길이(1004)의 적어도 일부분을 따라 연장된다. 예시된 실시예에서, 공통 모드 트랩들(1012, 1014, 1016)은 전체 길이(1004)를 따라 연장되지 않는다. 그러나, 다른 실시예들에서, 공통 모드 트랩들(1012, 1014, 1016)은 전체 길이(1004)를 따라, 또는 실질적으로 전체 길이(1004)를 따라(예컨대, 예를 들어 프로세서 또는 RF 코일 어레이에 커플링되도록 구성된 단부에 있는 부분들을 제외하고는 전체 길이(1004)를 따라) 연장될 수 있다. 공통 모드 트랩들(1012, 1014, 1016)은 인접하게 배치된다. 도 10에서 알 수 있는 바와 같이, 공통 모드 트랩들(1012, 1014, 1016) 각각은 공통 모드 트랩들(1012, 1014, 1016) 중 적어도 하나의 다른 트랩에 인접하게 배치된다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "인접한"은 서로 접촉해 있거나 또는 바로 옆에 있는 컴포넌트들 또는 태양들을 포함하는 것으로 이해될 수 있다. 예를 들어, 인접한 컴포넌트들은 서로 맞닿아 있을 수 있다. 실제로, 일부 실시예들에서 인접한 컴포넌트들 사이에 작은 또는 미미한 갭들이 있을 수 있다는 것에 주목할 수 있다. 일부 실시예들에서, 미미한 갭(또는 전도체 길이)은 자유 공간에서의 송신 주파수의 파장의 1/40 미만인 것으로 이해될 수 있다. 일부 실시예들에서, 미미한 갭(또는 전도체 길이)은 2 센티미터 이하인 것으로 이해될 수 있다. 인접한 공통 모드 트랩들은, 예를 들어, 공통 모드 트랩에 의해 제공되는 경감 없이 자기장으로부터의 전류의 유도에 영향을 받기 쉬울 수 있는 그들 사이에 개재되는 갭 또는 전도체가 전혀 없다(또는 미미하게 있다).
예를 들어, 도 10에 도시된 바와 같이, 공통 모드 트랩(1012)은 공통 모드 트랩(1014)에 인접하고, 공통 모드 트랩(1014)은 공통 모드 트랩(1012) 및 공통 모드 트랩(1016)에 인접하고(공통 모드 트랩(1012)과 공통 모드 트랩(1016) 사이에 끼어 있고), 공통 모드 트랩(1016)은 공통 모드 트랩(1014)에 인접한다. 공통 모드 트랩들(1012, 1014, 1016) 각각은 MRI 시스템의 송신기 구동 전류들을 수신하기 위한 임피던스를 제공하도록 구성된다. 다양한 실시예들에서, 공통 모드 트랩들(1012, 1014, 1016)은 높은 공통 모드 임피던스들을 제공한다. 예를 들어, 각각의 공통 모드 트랩(1012, 1014, 1016)은, 원하는 주파수에서 또는 그 근처에서 또는 타깃 주파수 범위 내에서 원하는 임피던스를 제공하기 위해 공진 회로 및/또는 하나 이상의 공진 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 공통 모드 트랩들(1012, 1014, 1016) 및/또는 공통 모드 트랩 유닛(1018)은 또한 당업자들에 의해 초크(choke)들 또는 발룬들로 지칭될 수 있다는 것에 주목할 수 있다.
