KR880001360B1

KR880001360B1 - 핵자기 공명용 rf 코일

Info

Publication number: KR880001360B1
Application number: KR1019840006840A
Authority: KR
Inventors: 에드워드 헤이즈 세실
Original assignee: 제네럴 일렉트릭 컴패니; 삼손 헬프고트
Priority date: 1983-11-04
Filing date: 1984-11-01
Publication date: 1988-07-28
Also published as: KR850003789A; EP0141383B1; FI843379A; JPH0348817B2; FI88080C; JPS60132547A; US4694255A; DE3479242D1; IL72930A0; EP0141383A2; IL72930A; EP0141383A3; FI843379A0; FI88080B

Abstract

내용 없음.

Description

핵자기 공명용 RF 코일

제1a도 내지 제1d도는 종래의 핵자기 공명(NMR)장치의 여러가지 RF 코일(이하 NMR RF 코일이라 칭함)을 도시한 것인데,

제1a도는 피검체 전부를 검사할 수 있는 병렬 연결된 2권수를 가진 NMR RF 코일의 개략도.

제1b도는 제1도의 코일을 원통상으로 한 것을 도시한 도면.

제1c도는 예를 들면 머리 부분의 NMR 연구에 쓰일수 있는 직렬 연결된 2권수를 가진 NMR RF 코일의 개략도.

제1d도는 다른 종류의 종래의 NMR RF 코일을 도시한 것.

제2a도는 본 발명에 따라 만든 코일의 기본 소자를 이루는 단권수를 가진 새들(saddle)형 코일의 개략도.

제2b도는 본 발명의 NMR RF 코일의 개략도.

제3a도는 본 발명의 NMR RF 코일의 등가럼프(lump)소자의 회로도.

제3b도는 제3a도의 회로를 구성하는 다수의 반복회로 유니트 중의 하나를 도시한 것.

제4도는 두 점에서 동작될 수 있는 본 발명의 NMR RF 코일의 일실시예를 도시한 것.

제5a도는 도전성 루우프 소자에서 전류 방향을 도시한 본 발명의 NMR RF 코일의 평면도.

제5b도는 제5a도에 도시된 수직 세그먼트에서의 정현파 적인 전류 분포도.

제5c도는 제5a도에 도시된 코일의 도전성 루우프 소자에서의 전류 분포도.

제5d도는 윈도우가 형성되고, 변형된 루우프 소자를 가진 본 발명의 NMR RF 코일을 도시한 것.

제5e도는 몇개가 제거된 세그먼트들을 가진 제5b도의 코일의 수직 세그먼트에서의 전류 분포도.

제6a도 내지 제6c도는 각각 제5a도 내지 제5c도와 유사한 도면.

제7a도 및 제7b도는 본 발명의 NMR RF 코일의 양호한 실시예를 조립하는 데 편리한 도전성 패턴을 보여준것.

제8a도는 각 도체속에 형성된 가변 커패시터를 가진 다수의 수직 도체로 구성한 본 발명의 NMR RF 코일의 일실시예를 도시한 것.

제8b도는 제8a도에 도시된 실시예에 사용될 수 있는 가변 커패시터의 횡단면도.

제9a도는 각 단부에 고정 커패시터를 가진 다수의 수직 도체로 구성된 본 발명의 코일의 다른 실시예.

제9b도는 제9a도에 도시된 코일 실시예에 사용되는 커패시터 구조의 상세도.

제10도는 유전체를 포함한 망원결 경통 형태의 외측면에 판처럼 구성되고 짧은 평형 도선들을 가진 본 발명의 NMR RF 코일의 또 다른 실시예.

제11도는 유전체를 포함한 원통형의 외측면을 가진 나란하게 격리된 도선들로 구성된 본 발명의 NMR RF 코일의 또 하나의 실시예.

제12도는 본 발명의 NMR RF 코일에서 임피던스 정합에 쓰이는 다수의 고정 커패시터가 형성된 수직 도선중 선택된 도선의 상세도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1,3 : 평행한 단권선 5 : 구리판

7,9 : 접점 8 : 동조 커패시터

11 : 원통 21a,22a : 도전성 세그먼트

27a, 28a : 단자 33,34 : 커패시터 소자

71,73 : 루우프 소자 85 : 구리 패드

101 : 수직도체 104 : 가변 커패시터

130 : 수직 도체 155-160 : 단자들

본 발명은 핵자기 공명(NMR) 장치에 관한 것으로, 특히 무선 주파수(RF)를 송수신할 수 있는 NMR RF코일에 관한 것이다.

과거에 NMR 현상은 실험실에서 유기 분자의 분자 구조를 연구하는데 구조화학자들에 의해 사용되었다. 전형적으로 이런 목적을 위해 NMR 분광계들이 검사될 물질의 작은 샘플을 수용할 수 있도록 설게되었다. 최근에는, NMR 은 예를 들면 살아있는 인간 조직의 해부학적 연상을 얻는데 쓰이도록 발전하였다. 핵자기 스핀과 관련된 변수(전형적으로 조직내의 물과 관련된 수소의 양성자)를 표시하는 영상은 검사된 부분의 조기의 건강 상태를 결정하는 의학적 진단에 쓰일 수 있다. NMR 기술은 처음에 생체 기관의 화학적 과정을 연구하는데 쓰이는 한 도구로서 사용되었다. 그것은 또한 인, 탄소와 같은 원소의 생체내에서 분광 연구에 쓰일 수 있게 확장되었다. 영상을 발생하고 인간 조직의 분광 연구에 NMR을 사용함에 따라 자석, 그래디언트 및 RF 코일과 같은 특별히 설게된 시스템 부품들의 사용이 불가피하게 되었다.

본 발명의 배경에 대해 말하면, 핵자기 공명 현상은 홀수의 양성자들 또는 중성자들을 가진 원자핵에서 일어난다. 양성자 및 중성자의 스핀에 의해, 각각의 그러한 핵들은 자기 모멘트, 즉, 그러한 핵들을 포함한 샘플이 군질 정지 자계내에 위차될때 보다 많은 수의 핵자기 모멘트가, 자계방향에 따라 순수거시 자화 M을 발생하도록 정열된다. 자계 B₀의 영향으로 인가 자계에 따르는 또한 핵의 특성에 따르는 주파수에서 자계축에 관해 그 자기 모멘트는 세차운동을 한다. 그러한 각 세차운동 w은 라몬어 주파수로 불리워지며, w=rB으로 정의된다. 여기에서 r은 자기회전비율로서 각 NMR 동위원소에 대해 상수이고, B는 핵 스핀에 작용하는 자계로서 상기 균질 자계 B₀에 다른 자계를 합한 자계이다. 그러므로 샘플이 위치되는 자계 강도에 따라 공명주파수가 다르다는 것은 명백하다.

자계 B₀에 따라 정상적으로 방향진 자화 M의 배향은 라모어 주파수로 또는 그 근처 주파수로 진동하는 자계를 가함으로 섭동될 수 있다. 전형적으로, 그러한 B₁자계는 무선 주파수 송신 장치에 연결된 코일을 통해 무선 주파수 펄스로 자화 M의 방향에 수직으로 가해진다. 자화 M는 B₁자계방향에 대해 회전한다. NMR에서, 일반적으로 RF 펄스가 충분한 크기와 지속을 갖고 B₀자계 방향에 수직인 평면으로 자화 M을 회전하도록 인가되어야만 한다. 이 평면을 보통 수평면으로 부른다. RF 여기가 중지되면, 수평면으로 회전된 핵 모멘트는 물리적 과정의 한 변형으로 B₀자계와 재정렬되기 시작한다. 이 재정렬 과정에서, 핵 모멘트는 NMR 신호라하는 무선 주파수 신호를 방사한다. 이 NMR 신호들은 자계 및, 핵이 처한 특별한 화학적 환경의 한 특성이다. 핵으로부터 방사된 그러한 신호를 수신하기 위해 동일 또는 제2 RF 코일이 사용된다. NMR 영상화응용에 있어서, NMR 신호들이 공간정보를 NMR 신호로 부호화 하도록 쓰이는 자계 그래디언트의 존재하에 관측된다. 이 정보가 후에 본 분야의 공지의 방식으로 피검체의 영상을 재구성하는데 쓰인다.

인체 전부의 NMR 연구를 하는데는 균질자계 B₀의 강도를 증가시키는 것이 유리하다고 알려졌다. 이렇게 하기 위해 NMR 신호의 신호대 잡음비를 양성자 연상화의 경우에 개선해야할 필요성이 있다. 분광학에서, 그러나, 연구될 몇가지 화학 성분(예를 들면, 인과 탄소등)은 인체내에서 비교적 소수이므로 사용 가능한 신호를 검출하기 위해서 고 자계가 필요하다. 라모어 주파수에 관한 식으로부터 명백하듯이, 자계 B를 증가하면 그에 따라 w에서의 증가를 수반하고 따라서 송신기 및 수신기 코일의 공진 주파수에서의 증가를 가져온다. 이것은 인체를 수용할 수 있는 큰 RF 코일의 설계를 복잡하게 한다.

어려운 점들 중의 하나는 코일에 의해 발생된 RF 자계가 검사될 물체 전체에 걸쳐 균일해야 한다는 점이다. 또 다른 난점은 코일이 공진되는 최고 주파수를 제한하는 그러한 큰 코일에서의 고유분포 인덕턴스 및 용량에 기인한다.

