KR20220137488A - 판상형 다중권선 rf 코일, 이의 제조 방법, 및 이를 이용한 자기 공명 영상 촬영 방법 - Google Patents

판상형 다중권선 rf 코일, 이의 제조 방법, 및 이를 이용한 자기 공명 영상 촬영 방법 Download PDF

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Abstract

본원은 ‘ㄷ’ 자 형상을 갖는 메인 지지체 상에 복수 회 권선된 금속 도체를 포함하는 공명부; 및 상기 메인 지지체의 일측에 연결되고, 비자성 가변 커패시터를 포함하여 임피던스 매칭 또는 주파수 조정을 수행하는 매칭 회로부를 포함하는, 솔레노이드 RF 코일에 관한 것이다.

Description

판상형 다중권선 RF 코일, 이의 제조 방법, 및 이를 이용한 자기 공명 영상 촬영 방법 {FLAT MULTI-TURN RF COIL, MANUFACTURING METHOD FOR THE SAME, AND MAGNETIC RESONANCE IMAGING METHOD USING THE SAME}
본원은 판상형 다중권선 RF 코일, 이의 제조 방법, 및 이를 이용한 자기 공명 영상 촬영 방법에 관한 것이다. 이와 관련하여, 상기 판상형 다중권선 RF 코일은 솔레노이드 RF 코일의 일종이다.
자기공명영상장치(이하 MRI)에서 생체 조직과 특정 물질의 전자기적 특성을 측정하는 것은 전임상(pre-clinical) MRI 영상분석 분야와 인공세포 및 체내삽입의료기기 개발 분야에서 필요로 하는 과정이라고 할 수 있다. 각 분야에서 필요로 하는 생체조직 및 물질들의 크기가 매우 작은 형태로 제한되는 경우(이하 microscopic 샘플) 보편적인 MRI의 하드웨어로 그것들의 전자기적 특성을 정확하게 측정하기 위한 데이터들을 얻기에는 하드웨어와 측정 물체와의 크기 차이 때문에 무리가 있을 수밖에 없다. 상기된 문제점을 해결하기 위해서는 MRI에서 샘플의 자화신호를 주고받는 RF코일의 성능이 보편적인 상업용 코일들 보다 뛰어날 필요가 있다.
종래기술에는 크게 두 가지 종류, 즉 상업용 루프형 surface 코일과 이를 보완하기 위해 2007 년에 제시된 ‘ㄷ’자형 생체 조직용 코일이 있다. 상기 루프형 surface 코일은 사용이 간편하고 다양한 크기의 샘플을 영상할 수 있으나 B1의 균질성이 높지 않고 얇은 샘플에 대한 민감도가 떨어지며, 자기장이 코일평면과 수직으로 발생하여 다중 방향 이미징이 어려운 단점이 있다. 이를 극복하기 위해 제안된 생체조직용 'ㄷ' 자형 코일은 매우 균질한 B1과 상대적으로 높은 민감도, 그리고 코일과 샘플의 회전을 필요로 하는 다중 방향 이미징에 최적화된 디자인을 가지고 있지만 여전히 낮은 신호 대 잡음비(이하 SNR)로 인하여 매우 긴 측정시간이 필요하고 특히 고해상도의 영상에서는 SNR이 매우 낮아진다는 단점이 있다.
또한, 종래기술에서는 위의 코일을 이용한 microscopic 샘플 이미징에 소구경 동물 MRI를 사용해왔다. 소구경 MRI는 그래디언트 성능 등이 대구경 임상MRI 보다 뛰어나다는 장점을 가지고 있지만 내부 공간의 제한으로 인해 샘플의 회전이 필요한 다중 방향 이미징에 어려움이 있다.
본원의 배경이 되는 기술인 논문(Meadowcroft, M.D., Zhang, S., Liu, W., Park, B.S., Connor, J.R., Collins, C.M., Smith, M.B. and Yang, Q.X. (2007), Direct magnetic resonance imaging of histological tissue samples at 3.0T. Magn. Reson. Med., 57: 835-841)은 생체 조직을 촬영하기 위해 'ㄷ'자형(혹은 U 자형)으로 제조된 생체 조직용 코일을 제안하였다.
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 신호 대 잡음비를 높여 선명한 영상을 촬영할 수 있고, 판상형 다중권선 RF 코일에 대한 것으로서, 상기 판상형 다중권선 RF 코일과 같은 솔레노이드 RF 코일 및 이의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본원은 상기 솔레노이드 RF 코일을 이용한 자기 공명 영상 촬영 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
다만, 본원의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제 1 측면은 ‘ㄷ’ 자 형상을 갖는 메인 지지체 상에 복수 회 권선된 금속 도체를 포함하는 공명부, 및 상기 메인 지지체의 일측에 연결되고, 비자성 가변 커패시터를 포함하여 임피던스 매칭 또는 주파수 조정을 수행하는 매칭 회로부를 포함하는, 솔레노이드 RF 코일에 대한 것이다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 공명부는, 후면이 개방된 ‘ㄷ’자 형상을 갖는 상기 메인 지지체, 상기 메인 지지체 상에 중첩되지 않도록 일방향으로 복수 회 권선된 금속 도체, 및 상기 금속 도체와 연결된 비자성 고정값 커패시터를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 금속 도체는 상기 메인 지지체 상에서 일정한 간격을 두고 서로 이격되어 평행하도록 권선될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 메인 지지체의 개방된 후면의 적어도 일부에 설치되고, 상기 공명부와 상기 매칭 회로부를 전기적으로 연결하는 판형 지지체를 더 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면 상기 금속 도체는 상기 메인 지지체의 상면, 전면, 및 하면, 및 상기 판형 지지체 상에 일 방향으로 권선될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 메인 지지체의 상면에 권선된 금속 도체 및 상기 메인 지지체의 하면에 권선된 금속 도체 사이의 위치 관계는 평행하거나 꼬인 위치(skew position)일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 메인 지지체 및 상기 판형 지지체는 각각 독립적으로 PP(polypropylene), 아크릴, PTFE(Polytetrafluoroethylene), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 금속 도체의 폭은 1 mm 내지 3 mm 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 메인 지지체의 동일한 면 상에 권선된 금속 도체들이 이격된 간격은 상기 금속 도체의 폭의 90% 이하일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 금속 도체는 Cu, Au, Ag, Al, Ni, Pd, Pt, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 본원의 제 2 측면은 상기 제 1 측면에 따른 솔레노이드 RF 코일의 제조 방법에 대한 것으로서, 구체적으로 ‘ㄷ’ 자 형상을 갖는 메인 지지체 상에 금속 도체를 복수 회 권선하여 공명부를 형성하는 단계, 및 상기 메인 지지체의 일측에 연결되고, 비자성 가변 커패시터를 포함하는 매칭 회로부를 형성하는 단계를 포함하는, 솔레노이드 RF 코일의 제조 방법에 대한 것이다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 공명부를 형성하는 단계는, 후면이 개방된 'ㄷ'자 형상을 갖는 메인 지지체 상에 상기 금속 도체를 중첩되지 않도록 일방향으로 복수회 권선하는 단계를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 금속 도체는 상기 메인 지지체 상에서 일정한 간격을 두고 서로 이격되어 평행하도록 권선될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 메인 지지체의 개방된 후면의 적어도 일부 상에, 상기 공명부와 상기 매칭 회로부를 전기적으로 연결하는 판형 지지체를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 본원의 제 3 측면은 상기 제 1 측면에 따른 솔레노이드 RF 코일 내부에 시료를 배치하는 단계, 상기 시료에 고정 자기장을 인가하는 단계, 및 상기 솔레노이드 RF 코일에 전류를 흐르게 하는 단계를 포함하는, 자기 공명 영상 촬영 방법에 대한 것이다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 솔레노이드 RF 코일의 금속 도체의 권선된 횟수(N0)는 하기 수학식 1 에 의해 표현될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
[수학식 1]
Figure pat00001
상기 수학식 1 에서, c 는 상기 금속 도체에 의해 발생하는 잡음이고, d 는 매칭 회로부 및 MRI 내부 수신회로에서 유입되는 잡음이다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 금속 도체의 권선된 횟수(N0)는 2 내지 10 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 본원에 따른 솔레노이드 RF 코일은 시료를 감싸는 형태의 디자인을 갖기 때문에, 다중 방향 이미징에서 표면 코일(surface coil) 사용시보다 더 다양한 방향에서 측정이 가능하게 한다.
