KR20230025330A - 자성 입자 영상화 및 자기 공명 영상화를 결합한 영상 장치 - Google Patents

자성 입자 영상화 및 자기 공명 영상화를 결합한 영상 장치 Download PDF

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Abstract

자성 입자 영상화 및 자기 공명 영상화를 결합한 영상 장치가 개시된다. 실시예에 따른 자성 입자 영상화 및 자기 공명 영상화를 결합한 영상 장치는, 시료가 수용되는 관통공이 형성되고, 여기 코일 및 검출 코일이 설치되는 측정헤드, 복수의 소형 자석들이 링 형으로 배열된 두 개의 자석 어레이들이 이격 배치된 주자기장 생성부, 주자기장 생성부의 두 개의 자석 어레이들 중 하나를 회전시키는 회전부 및 측정헤드가 주자기장 생성부의 이격 영역 내에 위치되면, 자성 입자 영상화 모드 및 자성 공명 영상화 모드에 상응하도록 회전부를 구동시키는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

자성 입자 영상화 및 자기 공명 영상화를 결합한 영상 장치{Imaging Apparatus for Integrating Magnetic Particle Imaging and Magnetic Resonance Imaging}
기재된 실시예는 MRI와 MPI 결합형 영상 장비에 관한 것이다.
초상자성입자(Superparamagnetic iron oxide nano particlem, 이하 'SPIOs')를 이용한 Magnetic Particle Imaging(MPI)는 PET(Positron Emission Tomography)를 대체하는 의료 영상 장비의 기술로써 2005년 원리가 발표 이후에 많은 연구 개발이 진행되고 있는 차세대 의료 영상 기법이다.
MPI 기술은 Tracer 기반의 영상화 기술로, 영상화하는 대상의 해부학적 정보를 이미징할 수 없다는 한계가 있다. 이 한계는 현재 폭넓게 사용되는 MRI 기술을 MPI에 접목하면 해결될 수 있다.
세계적으로 MPI기술을 MRI 또는 CT, x-ray 등과 결합하려는 많은 연구가 진행되고 있으나 아직 기초 연구 단계이다.
기재된 실시예는 MRI 및 MPI를 결합한 영상 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
기재된 실시예는 샘플의 별도의 이동없이 MRI 및 MPI 영상 이미지를 촬영할 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.
실시예에 따른 자성 입자 영상화 및 자기 공명 영상화를 결합한 영상 장치는, 시료가 수용되는 관통공이 형성되고, 여기 코일 및 검출 코일이 설치되는 측정헤드, 복수의 소형 자석들이 링 형으로 배열된 두 개의 자석 어레이들이 이격 배치된 주자기장 생성부, 주자기장 생성부의 두 개의 자석 어레이들 중 하나를 회전시키는 회전부 및 측정헤드가 주자기장 생성부의 이격 영역 내에 위치되면, 자성 입자 영상화 모드 및 자성 공명 영상화 모드에 상응하도록 회전부를 구동시키는 제어부를 포함할 수 있다.
기재된 실시예에 따라, 기존에 별도의 장비로 측정되었던 MRI와 MPI를 하나의 장비에서 영상화할 수 있다.
기재된 실시예에 따라, MRI 및 MPI 일체형 Multi-modal 영상 장비는 샘플의 별도의 이동없이 한번의 촬영 과정에서 두가지 형태의 영상 이미지를 제공한다.
기재된 실시예에 따라, MRI의 샘플의 해부학적인 정보, MRI의 Tracer의 위치 정보를 결합하면 기존에 비파괴 영상장비 산업에서 매우 폭넓고 사용될 수 있다.
기재된 실시에의 활용을 통해, 환자의 이동없이 한번의 촬영으로 해부학적인 MRI 촬영 영상과 병변 부위를 알려주는 MPI 영상을 동시에 얻을 수 있는 새로운 혁신적인 의료장비로 개발될 수 있다.
도 1은 할바흐 다이폴(Halbach dipole)의 개념도이다.