그들 사이에 공간들이 있는 분리된 개별 공통 모드 트랩들을 갖는 시스템들과는 대조적으로, 다양한 실시예들(예컨대, 공통 모드 트랩 조립체(1000))은, 공통 모드 트랩들이 연속적으로 그리고/또는 인접하게 연장되는 부분을 가져서, 그 부분을 따라 공통 모드 트랩이 제공되지 않는 어떠한 위치도 존재하지 않게 한다. 따라서, 모든 관심 위치들이 연속 및/또는 인접한 공통 모드 트랩 내에 포함될 수 있기 때문에, 공통 모드 트랩들의 특정 배치 위치들을 선택하거나 달성하는 데 있어서의 어려움이 감소되거나 제거될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 연속 트랩 부분(예컨대, 공통 모드 트랩 유닛(1018))은 송신 케이블의 길이 또는 그의 일부분을 따라 연장될 수 있다. 연속 모드 트랩 부분은, 인접하게 접합된 개별 공통 모드 트랩들 또는 트랩 섹션들(예컨대, 공통 모드 트랩들(1012, 1014, 1016))로 형성될 수 있다. 또한, 인접한 공통 모드 트랩들은, 다양한 실시예들에서, 코일 요소들과의 상호작용을 낮추거나, 더 큰 영역에 걸쳐 열을 분산시키거나(예컨대, 핫 스폿(hot spot)들을 방지하거나), 또는 원하는 또는 필요한 위치에 차단이 위치됨을 보장하는 것을 돕는 것 중 적어도 하나를 위해 채용될 수 있다. 또한, 인접한 공통 모드 트랩들은 다양한 실시예들에서 더 큰 영역에 걸쳐 전압을 분배하는 것을 돕기 위해 채용될 수 있다. 추가적으로, 다양한 실시예들에서 연속 및/또는 인접한 공통 모드 트랩들은 가요성을 제공한다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 공통 모드 트랩들은 연속 길이의 전도체(들)(예컨대, 중심 전도체 둘레에 감싸인 외부 전도체들)를 사용하여 형성될 수 있거나, 또는 달리 일체형으로 형성된 인접한 섹션들로서 조직화될 수 있다. 다양한 실시예들에서, (예컨대, 원통 내에 형성된) 인접한 및/또는 연속 공통 모드 트랩들의 사용은, 조립체의 휨이 구조체의 공진 주파수를 실질적으로 변경하지 않거나, 또는 조립체가 그것이 휘어질 때의 주파수로 유지되는, 일정 범위의 가요성을 제공한다.
다양한 실시예들에서의 개별 공통 모드 트랩들 또는 섹션들(예컨대, 공통 모드 트랩들(1012, 1014, 1016))은 서로 대체로 유사하게 구성 또는 형성될 수 있지만(예컨대, 각각의 트랩은 테이퍼진 권취된 코일들의 길이의 섹션일 수 있음), 각각의 개별 트랩 또는 섹션은 다른 트랩들 또는 섹션들과는 약간 상이하게 구성될 수 있다는 것에 주목할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 각각의 공통 모드 트랩(1012, 1014, 1016)은 독립적으로 튜닝된다. 따라서, 각각의 공통 모드 트랩(1012, 1014, 1016)은, 동일한 공통 모드 트랩 조립체(1000)의 다른 공통 모드 트랩들과는 상이한 공진 주파수를 가질 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 각각의 공통 모드 트랩은 MRI 시스템의 동작 주파수 근처의 공진 주파수를 갖도록 튜닝될 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 공통 모드 트랩은, 공진 주파수가 동작 주파수를 포함하는 대역을 정의하거나 그에 대응할 때, 또는 공진 주파수가 온-주파수(on-frequency) 차단을 제공하거나 또는 동작 주파수에서 차단 임피던스를 제공하기 위해 동작 주파수에 충분히 가까울 때, 동작 주파수 근처의 공진 주파수를 갖는 것으로 이해될 수 있다.
또한 추가적으로 또는 대안적으로, 각각의 공통 모드 트랩은 MRI 시스템의 동작 주파수 미만의 공진 주파수를 갖도록 튜닝될 수 있다(또는 각각의 공통 모드 트랩은 MRI 시스템의 동작 주파수 초과의 공진 주파수를 갖도록 튜닝될 수 있다). 각각의 트랩이 동작 주파수 미만의 주파수를 갖는 경우(또는 대안적으로, 각각의 트랩이 동작 주파수 초과의 주파수를 갖는 경우), (예컨대, 하나의 트랩이 동작 주파수 초과의 주파수를 갖고 다른 트랩이 동작 주파수 미만의 주파수를 갖는 것으로 인해) 트랩들 중 임의의 트랩이 서로를 상쇄할 위험은 제거되거나 감소될 수 있다. 다른 예로서, 각각의 공통 모드 트랩은 광대역 공통 모드 트랩 조립체를 제공하기 위해 특정 대역으로 튜닝될 수 있다.