또한, 본원에 따른 솔레노이드 RF 코일은 SNR(signal to noise ratio)의 향상되어 이미지 해상도가 증가하고, 측정 시간을 단축시킬 수 있다.
또한, 본원에 따른 솔레노이드 RF 코일은 종래의 MRI 용 코일과 달리 대구경 MRI 에 사용될 수 있어, 다중 방향 이미징이 필요한 시료의 회전이 용이하고, 다양한 실험 장치의 부착이 용이하다. 또한, FOV(Field of View)의 크기 제한이 작아져 복수의 시료를 동시에 측정할 수 있고, 데이터의 획득이 용이하다.
또한, 본원에 따른 솔레노이드 RF 코일에 전류를 흘려주면 발생하는 자기장 B1 은, 외부의 자기장 B0 에 대해 항상 수직을 유지하고, 시료 전체에 대해 균일한 분포를 갖기 때문에, 측정 대상인 시료의 회전이 용이하고, 영상 그늘짐이 없는 균일한 세기의 영상 촬영이 가능하다.
다만, 본원에서 얻을 수 있는 효과는 상기된 바와 같은 효과들로 한정되지 않으며, 또 다른 효과들이 존재할 수 있다.
도 1 은 본원의 일 구현예에 따른 솔레노이드 RF 코일을 나타낸 모식도이다.
도 2 는 본원의 일 구현예에 따른 공명부의 모식도이다.
도 3 은 본원의 일 구현예에 따른 공명부의 모식도이다.
도 4 는 본원의 일 구현예에 따른 공명부의 모식도이다.
도 5 는 본원의 일 구현예에 따른 공명부의 모식도이다.
도 6 의 (a) 및 (b) 은 'ㄷ' 자 코일 및 평면형 코일을 사용한 자기 공명 영상 촬영 중 자기장 사이의 관계를 나타낸 모식도이다.
도 7 은 본원의 일 구현예에 따른 솔레노이드 RF 코일의 금속 도체의 권선 횟수 및 SNR 사이의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 8 은 본원의 일 비교예에 따른 'ㄷ'자 코일의 사진이다.
도 9 는 본원의 일 실시예에 따른 솔레노이드 RF 코일의 사진이다.
도 10 의 (a) 는 본원의 일 실시예에 따른 솔레노이드 RF 코일의 손실률이고, (b) 는 상기 솔레노이드 RF 코일의 종단 임피던스이다.
도 11 의 (a) 는 본원의 일 비교예에 따른 'ㄷ'자 코일의 손실률이고, (b) 는 상기 'ㄷ'자 코일의 종단 임피던스이다.
도 12 의 (a) 및 (b) 는 본원의 일 비교예에 따른 코일을 이용한 자기 공명 영상 촬영 결과이다.
도 13 의 (a) 는 본원의 일 실시예에 따른 코일의 B1 균질성 평가도이고, (b) 는 본원의 일 비교예에 따른 코일의 B1 균질성 평가도이다.
도 14 의 (a) 는 본원의 일 실시예에 따른 코일의 자기 공명 영상 촬영 결과이고, (b) 는 본원의 일 비교예에 따른 코일의 자기 공명 영상 촬영 결과이다.
도 15 의 (a) 는 본원의 일 실시예에 따른 코일의 자기 공명 영상 촬영 결과이고, (b) 는 본원의 일 비교예에 따른 코일의 자기 공명 영상 촬영 결과이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다.
그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우 뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 또한, 본원 명세서 전체에서, "~ 하는 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다.
본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.
본원 명세서 전체에서, "A 및/또는 B" 의 기재는, "A 또는 B, 또는, A 및 B" 를 의미한다.
본원 명세서 전체에서, "전면"의 기재는, 도 1 을 기준으로 8 시 방향에서 시작하여 2 시 방향을 향할 때 보이는 면을 의미한다. 상기 "전면"을 바탕으로, 상기 전면의 우측면을 우면이라 하고, 좌측면을 좌면이라 할 수 있다.
본원 명세서 전체에서, "상면" 의 기재는, 메인 지지체 또는 판형 지지체를 기준으로 수직 위 방향인 면을 의미하고, 하면은 상기 상면에 대향되어 배치된 면을 의미한다.
이하에서는 본원의 솔레노이드 RF 코일, 이의 제조 방법, 및 이를 이용한 자기 공명 영상 촬영 방법에 대하여, 구현예 및 실시예와 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나 본원이 이러한 구현예 및 실시예와 도면에 제한되는 것은 아니다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제 1 측면은 ‘ㄷ’ 자 형상을 갖는 메인 지지체(110) 상에 복수 회 권선된 금속 도체(120)를 포함하는 공명부(100), 및 상기 메인 지지체(110)의 일측에 연결되고, 비자성 가변 커패시터(210)를 포함하여 임피던스 매칭 또는 주파수 조정을 수행하는 매칭 회로부(200)를 포함하는, 솔레노이드 RF 코일(10)에 대한 것이다. 이와 관련하여, 본원에 따른 솔레노이드 RF 코일(10)은 판상형 다중권선 RF 코일(flat multi-turn RF coil)이라고 칭할 수 있으며, 특별한 기재가 없는 한 이하의 본원에 따른 솔레노이드 RF 코일(10)은 판상형 다중권선 RF 코일을 의미할 수 있다.
