KR20240016681A - 자기공명영상용 rf 코일 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구조적 디커플링 구조를 갖는 다채널의 RF 코일의 전자기장의 민감도를 개선할 수 있는 자기공명영상용 RF 코일에 관한 것으로, 복수의 사각형의 루프 코일을 포함하는 다채널의 자기공명 영상용 RF 코일에 있어서, 상기 루프 코일(110A)(110B)은 배열 방향으로 이격되어 나란하게 꼭지점으로부터 분기된 클립부(120A)(120B)를 포함하여 서로 이웃하는 복수의 루프 코일(110A)(110B)은 클립부(120A)(120B) 사이에 갭을 갖고 배치되는 것을 특징으로 한다.

Description

자기공명영상용 RF 코일{RF coil for MRI}

본 발명은 자기공명 영상용 RF 코일에 관한 것으로, 특히 구조적 디커플링 구조를 갖는 다채널의 RF 코일의 전자기장의 민감도를 개선할 수 있는 자기공명 RF 코일에 관한 것이다.

자기 공명 영상(magnetic resonance imaging, MRI)은 균일한 주자기장(main magnetic field) 내에서 인체 내에 존재하는 핵종(수소, 인, 나트륨, 탄소 등)의 자화벡터(magnetization vector)에 대해 고주파 RF(radiofrequency) 펄스를 인가하여 특정 핵종(수소 등)을 공명시켜 수직평면으로 자화벡터가 재정렬되면서 발생되는 자기공명 신호를 수신하여 얻어서 컴퓨터를 통해 재구성하여 영상화하는 기술이다.

일반적으로 자화벡터를 공명시키기 위한 펄스 송신과 발생된 자기공명 신호의 수신은 RF 코일에 의해 이루어지며, 이때 RF 코일은 자화벡터를 공명시키기 위한 RF 신호를 송신(RF 송신 모드)하는 코일과 자기공명 신호를 수신(RF 수신 모드)하는 코일이 각각 따로 마련될 수 있으며, 또는 하나의 RF 코일에 의해 RF 송신 모드와 RF 수신 모드가 같이 수행될 수 있다.

일반적으로 주자기장의 크기가 클수록 MRI의 감도(sensitivity)는 증가하게 되며, 대략 S/N비(signal to noise ratio)는 주자기장의 크기와 비례하는 것으로 알려져 있다. 따라서 보다 세밀한 구조의 영상을 얻기 위하여 큰 자기장의 영상 시스템에서의 연구와 개발이 활발히 이루어지고 있으며, 특히 뇌과학 분야와 같이 고해상도 영상의 필요성으로 인하여 현재는 인체용 7T의 초고자장 자기공명영상 시스템까지 나와 있다.

한편, 이와 같이 초고자장 자기공명영상 시스템에서의 여러 장점에도 불구하고 해결해야 될 기술적인 문제점이 있으며, 그 중에서 주요한 이슈는 RF 코일과 관련된 문제이다.

기존 RF 코일은 단일 코일 또는 다수 개의 단일 코일의 조합으로 구성된 형태를 가지며, 단일 코일의 경우에 일반적으로 폐루프의 형태를 가지며, 다수 개의 단일 코일의 조합은 이러한 단일 코일을 원형으로 배열하여 체적 영상을 획득하는데 사용된다. 체적 영상 획득을 위한 RF 코일은 다수 개의 단일 코일의 조합으로 구성된 다채널 RF 코일과 체적형 RF 코일(예를 들어, 새장형 코일: Birdcage coil)이 대표적으로 사용된다.

단일 채널의 RF 코일을 이용하여 다채널 RF 코일을 구성할 경우에 각각의 코일간의 간섭효과로 인하여 자기공명 영상용 RF 코일이 정상적으로 동작하지 못한다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 기본적으로 구조적 디커플링 방법(Geometrically decoupling method)이 사용되고 있으며, 이외에도 디커플링 방법으로는 트랜스포머 디커플링, 캐패시턴스 디커플링, 전치증폭기 디커플링 등의 다양한 방법이 있다.

도 1의 (a)(b)는 각각 일반적인 구조적 디커플링을 갖는 자기공명 영상용 RF 코일의 사시도 및 평면도이다.

도 1을 참고하면, 각각의 루프 형태의 단일 코일(10)(20)은 일부가 서로 겹쳐서 배치되어 오버랩 영역(W)을 갖는다. 오버랩 영역을 통해 인접한 두 단일 코일(10)(20) 사이에 발생하는 상호인덕턴스 커플링을 방지할 수 있다. 일반적으로 오버랩되는 구간의 면적은 각각의 인접한 두 단일 코일 면적에 대하여 단일 코일이 정사각형인 경우에 14%, 원형인 경우에 22%정도가 효율적인 것으로 알려져 있다.