다양한 실시예들에서, 공통 모드 트랩들은 자기장 커플링 및/또는 국소 왜곡들에 대응하기 위해 2차원(2D) 또는 3차원(3D) 버터플라이 구성을 가질 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 연속 및/또는 인접한 공통 모드 트랩들을 포함하는 RF 코일 어레이 인터페이싱 케이블(1100)의 사시도이다. RF 코일 어레이 인터페이싱 케이블(1100)은 외부 슬리브 또는 차폐부(1103), 유전체 스페이서(1104), 내부 슬리브(1105), 제1 공통 모드 트랩 전도체(1107), 및 제2 공통 모드 트랩 전도체(1109)를 포함한다.
제1 공통 모드 트랩 전도체(1107)는, 제1 방향(1108)으로, 유전체 스페이서(1104) 둘레에 나선형으로 감싸이거나, 또는 RF 코일 어레이 인터페이싱 케이블(1100)의 보어(1118) 내에 배치된 중심 전도체(도시되지 않음)로부터 테이퍼링 거리(tapering distance)에서 나선형으로 감싸인다. 또한, 제2 공통 모드 트랩 전도체(1109)는, 제1 방향(1108)의 반대인 제2 방향(1110)으로, 유전체 스페이서(1104) 둘레에 나선형으로 감싸이거나, 또는 보어(1118) 내에 배치된 중심 전도체로부터 테이퍼링 거리에서 나선형으로 감싸인다. 예시된 실시예에서, 제1 방향(1108)은 시계 방향이고, 제2 방향(1110)은 시계반대방향이다.
RF 코일 어레이 인터페이싱 케이블(1100)의 전도체들(1107, 1109)은 전기 전도성 재료(예컨대, 금속)를 포함할 수 있고, 예를 들어 리본, 와이어, 및/또는 케이블로서 형상화될 수 있다. 일부 실시예들에서, 반대로 권취된 또는 외부 전도체들(1107, 1109)은, 중심 전도체를 통과하는 전류에 대한 복귀 경로로서의 역할을 할 수 있다. 또한, 다양한 실시예들에서, 반대로 권취된 전도체들(1107, 1109)은, 공통 모드 트랩 전도체들 사이의 커플링을 제거, 최소화 또는 감소시키기 위해 서로 직교로 교차할 수 있다(예컨대, 제1 공통 모드 트랩 전도체(1107)에 의해 정의된 중심 선 또는 경로는 공통 모드 트랩 전도체들이 경로들을 교차할 때 제2 공통 모드 트랩 전도체(1109)에 의해 정의된 중심 선 또는 경로에 수직이다).
다양한 실시예들에서, 제1 공통 모드 트랩 전도체(1107) 및 제2 공통 모드 트랩 전도체(1109)는, RF 코일 어레이 인터페이싱 케이블(1100)이 굽혀지거나 휘어질 때 인덕턴스의 임의의 결합, 커플링, 또는 변동을 감소시키기 위해 그리고/또는 가요성을 제공하기 위해 유전체 스페이서(1104) 둘레에 느슨하게 감싸이는 것에 추가로 주목할 수 있다. 반대로 권취된 외부 전도체들의 느슨함 또는 타이트함(tightness)은 (예컨대, 전도체들 및 유전체 스페이서의 상대적 크기들, 공통 모드 트랩에 대해 요구되는 굽힘 또는 휨의 양 등에 기초하여) 응용에 따라 변할 수 있다는 것에 주목할 수 있다. 일반적으로, 외부 또는 반대로 권취된 전도체들은, 이들이 유전체 스페이서(1104)에 대해 동일한 일반적인 배향으로 유지되도록 하기에 충분히 타이트해야 하지만, 반대로 권취된 외부 전도체들의 커플링 또는 결합을 회피하거나, 최소화하거나, 또는 감소시키기 위해 RF 코일 어레이 인터페이싱 케이블(1100)의 굽힘 또는 휨 동안 충분한 양의 슬랙(slack) 또는 이동을 허용하기 위해 충분히 느슨해야 한다.