현재 사용되는 코일들은 인덕턴스를 줄이고 공진 주파수를 높이도록 평행한 1권선 또는 2권선을 사용한다. 그렇게 적은 권선수를 가진 권선에서 공진 전류의 집중은 B₁자계의 균질성을 감소시키고, 피검체의 여러 부분에서 발생된 신호에 대한 감도를 떨어뜨린다. 더구나, 동조 커패시터의 위치와 1권선 코일의 표유 용량 사이의 비대칭성으로 인해 코일에서 불균일한 전류 분포가 되고 그에 따라 자계 B₁의 균질성과 신호 감도를 떨어뜨린다. 그러므로, 존 발명의 목적은 본질적으로 균일한 자계 B₁을 발생할 수 있고, 피검체에 대해 본질적으로 균일한 신호감도를 갖는 RF 코일을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 보다 낮은 RF 전력으로 동작가능하며, 개선된 신호 대 잡음비를 보여주는 NMR RF코일을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 여러 권선들에 분포되는 전류 및 동조용량을 가지나 1권선의 인덕턴스를 가진 효과를 나타내는 NMR RF 코일을 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면 NMR RF 코일은 공통 세로축을 따라 공간적으로 이격되어 배치된 한쌍의 도전성 소자를 포함한다. 루우프 소자는, 각각이 그들 사이에 직렬로 유도성 소자를 적어도 하나 갖는 도전성 세그먼트들로 전기적으로 상호 접속된다. 그 세그먼트들은 공통 세로축과 본질적으로 평행하게 배치된다. 본 발명의 한 실시예에서, 그 세그먼트들은 루우프 주변을 따라 이격되게 배치되어서, 그 결과의 배열이 4중 대칭 꼴을 갖는다. 다른 실시에에서 세그먼트들은 기하학적 배열이 4중 대칭을 하지 않고 이격될 수도 있다.

이하 본 발명이 양호한 실시예로서 첨부도면을 참조하여 상세히 설명될 것이다.

솔레노이드의 기하학적인 구조는 균질자계 B₀를 발생하는데 쓰이는 자석 설계에 자주 사용된다. 이런 구조는 NMR 영상화 시스템에 쓰이도록 RF 코일의 설계시에 두 제한 조건이 있다. 이런 제한의 하나는, RF 코일이 반드시 원통면으로 구성되어서 검사될 환자를 수용할 수 있게 솔레노이드 축을 따라 자유롭게 접근 가능하게 하여야 한다. 다른 또 하나는 RF 코일에 의해 발생된 무선주파수 자계 B₁가 자계 B₀의 축에 평행인 대칭 솔레노이드 축에 수직이어야 한다(전형적으로 직각 좌표계의 Z방향으로 선택됨).

제1a도 및 제1b도를 참조하면, 종래의 NMR 코일이 도시되었는데, 그 코일은 동조 커패시터(8) 양단에 점(7)(9)에서 구동되고, 병렬로 연결된 1권선(1)(3)으로 구성된다. 그러한 코일은 전형적으로 구리관(5)으로 만들어지며, 그 구리관은 제1b도에 도시된 바와 같은 고 유전 재료의 비도전성 원통(11)상에 설치된다. 코일 권선들 각각은 원통 원주의 120°을 덮는 크기이다. 접속부(7)(9)가 이뤄진 코일 부분은 원주의 약 60°를 덮은 크기이다.

최대의 RF계 균질성을 위해, 원통형의 세로축에 나란한 코일 측면은 원통직경(D)의 두배와 같아야 한다. 그러나, 두 직경 길이의 측면은 RF 에너지가 환자의 관심 없는 부위에 위치되기 때문에 실제적이 아니다. 그러므로, 실제에 있어서 코일 측면 길이는 약 1직경 길이로 감소된다.

제1c도는 제1a도의 것과 유사하나, 코일권선(15)(17)에 직렬로 연결되고 커패시터(18) 양단의 점(19)(21)에서 동작되는 종래의 RF 코일의 다른 실시예를 보여준 것이다. 제1c도에 도시된 코일은 전형적으로 머리 부분의 연구에 쓰인다.

제1d도는 구리 막으로 만든 2 도전성 루우프 소자(2)(4)로 구성된 종래의 RF 코일의 또 다른 실시예를 도시한 것이다. 스트립(6)에 대향한 제 2도전성 스트립(8)은 예를 들면 2개의 루우프 중 하나(2)에 연결되나, 그것과 루우프(6)사이에 형성된 공기 공간으로 다른 단에서 분리된다. 코일은 점(10)(12)에서 공기 공간 양단에서 부세된다. 전류는 화살표(14)로 표시되었다.

단일 권선이나 2권선들을 가진 RF 코일은 상기 설명된 바와 같이 고자계 강도에서 NMR 연구가 수행되도록 인덕탄스를 줄이고 공진 주파수를 증가하도록 쓰인다. 그러나, 앞서 언급한 바와 같이, 몇몇의 권선들에서 공진 전류의 집중은 B₁자계의 균질성을 감소시키고, 검사중인 샘플체적에서 신호의 감도를 떨어뜨린다.

더우기, 동조 커패시터의 위치와 예를 들면 단일 권선의 표유 용량 사이의 대칭 결핍으로 코일에서 비균일 전류 분포가 되고, 따라서 B₁자계에서 균일성이 감소된다. 낮은 권선수의 코일에서 표유 용량 효과중 하나는 완전히 코일루우프를 통해 전류가 순환되지 못하게 하고, 검사중인 물체를 통해 누설되게 하는 것이다. 이러므로 계의 균일성을 파괴하는 효과가 있다. 계의 균일성을 증가시키는 노력중의 하나로 직력 코일권 선수를 증가시키는 것은 그에 대한 좋은 실천적 해답이 되지 못하는데, 그 이유는 코일 권선수의 증가는 인덕턴스의 증가를 가져 오기 때문이다. 그래서 코일의 공진주파수에서 제한을 할 필요가 있다.

그러므로, 균일한 B₁자계를 발생하기 위해 코일 권선수를 제어할 필요가 있다. 또한, 위에 언급한 바와같이, 코일의 기하학적 구조는 환자를 위치 시키도록 그 세로(종)축을 따라 자유롭게 접근 가능하게 만들어야한다. 또한 B₁자계는 B₀자계의 방향에 평행하게 선택되는 대칭 원통축에 수직이어야 한다. 단일 권선 새들 코일은 이러한 제한 조건을 만족시키고, 본 발명에 따른 코일의 기본 소자이다.

제2a도를 참조하면, 단일권선 새들 코일이 두 병력 도전성 세그먼트(21a)(22a)로 구성되는데, 그 각각은 직렬로 함께 연결되는 커패시터(23a)를 가진다. 도체(21a)(22a)의 단부들은 공통 세로축(16)을따라 간격진 한쌍의 도전성 루우프(25a)(26a)상에서, 직경상에서 대향진 점들에 연결된다. 코일은 세그먼트(21a)에서의 커패시터와 병렬인 단자(27a)(28a) 사이에 연결된 RF 증폭기(20)와 같은 전원에 의해 동작된다. 화살표(29)는 이하에서 수직이라고만 지칭될 도전성 도선 세그먼트(21a)(22a)에 의해 한정된 평면에 수직인 B₁RF 자계를 발생하는 관련 전류 통로를 지칭한 것이다. B₁자계의 방향은 종래의 오른손 법칙에 의해 결정된다. 그 오른손 법칙은, 만일 오른손의 손가락들이 전류 전송 세그먼트 주위에 놓이고, 엄지손가락 방향이 전류 방향이라면 손가락 방향이 자계(B₁) 방향인 것을 의미한다.

본 발명에 따라 설게된 NMR 코일은 양호한 실시예에서, 제2b도에서 도시된 바와 같이 상부 및 하부 도전성 원형 루우프(25b)(26b) 주위에 연결되고, 균일한 간격으로 간격진 다수의 수직 도선 세그먼트(21b)를 포함한다. 루우프들은 정확히 원형일 필요는 없고 타원형 일수도 있음을 알아야 하며 검사될 물체를 그 안에 수용할 수 있는 개구를 가진 다른 형태일 수도 있는 것이다.

수직 도전성 세그먼트들 각각은 적어도 하나의 용량성 소자(23b)를 갖는다. 제2b도에 것과 각각 대응하는 다중 전류통로들이 제2b도의 화살표(29)로 지칭되었고, 이것들에 대한 것은 이후 상세히 설명된다. B₁자계의 균질성은 수직 도전성 세그먼트들의 수가 증가되면 될수록 증가한다. 이것은, 세그먼트수가 증가하면 그 결과의 자계가 여러 요인들에 의해 발생되어 한 도체의 효과가 감소되기 때문이다. 도체들의 수가 제한없이 증가될 수는 없는데, 그 이유는 인접수직 도체들의 사이 공간 간격이 전류흐름에 따라 자속이 지나가 균질 자계 B₁를 발생할 필요성이 있기 때문이다. 4,8,16,32개의 수직 도체들을 가진 코일들이 만들어 질 수 있다. 수직 도체 세그먼트들은 동일 간격으로 간격질 필요가 있다. 실제로, 환자의 용이한 관측을 위해 코일안에 형성된 윈도우를 가진 본 발명의 RF 코일의 실시예가 이하 상세히 설명된다. 균질 B₁자계를 발생하는데 필요한 것은 주변 도전성 루우프들 주위에 분포된 다수의 수직 도체들이 그 도체들 내의 전류가 정현파 분포를 이루도록 하는 것이다. 그 결과 본 발명의 코일은, 그 코일이 정현파 전압이나 전류에 의해 여자될 때 원통축에 대한 진동자계 횡파를 가진 단부가 개방된 원통으로 만들어진 공진 공동으로 생각될 수 있다. 이하 충분히 설명되는 바와 같이 다수의 가능한 공진 모우드가 있다.