한편 구조적 디커플링 방법에서는 각각의 단일 코일이 만들어내는 전자기장의 특성이 중심부위에서는 강하고 바깥으로 갈수록 전자기장의 민감도가 감소하기 때문에 자기공명영상의 중심부의 영상이 외측부에 비하여 상대적으로 높은 민감도를 갖는다.

또한 RF 코일의 전자기장 민감도는 RF 코일의 구조에 의해 결정되며, 특히 단일채널 RF 코일과 다채널 RF 코일의 경우에 각각의 RF 코일의 사이즈에 의하여 전자기장의 민감도가 결정된다. 즉, RF 코일의 사이즈가 작은 경우에 전자기장의 민감도는 상승하지만 전자기장 신호 깊이(signal depth)가 감소하며, 사이즈가 큰 경우에는 전자기장의 민감도는 감소하지만 전자기장의 신호 깊이는 증가한다.

이와 같이 다채널 RF 코일의 민감도를 향상시키는 방법은 코일의 제한된 크기로 인하여 한계가 있다.

미국특허공개 제2003/0154704호(공개일자: 2003.09.04)

본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 개선하고자 하는 것으로, 구조적 디커플링 구조를 갖는 다채널의 RF 코일의 전자기장의 민감도를 개선할 수 있는 자기공명 RF 코일을 제공하고자 하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자기공명 영상용 RF 코일은, 복수의 사각형의 루프 코일을 포함하는 다채널의 자기공명 영상용 RF 코일에 있어서, 상기 루프 코일은 배열 방향으로 이격되어 나란하게 꼭지점으로부터 분기된 클립부를 포함하여 서로 이웃하는 복수의 루프 코일은 클립부 사이에 갭을 갖고 배치되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 클립부는 서로 이웃하는 루프 코일의 배열 방향으로 각 꼭지점을 연결하는 단일 스트립이며, 보다 바람직하게는, 상기 단일 스트립은 적어도 하나 이상의 슬롯이 형성된다.

본 발명에 따른 자기공명영상용 RF 코일은, 복수의 사각형의 루프 코일을 포함하는 다채널의 자기공명 영상용 RF 코일에 있어서, 상기 루프 코일은 배열 방향으로 이격되어 나란하게 꼭지점으로부터 분기된 클립부를 포함하여 서로 이웃하는 복수의 루프 코일은 클립부 사이에 갭을 갖고 배치되어, 다채널의 RF 코일의 디커플링을 최적화하여 전자기장의 민감도를 개선할 수 있는 효과가 있다.

도 1의 (a)(b)는 각각 일반적인 구조적 디커플링을 갖는 자기공명 영상용 RF 코일의 사시도 및 평면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자기공명영상용 RF 코일의 단위 코일의 평면 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자기공명영상용 RF 코일의 평면 구성도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자기공명영상용 RF 코일의 평면 구성도이다.
도 5의 (a)(b)는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자기공명영상용 RF 코일의 평면 구성도이다.
도 6은 본 발명의 또 실시예에 따른 자기공명영상용 RF 코일의 평면 구성도이다.
도 7의 (a)(b)(c)(d)는 본 발명의 실시예에 대한 S 파라미터(Scattering parameter)를 보여주는 데이터이다.

본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

이하 구체적인 실시예를 첨부 도면을 참고하여 상세히 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자기공명영상용 RF 코일의 단위 코일의 평면 구성도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자기공명영상용 RF 코일의 평면 구성도이다. 참고로, 본 실시예에서 동일 구성에 대해서는 하나의 도면만을 기재하고 동일 구성에 대해 구분이 필요한 경우에 도면부호의 끝에 영문 대문자를 병기하고 제1구성, 제2구성 등으로 구분하여 설명한다.

도 2 및 도 3을 참고하면, 본 실시예의 자기공명영상용 RF 코일(100)은 복수의 사각형의 루프 코일을 포함하는 다채널의 자기공명 영상용 RF 코일에 있어서, 루프 코일(110)은 배열 방향으로 이격되어 나란하게 꼭지점으로부터 분기된 클립부(120)를 포함하여 서로 이웃하는 복수의 루프 코일(110A)(110B)은 클립부(120A)(120B) 사이에 갭(g)을 갖고 배치되는 것을 특징으로 한다.

루프 코일(110)은 복수의 도전성 세그먼트(101)가 폐루프를 이루어 구성되며, 공진 주파수로 튜닝을 위한 커패시터(102)가 도전성 세그먼트(101) 사이에 직렬 연결된다.

클립부(120)는 루프 코일(110)의 꼭지점으로부터 수평 방향으로 일정 길이(d1)를 갖고 분기되는 제1스트립(121)과, 제1스트립(121)에서 수직으로 절곡 형성되어 루프 코일(110)과 이격되어 나란하게 마련되는 제2스트립(122)으로 구성되며, 다채녈의 루프 코일(110)들의 배열 방향을 따라서 각 루프 코일(110)의 좌우에 마련된다. 제1스트립(121)의 길이(d1)는 인접하는 루프 코일 사이의 갭(g)을 고려하여 결정된다.

