KR20200107253A - 자기공명영상장치의 무선주파수 전력증폭장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자기공명영상장치의 무선주파수 전력증폭장치에 관한 것으로, 무선 펄스 신호(RF Pulse)와 동기 신호(Sync function)가 입력되면 RF 펄스신호를 아날로그 신호에서 디지털신호로 변환시키는 도너 디지털보드, 상기 RF 펄스 신호와 동기 신호를 광신호로 변환하는 광송신기, 상기 광송신기의 신호를 전송하는 광케이블, 상기 광케이블을 거쳐 전송된 광신호(Optic)를 수신하는 광수신기, 상기 광수신기를 통해 수신된 신호를 디지털(Digital) 신호로 변환하여 아날로그 RF Pulse신호로 변환하여 출력하고, 동기 신호를 분리되어 출력하는 원격 디지털 보드의 리모트 디지털 보드, 바이어스 스위치 회로부와, 무선주파수파워증폭기 트랜지스터, RFPA 게인 선형성을 보정하는 감쇄기를 구비하며, 상기 리모드 디지털보드의 동기신호를 수신하는 바이어스 스위치(Bias Switch) 회로부와, 상기 바이어스 스위치 회로부의 동기 신호에 맞추어 무선주파수파워증폭기 트랜지스터의 바이어스 전원을 제어하여 증폭된 무선 펄스 신호(RF Pulse)를 전송하는 무선주파수 대출력증폭기, 상기 무선대출력증폭기(RFPA:Radio Frequency Power Amplifier)의 출력 신호를 커플링하여 리모트 디지털 보드에 포워드 및 리버스 RF 파워를 전달하는 커플러, 및 상기 증폭된 무선 펄스 신호(RF Pulse)신호를 수신하는 자기공명주파수 코일을 포함하여 MRI 영상을 촬영할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 자기공명영상장치의 무선주파수 전력증폭장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 메인 컴퓨터(Main Computer)의 동기 신호(Sync function)를 디지털 광 인터페이스(Digital Optic Interface)로 무선주파수 전력증폭장치(RFPA)에 연결되어 불필요한 에러(Error)증가를 방지하고 디지털 신호처리(DSP)를 통한 게인(Gain)을 보상하여 자기공명영상장치(MRI)의 성능을 개선하고,설치시 케이블(Cable)의 간소화로 현장 시공 및 운용의 편의성을 제공하기 위한 자기공명영상장치의 무선주파수 전력증폭장치에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 자기공명영상(Magnetic Resonance Imaging: MRI) 장치는 핵자기공명(Nuclear Magnetic Resonance: NMR) 현상을 이용해 인체 내부의 단면을 촬영하는 장치이다.
인체 내에 존재하는 수소(1H), 인(P), 나트륨(Na), 탄소동위원소(C) 등의 원자핵은 핵자기공명현상에 의해 각기 고유한 회전자계상수를 가진다. 이들 원자핵에 전자파를 인가하고, 공명으로 인해 수직평면에 누운 자화벡터가 만드는 자기공명신호를 수신함으로써 인체 내부의 영상을 획득하는 방식이다.
원자핵에 핵자기공명 현상을 발생시키기 위해서는 공명하고자 하는 원자의 공명주파수를 충분히 큰 에너지로 여기 시켜야 한다. 원자핵의 공명주파수에 해당하는 여기 에너지를 증폭하는 것이 RFPA이다.
즉, 신체내에서 특정한 원자핵들(일반적으로, 수소 핵들/양성자들)을 공명하여 여기시키는 무선주파수 범위에서 강한 자기장들 및 교호 전기자들이 발생되게 증폭시키는 것이 RFPA이며, 무선 주파수 전력증폭장치이다.
자기공명 영상기기용 핵자기공명 고주파 신호는 진폭 변조(Amplitude Modulation) 형태의 펄스(pulse) 신호이다. 즉 시간에 따라 크기가 변화하는 신호라는 뜻이다.