자기 공명 영상(Magnetic resonance imaging, MRI)은, 균일한 주자기장(B0) 내에서 전류가 흐르는 코일이 생성하는 자기장(B1)의 표면 또는 내부에 시료를 위치하여 상기 시료 내부를 촬영하는 기법을 의미한다. 후술하겠지만, 시료를 표면에 배치한 코일(surface coil)을 회전시킬 경우 B1 과 B0 가 평행한 방향을 이루는 문제가 발생하였다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 본원에 따른 솔레노이드 RF 코일(10)은 시료를 내부에 배치할 수 있도록 'ㄷ'자형 구조체를 포함할 수 있고, 넓은 폭을 갖는 도체 대신 비교적 좁은 폭을 갖는 도체를 복수 회 권선함으로써 보다 높은 신호 대 잡음비(signal to noise ratio)를 가질 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 메인 지지체(110)의 개방된 후면의 적어도 일부에 설치되고, 상기 공명부(100)와 상기 매칭 회로부(200)를 전기적으로 연결하는 판형 지지체(130)를 더 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이 때, 상기 판형 지지체(130)의 전면은 상기 메인 지지체(110)의 개방된 후면 내부에 위치하기 때문에, 금속 도체(120)에 의해 권선되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 공명부(100)는, 후면이 개방된 ‘ㄷ’ 자 형상을 갖는 상기 메인 지지체(110), 상기 메인 지지체(110) 상에 중첩되지 않도록 일방향으로 복수 회 권선된 금속 도체(120), 및 상기 금속 도체(120)와 연결된 비자성 고정값 커패시터(140)를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 메인 지지체(110)의 개방된 후면의 적어도 일부에 설치되고, 상기 공명부(100)와 상기 매칭 회로부(200)를 전기적으로 연결하는 판형 지지체(130)를 더 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 금속 도체(120)는 상기 메인 지지체(110) 상에서 일정한 간격을 두고 서로 이격되어 평행하도록 권선될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면 상기 금속 도체(120)는 상기 메인 지지체(110)의 상면, 전면, 및 하면, 및 상기 판형 지지체(130) 상에 일 방향으로 권선될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이 때, 상기 금속 도체(120)는 상기 메인 지지체(110)의 상면, 전면, 및 하면과, 상기 판형 지지체(130)의 하면, 후면, 및 상면 상에 권선된 것일 수 있다.
상기 메인 지지체(110)의 상면에 권선된 금속 도체(120)와, 상기 판형 지지체(130)의 상면에 권선된 금속 도체(120)는 구부러지거나 휘어짐 없이 일직선으로 연결된 것일 수 있으며, 이는 상기 메인 지지체(110)의 하면에 권선된 금속 도체(120)와 상기 판형 지지체(130)의 하면에 권선된 금속 도체(120)에도 동일하게 적용될 수 있다.
상기 메인 지지체(110)는 후면이 개방된 'ㄷ'자 형상을 갖는 것으로서, 우면 또는 좌면 역시 개방된 구조를 가질 수 있다. 상기 메인 지지체(110)의 우면 또는 좌면을 통해 상기 메인 지지체(110) 내부에는 시료가 배치될 수 있고, 상기 시료는 회전할 수 있다.
상기 비자성 고정값 커패시터(140)는 상기 메인 지지체(110) 또는 상기 판형 지지체(130) 상에 형성되어 상기 금속 도체(120)와 연결된 것일 수 있다. 후술하겠지만, 상기 솔레노이드 RF 코일(10)은 자기 공명 영상 촬영을 위한 것으로서, 상기 비자성 고정값 커패시터(140)는 자기 공명 영상 촬영 중 노이즈의 발생을 최소화하기 위해 자성을 갖지 않을 수 있다.
또한, 본원에 따른 매칭 회로부(200) 역시 비자성 가변 커패시터(210)을 포함할 수 있으며, 상기 비자성 가변 커패시터(210) 역시 자성을 갖지 않을 수 있다.
상기 비자성 고정값 커패시터(140) 및 상기 비자성 가변 커패시터(210)는 공통적으로 상기 공명부(100)의 공명 주파수를 1H 의 공명 주파수와 일치하도록 조율하는 역할을 수행할 수 있다. 구체적으로, 상기 비자성 고정값 커패시터(140)는 상기 공명부(100)의 공명 주파수를 대략적으로 조율하고, 상기 비자성 가변 커패시터(210)는 커패시턴스의 값을 변경함으로써 상기 공명부(100)의 공명 주파수를 세밀하게 조율할 수 있다. 상기 비자성 고정값 커패시터(140) 및 상기 비자성 가변 커패시터(210)는 복수개 설치될 수 있으며, 이 때 상기 비자성 고정값 커패시터(140)들의 커패시턴스는 동일할 수 있다.
이 때 비자성 고정값 커패시터(140) 및 비자성 가변 커패시터(210)는 시료가 위치하는 영역(region of interest, ROI) 의 종축 거리 이상으로 상기 ROI 와 이격될 수 있고, 상기 금속 도체(120)의 일정 간격마다 배치되어 상기 금속 도체(120)와 연결될 수 있다.
상기 비자성 고정값 커패시터(140) 및 비자성 가변 커패시터(210)와 상기 ROI 사이의 간격이 상기 ROI 의 종축 거리 미만일 경우, 상기 비자성 고정값 커패시터(140) 및 상기 비자성 가변 커패시터(210)로부터 발생하는 자기장에 의해 상기 ROI 에서 B0 및 B1 사이에 노이즈가 발생하여 균질성이 훼손될 수 있다.
본원에 따른 매칭 회로부(200)는 공명부(100) 회로의 임피던스 및 MRI 수신 회로(미도시)의 임피던스를 최대한 일치시킴으로써 신호의 손실을 최소화하기 위한 것으로서, 상기 비자성 가변 커패시터(210)를 통해 임피던스를 매칭시킬 수 있다.
도 1 을 참조하면, 상기 매칭 회로부(200)는 2 개의 비자성 가변 커패시터(210)를 가질 수 있다. 상기 매칭 회로부(200)의 좌측에 형성된 비자성 가변 커패시터(140)는 커패시턴스를 변화시켜 임피던스를 매칭시키고, 상기 매칭 회로부(200)의 우측에 형성된 비자성 가변 커패시터(140)는 임피던스 매칭 시 발생하는 공명 주파수의 변화를 조정하기 위한 것이다.