제2b도에 개략적으로 도시된 본 발명의 코일의 보다 완전한 이해가, 제3a도에 도시된 이 코일 구조에 대한 럼프 소자 등가 회로를 연구함으로, 이루진다. 그 등가회로는 일반적으로 제3b도에 번호(30)로 지칭된 반복회로로 구성된 평형 사다리 회로망이다. 각 유니트는 유도성 소자(31)(32)를 갖는데, 그 소자 각각은 각각 그 단부들에 연결된 유도성 소자와 용량성 소자(33)(34)의 직력 연결 조합을 갖는다.

제3a도에 A로 지칭된 두 점이 상부 도전성 루우프(26B)를 완성하도록 결합되고, B로 지칭된 두 점은 하부 도전성 루우프(25b)를 완성하도록 결합된다. 인덕터(31)(32)는 코일의 상부 및 하부 도전성 루우프를 따르는 각 루우프 세그먼트(24)와 관련된 인덕턴스를 표시한다. 이러한 인던터들은 모두 유도적으로 결합된다. 마찬가지로, 인덕터(33)는 수직 도선 세그먼트(21b)와 관련된 것으로 또한 상호 결합된다. 어느정도까지 수직 도선 세그먼트들은 제2a도에 도시된 단일 권선에 비교해 볼때 감소된 순수 인덕턴스를 지니고 병렬로 접속된다. 반면, 상호 결합은 상부 및 하부 도전 루우프의 순수 인덕턴스를 증가한다.(루우프들에서 개개의 자기유도의 합과 비교해서) 실제에 있어, 루우프 및 수직 세그먼트 인덕턴스는 둘다 도전성 막의 넓은 띠로 구성하여 최소화된다. 이것은, 유연성 인쇄뢰로판을 사용한 도체들을 부식하여 만들어질 수 있다. 제3a도의 인덕턴스(31)(32)(33)를 최소화하기 위해 코일의 동작 주파수를 올리는 것이 바람직하다.

제3b도를 참조하면, 동작에 있어서, 점 E와 F 사이의 전압은 점 C와 D 사이의 전압에 대해 위상 이동되고, 전체 유니트(30)(제3a도)에 대한 누적된 위상 이동이 더해져 2π 라디안이 되는 주파수에서, 코일은 정상파 공진을 가진다. 이런 공진에서, 즉 1차 공진에서, 각각의 도선 세그먼트(21b)의 전류는 sin θ에 비례하는 것이 알려졌다. 여기에서 각도 θ(제2b도 참조)는 예를 들면 Y 축으로부터 측정된 수직 도선 세그먼트의 극좌표 각도이다. 그러한 정현파 전류 분포는 수직 도선 세그먼트(21b)들의 수가 증가하면 더욱 증가하는 균질 횡 자계를 발생한다.

제3a도의 점프 소자등가 회로로 표시된 코일 구성은 고차 횡파 자계분포를 발생하는 높은 주파수 공진 현상을 보여준다. 보다 높은 공진 주파수는 적당한 고주파 여기 전원을 사용해서 여기된다. 그러한 공진은 2차공진이라 부른다. 예를 들면, 회로망 주위에 누적한 위상 이동이 4π 라디안이 될 때, 수직 도선 세그먼트에서의 전류는 2θ에 비레한다. 이런 공진에 대해, 횡파 자계의 X,Y 성분은 대략 각각 X축, Y축을 따라 코일의 중앙에서 O를 갖는 선형 그래디언트를 보여준다.

제3a도의 점프 소자 등가 회로망을 표시한 특정 세트의 방정식들이 분석되어 풀어지는지는 아직 알려지지 않았다. 그런, 주기적 구조를 가진 파의 전파는 광범위하게 연구되었는데, 특히 고체물리학에서 점프 소자등가 회로에서 전류분포를 직관적으로 기술한 것을 지지해주고 있다. 사다리 회로망의 단부(A와 B, 제3a도 참조)를 연결하여 상부 및 하부 루우프를 발생하는 것은 결정 격자 이론에서 자주 사용되는 주기적인 경게 조건을 부과해준다.

2N 반복 소자(30)에 대해 (2N+1)루우프 전류와(2N+1) 선형 방정식이 존재한다. 만일 루우프(25b)(26b)의 전류가 평형을 이룬다면 1루우프 전류는 0으로 설정될 수 있다.

2N의 잔류 방정식들은 N 쌍의 고유해를 갖는 2N×2N 토플리쯔(Toeplitz) 매트릭스로 표시된다. 고유전류들은 sin nθ와 1＜n＜n내에서 비례한다. 그 방정식들의 숫치(numerical) 해답은 전류가 정현적임을 보여준다.

만일 원통이 4중 원통 대칭 구조를 갖도록 구성되면 몇가지 잇점이 발생된다. 여기에서 사용된 바와 같이, 4중 원통 대칭이란 것은 코일구조(루우프 주변을 따라 수직 세그먼트의 위치와 각각의 세그먼트내의 용량 값)가 그 세로축에 관해 90°회전하여도 동일한 구조라는 것을 의미한다.

예를 들면 4의 배수(4,8,12,16,32 등) 인 수직 세그먼트들을 가진 코일은 4중 대칭이다. 이 경우에, 1차 공진은 동일 공진 주파수에서 2 직각 축퇴 모우드를 가진다. 그 하나는 여기에서 X모우드라 칭하는데, 그것은 수직 도선의 전류가 sin θ에 비레할 때 X축에 평행한 RF 자계를 제공한다. 다른 모우드에서, 즉 Y 모우드에서, 전류는 cos θ에 비례하고, 자계는 Y축 방향내에 있다. 만일 RF 코일이, 제2b도에 도시된 단자(27b)(28b) 사이에서와 같이, 단일점에서 RF 증폭기(도시 안됨)로 부터 전력을 공급하여 동작되면, 오직 X 모우드만이 여기된다. 이 경우 공진회로는, 각각이 크기에서 H₁이 B₀자계의 방향에 수직인 횡 평면내에서 반대방향으로 회전하는 두 자계로 생각되는, 진동 RF 계 2H₁coswt를 발생한다. 핵은 2 회전 자계 중의 하나에만 반응하나. 그러므로, 잘못된 방향으로 회전하는 B₁성분을 발생하도록 사용된 전력은 낭비되나. 그러나, 만일, 제4도와 같이, 코일이 수직 도체(40)내의 제1구동점으로부터 90°떨어져 위치된 수직 도체(41)내의 제2구동점에서 전원과 90°위상차로 전력이 공급되면, 두 진동 자계는 벡터 법칙으로 가산되어 단일 회전 자계를 제공한다. 이 경우, 구동 전력에서 소비는 없을 것이다. 그러므로, 90°만큼 떨어진 두 구동점들에서 본 발명의 RF 코일을 구동하면 RF 전력 효율은 두배로 된다. 또한, 두 직각 모우드에서 발생된 잡음 전압이 상호 관련되지 않고, 핵으로부터의 신호가 상호 관련됨으로, 신호대 잡음비는 2 배 만큼 향상된다. 이 경우, 검출된 NMR 신호는 코일의 두 직각 점에서 샘플된다.

2축퇴 X,Y 공진 모우드들에 대한 수직성을 유지하기 위해서 부품의 허용 오차와 코일의 기하학 구조상에 제한 조건을 가하게 된다. 예를 들면, 두 모우드 사이에 유도 결합의 유효계수 K가, 코일의 Q값의 역수에 비교해서 작게 유지되어야 한다. 코일의 환자 부하가 높고, RF 전력 효 율이 낮은게 더욱 바람직한 고주파에서, 코일의 낮은 Q 값은 수직성을 달성하는 제한 조건을 약간 완화시킨다.

두 공진 모우드는, K×Q 적이 5% 보다 낮다면, 본질적으로 결합되지 않는다. 이 경우, 각 모우드는 회전자계를 발생하기 위해 정확한 위상 이동을 갖을 것이다. 8개의 수직 도체를 가져 4중 대칭을 가진 코일용 수직 및 루우프 도체들내에서 전류들의 방향은 그러한 코일을 보여주는 제2b도에서 화살표(29)로 표시되었다. 이러한 전류의 정현파 성질이 제5a도 내지 제5c도를 참조해서 이하 상세히 기술된다. 위치 θ=0°도 임의로 설정한 세그먼트내에 있는 점(27b)(28b) 들에서 앞서 언급한 바와 같이 코일이 전력을 공급받으면, cos θ에 비레한 최대 전류가 θ=0°에 위치된 세그먼트 내에서 원형내 점으로 표시된 바와 같이 지면으로부터 나오는 방향으로 흐른다. θ=45°와 315°에서 cos θ에 비례한 작은 전류는 θ=0°에 위치된 것의 인접 세그먼트내에서 동일 방향으로 흐른다. 대응 크기의 전류들이 대향 방향으로(십자표시로 표시된 것처럼 지면 속으로) θ=180°,135°, 225°에 위치된 세그먼트 내에서 흐른다.