자기공명 영상기기의 화질은 초전도자석이나 영구자석의 자계에 비례한다. 더불어 RFPA의 선형성도 중요한 의미를 갖는다. RFPA의 선형성이란 입력 RF 신호의 크기 및 위상을 왜곡 없이 증폭함을 의미한다. 고주파 신호의 왜곡은 원자핵의 자화벡터의 균일성을 깨뜨리고, 이는 자기공명 영상기기가 수신하는 자기공명신호의 왜곡을 의미한다. 왜곡된 자기공명신호는 영상 신호의 신호대잡음비의 저하는 영상의 해상도를 저하시킨다.
자기공명 영상기기의 균일한 자계는 자기공명영상의 균일도 유지에 중요한 요소이다. 고자장 자기공명영상 장치에서 자계 균일도를 향상 시키는 기법으로는 여러 개의 고주파 코일을 배열한 위상배열 고주파 코일을 사용하여 각각의 코일에 인가되는 고주파 신호의 크기와 위상을 독립적으로 제어함으로써 인체 내 고주파 자계의 균일도를 높이는 것이다.
RF 신호의 게인 선형성(Gain Linearity)이 최종적으로 획득된 영상의 품질을 좌우하는 핵심적인 성능 지표가 되는 자기공명영상장치 시스템(MRI system)의 특성상 환경의 편차에 따른 에러(Error)증가가 최소화되어야 한다.
기존 방식은 동축 케이블(Coaxial Cable)로 전송함으로서 설치되는 공간의 거리가 멀어질수록 케이블에 의한 신호 감쇄가 발생하여 설치 공간에 대한 제약이 발생하였으며, 주변 장비들의 주파수 성분이 동축 케이블(Coaxial Cable)로 유입되어 잡음 신호에 대한 문제가 발생하기도 하였다.
기존 MRI 시스템의 구조는 메인 컴퓨터(Main Computer)의 동기 신호(Sync function)가 스펙트로미터(Spectrometer)에서 아날로그(Analog)신호로 변환되어 동축 케이블(Coaxial cable)을 통해 RFPA로 전달되었다. 이때 무선 펄스 신호(RF Pulse)신호와 함께 동기(Sync) 신호가 함께 연결되어서 동기에 맞추어 동작하여야 하며, 멀티 채널 시스템의 경우 채널 수에 따라 RF 및 동기 신호(Sync function)의 연결을 위한 케이블(Cable) 숫자가 비례하여 증가하게 된다.
기존 장비는 펄스(Pulse)신호와 동기(Sync) 신호케이블이 별도로 존재하였으며, 케이블 길이에 의해 발생하는 오차와 두 신호를 처리하는 회로부가 서로 달라 신호 전송 지연에 의한 오차 가능성이 높은 문제점이 있었다.
즉, 기존 방식의 RFPA는 동축케이블로 신호를 전송하면서 신호 전기-자기의 상호 작용으로 인하여 신호가 감쇄와 왜곡이 발생하였으며 전송 시간의 지연이 발생하는 문제점이 있었다.