상기 금속 도체(120)는 상기 메인 지지체(110) 및 상기 판형 지지체(130) 상에 권선된 것으로서, 상기 메인 지지체(110)의 상면, 하면, 및 전면과 상기 판형 지지체(130)의 상면, 하면, 및 후면 중 적어도 어느 한 영역에서부터 시작하여, 중첩되지 않도록 한 방향으로 권선된 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 금속 도체(120)가 상기 판형 지지체(130)의 상면 및 후면이 접하는 모서리에서부터 시작하여 상기 판형 지지체(130)의 상면, 상기 메인 지지체(110)의 상면, 상기 메인 지지체(110)의 전면, 상기 메인 지지체(110)의 하면, 상기 판형 지지체(130)의 하면, 상기 판형 지지체(130)의 후면을 거쳐 권선되되, 상기 판형 지지체(130)의 후면을 거친 금속 도체(120)는 상기 판형 지지체(130)의 상면에 이미 권선된 금속 도체(120)와 일정한 간격을 두고 이격되어 평행하도록 권선될 수 있다. 후술하겠지만, 상기 금속 도체(120)는 외부 전류에 의해 라디오파 자기장(B1)을 형성할 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 메인 지지체(110)의 상면에 권선된 금속 도체(120) 및 상기 메인 지지체(110)의 하면에 권선된 금속 도체(120) 사이의 위치 관계는 평행하거나 꼬인 위치(skew position)일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원에 따른 꼬인 위치는, 3 차원 공간 상의 어느 두 선분이 평행하지도, 수직하지도, 만나지도 않으면서 일치하지도 않을 때의 위치 관계를 의미한다. "상기 메인 지지체(110)의 상면에 권선된 금속 도체(120)와 상기 메인 지지체(110)의 하면에 권선된 금속 도체(120) 사이의 위치 관계가 꼬인 위치"임은 상기 메인 지지체(110)의 상면 및 하면에 권선된 금속 도체(120)가 상기 메인 지지체(110)의 전면 또는 상기 판형 지지체(130) 상에 권선된 금속 도체(120)와 연결되지 않았을 때의 위치 관계가 꼬인 위치임을 의미한다.
상기 메인 지지체(110)의 상면에 권선된 금속 도체(120) 및 상기 메인 지지체(110)의 하면에 권선된 금속 도체(120) 사이의 위치 관계가 평행하거나 꼬인 위치가 되면서도 서로 중첩되지 않도록 권선되기 위해서는, 상기 메인 지지체(110)의 전면 또는 상기 판형 지지체(130)의 후면에 권선된 금속 도체(120)와, 상기 메인 지지체(110)의 상면 또는 하면에 권선된 금속 도체(120) 사이의 각도가 경사지게 접촉할 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 메인 지지체(110)의 상면에 권선된 금속 도체(120)와, 상기 메인 지지체(110)의 하면에 권선된 금속 도체(120) 사이의 각도는 0° 내지 20° 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이와 관련하여, 상기 메인 지지체(110)의 상면에 권선된 금속 도체(120)와, 상기 메인 지지체(110)의 하면에 권선된 금속 도체(120) 사이의 각도가 0° 임은 상기 메인 지지체(110)의 상면에 권선된 금속 도체(120)와, 상기 메인 지지체(110)의 하면에 권선된 금속 도체(120) 사이의 위치 관계가 평행함을 의미한다. 또한, 상기 메인 지지체(110)의 상면에 권선된 금속 도체(120)와, 상기 메인 지지체(110)의 하면에 권선된 금속 도체(120) 사이의 각도가 0° 를 초과할 경우 상기 메인 지지체(110)의 상면에 권선된 금속 도체(120)와, 상기 메인 지지체(110)의 하면에 권선된 금속 도체(120) 사이의 위치 관계가 꼬인 위치임을 의미한다.
예를 들어, 도 2 의 상기 메인 지지체(110)의 하면에 권선된 금속 도체(120)는, 작은 각의 각도(도 2 의 θ)가 70° 이상 90° 미만을 갖는 평행사변형 모양을 가질 수 있다. 도 2 의 상기 메인 지지체(110)의 상면에 권선된 금속 도체(120)와 상기 메인 지지체(110)의 하면에 권선된 금속 도체(120) 는 서로 꼬인 위치에 있는 것으로서, 상기 메인 지지체(110)의 상면에 권선된 금속 도체(120)와 상기 메인 지지체(110)의 하면에 권선된 금속 도체(120)가 동일한 평면 상에 겹쳐져 있을 경우 상기 메인 지지체(110)의 상면에 권선된 금속 도체(120)와 상기 메인 지지체(110)의 하면에 권선된 금속 도체(120) 사이의 각도는 0° 초과 20° 이하일 수 있다.
또한, 상기 상기 메인 지지체(110)의 상면에 권선된 금속 도체(120)와 상기 메인 지지체(110)의 하면에 권선된 금속 도체(120) 사이의 위치 관계가 꼬인 위치이기 위해서는 상기 메인 지지체(110)의 전면 또는 상기 판형 지지체(130)의 후면에 권선된 금속 도체(120)와 상기 메인 지지체(110)의 상면 또는 하면에 권선된 금속 도체(120)와도 빗겨 감길 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 금속 도체(120)의 폭은 1 mm 내지 3 mm 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 금속 도체(120)의 폭은 약 1 mm 내지 약 3 mm, 약 1.5 mm 내지 약 3 mm, 약 2 mm 내지 약 3 mm, 약 2.5 mm 내지 약 3 mm, 약 1 mm 내지 약 1.5 mm, 약 1 mm 내지 약 2 mm, 약 1 mm 내지 약 2.5 mm, 약 1.5 mm 내지 약 2.5 mm, 또는 약 2 mm 일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 메인 지지체(110)의 동일한 면 상에 권선된 금속 도체(120)들이 이격된 간격은 상기 금속 도체(120)의 폭의 90% 이하일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 금속 도체(120)들이 이격된 간격은 상기 금속 도체(120)의 폭의 약 90% 이하, 85% 이하, 80% 이하, 또는 75% 이하일 수 있다.
상기 판형 지지체(130)의 동일한 면 상에 권선된 금속 도체(120)들이 이격된 간격은, 상기 메인 지지체(110)의 동일한 면 상에 권선된 금속 도체(120)들이 이격된 간격과 동일하다.
상기 금속 도체(120)들이 이격된 간격은, 상기 솔레노이드 RF 코일(10)이 생성하는 B1 필드의 균질성을 최대화하기 위한 것으로서, 상기 솔레노이드 RF 코일(10)의 메인 지지체(110) 및 판형 지지체(130)에서 허락되는 한 최소화되되 상기 금속 도체(120)들끼리 중첩되는 부분이 존재해서는 안된다. 그러나, 상기 금속 도체(120)들 사이의 이격된 간격이 상기 금속 도체(120)의 폭의 90% 를 초과할 경우, 상기 솔레노이드 RF 코일(10) 내부의 자속선의 수가 감소하여 상기 솔레노이드 RF 코일(10)에 의한 자기장의 세기가 약해짐으로써 SNR 이 작아질 수 있는 문제점이 발생할 수 있다.