예시된 실시예에서, 외부 차폐부(1103)는 RF 코일 어레이 인터페이싱 케이블(1100)의 중간에서 불연속적이어서, 일부 실시예들에서 RF 코일 어레이 인터페이싱 케이블(1100)의 전체 길이를 따라 제공되는 유전체 스페이서(1104)의 일부분을 노출시킨다. 유전체 스페이서(1104)는, 비제한적인 예로서, TEFLON® 또는 다른 유전체 재료로 구성될 수 있다. 유전체 스페이서(1104)는 커패시터로서 기능하고, 따라서 원하는 공진을 제공하도록 튜닝 또는 구성될 수 있다. RF 코일 어레이 인터페이싱 케이블(1100)에 정전용량을 제공하기 위한 다른 구성들이 가능하고, 예시된 구성들이 예시적이고 비제한적이라는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 개별 커패시터들이 RF 코일 어레이 인터페이싱 케이블(1100)에 대안적으로 제공될 수 있다.
또한, RF 코일 어레이 인터페이싱 케이블(1100)은, 제1 공통 모드 트랩 전도체(1107) 및 제2 공통 모드 트랩 전도체(1109)가 고정되는 제1 기둥(1113) 및 제2 기둥(도시되지 않음)을 포함한다. 이를 위해, 제1 기둥(1113) 및 제2 기둥은 공통 모드 트랩의 반대편 단부들에 위치설정되고, 외부 차폐부(1103)에 고정된다. 제1 기둥(1113) 및 제2 기둥은, 제1 및 제2 공통 모드 트랩 전도체들(1107, 1109)이 RF 코일 어레이 인터페이싱 케이블(1100)의 단부들에서 외부 차폐부(1103)에 가깝게 위치설정됨을 보장하여, 이에 의해 본 명세서에 추가로 기술되는 바와 같은 반대로 권취된 전도체들의 테이퍼진 버터플라이 구성을 제공한다.
테이퍼진 버터플라이 구성은, 제1 공통 모드 트랩 전도체(1107)에 의해 형성된 제1 루프 및 제2 공통 모드 트랩 전도체(1109)에 의해 형성된 제2 루프를 포함하는데, 이는 제1 루프 내의 유도 전류(자기장으로 인해 유도된 전류) 및 제2 루프 내의 유도 전류가 서로를 상쇄하도록 배열된다. 예를 들어, 필드가 균일하고 제1 루프 및 제2 루프가 동일한 면적들을 갖는 경우, 결과적인 순 전류는 0일 것이다. 루프들의 테이퍼진 원통형 배열은, 공통 모드 트랩들에서 관례적으로 사용되는 2차원 배열들에 비해 휨 동안 공진 주파수의 개선된 가요성 및 일관성을 제공한다.