[선행기술문헌]
대한민국 특허공개번호 제10-2016-0052295호(공개일자 2016년05월12일)(발명의 명칭: 멀티 채널 자기공명 무선 주파수 전력증폭장치)
본 발명의 목적은 MRI 장비에서 RFPA 디지털 인터페이스(Digital interface) 기술과 이를 활용한 선형성(Linearity)을 개선한 자기공명영상장치의 무선주파수 전력증폭장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 메인 컴퓨터(Main Computer)의 동기 신호(Sync function)를 직접 RFPA에 전달하는 방식을 채용한 자기공명영상장치의 무선주파수 전력증폭장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 무선 펄스 신호(RF Pulse)와 함께 동기 신호(Sync function)를 일원화하여 전송함으로써 신호의 동기 오차 가능성이 없도록 하는 자기공명영상장치의 무선주파수 전력증폭장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 펄스(Pulse)신호와 함께 동기(Sync)신호를 일원화하여 전송함으로써 신호의 동기 오차 가능성이 없도록 하는 자기공명영상장치의 무선주파수 전력증폭장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 메인 컴퓨터(Main Computer)의 동기 신호(Sync function)가 디지털 광 인터페이스(Digital Optic Interface)로 RFPA에 연결되어 불필요한 에러(Error) 증가를 방지하고 디지털 신호 처리(DSP)를 통한 게인(Gain)을 보상하여 MRI의 성능을 개선하고, 설치 시 케이블(Cable) 간소화로 현장 시공 및 운용의 편의성을 가진 자기공명영상장치의 무선주파수 전력증폭장치를 제공하는 데 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 무선 펄스 신호(RF Pulse)와 동기 신호(Sync function)가 입력되면 RF 펄스신호를 아날로그 신호에서 디지털신호로 변환시키는 도너 디지털보드,
상기 RF 펄스 신호와 동기 신호를 광신호로 변환하는 광송신기,
상기 광송신기의 신호를 전송하는 광케이블,
상기 광케이블을 거쳐 전송된 광신호(Optic)를 수신하는 광수신기,
상기 광수신기를 통해 수신된 신호를 디지털(Digital) 신호로 변환하여 아날로그 무선 펄스 신호(RF Pulse)로 변환하여 출력하고, 동기 신호(Sync function)를 분리되어 출력하는 원격 디지털 보드(Remote digital board)의 리모트 디지털 보드(Digital Board),
바이어스 스위치 회로부와, 무선주파수파워증폭기 트랜지스터, 게인(Gain)을 제어하면서 RFPA 게인 선형성(Gain linearity) 보정하는 감쇄기를 구비하며, 상기 리모드 디지털보드의 동기신호를 수신하는 바이어스 스위치(Bias Switch) 회로부와, 상기 바이어스 스위치 회로부의 동기 신호에 맞추어 무선주파수파워증폭기 트랜지스터의 바이어스 전원을 제어하여 증폭된 무선 펄스 신호(RF Pulse)를 전송하는 무선주파수 대출력증폭기,
상기 무선대출력증폭기(RFPA:Radio Frequency Power Amplifier)의 출력 신호를 커플링하여 리모트 디지털 보드에 포워드 알에프 파워(Forward RF Power)와 리버스 알에프 파워(Reverse RF Power)를 전달하는 커플러, 및
상기 무선주파수 대출력증폭기로부터 전송된 증폭 무선 펄스 신호(RF Pulse)를 전송받는 자기공명주파수 코일을 포함하여 자기공명영상(MRI, Magnetic Resonance Imaging)을 촬영할 수 있도록 하는 자기공명영상장치의 무선주파수 전력증폭장치가 제공된다.
또한, 상기 리모트 디지털 보드는 무선대출력증폭기(RFPA)의 입력 레벨과 출력 레벨을 감시하여 감시된 입력과 출력으로 대출력의 선형성을 보정하되, 획득된 동기신호의 듀티비(Duty rate)에 맞추어 무선대출력증폭기(RFPA) 온/오프(on/off)를 제어하는 것을 특징으로 한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 자기공명영상장치의 무선주파수 전력증폭장치에 의하면, 디지털 광전송으로 기존 방식의 아날로그 RF 대출력 증폭기(Analog RFPA) 대비 신호 전달의 정확도를 높일 수 있으며, 레이저를 이용하여 통신을 하기 때문에 구리선과는 비교할 수 없을 만큼 장거리 및 고속통신이 가능한 효과가 있다.
또한, 환자의 빠른 처리를 위해 MRI 영상을 얼마나 빨리 획득할 수 있느냐는 장비 성능의 주요한 성능 지표이며, 고해상도 영상을 얻기 위해서는 많은 데이터 샘플링이 필요하기 때문에 광 전송 방식으로 설계되어, 광통신 방식으로 변경하여 장비 외부로 연결되는 RF 케이블 수를 줄여 설치 및 운용을 편리성을 향상시킨 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 자기공명영상장치의 무선주파수 전력증폭장치의 개략적인 시스템 전체 구성도이다.
도 2는 도 1의 상세 구성도이다.
도 3은 도 2의 시스템 전체의 RF 펄스 신호의 흐름도이다.
도 4는 도 2의 시스템에서 동기 신호로 RF 대출력 증폭기 ON/OFF 제어 흐름도이다.