도 1 은 본원의 일 구현예에 따른 솔레노이드 RF 코일(10)을 나타낸 모식도이고, 도 2 내지 도 5 는 본원의 일 구현예에 따른 금속 도체(120)의 권선 형태를 나타낸 모식도이다. 구체적으로, 도 2 는 상기 공명부(100) 상에 도체가 2 회 권선되되, 상기 메인 지지체(110)의 상면에 권선된 도체와 하면에 권선된 도체가 꼬인 위치 관계를 가질 때 금속 도체(120)가 권선된 형태를 의미하고, 도 3 은 상기 공명부(100) 상에 도체가 3 회 권선되되, 상기 메인 지지체(110)의 상면에 권선된 도체와 하면에 권선된 도체가 꼬인 위치 관계를 가질 때 금속 도체(120)가 권선된 형태를 의미하고, 도 4 는 상기 공명부(100) 상에 도체가 2 회 권선되되, 상기 메인 지지체(110)의 상면에 권선된 도체와 하면에 권선된 도체가 평행한 위치 관계를 가질 때의 공명부(100)를 의미하며, 도 5 는 상기 공명부(100) 상에 도체가 3 회 권선되되, 상기 메인 지지체(110)의 상면에 권선된 도체와 하면에 권선된 도체가 평행한 위치 관계를 가질 때의 공명부(100)를 의미한다. 또한, 도 2 내지 도 5 의 (a) 는 상기 메인 지지체(110) 및 상기 판형 지지체(130)의 상면 상에 권선된 금속 도체(120)이고, (b) 는 상기 메인 지지체(110) 및 상기 판형 지지체(130)의 하면에 권선된 금속 도체(120)이고, (c) 는 상기 메인 지지체(110)의 전면에 권선된 금속 도체(120)이며, (d) 는 상기 판형 지지체(130)의 후면에 권선된 금속 도체(120)를 표현한 것이다.
도 1 내지 도 5 를 참조하면, 본원에 따른 공명부(100)는 후면이 개방된 'ㄷ'자 형상을 갖는 메인 지지체(110) 및 상기 메인 지지체(110)의 개방된 면 사이에 배치된 판형 지지체(130), 상기 메인 지지체(110) 및 상기 판형 지지체(130) 상에 중첩되지 않도록 복수회 권선되는 금속 도체(120)를 포함할 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 메인 지지체(110) 내부에는 시료가 배치될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 메인 지지체(110)는 종래의 평판형 구조의 코일과 달리 'ㄷ' 자형으로서, 시료가 회전되어도 라디오파에 의한 자기장의 방향이 외부의 자기장과 항상 수직을 이룰 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 메인 지지체(110) 및 상기 판형 지지체(130)는 각각 독립적으로 PP (polypropylene), 아크릴, PTFE (Polytetrafluoroethylene), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 바람직하게는, 상기 메인 지지체(110)는 상면 및 하면이 PP 이고, 상기 상면과 하면 사이에 형성된 전면이 아크릴 재질일 수 있다. 또한, 상기 판형 지지체(130)는 PTFE 재질일 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 메인 지지체(110)의 상면 및 하면 사이의 간격은 1 mm 내지 3 mm 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 금속 도체(120)는 Cu, Au, Ag, Al, Ni, Pd, Pt, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 본원의 제 2 측면은 상기 제 1 측면에 따른 솔레노이드 RF 코일(10)의 제조 방법에 대한 것으로서, 구체적으로 ‘ㄷ’ 자 형상을 갖는 메인 지지체(110) 상에 금속 도체(120)를 복수 회 권선하여 공명부(100)를 형성하는 단계, 및 상기 메인 지지체(110)의 일측에 연결되고, 비자성 가변 커패시터(210)를 포함하는 매칭 회로부(200)를 형성하는 단계를 포함하는, 솔레노이드 RF 코일(10)의 제조 방법에 대한 것이다.
본원의 제 2 측면에 따른 솔레노이드 RF 코일(10)의 제조 방법에 대하여, 본원의 제 1 측면과 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 그 설명이 생략되었더라도 본원의 제 1 측면에 기재된 내용은 본원의 제 2 측면에 동일하게 적용될 수 있다
먼저, ‘ㄷ’ 자 형상을 갖는 메인 지지체(110) 상에 금속 도체(120)를 복수 회 권선하여 공명부(100)를 형성한다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 공명부(100)를 형성하는 단계는, 후면이 개방된 ‘ㄷ’자 형상을 갖는 메인 지지체(110) 상에 상기 금속 도체(120)를 중첩되지 않도록 일방향으로 복수회 권선하는 단계를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 메인 지지체(110)의 개방된 후면의 적어도 일부 상에, 상기 공명부(100)와 상기 매칭 회로부(200)를 전기적으로 연결하는 판형 지지체(130)를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상술하였듯 상기 'ㄷ'자 형상의 메인 지지체(110)는, 우면, 좌면, 및 후면이 개방된 지지체를 의미한다. 따라서 상기 판형 지지체(130)는 상기 메인 지지체(110)의 후면의 개방된 영역의 일부를 점하면서 상기 매칭 회로부(200)와 상기 공명부(100)를 연결하는 형태로 형성될 수 있고, 이 때 상기 메인 지지체(110) 및 상기 판형 지지체(130) 사이에 형성된, 상기 메인 지지체(110) 내부의 영역은 시료가 배치될 수 있고, 상기 시료가 360° 회전할 수 있는 공간을 포함할 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 판형 지지체(130)를 형성하는 단계는 상기 메인 지지체(110) 상에 금속 도체(120)를 권선하는 단계보다 이전에 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 상기 메인 지지체(110) 및 상기 판형 지지체(130)가 결합된 후, 상기 금속 도체(120)가 결합될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 금속 도체(120)를 권선하는 단계의 시발점은 상기 메인 지지체(110)의 상면, 전면, 및 하면, 상기 판형 지지체(130)의 하면, 후면, 및 상면, 이들의 조합들로 이루어진 면 사이의 모서리 중 어느 하나일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 금속 도체(120)는 상기 메인 지지체(110) 상에서 일정한 간격을 두고 서로 이격되어 평행하도록 권선될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 메인 지지체(110) 또는 상기 판형 지지체(130)의 동일한 면 상에 권선된 금속 도체(120)는 일정한 간격을 두고 평행하게 권선된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
후술하겠지만, 상기 메인 지지체(110) 및 상기 판형 지지체(130) 상에 권선된 금속 도체(120)는 비껴 감기거나 바로 감길 수 있다. 상기 "금속 도체(120)가 비껴 감김"은 상기 메인 지지체(110) 및 상기 판형 지지체(130)의 상면에 권선된 금속 도체(120) 및 상기 메인 지지체(110) 및 상기 판형 지지체(130)의 상면에 하선된 금속 도체(120) 사이의 위치 관계가 꼬인 위치가 되도록 금속 도체(120)가 권선되었음을 의미한다. 또한, 상기 "금속 도체(120)가 바로 감김"은 상기 메인 지지체(110) 및 상기 판형 지지체(130)의 상면에 권선된 금속 도체(120) 및 상기 메인 지지체(110) 및 상기 판형 지지체(130)의 상면에 하선된 금속 도체(120) 사이의 위치 관계가 평행이 되도록 금속 도체(120)가 권선되었음을 의미한다.
이어서, 상기 메인 지지체(110)의 일측에 연결되고, 비자성 가변 커패시터(210)를 포함하는 매칭 회로부(200)를 형성한다.