도전성 세그먼트들내에서 흐르는 전류의 크기는, 위치각 θ가 수평축으로 표시되고, 전류 크기가 수직축으로 표시된 제5b도에 도시된다. 지면으로 부터 흐르는 전류들(45°,0°,315°)은 임의로 +값으로 표시된 반면, 지면 속으로 흐르는 전류들은 -값으로 표시되었다. 1차 공진 모우드에서, θ=90°, =270°에 있는 세그먼트들은 어떤 전류도 도통시키지 않는다. 실제로 그것들은 제거되고, 단락된 회로로 대체된다.

상부 도전성 루우프(26b)(제5a도)에 흐르는 전류 흐름 방향은 대략의 크기를 표시하기 위해 서로에 대해 크기 표시가 된 화살표(50)로 표시된다. 더욱, 루우프 전류분표는 각각 수평 및 수직축을 따라 표시된 각도 위치 및 전류크기를 나타내주는 제5c도에 상세히 도시된다. 그러므로, 45°와 90°사이의 전류, 315°와 270°사이의 전류는 각각 0°와 45°사이의 전류와 0°와 315°사이의 전류 보다 큰데, 그 이유는 전자의 전류들이 45°와 315°에서의 세그먼트들에 의한 전류를 포함하기 때문이다.

어떤 실시예(제5d도 참조)에서는 특히 머리부분 영상화용 NMR 에 쓰이는 코일들에 있어서, 환자의 얼굴을 쉽게 볼수 있는 수단으로 코일틀 내에 윈도우를 절결하는 것이 유익하다고 알려졌다. 이것은 윈도우를 절결하기 위해 수직 세그먼트들 중 몇 개를 제거하는 것을 필요로 한다.

이것이 이후 기술될 실시예에서 32 세그먼트들과 같은 밀접히 간격진 수직 세그먼트들을 가진 코일의 참 모습이다.

RF 자계의 균질성의 섭동을 최소화하기 위해, 전류를 흘리지 않거나 거의 흘리지 않는 그러한 세그먼트들을 제거하는 것이 바람직하다. 제5a도에 도시된 실시에에서, 90°나 270°에 위치된 도체중 하나가 계의 균질성을 해하지 않고 제거될 수 있다. 90° 세그먼트가 제거된 이 경우에 수직 세그먼트들내의 전류분포는 제5e도에 도시된다. 135°보다 작고 45°보다 큰 점들에서 전류 크기는 0이다.

32 수직 세그먼크들을 가진 실시예에서, 6 세그먼트들은 윈도우를 수용하도록 제거된다. 이 코일이 어떤 제어조정없이 만족스럽게 동작되는 것이 발견되었다. 양호한 실시예에서, 그러나, 제거된 세그먼트드리 제거된 전류 이송 용량에 대한 보상을 하기 위해, 증가된 전류를 수용하기 위해 윈도우 양측사에서 가장 가까운 세그먼트들내의 용량값을 증가시키는 것이 유익하다고 알려졌다.

어떤 머리(헤드)코일 실시예에서, 루우프 소자들중 하나를 구부려 일반적으로 새들형인 구성으로 하는 것이 바람직하다. 볼록산 루우프 부분(제5d도에서 J,K 부분)은 머리가 보다 완전히 코일로 둘러쌓이도록 어깨 부분들에 맞도록 되어 있다. NMR 헤드 코일에서 코일을 두 분리 가능한 코일 조립체로서 만드는 것이 유리하다고 밝힌 본 출원인에게 양도된 현재 출원중인 미국출원(G.E 번호 15-NM-2442, 본 발명의 배경으로 여기에서 참조로 수록함)에 기재되었다. 이 경우에, 제6a도에서 도표시된 것처럼 점 X, Y에서 상부 및 하부도체들로 개방회로롤 구성하는 것이 필요하다. 코일은 또한 θ=0 에서 에너지를 받아 동작중에 개방회로로 부터 반쪽의 두 코일은 단일 코일로 동작하도록 상호 인덕턴스로 결합된다.

제6a도는 제5a도와, 루우프 개방회로들로 인해 90°와 270°의 세그먼트들이 반대한향의 전류들을 이송하는 점을 제외하고는, 서로 유사하다. 이전 실시예에 대한 세그먼트 전류분포는 제6b도에 도시되고, 앞서의 예와 같이 θ=0°, 45°, 180°, 225°, 근처의 세그먼트들에 발생하는 최대 전류를 가지고 각도 θ에 의존하는 정현파적 기하 구조를 갖는다. 제6c도는 도전성 루우프 소자들의 전류분포를 도시한다. 최대 루우프 전류값은 W로 지칭된 90°, 270°보다 약간 큰 Q 값에서 발생한다.

만일 원한다면, 윈도우가 가장 낮은 전류 이송 도전성 세그먼트를 제거함으로 제6a도에 도시된 코일 실시예내에 형성될 수 있다. 그러한 세그먼트들은 제6a도에 W로 지칭된 지역으로 표시된 바와 같이 90°와 135°, 270°와 315°사이에 위치된다. 제6b도에서, 최소 전류들을 가진 세그먼트들에 이러한 지역들이 대응하고, 따라서 RF 계의 균질성에 최소 충격을 주는 것을 도시된다.

만일 코일구조(즉, 루우프 주변을 따라 수직 세그먼트들의 위치나 각각의 세그먼트내의 커패시터 용량 값)가 4중 대칭 구조와 다른 구조로 선택된다면, X와 Y 공진 모우드들은 직교하고, 상이한 주파수에서 발생한다. 두 공진을 여기하는 한 가지 방법은 앞서 기술한 바와 같이 두 발생원을 가지고 하는 것이다. 그러나, 필요한 주파수 성분을 가진 단일 발생원을 사용해서 두 공진을 여기하는 것도 가능하다. 성분값에서나 코일구조에서 작은 변화도 코일 Q 값이 충분히 크다면 중첩 공진을 발생할 수 있다. 이것은 단일 전원만 필요하다면 문제가 될 수 없다. 그런, 만일 코일 대칭이 순수하게 섭동된다면 무해하도록 주파수에서 두 공진중 하나가 충분히 변위될 수 있다. 한 가능성은 소망의 모우드가 전류 0을 가진 점들에서 상부 및 하부 도전성 링(25b)(26b)(제2b도)을 절결하는 것이다. 다른 가능성은 소망의 모우드에서 단락 회로들에 의해 아무 전류도 이송하지 않는 커패시터들(23b)을 교체하는 것이다. 단락회로된 세그먼트는 유효하게 큰 용량으로 나타나게 되어 바람직하지 않은 모우드의 공진 주파수를 낮춘다. 개방회로의 효과는 나타난 용량을 감소시키고, 공진 주파수를 증가시키는 것이다.

커패시터들(23b)을 적당히 선택함으로 두 공진 주파수를 조정하는 것이 비대칭 4중 구조에서는 유리할 것이다. X 모우드는, Y 모우드가 최소전류를 가지는 곳에서 최대 전류를 가진다. 그러므로, sin θ가 큰 커패시터를 증가시키고, cos θ가 큰 커패시터를 감소시킴으로서, X 모우드 주파수는 낮춰지고, Y-모우드 주파수는 올라간다. 그러한 코일은 NMR 이중(중첩) 공진 연구를 동시에 수행하는 데 유용하다.

예를 들면, 한 모우드는 양성자¹H 공진용으로 동조되고, 다른 모우드는 불소¹⁹F 공진용으로 동조 될 수 있다.

본 발명의 NMR 코일 설계는 원리상 생체 실험 NMR 연구에서 여러 가지 방법으로 실행될 수 있다. 양호한 실시예에서, 도전성 소자들(예를 들면, 21b, 25b와 26b, 제2b도)은 그들의 자기 유도를 최소화 하기 위해 도전성 막의 넓은 폭의 판으로 만들어진다.

예를 들면 또한 그들은 큰 직경을 가진 도전성 관으로 만들수 있다. 상부 및 하부 도전성 링들 사이의 거리는 루우프(25b)(26b)들의 전류로 인한 계의 불균질성을 감소시키기 위해 코일 직경보다 1배 이상이어야 한다.

만일 단일한 소정의 주파수로 코일의 공진하게 한다면, 고정 커패시터만을 사용해서 제2b도 이후의 코일 패턴으로 만들어지는 것도 가능하다. 그러나, 공진 주파수의 미세한 조정을 위해 실제로 몇개의 가변 소자들을 포함하는게 좋다.

X, Y 모우드 둘 모두를 동조하는데 최소 요건은 90°떨어진 두 수직도전성 소자들(예를 들면 제4도의 (40)(41))의 각각에서 가변 조정 커패시터를 위치시키는 것이다.이러한 두점들에서 용량에서의 작은 섭동은 계의 균질성을 크게 해치지 않는다.

공진 주파수를 광범위하게 조정하는 것이 필요한 경우, 동시에 모든 커패시터들을 동조하거나, 코일 조립체의 유효 인덕턴스를 변화시키는 것이 좋다. 인덕턴스에서의 작은 변화는 도전성 소자들의 막의 폭을 변화시킴으로 달성된다. 인덕턴스에서의 큰 변화는 두 도전성 루우프 사이의 거리를 조정함으로 수직 도체의 길이를 변화시켜 얻는다.