도 2는 할바흐 어레이의 회전을 도시한 도면이다.
도 3은 실시예에 따른 MRI 모드에서의 할바흐 다이폴 상태를 도시한 도면이다.
도 4는 실시예에 따른 MPI 모드에서의 할바흐 다이폴 상태를 도시한 도면이다.
도 5는 실시예에 따른 MRI 모드에서 사용되는 경사 필드 생성부를 도시한 도면이다.
도 6은 실시예에 따른 MPI 모드에서의 구동 필드 생성부를 도시한 도면이다.
도 7은 실시예에 따른 자성 입자 영상화 및 자기 공명 영상화를 결합한 영상 장치의 구성도이다.
도 8은 실시예에 따른 컴퓨터 시스템 구성을 나타낸 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
비록 "제1" 또는 "제2" 등이 다양한 구성요소를 서술하기 위해서 사용되나, 이러한 구성요소는 상기와 같은 용어에 의해 제한되지 않는다. 상기와 같은 용어는 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용될 수 있다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 또는 단계가 하나 이상의 다른 구성요소 또는 단계의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다는 의미를 내포한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하에서는, 도 1 내지 도 8을 참조하여 실시예에 따른 자성 입자 영상화 및 자기 공명 영상화를 결합한 영상 장치가 상세히 설명된다.
우선, 실시예에 따른 자성 입자 영상화 및 자기 공명 영상화를 결합한 영상 장치는 MRI와 MPI의 주자기장 형성을 위해 할바흐 배열(Halbach array)이 사용될 수 있다.
도 1은 할바흐 다이폴(Halbach dipole)의 개념도이다.
도 1을 참조하면, 할바흐 어레이(Hallbach array)는, 다수의 소형 자석들(1)이 링 구조의 어레이 형태로 배열된 것으로, 중앙에 복수의 소형 자석들 어레이로부터 발생하는 자기장(2)이 발생될 수 있다.
이때, 복수의 소형 자석들이 배열된 어레이는, 네오듐 마그넷(NEODIUM magnet)(n 30 grade)일 수 있다. 그러나, 이는 일 예일 뿐, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
실시예에 따른 자성 입자 영상화 및 자기 공명 영상화를 결합한 영상 장치는한 쌍의 할바흐 어레이들이 일정 간격으로 이격 배치되어 주자기장 생성부를 형성할 수 있다.
도 2는 할바흐 어레이의 회전을 도시한 도면이고, 도 3은 실시예에 따른 MRI 모드에서의 할바흐 다이폴 상태를 도시한 도면이고, 도 4는 실시예에 따른 MPI 모드에서의 할바흐 다이폴 상태를 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 실시예에 따른 자성 입자 영상화 및 자기 공명 영상화를 결합한 영상 장치에서 2개의 링형의 할바흐 어레이들(111, 112)이 일정 간격을 두고 이격 배치된다.
이로써, 2개의 링형의 할바흐 어레이들(111, 112)의 이격 공간에 이미징 샘플이 삽입될 수 있는 통로가 형성될 수 있다.
이때, 도 3에 도시된 MRI 모드에서 도 4에 도시된 MPI 모드로의 전환은, 도 2에 도시된 바와 같이 2개의 할바흐 어레이들(111, 112) 중 하나가 180도 회전됨에 따라 이루어질 수 있다.
즉, 도 3에 도시된 MRI 모드에서 2개의 할바흐 어레이들(111, 112)은 각각이 형성하는 자기장의 방향이 동일하도록 배치되어 중앙 부분에 동일 자기장(Homogeneous Field)(11)이 발생되도록 할 수 있다. 이러한 동일 자기장(11)은 MRI 모드에서 측정 주자기장(B0)으로 사용될 수 있다.