또한, 본원의 제 3 측면은 상기 제 1 측면에 따른 솔레노이드 RF 코일(10) 내부에 시료를 배치하는 단계, 상기 시료에 고정 자기장을 인가하는 단계 및 상기 솔레노이드 RF 코일(10)에 전류를 흐르게 하는 단계를 포함하는, 자기 공명 영상 촬영 방법에 대한 것이다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 시료에 고정 자기장을 인가하는 단계와 상기 솔레노이드 RF 코일(10)에 전류를 흐르게 하는 단계는 동시에 수행될 수 있거나, 또는 순차적으로 실행될 수 있다. 예를 들어, 상기 시료에 고정 자기장을 인가한 후 상기 솔레노이드 RF 코일(10)에 전류를 흐르게 하거나, 또는 상기 솔레노이드 RF 코일(10)에 전류를 흐르게 하면서 동시에 상기 시료에 고정 자기장을 인가할 수 있다. 상술하였듯, MRI 는 고정 자기장(B0) 내에서, 전류가 흐르는 코일이 생성하는 자기장(B1)의 표면 또는 내부에 시료를 배치시켜 상기 시료의 내부를 관찰하는 만큼, 상기 솔레노이드 RF 코일(10)에 전류를 흐르게 한 후 시료에 고정 자기장을 인가할 순 없다.
도 6 의 (a) 및 (b) 은 ‘ㄷ’ 자 코일 및 평면형 코일을 사용한 자기 공명 영상 촬영 중 자기장 사이의 관계를 나타낸 모식도이다. 구체적으로 도 6 의 (a) 는 본원에 따른 솔레노이드 RF 코일(10)과 같이 'ㄷ'자 코일을 사용한 자기 공명 영상 중 자기장 사이의 관계를 나타낸 것이고, (b) 는 종래의 평면형 코일을 사용한 자기 공명 영상 촬영 중 자기장 사이의 관계를 나타낸 것이다.
상술하였듯, 상기 솔레노이드 RF 코일(10)에 전루를 흐르게 하면 상기 솔레노이드 RF 코일(10)에서 라디오파 자기장(B1) 이 발생한다. 도 6 을 참조하면, 종래의 평면형 RF 코일을 사용한 자기 공명 영상 촬영의 경우, 시료가 회전되면 시료에 인가된 고정 자기장(B0)와 상기 라디오파 자기장(B1) 의 방향이 평행할 수 있어 자기 공명 영상 촬영 결과가 나오지 않을 수 있다. 반면, 본원과 같이 'ㄷ'자 코일의 내부에 시료를 배치하고 시료를 회전하면, 시료의 회전 방향과 무관하게 B0 와 B1 이 수직하기 때문에 자기 공명 영상을 촬영할 때 시료의 회전이 용이하다.
이와 관련하여, 상기 솔레노이드 RF 코일(10)는 비자성 고정값 커패시터(140) 및 비자성 가변 커패시터(210)를 포함할 수 있다. 상기 솔레노이드 RF 코일(10)을 이용한 자기 공명 영상 촬영 도중, 상기 솔레노이드 RF 코일(10)의 커패시터에서 발생하는 자기장에 의해 시료에서 고정 자기장과 라디오파 자기장의 군질성이 훼손될 수 있기 때문에, 상기 커패시터는 일정한 간격을 두고 이격될 필요가 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 솔레노이드 RF 코일(10)의 금속 도체(120)의 권선된 횟수(N0)는 하기 수학식 1 에 의해 표현될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
[수학식 1]
Figure pat00002
상기 수학식 1 에서, c 는 상기 금속 도체에 의해 발생하는 잡음이고, d 는 매칭 회로부 및 MRI 내부 수신회로에서 유입되는 잡음이다.
내부에 시료를 포함하는 솔레노이드 RF 코일(10)을 이용하여 자기 공명 영상 촬영을 수행할 경우, 시료에 의해 생성되는 자기장 신호(a)에 더하여 시료 자체에 의한 잡음(b), 상기 솔레노이드 RF 코일(10)의 금속 도체(120)에 의한 잡음(c) 및 매칭 회로부(200) 및 MRI 자체의 수신 회로에 의한 전기적 잡음(d)이 발생하게 된다. 이 때, 상기 금속 도체(120)의 권선 횟수를 N 으로 증가시키면, 상기 솔레노이드 RF 코일(10)에서 유도되는 신호 전압, 상기 시료에 의해 생성되는 잡음, 및 상기 금속 도체(120)에 의해 발생하는 잡음이 모두 N 배 증가하여 Na, Nb, 및 Nc 의 세기를 가질 수 있으나, 상기 수신 회로에 의한 잡음은 고정된 값으로 존재할 수 있다.
즉, 상기 솔레노이드 RF 코일(10)의 SNR(signal to noise ratio) 방정식은 하기 수학식 2 와 같다. 이 때, 상기 시료의 두께는 10 μm 내지 1 mm 로서, 바람직하게는 상기 시료의 두께는 40 μm 내지 0.8 mm 일 수 있다. 상기 시료의 두께가 1 mm 미만으로 매우 얇을 경우, 상기 시료에 의해 발생하는 잡음은 상기 금속 도체(120)에 의해 발생하는 잡음보다 매우 작아 b 는 무시될 수 있다 (하기 수학식 2 참조).
[수학식 2]
Figure pat00003
이 때, 상기 금속 도체(120)의 권선 횟수 N 이 증가하면 상기 솔레노이드 RF 코일(10)에서 발생하는 신호가 증가하여 SNR 이 증가하나, 상기 N 이 일정 수치를 초과할 경우 상기 금속 도체(120)에 의한 잡음(Nc)이 상기 수신 회로에 의한 전기적 잡음(d)보다 커지게 되고, 즉 N 이 증가해도 상기 SNR 의 증가가 억제될 수 있다. 또한, 상기 SNR 의 증가되지 않을 경우, N 을 더 크게하면 상기 금속 도체(120)를 권선하는 비용 및 불편함이 가중되고, 권선 과정에서 발생할 수 있는 오차에 의해 추가적인 잡음이 발생할 수 있다. 따라서, 상기 솔레노이드 RF 코일(10)의 바람직한 권선 횟수(N0)는 상기 수학식 1 에 따라 정해질 수 있다.
도 7 은 본원의 일 구현예에 따른 솔레노이드 RF 코일(10)의 금속 도체(120)의 권선 횟수 및 SNR 사이의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 7 을 참조하면, N 이 증가하면 상대적 SNR 이 증가하다가 N 이 3d/c 이 되면 상대적 SNR 의 증가속도가 미약할 수 있다. 따라서, 권선 과정에서 발생하는 비용 및 오차의 최소화를 위해, 최적의 권선 횟수 N0 는 3d/c 가 적합하다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 금속 도체(120)의 권선된 횟수(N0)는 2 내지 10 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 금속 도체(120)의 권선된 횟수가 증가하면, 솔레노이드 RF 코일(10)의 인덕턴스가 증가하여 신호 민감도의 향상을 기대할 수 있다. 그러나 상기 금속 도체(120)가 10 회를 초과하여 권선될 경우, 상기 금속 도체(120)에 의한 노이즈에 의해 신호 민감도의 저하가 발생할 수 있다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 본원의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.