도 2는 도 1의 상세 구성도이다.
도 3은 도 2의 시스템 전체의 RF 펄스 신호의 흐름도이다.
도 4는 도 2의 시스템에서 동기 신호로 RF 대출력 증폭기 ON/OFF 제어 흐름도이다.
이하, 본 발명에 따른 자기공명영상장치의 무선주파수 전력증폭장치에 대하여 첨부도면을 참조로 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 자기공명영상장치의 무선주파수 전력증폭장치의 개략적인 시스템 전체 구성도이고, 도 2는 도 1의 상세 구성도이고, 도 3은 도 2의 시스템 전체의 RF 펄스 신호의 흐름도이고, 도 4는 도 2의 시스템에서 동기 신호로 RF 대출력 증폭기 ON/OFF 제어 흐름도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 무선 펄스 신호(RF Pulse)신호(1)와 동기 신호(Sync function)(2)가 도너 디지털보드(3)로 입력되면 RF 펄스를 아날로그 신호에서 디지털신호로 변환된다(S2).
상기 두 신호는 광신호로 변환하여 광송신기(SFP+)(4)로 전송된다(S4,S6).
이후, 광케이블(5)을 거쳐 전송된 신호는 원격 디지털 보드(Remote digital board)의 광수신기(SFP+)(6)에서 광신호(Optic)를 디지털(Digital) 신호로 변환하여 아날로그 무선 펄스 신호(RF Pulse)신호로 변환하여 출력된다(S8). 이와 동시에 리모트 디지털 보드(Digital Board)(7)에서 동기 신호(Sync function)신호가 분리되어 출력되며 이 신호는 RFPA(8)의 바이어스 스위치(Bias Switch) 회로부(19)로 전달되어 동기 신호에 맞추어 RFPA LDMOS Transistors(18)의 바이어스 전원을 제어한다(S10).
커플러(9)는 무선대출력증폭기(RFPA)의 출력 신호를 커플링하여 리모트 디지털 보드에 Forward RF Power와 Reverse RF Power 전달하는 역할을 한다. 이렇게 감시된 출력으로 감쇄기(Variable Attenuator)(17)를 사용하여 게인(Gain)을 제어하면서 RFPA 게인 선형성(Gain linearity) 보정한다(S12).
4kW로 증폭된 무선 펄스 신호(RF Pulse)신호는 마그넷(Magnet)(10)으로 전송되어 자기공명영상(MRI, Magnetic Resonance Imaging)을 촬영한다(S14).
한편, 도 4를 참조하여 좀 더 설명하면,
메인 컴퓨터로부터 RF 펄스와 동기 신호를 수신후 2개의 아날로그 신호를 1개의 디지털프레임으로 변조하는 과정이 수행된다(S32).
이후 디지털 신호를 광신호로 변조하는 과정이 수행된다(S34).
이후 광케이블로 전송되는 과정이 수행된다(S36).
이후 디지털 신호에서 아날로그 동기신호로 복조하는 과정이 수행된다(S38).
이후 획득된 동기신호와 사용자 제어명령이 모두 온(on)인가를 판단하는 과정이 수행된다(S40).
상기 단계 S40의 판단결과, 예(yes)이면, RF 대출력 증폭기 바이어스 스위치가 온(ON)되는 과정이 수행된다(S42).
한편, 다시한번 도 2 장치 전반에 대해 좀 더 설명하면, RF 펄스 신호(1)는 펄스형 무선 신호로 자기공명 주파수를 의미한다.
동기 신호(2)는 시스템 전체의 동기를 맞추어 주는 디지털 신호처리를 위한 클럭 신호이다. 논리상태 H(high,논리 1)와 L(low,논리 0)이 주기적으로 나타나는 방형파 신호를 말한다.
도너 디지털 보드(3)는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변조 회로부로서 아날로그 RF펄스와 동기 신호(Sync Function)를 하나의 데이터 프레임(Data frame)으로 묶어서 전송하는 역할을 한다.