32세그먼트들을 가지며, NMR 머리부분 연구에 쓰이는 물리적 및 전기적 크기를 갖는 본 발명의 코일 제조방식이 제7a도와 제7b도를 참조로 이제 설명된다. 더 큰 직경을 가진 코일 몸체 구성 방식도 동일한 구성 방식을 따른다. 머리 부분용 코일(이하 헤드코일이라 칭함)은 주자계 B₀의 강도에 의해 결정되는 NMR 동위원소연구에 쓰이는 21, 31 MHz 주파수에서 동작한다. 일반적으로, 코일은 4 이중양면 구리-클래드테플론 수지 인쇄 회로판을 에칭(종래에 사용된 기법)하여 만든다. 그 회로판은 10.5인치(약 27센티미터)의 외경을 가진 원통상에 설치된다. 인쇄판의 각면은 상이한 도전성 패턴으로 에칭된다. 각 회로판은 약 8×12인치 규격이다.

제7a도를 참조하면, 원통상에 형성된 회로판의 한쪽(이하 내부 에치면이라 칭함)을 에칭하는데 쓰이는 도전성 패턴이 도시된다. 넓은 스트립(71), (73)들은 각각이 7/8인치 폭을 가지고, 도전성 루우프 소자들의 길이의

을 차지한다. 각각이 대략 10인치 길이와 1/2 인치폭을 가진 8개의 직선 도전성 소자(75)가 루우프 소자(71)와 (73) 사이에 연장한다. 직선 소자들은 루우프 소자(71)(73)들의 단부로부터 약3/8인치 만큼 오프셋된다. 직선 소자들은 구리가 에치되어 떨어진 1/2인치폭의 빈지역으로 서로 분리된다. 직선 소자(75)들의 인접한 것들은 교대로 형성된 공간갭(77)을 가지며, 교대로 소자(81)의 1/3은 루우프 소자(71), (73)에 연결된다.

제 2 갭 (79)이 대응 루우프 소자로 부터 직선 소자의 그 나머지

(83)를 분리하기 위해 각각의 직선소자내에 형성된다. 이런 방식으로, 각 직선 소자의 연결된 1/3 소자와, 연결되지 않은 2/3 소자들로 구성된 형태로 패턴이 형성된다. 인접 직선 도체들에서, 연결안된 소자(83)는 연결된 소자와 함께 갭(77)을 넘어 연장한다.

또 다른 패턴이 제7b도에 도시되며, 이후 외부 에치면이라 그것을 칭한다. 이 패턴은 제7a도의 패턴의 거울 영상이고, 그것과 동일한 칫수를 갖는다. 제7b도의 패턴이 제7a도의 것과 다른 점은 직선 도체부분(81)(83)이, 좁은 갭들로 에칭함으로 형성된 전형적으로 4개의 (그 이상이나 이하가 사용될 수 있지만) 구리 패드들(85)을 각각 가지고 있는 점이다.

내부 및 외부 에치면은 점 S, T, U, V가 점 O, P, Q, R 위에 각각 놓이도록 겹친다. 이런 방식으로 각각의 에치면(외부 및 내부면)상의 갭(77)이 각 면상에서 직선 소자(75)의 연결안된 2/3(83) 연속 부분과 연결된다. 갭(79)은 직선소자의 연속부분(71)과 연결된다. 구리막 세그먼트들과 인쇄회로 유전체와 조합은 각 직선도체의 길이를 따라 3직렬 연결된 커패시터를 형성한다. 각 직선 도체내의 순수 커패시탄스(용량)는 대략 같게 동조된다. 그 조성은 내부 및 외부면들의 중첩 지역을 변화시키기 위해 구리패드(85)들을 전기적으로 하나 이상 연결해서 달성된다. 양호한 실시예에서, 내부 및 외부 패턴은 이중면 인쇄회로 기판의 양측상에 형성된다.

스트립(71)(73)의 내부 및 외부 에치면들은 점 O와 S, P와 T, Q와 U, R과 V에서 함께 전기적으로 연결된다. 하나의 완전한 코일은 그러한 중첩된 상호 연결된 4개의 조립체를 필요로 한다. 반 코일은 전기적으로 2개의 조립체를 결합해서 만들어진다. 1/4 조립체의 점 O와 Q은 제 2 의 1/4 조립체의 각각의 점 P와 R에 전기적으로 연결된다. 이런 방식으로 구성된 2코일 반쪽들은 그들 사이에 전기 접속없이 원통 코일 형상에 설치된다.

루우프도체들을 두개의 반쪽으로 남겨두는 것은 앞서 언급한 바와 같이 2개의 바람직한 공진의 축퇴를 분리시킨다. 두 코일 반쪽들은, 동작시, 그중 하나가 예를 들면 (89)(91)(제7a도)의 점들에서 직선 도체내의 3커패시터중 하나의 양단에서 에너지를 받을때, 그들의 상호 유도에 의해 결합된다. 구동점 임피던스는 코일(부하된 코일)내의 환자 머리와 어떤 조정 없이 약 50 오옴이다.

양호한 실시예에서, 이중면 인쇄회로판 유전체(테플론 수지) 두껜느 약 0.006인치이다. 각각의 직선 도체안에 3커패시터들 각각은 대략 133 피코파라드로 조정된다. 각 커패시터가 동일값을 가지는 것이 중요한 것이 아니라 각 직선 도체의 순수 용량이 동일한 것이 중요한다. 균질한 RF 자계에서 소망의 공진 주파수는 21.31 MHz이다.

본 발명의 NMR 코일의 다른 실시예가 32 수직 세그먼트를 가진 제7a도, 제7b도에 도시된 형태를 뒤이어 구성된다. 이 코일은 11.5 인치 외경과 16.5인치 길이를 가진 원통상에 구성된다. 스트립(71)(73)(제7a도, 제7b도)은 0.25인치폭을 가진다. 직선 도체(75)는 5/8 인치 간격으로 간격진 0.5인치 폭을 지닌다. 이 경우, 각 직선도체에 10개의 갭이 있다. 이 갭은 갭(77)과 (79)와 유사해서 각 커패시터 값은 제7a도 및 제7b도의 실시예의 것보다 낮다. 코일 공진 주파수는 63.86MHz이다.

물론 본 발명의 개념에 대해 여기에서 밝힌 구성은 단순히 양호한 실시예로서, 실제로는 이 분야에 익숙한자들에 의해 여러가지 다른 방법이 있을 수 있음을 알아야 한다. 몇가지 예를 들면 제8a도와 제8b도, 제9a도와 제9b도, 제10도와 제11도를 참조로 이후 그 구성 방법이 설명된다.

제8a도는 상호 연결 도전성 루우프(102)(103)의 주변을 따라 동일 간격으로 간격진 수직도체(101)들을 가진 한 코일 실시예를 도시한 것이다. 각각의 도체(101)는 그것의 길이내에 형성된 가변 커패시터(104)가 형성된다.

제8b도는 한 가능한 구성을 보여준 가변 커패시터의 상세 종단면도이다. 그 커패시터는 내부도체부(101a)가 형성되고, 그 내부 도체부의 한 단부는 도체부(101b)의 종공부(107)속으로 연장한다. 도체(101a)(101b)의 다른 단부들을 도전성 루우프(102)(103)에 연결된다. 부분(101a)은, 수정이나 다른 적당한 유전체를 포함한 테플론 합성수지 중합체와 같은 유전체(108)로 형성한 슬리이브에 의해 도체(101b)의 중공부의 내부면으로부터 분리된다. 수직 도체(101)의 수는 물론 커패시터(104)의 수가 8과 32사이의 수(이것에 의해 제한되지 않음)로 선택된다.

모든 커패시터들은 그 장치의 길이를 변화시켜 동시에 조정될 수 있다. 길이와 함께 인덕턴스에서의 변화는 용량에서의 변화보다 보다 작은 효과를 나타낸다. 물론, 단일 공진 주파수만 필요하다면, 각각의 수직 도체(이 실시예에서나 이하 가술될 실시예에서)는 그와 관련된 가변 커패시터가 필요하지 않을 수도 있음을 이해해야한다.

제9a도와 제9b도를 보면 용량 변화보다 인덕턴스변화로 동조되는 본 발명의 NMR RF 코일의 다른 실시예가 도시된다. 코일은 각각이 단부에서 한쌍의 고정 커패시터를 가진 다수의 평행 수직 도체(110)들을 포함한다. 그 도체들은 한쌍의 평행 도전성 루우프(112)(113)의 주변에 평행으로 간격져 있으나 그 단부에서 한쌍의 커패시터를 형성하기 위해 진기적으로 절연된다. 제9b도는 커패시터가 형성된 방식을 상세히 도시한 것이다. 도체(110)의 각각은 예를 들면 루우프(112)내에 형성된 구멍(114)들을 통해 연장한다. 도체(110)는 구멍(114)을 따라 유전재로 만든 슬리이브(115)에 의해 도전성 루우프로 부터 전기적으로 분리된다.

코일은 단부 루우프(112)(113) 둘다른 서로 가깝게 하거나 멀리해서 또는 하나를 그렇게 이동함으로 동조될 수 있다. 이것은 코일의 용량을 변화시키지 않고서 인덕턴스를 변화시킨다.