일반적으로, 본 명세서에 사용되는 바와 같은 테이퍼진 버터플라이 구성은, 예를 들어, 적어도 하나의 축에 대해 대칭으로 배치되고, 자기장에 의해 각각의 루프(또는 루프들의 그룹)에서 유도된 전류가 적어도 하나의 다른 루프(또는 루프들의 그룹)에서 유도된 전류를 상쇄하는 경향이 있도록 배열되는 적어도 2개의 유사한 크기의 반대 루프들을 포함하는, 플럭스 상쇄(flux cancelling)되는 전도체 구성을 지칭하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 10을 참조하면, 일부 실시예들에서, 반대로 권취된 전도체들(예컨대, 중심 부재 및/또는 축을 중심으로 반대 나선형 방향들로 권취된 전도체들)은 공통 모드 트랩들(1012, 1014, 1016)을 형성하기 위해 중심 전도체(1010)로부터 방사상으로 소정 거리로 이격될 수 있다. 도 11에 도시된 바와 같이, 방사상 거리는 공통 모드 트랩들의 단부를 향해 테이퍼져서 프린지 효과(fringe effect)들을 감소시키거나 완전히 제거할 수 있다. 이러한 방식으로, 공통 모드 트랩들(1012, 1014, 1016)은 그들 사이의 실질적인 갭 없이 연속적으로 또는 인접하게 위치설정될 수 있다.
본 명세서에서 전술된 공통 모드 트랩 전도체들의 테이퍼진 나선형 구성은, 다수의 공통 모드 트랩 전도체들이 공통 모드 트랩 조립체 내에 인접하게 배치될 때 특히 유리하다. 예시적인 예로서, 도 12는, RF 코일 어레이(1270)를 프로세싱 시스템(1260)에 커플링시키는 복수의 연속 및/또는 인접한 공통 모드 트랩들을 포함하는 RF 코일 어레이 인터페이싱 케이블(1250)의 사시도이다. RF 코일 어레이 인터페이싱 케이블(1250)은, 중심 전도체(1252) 상에 서로 인접하게 위치설정된 제1 공통 모드 트랩(1280) 및 제2 공통 모드 트랩(1290)을 포함한다.
제1 공통 모드 트랩(1280)은, 테이퍼진 나선형 구성으로 반대로 권취된 제1 공통 모드 트랩 전도체(1282) 및 제2 공통 모드 트랩 전도체(1284)를 포함한다. 이를 위해, 제1 및 제2 전도체들(1282, 1284)은 기둥들(1286, 1288)에 고정된다. 기둥들(1286, 1288)은 공통 모드 트랩(1280)의 동일한 면 상에 정렬된다는 것에 주목해야 한다.
유사하게, 제2 공통 모드 트랩(1290)은, 테이퍼진 나선형 구성으로 반대로 권취되고 기둥들(1296, 1298)에 고정된 제3 공통 모드 트랩 전도체(1292) 및 제4 공통 모드 트랩 전도체(1294)를 포함한다. 기둥들(1296, 1298)은 공통 모드 트랩(1290)의 동일한 면 상에 정렬된다는 것에 주목해야 한다.
도시된 바와 같이, 공통 모드 트랩들(1280, 1290)은 일정 거리만큼 분리되어 있어서, 이에 의해 공통 모드 트랩들 사이의 갭(1254)에서 중심 전도체(1252)를 노출시킨다. 공통 모드 트랩들의 공통 모드 트랩 전도체들의 테이퍼링 나선형 구성으로 인해, 갭(1254)은, 공통 모드 트랩들의 임피던스 기능들의 손실 없이 공통 모드 트랩 조립체에서의 공통 모드 트랩들의 밀도를 증가시키기 위해 최소화되거나 완전히 제거될 수 있다. 즉, 거리는, 공통 모드 트랩들이 테이퍼진 나선형 구성을 고려하여, 면 공유 접촉으로 있도록 임의로 작게 될 수 있다.
RF 코일 어레이 인터페이싱 케이블(1250)이 2개의 공통 모드 트랩들(1280, 1290)을 포함하지만, 실제로는 RF 코일 어레이 인터페이싱 케이블이 2개 초과의 공통 모드 트랩들을 포함할 수 있다는 것을 이해해야 한다.
또한, RF 코일 어레이 인터페이싱 케이블(1250)의 공통 모드 트랩들(1280, 1290)은, 기둥들(1286, 1288, 1296, 1298)이 RF 코일 어레이 인터페이싱 케이블의 동일한 면 상에 정렬되도록 정렬된다. 그러나, 공통 모드 트랩들 사이의 크로스토크(cross-talk)가 가능할 수 있는 예들에서, 예를 들어, 반대로 권취된 전도체들의 테이퍼링이 더욱 심하거나 가파른 경우, 공통 모드 트랩들은 서로에 대해 회전되어서 트랩들 사이의 프린지 효과들 및/또는 크로스토크를 추가로 감소시킬 수 있다.