[실시예] : 솔레노이드 RF 코일의 제조 방법
[실시예 1]
폭 30 mm, 길이 45 mm, 및 두께 0.5 mm 의 폴리 프로필렌 지지체 2 개 및 2 mm 의 아크릴 지지체 1 개를 사용하여 단면이 'ㄷ'자 형상을 갖는 메인 지지체를 제조하였다. 이어서, 상기 메인 지지체의 'ㄷ'자 형성의 개방된 면 사이에 테플론을 설치하고, 상기 테플론 및 메인 지지체 상에 폭이 2 mm 이고 구리 호일이 끊어지거나 중첩되지 않도록 평행하게 2 회 비껴 감았다.
이어서, 상기 구리 호일 상에 비자성 세라믹 커패시터를 연결하고, 이어서 메인 지지체와 전기적으로 연결되고 비자성 가변 커패시터를 포함하는 매칭회로, 동축케이블, 및 BNC 커넥터를 형성하였다.
[실시예 2]
실시예 1 과 동일하되, 구리 호일이 끊어지거나 중첩되지 않도록 평행하게 3 회 비껴 감았다.
[실시예 3]
실시예 1 과 동일하되, 구리 호일이 끊어지거나 중첩되지 않도록 평행하게 2 회 바로 감았다.
[실시예 4]
실시예 1 과 동일하되, 구리 호일이 끊어지거나 중첩되지 않도록 평행하게 3 회 바로 감았다.
상기 실시예 1 내지 4 에 따른 방법으로 감긴 구리 호일의 모식도는 도 2 내지 도 5 와 동일하다. 구체적으로, 실시예 1 에 따른 방법으로 감긴 구리 호일의 모식도는 도 2 와 동일하고, 실시예 2 에 따른 방법으로 감긴 구리 호일의 모식도는 도 3 와 동일하고, 실시예 3 에 따른 방법으로 감긴 구리 호일의 모식도는 도 4 와 동일하며, 실시예 4 에 따른 방법으로 감긴 구리 호일의 모식도는 도 5 와 동일하다.
[실시예 5]
실시예 1 과 동일하되, 구리 호일이 끊어지거나 중첩되지 않도록 평행하게 8 회 비껴 감았다.
[비교예 1]
종래의 'ㄷ'자 코일을 사용하였으며, 본원의 실시예와 달리 구리 호일이 이격되지 않고 메인 지지체를 감싸도록 감긴 것이다. 메인 지지체
도 8 은 본원의 일 비교예에 따른 'ㄷ' 자 코일의 사진이고, 도 9 는 본원의 일 실시예에 따른 솔레노이드 RF 코일의 사진이다. 도 8 및 도 9 를 참조하면, 종래의 'ㄷ'자 코일은 구리 호일이 메인 지지체 상면 전체를 덮도록 형성된 것이며, 본원의 실시예에 따른 솔레노이드 RF 코일은 메인 지지체 상면의 일부가 구리 호일에 덮이지 않도록 형성되어 상기 실시예의 솔레노이드 RF 코일과 종래의 'ㄷ'자 코일은 형태 면에서 상이하다.
[비교예 2]
종래의 평면 코일(surface coil)을 사용하였다.
[비교예 3]
종래의 헤드 볼륨 코일(head volume coil)을 사용하였다.
[실험예 1]
도 10 의 (a) 는 상기 실시예에 따른 솔레노이드 RF 코일의 손실률이고, (b) 는 상기 솔레노이드 RF 코일의 종단 임피던스이고, 도 11 의 (a) 는 상기 비교예에 따른 ‘ㄷ’자 코일의 손실률이고, (b) 는 상기 ‘ㄷ’자 코일의 종단 임피던스이다. 이와 관련하여, 도 10 의 (a) 및 도 11 의 (a) 의 S11 파라미터는 코일의 손실률을 의미하는 것으로서, 구체적으로 3.0 T(테슬라) 자장에서 수소 원자의 공명 주파수인 123.25 MHz 에서의 각 코일의 반사 계수의 dB 스케일 측정값을 의미하고, 상기 측정값이 낮을수록 입력된 전력(Power)이 반사되지 않고 최대한 전송되는 것을 의미한다.
도 10 및 도 11 을 참조하면, 도 10 의 S11 파라미터는 -47 dB 이고, 도 11 의 S11 파라미터는 -37 dB 이기 때문에, 상기 실시예에 따른 솔레노이드 RF 코일에서 반사되어 손실되는 신호 전력은 종래의 'ㄷ'자 코일에서 반사되어 손실되는 신호 전력의 약 1/10 정도임을 의미한다.
또한, 상기 실시예에 따른 솔레노이드 RF 코일의 피크는 종래의 'ㄷ'자 코일에 비해 폭이 더 좁으며, 이는 상기 실시예에 따른 솔레노이드 RF 코일의 Q-factor및 신호 민감도가 종래의 'ㄷ'자 코일에 비해 더 높은 것을 의미한다.
이와 관련하여, 상기 실시예에 따른 솔레노이드 RF 코일 및 종래의 'ㄷ'자 코일은 같은 MRI 와 임피던스 매칭되어야 하므로, 50 Ω 에 가깝게 조율될 수 있다.
[실험예 2]
도 12 의 (a) 및 (b) 는 상기 비교예에 따른 코일을 이용한 자기 공명 영상 촬영 결과이다. 구체적으로 도 12 의 (a) 는 평면 코일이고, 도 12 의 (b) 는 헤드 볼륨 코일을 이용한 것이다.
도 12 를 참조하면, 상기 평면 코일의 SNR 은 3.16 이고, 상기 헤드 볼륨 코일의 SNR 은 1.29 로서, 후술할 솔레노이드 코일에 비해 SNR 이 매우 작음을 확인할 수 있다.
[실험예 3]
도 13 의 (a) 는 상기 실시예에 따른 코일의 B1 균질성 평가도이고, (b) 는 상기 비교예에 따른 코일의 B1 균질성 평가도이고, 도 14 의 (a) 는 상기 실시예에 따른 코일의 자기 공명 영상 촬영 결과이고, (b) 는 상기 비교예에 따른 코일의 자기 공명 영상 촬영 결과이며, 도 15 의 (a) 는 상기 실시예에 따른 코일의 자기 공명 영상 촬영 결과이고, (b) 는 상기 비교예에 따른 코일의 자기 공명 영상 촬영 결과이다.
구체적으로, 도 13 의 (b), 도 14 의 (b), 및 도 15 의 (b) 의 코일은 종래의 'ㄷ'자 코일이다.