광송신기(4)는 SFP+(Enhanced SFP) 방식의 광송신기이며, 디지털 신호(Digital Signal)를 광신호(Optical Signal)로 변환하는 트랜시버(Transceiver)이다.
광케이블(5)은 데이터 전송을 위해서 광섬유로 만든 케이블이다.
광수신기(6)는 SFP+(Enhanced SFP) 방식의 광수신기이고, 광신호(Optical Signal)를 디지털 신호(Digital Signal)로 변환하는 트랜시버(transceiver)이다.
리모트 디지털 보드(7)는 디지털 신호를 아날로그 복조 회로부로서 데이터 신호를 본래의 아날로그 RF 펄스 신호와 동기신호로 분리하여 복조하는 역할을 한다. 또한 무선대출력증폭기(RFPA)의 입력 레벨과 출력 레벨을 감시하는 기능을 수행하며, 감시된 입력과 출력으로 대출력의 선형성을 보정하는 역할을 한다. 또한, 동기 신호의 Duty rate를 획득하여 표시하는 기능을 한다. 또한, 획득된 동기신호의 듀티비(Duty rate)에 맞추어 무선대출력증폭기(RFPA) 온/오프(on/off)를 제어한다.
무선대출력증폭기(RFPA)(8)는 자기공명 신호의 출력을 대출력으로 증폭하는 역할을 한다.
커플러(9)는 무선대출력증폭기(RFPA)의 출력 신호를 커플링하여 리모트 디지털 보드에 순방향 RF 출력(Forward RF Power)과 역방향 RF 출력(Reverse RF Power) 전달하는 역할을 한다. 또한, 커플링된 순방향 RF 출력(Forward RF Power)은 출력 모니터용으로 사용되며, 커플링된 역방향 RF 출력 값과 비교하여 VSWR 계산에 활용된다.
자기공명 무선주파수(RF) 코일(10)은 펄스무선주파수(RF) 신호를 방사하는 코일부이다.
리모트 디지털 보드(7)에서 감시한 출력으로 가변 감쇄기(Variable Attenuator)(11)로 장치의 이득(Gain)을 제어하면서 이득 선형성(Gain linearity)을 실시간으로 보정한다.
RFPA LDMOS Transistors(18)는 RFPA의 LDMOS Transistors 회로부이다.
바이어스 스위치(Bias Switch) 회로부(19)는 동기신호에 맞추어 무선 대출력 증폭기(RFPA)의 바이어스 전원을 ON/OFF제어하는 회로부이다.
일반적인 RF 증폭기(Amplifier)의 경우에는 항상 켜져서 동작하고 있는데, 이렇게 증폭기가 켜져 있게 되면 증폭기의 Gain(증폭 이득)만큼 화이트 노이즈 잡음 성분도 증폭되어 영상의 노이즈 성분으로 악영향을 주기 때문에 고해상도 MRI 영상을 획득하기 위해서는 동기 신호가 논리 상태 H(high,논리 1)일 때만 켜지고, L(low,논리 0 = off)일 때는 완벽하게 신호를 차단하는 것이 RFPA의 중요한 성능 지표가 된다.
본 발명 장치는 리모트 디지털 보드(7)에서는 앤드 게이트(AND Gate)에서 위 두 조건을 비교하여 사용자 명령에 의한 온(ON) 명령(high논리 1)과 동기 신호의 온(ON)(high,논리 1)인 두 가지 조건을 모두 만족할 경우에만 ON이 되도록 설계하였다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 자기공명장치의 무선 주파수 전력증폭장치는 단지 상기한 실시예에 한정되는 것이 아니라 그 기술적 요지를 이탈하지 않는 범위내에서 다양한 변경이 가능하다.