본 발명의 RF 코일의 다른 실시예가 제10도에 개략적으로 도시되었다. 이 실시예에서, 다수의 평행 도체(120)가 그 단부(121)에서 전기적으로 단락되며, 유전체 원통(122)의 외면상에 붙여지거나 에치된다. 유사한 원통(124)은 원통(122)의 직경보다 더 약간 작은 직경을 가진다. 그것은 또한 그들의 단부(126)에서 단락된 다수의 평행 도체(125)가 그위에 플레이트된다. 원통(122)의 직경보다 더 작은 직경을 가진 원통(124)은 그 원통안에 미끌어질 수 있게 삽입되어 도체(120)과 (125)의 단락되지 않은 단부들이 중첩된다.

대응 정합 도선들 사이의 용량은 도체(120)와 (125)사의 중첩 정도에 따른다. 도선의 정렬된 때그 도선을 넣거나 빼어서(인덕턴스와 용량을 변화시키므로)또는 도체를 잘못 정렬되게 하나에 대해 다른 하나를 회전시킴으로 용량을 변화시킴으로 동조된다.

제11도는 병렬 고립된 도체(130)들이 유전체 원통(132)의 외면에 플레이트된 본 발명의 NMR RF 코일의 또 다른 실시예를 도시한 것이다. 한쌍의 도전성 루우프(133)(134)는 점선(135)(136)으로 표시한 위치까지 원통의 각 단부들 속으로 삽입되어, 원통벽을 포함한 유전체를 통해 도선들에 대해 용량적으로 결합된다. 원통의 세로축을 따라 루우프들을 속으로 또는 밖으로 이동시켜 우루프와 도체 사이의 중첩도를 변화시켜 용량을 변화시킴으로 그 장치는 동조된다. 또한 그 장치는 수직 도체(130)의 길이를 뱐화하기 위해 적어도 루우프들중 하나를 미끄러지게 하여 유도적으로 동조된다. 도체(130)는 원통 내부상에 위치될 수 있는 반면 도전성 루우프는 원통의 외측에 위치될 수 있음을 알아야 한다.

지금까지 설명된 모범적인 NMR 코일 실시예들 각각에 있어서, 중첩도를 변화시키거나 도전성 코일 소자의 상대길이를 변화시켜서 동조가 달성된다. 결합도의 정도나 도체길이의 변화에 필요한 상대 운동은 용량성 결합점에서 발생한다. 그러므로, 잡음이나 손실을 발생하는 접촉 저항이 없다.

유효 전력 전달이 정합 코일 입력 및 송신기 출력 임피던스를 갖는 것이 바람직하다고 인식될 것이다.

본 발명의 NMR RF 코일에서 이것은 제12도에 도시된 바와 같이 수직 도체(148)내에서 용량(150-154)와 같은 다수의 직렬 연결된 용량을 갖도록 함으로 달성된다. 이 경우, 소망의 임피던스를 제공하는 적당한 짝진 단자들(155-160)이 송신기 임피던스에 가장 적합한 정합을 제공하기 위해 요구되는 대로 선택된다. 두 구동점이 코일을 부세시키도록 사용될 때 유사한 직렬용량(161-165)이 제 1 구동 도체에 수직인 제 2 수직 도체(149)에 사용된다. 이 경우, 도체(148)(149)내에 있는 각각의 가변용량(166)(167)은 코일의 미세 조정에 사용된다. 구동점으로 사용되지 않는 그러한 수직 도체들에서, 회로를 공진하는데 필요한 용량은 직렬 연결된 커패시터의 스트링에 분포될 필요는 없으며, 대신 가변 동조 커패시터(169)를 포함한 수직 도체(147)로 연결된 바와 같이 제12도에 도시된 단일 용량(168)으로 럼프될 수 있다.

이상 기술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, NMR RF 코일은 전류와 동조 용량이 여러 권선에 분포도나 그 인덕턴스는 대략 단일 권선 코일의 것보다 작거나 같은 그러한 코일이다. 또한, 본 발명의 NMR RF 코일은 B₁자계의 균질성을 상당히 향상시키고 신호 감도로 높인다. 또한 코일의 기하하적 구조는 신호대 잡음비는 향상과, RF 구동전력의 감소를 가져온다.

지금까지 본 발명이 양호한 실시에들로 기술되었지만, 본 발명의 가르침에 따라 본 분야에 익숙한 자들에게는 여러가지 수정 및 변경이 가능하다. 따라서, 본 발명은 첨부된 특허청구 범위내에서 실시되는 것을 알아야 한다.