상기 균질성 평가도에서 픽셀 간의 차이가 적을수록 B1 균질성이 높은 것으로 확인할 수 있다. 도 13 을 참조하면, 도 13 의 (a) 의 픽셀의 표준 편차는 2.08 이고, 도 13 의 (b) 의 픽셀의 표준 편차는 1.98 로서 두 코일 모두 B1 균질성이 뛰어남을 알 수 있다. 그러나 도 14 를 참조하면, 상기 실시예에 따른 솔레노이드 RF 코일의 SNR 은 132.43 이고, 상기 비교예에 따른 'ㄷ' 자 코일의 SNR 은 45.17 이기 때문에 구리 호일의 감는 방법을 조절함으로써 SNR 을 조절할 수 있음을 확인할 수 있고, 도 15 를 참조하면 상기 실시예에 따른 솔레노이드 RF 코일의 SNR 은 14.06 이고, 상기 비교예에 따른 'ㄷ' 자 코일의 SNR 은 4.76 이기 때문에 구리 호일의 감는 방법을 조절함으로써 SNR 을 조절할 수 있음을 확인할 수 있다.
[실험예 4]
상기 실시예 5 에 따른 솔레노이드 RF 코일 및 상기 비교예 1 에 따른 'ㄷ'자 코일의 Q factor 를 기본 상태, 젤라틴, 및 40 μm 두께의 쥐의 뇌(rat brain)으로 확인하였다.
구분 기본 젤라틴 Rat-brain
(40 μm)
비교예 1 111 111 111
실시예 5 172 160 168
상기 표 1 을 참조하면, 상기 실시예에 따른 솔레노이드 RF 코일의 Q-factor 가 종래의 'ㄷ'자 코일에 비해 높음을 확인할 수 있고, 이는 상기 솔레노이드 RF 코일이 'ㄷ'자 코일에 비해 신호 민감도가 높아 SNR 이 증가함을 의미한다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 솔레노이드 RF 코일
100 : 공명부
110 : 메인 지지체
120 : 금속 도체
130 : 판형 지지체
140 : 비자성 고정값 커패시터
200 : 매칭 회로부
210 : 비자성 가변 커패시터

Claims (17)

  1. 솔레노이드 RF 코일에 있어서,
    'ㄷ' 자 형상을 갖는 메인 지지체 상에 복수 회 권선된 금속 도체를 포함하는 공명부; 및
    상기 메인 지지체의 일측에 연결되고, 비자성 가변 커패시터를 포함하여 임피던스 매칭 또는 주파수 조정을 수행하는 매칭 회로부,
    를 포함하는, 솔레노이드 RF 코일.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 공명부는,
    후면이 개방된 'ㄷ' 자 형상을 갖는 상기 메인 지지체;
    상기 메인 지지체 상에 중첩되지 않도록 일방향으로 복수 회 권선된 금속 도체; 및
    상기 금속 도체와 연결된 비자성 고정값 커패시터,
    를 포함하는 것인, 솔레노이드 RF 코일.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 금속 도체는 상기 메인 지지체 상에서 일정한 간격을 두고 서로 이격되어 평행하도록 권선되는 것인, 솔레노이드 RF 코일.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 메인 지지체의 개방된 후면의 적어도 일부에 설치되고, 상기 공명부와 상기 매칭 회로부를 전기적으로 연결하는 판형 지지체를 더 포함하는 것인, 솔레노이드 RF 코일.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 금속 도체는 상기 메인 지지체의 상면, 전면, 및 하면, 및 상기 판형 지지체 상에 일 방향으로 권선된 것인, 솔레노이드 RF 코일.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 메인 지지체의 상면에 권선된 금속 도체 및 상기 메인 지지체의 하면에 권선된 금속 도체 사이의 위치 관계는 평행하거나 꼬인 위치(skew position)인 것인, 솔레노이드 RF 코일.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 메인 지지체 및 상기 판형 지지체는 각각 독립적으로 PP(polypropylene), 아크릴, PTFE(Polytetrafluoroethylene), 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함하는 것인, 솔레노이드 RF 코일.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 도체의 폭은 1 mm 내지 3 mm 인, 솔레노이드 RF 코일.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 메인 지지체의 동일한 면 상에 권선된 금속 도체들이 이격된 간격은 상기 금속 도체의 폭의 90% 이하인, 솔레노이드 RF 코일.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 도체는 Cu, Au, Ag, Al, Ni, Pd, Pt, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함하는 것인, 솔레노이드 RF 코일.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 솔레노이드 RF 코일의 제조 방법에 있어서,
    ‘ㄷ’ 자 형상을 갖는 메인 지지체 상에 금속 도체를 복수 회 권선하여 공명부를 형성하는 단계; 및
    상기 메인 지지체의 일측에 연결되고, 비자성 가변 커패시터를 포함하는 매칭 회로부를 형성하는 단계;
    를 포함하는, 솔레노이드 RF 코일의 제조 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 공명부를 형성하는 단계는, 후면이 개방된 'ㄷ'자 형상을 갖는 메인 지지체 상에 상기 금속 도체를 중첩되지 않도록 일방향으로 복수회 권선하는 단계를 포함하는 것인, 솔레노이드 RF 코일의 제조 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 금속 도체는 상기 메인 지지체 상에서 일정한 간격을 두고 서로 이격되어 평행하도록 권선되는 것인, 솔레노이드 RF 코일의 제조 방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 메인 지지체의 개방된 후면의 적어도 일부 상에, 상기 공명부와 상기 매칭 회로부를 전기적으로 연결하는 판형 지지체를 형성하는 단계를 더 포함하는, 솔레노이드 RF 코일의 제조 방법.
  15. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 솔레노이드 RF 코일 내부에 시료를 배치하는 단계; 및
    상기 시료에 고정 자기장을 인가하는 단계; 및
    상기 솔레노이드 RF 코일에 전류를 흐르게 하는 단계;
    를 포함하는,
    자기 공명 영상 촬영 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 솔레노이드 RF 코일의 금속 도체의 권선된 횟수(N0)는 하기 수학식 1 에 의해 표현되는 것인, 자기 공명 영상 촬영 방법:
    [수학식 1]
    Figure pat00004

    (상기 수학식 1 에서, c 는 상기 금속 도체에 의해 발생하는 잡음이고, d 는 매칭 회로부 및 MRI 내부 수신회로에서 유입되는 잡음임).
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 금속 도체의 권선된 횟수(N0)는 2 내지 10 인, 자기 공명 영상 촬영 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS5293093A (en) * 1976-01-31 1977-08-05 Toshiba Corp Safety device for escalator, etc.
JPH10262945A (ja) * 1997-03-24 1998-10-06 Olympus Optical Co Ltd 磁気共鳴観測装置
JP2006334238A (ja) * 2005-06-03 2006-12-14 Isao Shimoyama Ｍｒｉ装置用送受信素子、ｍｒｉ装置用送受信素子アレイ及び内視鏡

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5293093A (en) * 1976-01-31 1977-08-05 Toshiba Corp Safety device for escalator, etc.
JPH10262945A (ja) * 1997-03-24 1998-10-06 Olympus Optical Co Ltd 磁気共鳴観測装置
JP2006334238A (ja) * 2005-06-03 2006-12-14 Isao Shimoyama Ｍｒｉ装置用送受信素子、ｍｒｉ装置用送受信素子アレイ及び内視鏡

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