1: 무선 펄스신호
2: 동기 신호
3: 도너 디지털 보드
4: 광송신기
5: 광케이블
6: 광수신기
7: 리모트 디지털보드
8: 무선대출력증폭기
9: 커플러
10: 자기공명주파수 코일
2: 동기 신호
3: 도너 디지털 보드
4: 광송신기
5: 광케이블
6: 광수신기
7: 리모트 디지털보드
8: 무선대출력증폭기
9: 커플러
10: 자기공명주파수 코일
Claims (2)
- 무선 펄스 신호(RF Pulse)와 동기 신호(Sync function)가 입력되면 RF 펄스신호를 아날로그 신호에서 디지털신호로 변환시키는 도너 디지털보드,
상기 RF 펄스 신호와 동기 신호를 광신호로 변환하는 광송신기,
상기 광송신기의 신호를 전송하는 광케이블,
상기 광케이블을 거쳐 전송된 광신호(Optic)를 수신하는 광수신기,
상기 광수신기를 통해 수신된 신호를 디지털(Digital) 신호로 변환하여 아날로그 무선 펄스 신호(RF Pulse)로 변환하여 출력하고, 동기 신호(Sync function)를 분리되어 출력하는 원격 디지털 보드(Remote digital board)의 리모트 디지털 보드(Digital Board),
바이어스 스위치 회로부와, 무선주파수파워증폭기 트랜지스터, 게인(Gain)을 제어하면서 RFPA 게인 선형성(Gain linearity) 보정하는 감쇄기를 구비하며, 상기 리모드 디지털보드의 동기신호를 수신하는 바이어스 스위치(Bias Switch) 회로부와, 상기 바이어스 스위치 회로부의 동기 신호에 맞추어 무선주파수파워증폭기 트랜지스터의 바이어스 전원을 제어하여 증폭된 무선 펄스 신호(RF Pulse)를 전송하는 무선주파수 대출력증폭기,
상기 무선대출력증폭기(RFPA:Radio Frequency Power Amplifier)의 출력 신호를 커플링하여 리모트 디지털 보드에 포워드 알에프 파워(Forward RF Power)와 리버스 알에프 파워(Reverse RF Power)를 전달하는 커플러, 및
상기 무선주파수 대출력증폭기로부터 전송된 증폭 무선 펄스 신호(RF Pulse)를 전송받는 자기공명주파수 코일을 포함하여 이루어지고, 자기공명영상(MRI, Magnetic Resonance Imaging)을 촬영할 수 있도록 하는 자기공명영상장치의 무선주파수 전력증폭장치. - 제 1 항에 있어서, 상기 리모트 디지털 보드는 무선대출력증폭기(RFPA)의 입력 레벨과 출력 레벨을 감시하여 감시된 입력과 출력으로 대출력의 선형성을 보정하되, 획득된 동기신호의 듀티비(Duty rate)에 맞추어 무선대출력증폭기(RFPA) 온/오프(on/off)를 제어하는 것을 특징으로 하는 자기공명영상장치의 무선주파수 전력증폭장치.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020190026096A KR102258269B1 (ko) | 2019-03-07 | 2019-03-07 | 자기공명영상장치의 무선주파수 전력증폭장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020190026096A KR102258269B1 (ko) | 2019-03-07 | 2019-03-07 | 자기공명영상장치의 무선주파수 전력증폭장치 |
Publications (2)
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ID=72669705
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| KR (1) | KR102258269B1 (ko) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007504878A (ja) * | 2003-09-10 | 2007-03-08 | コニンクリユケ フィリップス エレクトロニクス エヌ．ブイ． | ダイナミックゲインと無線受信コイルをもつ磁気共鳴画像受信回路 |
| KR20140082786A (ko) * | 2011-10-06 | 2014-07-02 | 지멘스 악티엔게젤샤프트 | 2-채널 자기 공명 단층촬영 시스템 |
| JP2016016051A (ja) * | 2014-07-07 | 2016-02-01 | 株式会社東芝 | Ｍｒｉ装置 |
| KR20160052295A (ko) * | 2014-11-04 | 2016-05-12 | 주식회사 지에스인스트루먼트 | 멀티 채널 자기공명 무선 주파수 전력증폭장치 |
| JP2018511420A (ja) * | 2015-04-13 | 2018-04-26 | ハイパーファイン リサーチ，インコーポレイテッド | 磁気コイル電力方法および装置 |
-
2019
- 2019-03-07 KR KR1020190026096A patent/KR102258269B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (5)
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