Claims

공통 세로축을 따라 일정관게로 간격진 한 쌍의 도전성 루우프 소자들과 ; 각각이 최소한 한개 이상의 직렬 연결되는 유도성 소자를 가지며, 상기 루우프 소자들의 각각의 주위를 따라 간격진 점들에서 상기 루우프 소자들을 전기적으로 상호 연결하며, 상기 세로축에 본질적으로 평행하게 배치되어 4중 대칭 구조를 갖도록 된 도전성 세그먼트들 : 을 포함한 NMR RF 코일.
제1항에 있어서, 상기 도전성 세그먼트들이 상기 루우프 소자들 각각의 주위를 따라 등간격으로 간격진 NMR RF 코일.
제1항에 있어서, NMR RF 머리 부분용 코일을 가져서 그 코일내에 머리가 완전히 위치될 수 있게 피검체의 어깨에 대해 고정 가능한 새들형 기하구조를 가진 상기 도전성 루우프 소자들중 하나를 포함한 NMR RF 코일.
제1항 또는 2항에 있어서, 상기 유동성 소자가 적어도 한개 이상의 용량성 소자를 포함한 NMR RF 코일.
제4항에 있어서, 상기 도전성 세그먼트들중의 하나에서 상기 용량성 소자중 적어도 하나 양단에서 상기 코일이 에너지를 받아 루우프 주위에 따르는 세그먼트 각도 위치에 따라 대략의 정현파 분포를 상기 세그먼트들 내에서 동작시에 이루는 전류를 달성하도록 하는 코일 부세 수단을 포함한 NMR RF 코일.
제5항에 있어서, 상기 정현파 전류 분포가 최소 크기에 가까운 곳의 루우프 주위에 따라 위치된 세그먼트들내의 상기 용량성 소자들이 단락회로를 포함한 NMR RF 코일.
제5항에 있어서, 상기 정현파 전류 분포가 최소 크기에 가까운 곳의 루우프 주위에 따라 위치된 세그멘트 들내의 상기 용량성 조자들이 개방회로를 포함한 NMR RF 코일.
제7항에 있어서, 상기 코일은 헤드코일을 가지며, 상기 도전성 루우프와 세그먼트들이, 세그먼트들이 개방회로에 의해 대체된 지역내에 윈도우가 형성된 원통형인 코일상에 설치된 NMR RF 코일.
제4항에 있어서, 2H₁coswt(여기에서 2H₁은 진동 RF 계의 크기이고, w는 그 RF 계으 공진주파수이며, t는 시간임)로 표시되고, 상기 세로축에 수직이며, 반대방향으로 회전하는 두 성분을 가진 진동 RF 계를 발생하도록 상기 RF 코일을 여기하기 위해 상기 세그먼트들중 제1세그먼트내의 용량성 소자들 중의 하나에 병렬로 연결된 제1발생원으로 상기 코일이 부세되는 NMR RF 코일.
제9항에 있어서, 상기 루우프들의 주위를 따라 위치되는 상기 세그먼트들의 각각의 위치를 표시하는 각도 θ가 상기 제1세그먼트로 부터 90°로 떨어진 상기 세그먼트들중의 제2세그먼트내의 용량성 조자와 병렬 연결되고, 상기 제1발생원과 90°위상차를 가진 제2발생원에 의해 코일이 부세되는 NMR RF 코일.
제10항에 있어서, 상기 제1, 제2 세그먼트가 다수의 직렬 연결된 용량성 소자들을 가지며, 그 직렬 연결된 용량성 소자들 사이에 공통점들이 상기 코일의 입력 임피던스를 조성하도록 선택 가능한 NMR RF 코일.
제9항에 있어서, 상기 제1세그먼트가 다스의 직렬 연결된 용량성 소자들을 가지며, 상기 직렬 연결된 용량성 소자들 사이의 공통점이 상기 코일의 입력 임피던스를 조정하도록 선택되는 NMR RF 코일.
제4항에 있어서, 상기 세그먼트를 각각이 제1부분 및 제2부분을 가지며, 그 부분들은 일단부가 상기 루우프 소자들중의 각각의 하나에 연결되고, 상기 제1부분의 타단부가 그 안에 요홈부를 가져서 상기 제2부분의 대응 부분의 타단부를 미끄러질 수 있게 수용할 수 있고, 상기 제1 및 제2부분의 상기 타단부가 유전재료로 분리되고, 상기 세그먼트들이 서로 상대 운동할 수 있어서 가변 용량 소자를 형성한 NMR RF 코일.
제4항에 있어서, 유전재로된 제1및 제2중공원통을 또한 포함하며, 그 원통은 서로 상대 운동할 수 있게 망원경식 통 방식의 운동을 할 수 있고, 상기 세그먼트들은 제1및 제2원통의 주 표면으로 지지되는 제1및 제2부분을 포함하고, 상기 제1및 제2도체부분은 상기 루우프 소자들의 각각의하나에 그 단부들의 하나가 연결되고, 상기 제1및 제2부분의 정합된 단부들은 서로 중첩되어서 용량성 소자를 형성하고, 그들 사이에 중첩된 정도는 상기 원통들의 상대 운동으로 조정 가능한 NMR RF 코일.
제4항에 있어서, 유전체로된 중공 원통과 ; 상기 세로축에 평행한 주 표면에 의해 지지되는 세그먼트를 지지하는 상기 원통면의 대향면 상에 배치되어 상기 루우프 소자들과 상기 세그먼트 사이의 중첩 지역내에 용량성 소자를 형성하는 한쌍의 도전성 소자들을 ; 포함하고, 상기 용량성 소자의 용량을 변화하기 위해 상기 중첩지역을 변화시키도록 상기 루우프 소자들의 최소한 하나가 상기 원통면 상에서 미끄러질 수 있는 NMR RF 코일.
제4항에 있어서, 상기 도전성 루우프 소자중 적어도 하나는 그것의 주위에 형성된 간격진 다수의 구멍을 가져 상기 세그먼트들의 대응 세그먼트들을 미끄러질 수 있게 수용할 수 있고, 상기 구멍들은 고정값을 가진 용량성 조자를 형성하도록 상기 루우프 소자로부터 상기 세그먼트를 전기적으로 절연하는 유전체와 함께 정렬되고, 상기 루우프 소자가 길이를 변화하기 위해 세그먼트들을 따라 그안에 형성된 구멍을 가진 NMR RF 코일.
제4항에 있어서, 상기 세그먼트들중 최소한 한개가 최소한 한개의 가변 용량성 소자를 포함 NMR RF 코일.
공통 세로축을 따라 일정 관계로 간격진 한쌍의 도전성 루우프 소자들과 ; 각각이 최소한 한개 이상의 유도성 소자를 직렬로 가지며, 상기 루우프 소자들의 각각의 주위를 따라 간격진 점들에서 상기 루우프 소자들을 상호 연결하며, 상기 세로축에 본질적으로 나란히 배치되나 4중 대칭 구조를 이루지 않는 다수의 도전성 세그먼트들을 ; 가진 NMR RF 코일.
제18항에 있어서, 상기 도전성에 세그먼트들이 상기 루우프 소자들의 각각의 주위를 따라 등간격으로 간격진 NMR RF 코일.
제18항에 있엇, 상기 코일이 NMR RF 헤드 코일을 포함하는데, 상기 도전성 루우프 소자들중의 하나가 머리가 완전히 코일내로 위치되도록 피검체의 어깨가 고정 가능하도록 일반적으로 새들형 기하구조를 가진 NMR RF 코일.
제18항 또는 제19항에 있어서, 상기 유도성 소자가 최소한 한개의 용량성 소자를 가진 NMR RF 코일.
제21항에 있어서, 루우프 주위를 따라 세그먼트 각도 위치 θ에 따라서 정현파 분포에 가까운 상기 도전성 세그먼트들내의 전류를 동작시에 성취하기 위해 상기 도전성 세그먼트들 중의 하나에 있는 상기 용량성 소자들중의 최소한 한개 양단에서 코일이 부세되게 하는 수단을 포함한 NMR RF 코일.
제22항에 있어서, 상기 부세되게 하는 수단은 제1 및 제2수단을 가져서, 각각 sin θ와 cosθ에 비례하는 세그먼트 전류 분포를 가진 제 1및 제2직각 공진 모우드들을 여기시키기 위해 상기 RF 코일이 부세되게 하고, sinθ가 큰 세그먼트들내의 상기 용량성 소자들은 고 용량 값을 가지는 반면 cosθ가 큰 세그먼트들내에서 상기 용량성 소자들은 사기 고용량값에 비해 낮은 용량값을 가져 상기 제1및 제2모우드들이 상이한 주파수에서 발생하는 NMR RF 코일.
제22항에 있어서, 제1 및 제2직각 공진 모우드들은 여기하기 위해 상기 코일을 부세하기 위한 수단을 포함하고, 상기 모우들중 하나가 바람직한 모우드이고, 한쌍의 도전성 루우프 소자들 각각이 그 루우프 주위를 따라 개방회로를 포함하고, 그 회로는 바람직한 모우드의 주파수에 대해서 바람직하지 않은 모우드의 주파수를 교체하기 위해 바람직한 모우드가 전류 최소치를 가진 NMR RF 코일.
제22항에 있어서, 제1및 제2직각 공진 모우드들은 여기 시키기 위해 상기 RF 코일을 부세하는 수단을 또한 포함하며, 상기 모우드들중 하나는 바람직한 모우드로서 바람직한 모우드에서 무시가능한 전류를 이송하는 세그먼트들내의 용량성 소자들이 바람직한 모우드의 주파수에 대해 바람직하지 않은 모우드의 주파수를 변위하도록 단락회로로 대체된 NMR RF 코일.
제22항에 있어서, 제1 및 제2수직 공진 모우드들을 여기하기 위해 상기 코일을 부세하는 수단을 포함하고, 상기 모우드들중 하나는 바람직한 모우드로서, 그 모우드의 주파수에 대해 바람직하지 않은 모우드의 주파수를 변위하기 위해 바람직한 모우드에서 무시할 수 있는 전류를 이송하는 세크먼트내의 상기 용량성 소자가 개방회로로 대체된 NMR RF 코일.
제26항에 있어서, 상기 코일이 헤드코일을 포함하는데, 상기 도전성 루우프와 세그먼트들이 개방회로들로 대체된 지역에서 윈도우가 형성된 원통 코일 형태상에 설치되는 NMR RF 코일.
제22항에 있어서, 상기 수단에 각각 θ=90°로 간격진 제 1및 제2 세그먼트들 상에 각각 배치된 제 1및 제 2 수단을 포함한 NMR RF 코일.
제28항에 있어서, 상기 제 1및 제 2수단은 각각이 다수의 직렬 연결된 용량성 소자들을 가지고, 그 용량성 소자들 사이의 공통점이 상기 RF 코일의 입력 임피던스를 조정하도록 선택될 수 있는 NMR RF 코일.
제22항에 있어서, 상기 수단이 다수의 직렬 연결된 용량성 소자들을 포함하고, 상기 직렬 연결된 용량성 소자들 사이의 공통점이 상기 코일의 입력 임피던스를 조정하도록 선택될 수 있는 NMR RF 코일.
제19항에 있어서, 상기 세그먼트들은 각각이 제 1및 제 2부분을 갖느데, 상기 부분들은 상기 루우프 소자들의 각각의 하나에 한 단부가 연결되고, 상기 제 1부분의 타단부는 그 안에 요홈부를 가져 상기 제2부분중 대응 부분의 타단부를 미끄러질 수 있게 수용하며, 상기 제 1및 제 2 부분의 타단부들이 유전체에 의해 분리되고, 상기 세그먼트들이 서로에 대해 운동할 수 있어 가변 용량성 소자를 이루는 NMR RF 코일.