반면, 도 4에 도시된 MPI 모드에서 2개의 할바흐 어레이들(111, 112)은 각각이 형성하는 자기장의 방향이 반대가 되도록 2개의 할바흐 어레이들(111, 112) 중 하나(112)가 180도 회전하면, 중앙 부분에 자기장이 희박한 필드 프리 영역(Field Free Area)이 형성될 수 있다. 이러한 필드프리 영역을 공간상에서 이동시켜 고조파(Harmonic) 신호가 발생되는 공간상의 위치를 이용하여 영상화가 이루어질 수 있다. 이때, 필드프리 영역은, 필드프리 포인트(Field Free Point, FFP) 또는 필드프리 라인(Field Free Line, FFL)일 수 있다.
그리고, MRI 모드에서 MPI 모드로 전환될 때, 2개의 할바흐 어레이들(111, 112) 간의 거리는 계산을 통해 최적값으로 조정될 수 있다.
도 5는 실시예에 따른 MRI 모드에서 사용되는 경사 필드 생성부를 도시한 도면이고, 도 6은 실시예에 따른 MPI 모드에서의 구동 필드 생성부를 도시한 도면이다.
실시예에 따른 자성 입자 영상화 및 자기 공명 영상화를 결합한 영상 장치는 MRI 모드에서는 3차원 영상 확보를 위한 경사 필드(Gradient field) 생성부를 포함하여야 한다.
이때, 경사 필드(Gradient field) 생성부는 전류 인가 기반의 코일 또는 영구 자석 등이 사용할 수 있다. 예컨대, 도 5를 참조하면, 2개의 할바흐 어레이들(111, 112)의 외부에 원형 링과 수직하게 배치된 2개의 영구 자석들(121, 122)이 배치되어 경사 필드 생성부를 형성할 수 있다.
따라서, 경사 필드 생성부는 주자기장 생성부를 기구적으로 간섭하지 않고 구성될 수 있다.
또한, 경사 필드 생성부는, MRI 모드에 MPI 모드로 전환되면 전원 오프(off)될 수 있다. 이로써, MPI 모드에서 방해가 되지 않도록 할 수 있다.
한편, 실시예에 따른 자성 입자 영상화 및 자기 공명 영상화를 결합한 영상 장치는 MPI 모드에서는 필드 프리 영역을 좌우로 이동시키기 위한 구동 필드(Drive field) 생성부를 포함하여야 한다. 도 6을 참조하면, 2개의 할바흐 어레이들(111, 112) 각각의 외곽에 필드 프리 영역을 이동시키기 위한 전류 인가형 코일들(131, 132)이 배치되어 구동 필드 생성부를 형성할 수 있다.
따라서, 구동 필드 생성부는 주자기장 생성부를 기구적으로 간섭하지 않으며 추가될 수 있다.
도 7은 실시예에 따른 자성 입자 영상화 및 자기 공명 영상화를 결합한 영상 장치의 구성도이다.
도 7을 참조하면, 실시예에 따른 자성 입자 영상화 및 자기 공명 영상화를 결합한 영상 장치는, 시료가 수용되는 관통공이 형성되고, 여기 코일 및 검출 코일이 설치되는 측정헤드(150), 복수의 소형 자석들이 링 형으로 배열된 두 개의 자석 어레이들이 이격 배치된 주자기장 생성부(110), 주자기장 생성부(110)의 두 개의 자석 어레이들 중 하나를 회전시키는 회전부(미도시) 및 측정헤드(150)가 주자기장 생성부(110)의 이격 영역 내에 위치되면, 자성 입자 영상화 모드 및 자성 공명 영상화 모드에 상응하도록 회전부를 구동시키는 제어부(미도시)를 포함할 수 있다.
실시예에 따른 자성 입자 영상화 및 자기 공명 영상화를 결합한 영상 장치는, 한 쌍의 할바흐 어레이들을 선형 이동시키는 선형 이동부를 더 포함할 수 있다. 그러면, 제어부는 자성 입자 영상화 모드 및 자성 공명 영상화 모드에 상응하도록 선형 이동부를 구동시켜 링 형으로 배열된 두 개의 자석 어레이들 간의 거리를 조절할 수 있다.