추가적으로, 다른 공통 모드 트랩 또는 발룬 구성들이 가능하다. 예를 들어, 각각의 공통 모드 트랩의 외부 차폐부는, 공통 모드 트랩들이 중첩되거나 인터리빙되어서, 그에 따라 공통 모드 트랩들의 밀도를 증가시킬 수 있도록 트리밍될 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 단수형으로 인용되고 단어 "a" 또는 "an"으로 진행되는 요소 또는 단계는, 복수의 상기 요소들 또는 단계들의 배제가 명시적으로 언급되지 않는 한, 복수의 상기 요소들 또는 단계들을 배제하지 않는다는 것을 이해해야 한다. 게다가, 본 발명의 "일 실시예"에 대한 언급들은, 인용된 특징부들을 또한 포함하는 추가 실시예들의 존재를 배제하는 것으로 해석되도록 의도되지 않는다. 더욱이, 명시적으로 반대로 언급되지 않는 한, 특정 특성을 갖는 요소 또는 복수의 요소들을 "포함하거나"("comprising", "including"), 또는 "갖는" 실시예들은, 그러한 특성을 갖지 않는 추가의 그러한 요소들을 포함할 수 있다. 용어들 "포함하는(including)" 및 "여기서(in which)"는 각자의 용어들 "포함하는(comprising)" 및 "여기서(wherein)"의 평이한 언어 등가물들로서 사용된다. 더욱이, 용어들 "제1", "제2", 및 "제3" 등은 단지 라벨들로서 사용되고, 수치 요건들 또는 그들의 물체들 상의 특정 위치 순서를 부과하도록 의도되지 않는다.
이러한 서면 설명은, 최상의 모드를 비롯하여, 본 발명을 개시하기 위해, 그리고 또한 임의의 디바이스들 또는 시스템들을 제조하고 사용하는 것 및 임의의 포함된 방법들을 수행하는 것을 비롯하여, 당업자가 본 발명을 실시할 수 있게 하기 위해 예들을 사용한다. 본 발명의 특허가능한 범주는 청구범위에 의해 규정되고, 당업자들에게 떠오르는 다른 예들을 포함할 수 있다. 그러한 다른 예들은, 그들이 청구범위의 문자 그대로의 언어와 상이하지 않은 구조적 요소들을 갖는 경우, 또는 그들이 청구범위의 문자 그대로의 언어와 미미한 차이들을 갖는 등가의 구조적 요소들을 포함하는 경우 청구범위의 범주 내에 있는 것으로 의도된다.

Claims (15)

  1. 자기 공명 이미징(magnetic resonance imaging, MRI) 시스템을 위한 무선 주파수(RF) 코일 어레이로서,
    복수의 RF 코일들 - 각각의 RF 코일은 통합된 커패시터 코일 루프를 포함함 -;
    각자의 코일 루프에 각각 커플링되는 복수의 커플링 전자기기 유닛들; 및
    상기 MR 이미징 시스템의 케이블에 커플링되도록 구성된 인터페이싱 커넥터에 각각의 커플링 전자기기 유닛을 커플링시키는 복수의 코일 인터페이싱 케이블들을 포함하는, RF 코일 어레이.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 RF 코일들, 복수의 커플링 전자기기 유닛들, 복수의 코일 인터페이싱 케이블들이 부착되는 재료의 시트를 추가로 포함하는, RF 코일 어레이.
  3. 제2항에 있어서, 상기 복수의 RF 코일들, 복수의 커플링 전자기기 유닛들, 복수의 코일 인터페이싱 케이블들, 및 부착되는 재료의 시트는 폴리우레탄계 인클로저(enclosure) 내에 수납되는, RF 코일 어레이.