특히 도 3에 예시된 것과 같이, RF 코일(100)은 제1루프 코일(110A)의 제1클립부(120A)와 제2루프 코일(110B)의 제2클립부(120B)가 일정 갭(g)을 갖고 인접하여 배치된 2채널의 배열 코일을 보여주고 있으며, 두 클립부(120A)(120B)의 사이의 갭(g)과, 길이(L1)를 조절하여 두 루프 코일(110A)(110B) 사이의 디커플링의 최적화가 이루어질 수 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자기공명영상용 RF 코일의 평면 구성도로서, 2×2의 4채널 배열의 RF 코일(200)을 보여주고 있으며, 배열 방향(상하/좌우)에 따라서 단위 루프 코일은 상하, 좌우에 클립부가 형성된다.

도 5의 (a)(b)는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자기공명영상용 RF 코일의 평면 구성도로서, 단위 루프 코일(310)의 구성은 앞서의 실시예와 동일하며 단위 루프 코일(310)에서 클립부(320)의 간격(d2)과 길이(L2)가 달라지며, 이러한 단위 루프 코일이 오버랩(overlap)되어 4개의 루프 코일(310A)(310B)(310C)(310D)로 구성된 4채널의 RF 코일(400)을 보여준다.

이러한 본 발명의 다채널의 RF 코일은 단위 루프 코일에서 배열 방향으로 고려하여 각 단위 루프 코일에 분기되어 마련된 클립부의 길이와 인접한 루프 코일의 클립부 사이의 갭을 조절하여 인접 또는 오버랩되어 배치되는 복수의 루프 코일들 사이의 디커플링을 최소화할 수 있다.

도 6은 본 발명의 또 실시예에 따른 자기공명영상용 RF 코일의 평면 구성도이다.

도 6을 참고하면, 본 실시예의 자기공명영상용 RF 코일(400)은 복수의 사각형의 루프 코일을 포함하는 다채널의 자기공명 영상용 RF 코일에 있어서, 서로 이웃하는 루프 코일(410A)(410B)은 인접한 위치에 단일 스트립으로 이루어진 클립부(420)를 포함하며, 클립부(420)는 두 루프 코일(410A)(410B)의 각 꼭지점을 연결하여 루프 코일(410A)(410B)의 배열 방향으로 나란하게 마련된다. 바람직하게는, 단일 스트립으로 이루어진 클립부(420)는 적어도 하나 이상의 슬롯(dd)이 형성된다. 앞서 실시예에서 인접한 루프 코일 사이의 디커플링은 클립부 사이의 갭과 길이에 의해 조절되는 반면에, 단일 스크립의 클립부(420)에서 루프 코일 사이의 디커플링은 클립부(420)와 각 루프 코일(410A)(410B) 사이의 갭(g2)과 슬롯(dd)의 숫자 또는 길이에 의해 조절된다.

도 7의 (a)(b)(c)(d)는 본 발명의 실시예에 대한 S 파라미터(Scattering parameter)를 보여주는 데이터로서, (a)는 본 발명과 비교를 위해 사용된 종래기술의 2채널 RF 코일(이하, "비교예"라 함) 구조이며, (b)는 비교예의 S 파라미터 결과이며, (b)는 본 발명의 실시예의 2채널 RF 코일이며, (d)는 본 발명의 실시예에 대한 S 파라미터 결과를 보여주는 데이터이다. 본 발명의 실시예와 비교예에서 루프 코일 구조는 동일하며, 본 발명의 실시예는 두 루프 코일 사이에 클립부만이 추가된 것이다.

도 7로부터, 종래기술에서 두 루프 코일 사이의 통과계수는 ??12.7 dB인 반면에 본 발명의 실시예에서 두 루프 코일 사이의 통과계수는 ??31.1 dB로 유지되어 클립부에 의한 디커플링 효과가 우수한 것을 확인할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

110; 루프 코일 120 : 클립부

Claims (3)

1. 복수의 사각형의 루프 코일을 포함하는 다채널의 자기공명 영상용 RF 코일에 있어서,
   상기 루프 코일은 배열 방향으로 이격되어 나란하게 꼭지점으로부터 분기된 클립부를 포함하여 서로 이웃하는 복수의 루프 코일은 클립부 사이에 갭을 갖고 배치되는 것을 특징으로 하는 자기공명영상용 RF 코일.
2. 제1항에 있어서, 상기 클립부는 서로 이웃하는 루프 코일의 배열 방향으로 각 꼭지점을 연결하는 단일 스트립인 것을 특징으로 하는 자기공명영상용 RF 코일.
3. 제2항에 있어서, 상기 단일 스트립은 적어도 하나 이상의 슬롯이 형성됨을 특징으로 하는 자기공명영상용 RF 코일.

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