실시예에 따른 자성 입자 영상화 및 자기 공명 영상화를 결합한 영상 장치는, MRI 영상화를 위한 경사 필드 생성부(120) 및 여기 필드(excitation field) 생성부(140)를 더 포함할 수 있다.
따라서, 제어부는 MRI 모드에 경사 필드 생성부(120) 및 여기 필드 생성부(140)에 전원 인가되도록 제어하여 MRI 영상화 동작이 수행되도록 할 수 있다.
실시예에 따른 자성 입자 영상화 및 자기 공명 영상화를 결합한 영상 장치는, MPI 영상화를 위한 필드 프리 영역의 선형 이동 및 회전을 위한 구동 필드(Drive field) 발생부(130)를 더 포함할 수 있다.
측정헤드(150)는 관통공 내부에 존재하는 시료로부터 검출 신호를 획득할 수 있다.
제어부는 모드 전환을 제어하여 측정헤드(150)로부터 검출된 신호로부터 MRI 영상화 또는 MPI 영상화를 수행할 수 있다.
제어부는 자성 입자 영상화 및 자기 공명 영상화를 결합한 영상 장치의 모든 구성 요소들을 제어한다.
즉, MRI 모드일 경우, 제어부는 도 3에 도시된 바와 같이 할바흐 어레이들이 위치되도록 하고, 경사 필드 생성부(120) 및 여기 필드 생성부(140)에 전원을 인가하여 측정헤드(150)로부터 검출된 신호로부터 MRI 영상화할 수 있다.
반면, MPI 모드일 경우, 제어부는 도 4에 도시된 바와 같이 할바흐 어레이들 중 하나를 180도 회전시키고, 경사 필드 생성부(120) 및 여기 필드 생성부(140)를 전원 오프함과 아울러 구동 필드 생성부(130)에 전원 인가하여 측정헤드(150)로부터 검출된 신호로부터 MPI 영상화할 수 있다.
도 8은 실시예에 따른 컴퓨터 시스템 구성을 나타낸 도면이다.
실시예에 따른 제어부는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체와 같은 컴퓨터 시스템(1000)에서 구현될 수 있다.
컴퓨터 시스템(1000)은 버스(1020)를 통하여 서로 통신하는 하나 이상의 프로세서(1010), 메모리(1030), 사용자 인터페이스 입력 장치(1040), 사용자 인터페이스 출력 장치(1050) 및 스토리지(1060)를 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨터 시스템(1000)은 네트워크(1080)에 연결되는 네트워크 인터페이스(1070)를 더 포함할 수 있다. 프로세서(1010)는 중앙 처리 장치 또는 메모리(1030)나 스토리지(1060)에 저장된 프로그램 또는 프로세싱 인스트럭션들을 실행하는 반도체 장치일 수 있다. 메모리(1030) 및 스토리지(1060)는 휘발성 매체, 비휘발성 매체, 분리형 매체, 비분리형 매체, 통신 매체, 또는 정보 전달 매체 중에서 적어도 하나 이상을 포함하는 저장 매체일 수 있다. 예를 들어, 메모리(1030)는 ROM(1031)이나 RAM(1032)을 포함할 수 있다.
이상에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (1)

  1. 시료가 수용되는 관통공이 형성되고, 여기 코일 및 검출 코일이 설치되는 측정헤드;
    복수의 소형 자석들이 링 형으로 배열된 두 개의 자석 어레이들이 이격 배치된 주자기장 생성부;
    주자기장 생성부의 두 개의 자석 어레이들 중 하나를 회전시키는 회전부; 및
    측정헤드가 주자기장 생성부의 이격 영역 내에 위치되면, 자성 입자 영상화 모드 및 자성 공명 영상화 모드에 상응하도록 회전부를 구동시키는 제어부를 포함하는, 자성 입자 영상화 및 자기 공명 영상화를 결합한 영상 장치.
KR1020220070693A 2021-08-13 2022-06-10 자성 입자 영상화 및 자기 공명 영상화를 결합한 영상 장치 KR20230025330A (ko)

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