  4. 제1항에 있어서, 각각의 커플링 전자기기 유닛은 높은 차단 임피던스를 생성하도록 구성된 전치 증폭기 및 임피던스 매칭 네트워크를 포함하는, RF 코일 어레이.
  5. 제4항에 있어서, 각각의 커플링 전자기기 유닛은 디커플링 회로를 추가로 포함하는, RF 코일 어레이.
  6. 제4항에 있어서, 상기 전치 증폭기는 높은 소스 임피던스에 대해 최적화된 낮은 입력 임피던스 전치 증폭기를 포함하고, 상기 임피던스 매칭 네트워크는 상기 높은 소스 임피던스를 제공하는, RF 코일 어레이.
  7. 제1항에 있어서, 각각의 통합된 커패시터 코일 루프는 유전체 재료에 의해 봉지되고 분리되는 2개의 평행한 와이어 전도체들을 포함하는, RF 코일 어레이.
  8. 제7항에 있어서, 각각의 코일 루프의 정전용량은 상기 각자의 2개의 평행한 와이어 전도체들 사이의 간격, 상기 2개의 평행한 와이어 전도체들 상의 절단부들의 위치 및/또는 수, 및 상기 유전체 재료의 함수인, RF 코일 어레이.
  9. 제7항에 있어서, 각각의 코일 루프는, 그의 종단 단부들 사이의 상기 코일 루프의 전체 길이를 따라 어떠한 용량성 및 유도성 집중형 컴포넌트(lumped component)도 없는, RF 코일 어레이.
  10. 제1항에 있어서, 상기 복수의 RF 코일들은 제1 행으로 배열되는 제1 RF 코일, 제2 RF 코일, 제3 RF 코일, 제4 RF 코일, 및 제5 RF 코일을 포함하고 5개의 RF 코일들의 총 6개의 행을 위해 추가적인 5개의 행의 RF 코일들을 갖는, RF 코일 어레이.
  11. 제10항에 있어서, 각각의 RF 코일의 각각의 커플링 전자기기 유닛에 커플링되는 각각의 코일 인터페이싱 케이블은, RF 코일 어레이의 중심 축을 따라 상기 인터페이싱 커넥터까지 연장되는 케이블 조립체를 형성하는, RF 코일 어레이.
  12. 제11항에 있어서, 상기 케이블 조립체 주위에 위치설정된 적어도 하나의 발룬(balun)을 추가로 포함하는, RF 코일 어레이.
  13. 자기 공명 이미징(MRI) 시스템을 위한 무선 주파수(RF) 코일 어레이로서,
    복수의 행들로 배열되는 복수의 RF 코일들 - 각각의 행의 RF 코일들은 동일한 개수의 RF 코일들을 갖고, 각각의 RF 코일은 통합된 커패시터 코일 루프를 포함함 -;
    각자의 코일 루프에 각각 커플링되는 복수의 커플링 전자기기 유닛들;
    상기 MR 이미징 시스템의 케이블에 커플링되도록 구성된 인터페이싱 커넥터에 각각의 커플링 전자기기 유닛을 커플링시키는 복수의 코일 인터페이싱 케이블들 - 상기 복수의 RF 코일들로부터의 상기 코일 인터페이싱 케이블들은 케이블 조립체를 형성함 -; 및
    상기 케이블 조립체를 따라 위치설정된 적어도 하나의 발룬을 포함하는, RF 코일 어레이.
  14. 제13항에 있어서, 각각의 커플링 전자기기 유닛은 상기 RF 코일 어레이의 중심 축을 향해 배향되고, 상기 케이블 조립체는 상기 중심 축을 따라 연장되는, RF 코일 어레이.
  15. 제13항에 있어서, 상기 복수의 RF 코일들은 6개의 행의 RF 코일들을 포함하고, 각각의 행은 5개의 RF 코일들을 포함하는, RF 코일 어레이.
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