제19항에 있어서, 상기 RF 코일은 유전체로 된 제 1및 제2원통형을 가지는데, 상기 원통은 서로에 대해 망원경통식으로 운동할 수 있으며, 상기 세그먼트들은 각각 제 1및 제 2원통의주 표면에 의해 지지되는 제 1및 제2부분으로 구성되며, 상기 제 1및 제2도체부분들은 상기 루우프 소자들의 각각의 하나에 그들의 단부중 하나가 연결되고, 제 1및 제2부분들의 정합된 단부들의 타단부들은 서로에 대해 중첩되어 용량성 소자를 이루고, 그들 사이의 중첩된 정도는 상기 원통의 상대 운동으로 조정가능한 NMR RF 코일.
제19항에 있어서, 상기 RF 코일은 상기 세로축에 평행한 그들의 주면상에 지지되는 세그먼트을 가지는 유전체료로된 중공 원통과 : 상기 루우프 소자들과 상기 세그먼트들 사이에 중첩된 지역내에 용량성 소자를 이루기 위해 상기 세그먼트을 지지하는 상기 원통 표면에 대향한 표면에 배치되는 한쌍의 도전성 소자를 ; 포함하고, 적어도 하나의 상기 루우프 소자들 중의 하나가 중첩지역을 변화시키기 위해 상기 원통상에 미끄러질 수 있게 배치되어 상기 용량성 소자의 용량을 변화하는 NMR RF 코일.
제19항에 있어서, 상기 도전성 루우프 소자들의 적어도 하나가 그것의 주위에 형성된 간격진 구멍들을 포함하여 상기 세그먼트들의 대응 세그먼트들을 미끄러질 수 있게 수용하며, 상기 구멍들은 고정값 용량성 소자를 이루기 위해 상기 루우프 소자로부터 상기 세그먼트들을 전기적으로 절연하기 위해 유전체와 정렬되게 배치되거, 코일의 인덕탄스는 그 길이를 변화하기 위한 상기 세그먼트들을 따라 형성된 구멍들을 가진 상기 루우프 소자의 상대 운동에 의해 조정되는 NMR RF 코일.
제19항에 있어서, 상기 세그먼트들중의 최소한 하나가 최소한 하나의 용량성 소자를 가진 NMR RF 코일.
공통 세로축을 따라 일정 관계로 간격진 한쌍의 도전성 루우프 소자들과 ; 상기 루우프 소자들의 각각의 주위를 따라 간격진 점들에서 상기 루우프 소자들을 전기적으로 상호 접속하며, 각각이 그와 관련된 유도성 소자를 가진 다수의 도전성 세그먼트들과 ; 상기 루우프 주위를 따라 상기 세그먼트들 각각의 각도 위치 θ에 따르는 정현과 전류분포를 상기 세그먼트들내에서 동작시에 달성하도록 부세되게 하는 수단을 : 포함한 NMR RF 코일.
제36항에 있어서, 상기 도전성 세그먼트들이 상기 루우프 소자 주위에 등간격으로 간격진 NMR RF 코일.
제36항에 있어서, 상기 코일이 NMR RF 헤드 코일을 포함하고, 상기 도전성 루우프 소자들들중의 하나가 일반적으로 새들형 기하구조를 가져 머리가 완전히 코일내에 위치되도록 피검체의 어깨를 고정 가능한 NMR RF 코일.
제36항에 있어서, 상기 유동성 소자가 최소한 한개의 용량성 소자를 포함한 NMR RF 코일.
제39항에 있어서, 상기 수단이 각각 Sin θ와 Cos θ에 비례한 세그먼트 전류 분포도를 가진 제 1및 제2직각 공진 모우드들을 여기하도록 상기 RF 코일을 부세하는 제 1및 제 2수단을 포함하고, 상기 용량성 소자는 Sin θ가 큰 세그먼트내에서 용량성 소자는 상기 고용량에 비해 낮은 용량값을 가져서 상기 제 1및 제 2 모우드가 상이한 주파수에 발생하는 NMR RF 코일.
제39항에 있어서, 상기 RF 코일을 상기 모우드중 하나가 바람직한 모우드인 상기 제 1및 제2직각 공진 모우드를 여기하도록 그 RF 코일을 부세하는 수단을 포함하며, 상기 도전성 루우프 소자들 각각은 바람직한 모우드에 대해 바람직하지 않은 모우드의 주파수를 변위하기 위해 최소 전류를 바람직한 모우드가 갖는 곳에서 그 주위를 따라 개방회로를 갖는 NMR RF 코일.
제39항에 있어서, 상기 RF 코일이 제 1및 제2직각 공진 모우드를 여기하도록 그 코일을 부세하는 수단을 포함하며, 상기 모우드들중 하나는 바람직한 모우드의 주파수에 대해 바람직하지 않은 모우드의 주파수를 변위하기 위해 단락회로로 대체된 NMR RF 코일.
제39항에 있어서, 상기 RF 코일이 제 1및 제2직각 공진 모우드를 여기하도록 그 코일을 부세하는 수단을 포함하며, 상기 모우드들중 하나는 바람직한 모우드인데, 바람직한 모우드에서 흐르는 무시할만한 전류를 이송하는 세그먼트내에서 용량성 소자가 바람직한 모우드의 주파수에 대해서 바람직하지 않은 모두드의 주파수를 변위하기 위해 개방회로로 대체된 NMR RF 코일.
제43항에 있어서, 상기 RF 코일이 헤드 코일을 포함하며, 상기 도전성 루우프 소자들 및 세그먼트들이 개방회로로 대체된 지역에 윈도우가 형성된 본질적으로 원통형인 통상에 설치된 NMR RF 코일.
제39항에 있어서, 상기 수단은 90°각도로 떨어진 제 1및 제2세그먼트들상에 각각 배치된 제 1및 제2 수단을 포함한 NMR RF 코일.
제45항에 있어서, 상기 제 1및 제 2수단들 각각은 다수의 직렬 연결된 용량성 소자들을 가지며, 그 용량성 소자들 사이의 공통점이 상기 RF 코일의 입력 임피던스를 조정하도록 선택가능한 NMR RF 코일.
제39항에 있어서, 상기 수단은 다수의 직렬 연결된 용량성 소자들을 가지며, 그 수자들 사이의 공통점이 상기 RF 코일의 입력 임피던스를 조정하기 위해 선택가능한 NMR RF 코일.
공통축을 따라 일정 관계로 간격진 한쌍의 도전성 루우프 소자들과, 각각이 최소한 하나의 비전도성 갭을 그 안에 가지면 상기 루우프 소자들이 그 단부들이 전기적으로 접속되는 다수의 도전성 세그먼트들로 구성된 제 1조립체와 ; 본질적으로 상기 제 1조립체와 동일하고, 상기 제 1 조립체내의 갭들에 대해 도전성 세그먼트들내에 형성된 갭들이 오프셋된 제 2조립체를 ; 포함하며, 상기 제 1및 제 2조립체가 서로에 대해 동축으로 배치되고 유전재료로 분리되며, 한 조립체내의 루우프 소자들이 다른 조립체내의 대응 루우프 소자에 전기적으로 상호 연결되고, 각 조립체내의 갭들이 한 조립체내의 갭이 다른 조립체 내의 당응 세그먼트의 연속부에 의해 브리지 연결되어 용량성 소자를 형성하도록 위치되는 것을 특징으로 한 NMR RF 코일.
제48항에 있어서, 상기 제 1및 제2조립체들 중의 하나에서 도전성 세그먼트들이 최소한 한개의 전기 절연된 도전성 패드를 포함하는데, 상기 도전성 패드는 비도전성 갭 지역에 있으며, 상기 용량성 소자의 용량을 조정하기 위해 상기 제 1및 제 2조립체들 사이의 대응 세그먼트들 사이의 대응 세그먼트 사이에 중첩 지역을 변화하도록 도전성 세그먼트의 나머지에 전기적으로 연결 가능한 NMR RF 코일.
제48항에 있어서, 상기 제 1및 제 2조립체가 하나의 인쇄회로판의 양면상에 조작된 상기 도전성 루우프 및 세그먼트 소자들에 대응하는 도전성 패턴을 포함한 NMR RF 코일.
제48항에 있어서, 상기 제 1및 제 2 조립체가 하나의 단일로 인쇄된 인쇄회로만의 양면에 조작된 상기 도전성 루우프 및 세그먼트 소자들에 대응하는 도전성 패턴을 포함한 NMR RF 코일.
제51항에 있어서, 상기 제 1및 제 2조립체들 각각이 다수의 부조립체들을 포함하고, 각각의 부조립체들은 상기 조립체들의 하나의 관련된 도전성 패턴의 일부를 조작한 것을 가지며, 부조립체들이 완전한 조립체를 이루기 위해 상기 루우프 소자들에 대응하여 그들의 대응 도전성 패턴 부분에서 전기적으로 상호 연결되는 NMR RF 코일.
제51항에 있어서, 각각의 도전성 그안에 형성된 한쌍의 개방회로들을 포함하여서 동작시에 상기 반쪽중 하나가 부세되고, 다른 하나가 상호 유도에 의해 그것과 다른 결합되는 NMR RF 코일.
제48항에 있어서, 루우프 주위를 따라 세그먼트 각도 위치 θ에 따르는 정현파 분포에 가까운 상기 세그먼트내의 전류를 동작시 달성하도록 상기 도전성 세그먼트들중의 하나에 있는 상기 용량성 소자들중 최소한 한개의 양단에서 상기 코일을 부세하는 수단을 갖는 NMR RF 코일.
제54항에 있어서, 상기 정현파 전류 분포가 최소 크기에 가까운 곳의 루우프 주위를 따라 위치된 세그먼트들내의 용량성 소자들이 단락회로를 포함한 NMR RF 코일.
제54항에 있어서, 상기 정현파 전류 분포가 최소 크기에 가까운 곳의 루우프 주위를 따라 위치된 세그먼트들내의 용량성 소자들이 개방회로를 포함한 NMR RF 코일.
제56항에 있어서, 상기 RF 코일은 헤드코일을 포함하면, 세그먼트들이 개방회로로 대체된 지역내에 윈도우가 형성된 본질적으로 원통코일 형상에 상기 도전성 루우프와 세그먼트들이 위치된 NMR RF 코일.
제54항에 있어서, 상기 수단이 각도 θ=90°로 떨어진 각각의 제 1및 제2세그먼트들에 배치된 제 1및 제 2수단을 포함한 NMR RF 코일.
제58항에 있어서, 상기 제 1및 제 2수단들 각각은 다수의 직렬 연결된 용량성 소자들을 가지며, 그 용량성 소자들 사이의 공통점이 상기 RF 코일의 입력 임피던스를 조정하기 위해 선택될 수 있는 NMR RF 코일.
제54항에 있어서, 상기 수단이 다수의 직렬 연결된 용량성 소자들을 가지며, 그 직렬 연결된 용량성 소자들 사이의 공통점이 상기 코일의 입력 임피던스를 조정하기 위해 선택될 수 있는 NMR RF 코일.
제48항에 있어서, 상기 RF 코일은 NMR RF 헤드코일을 포함하며, 상기 도전성 루우프 소자들중의 하나가 일반적으로 새들형의 기하 구조를 가져 코일내에 머리가 완전히 위치되게 피검체의 어깨부가 고정가능하게 된 NMR RF 코일.
제48항에 있어서, 도전성 세그먼트들이 상기 각각의 루우프 주위를 따라 등간격으로 간격진 NMR RF 코일.
제62항에 있어서, 상기 세그먼트들이 4중 대칭을 갖는 구성이 되도록 상기 루우프 각각의 주위에 간격져 배치된 NMR RF 코일.
제62항에 있어서, 상기 세그먼트들이 4중 대칭을 갖지 않는 구성이 되도록 상기 루우프의 각각의 주위에 간격져 배치된 NMR RF 코일.