KR910001860B1 - 핵자기 공명 영상화용 횡 그레디언트 자계코일구성 및 그 제조방법 - Google Patents

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Description

핵자기 공명 영상화용 횡 그레디언트 자계코일구성 및 그 제조방법

제1도는 원통형 코일형체상에 설치된 종래의 횡 그레디언트 새들형 코일을 도시한 등각도.

제2도는 평면상으로 코일의 위치를 배치한 전개도.

제3도는 원통형 축을 따른 정규화 위치 함수로서 축방향의 조면 전류밀도 분포를 나타내는 그래프.

제4도는 제1도체 도시된 코일에 의해 발생된 자계의 Z성분의 변화와 유사한 몇개의 곡선을 도시한 그래프.

제5도는 중심 횡평면 Z=0에 대해 네트(Net)자계의 성분, 즉 B,의 윤곽선을 도시한 그래프.

제6도는 경청면 Z/a=0.4292(a는 원통의 반경)에 대한 B,의 윤곽선을 도시한 그래프.

제7도는 평면 Y=0에 대한 B.의 윤곽선을 도시한 그래프.

제8도는 중심평면 Zo=0에 대해 종래의 횡 그레디언트 코일용 원통형 코일용적내의 동일 오차 윤곽선을나타내는 대수오차 그래프.

제9도는 평면 Y=0에 대한 동일오차 윤곽선의 대수오차 그래프.

제10도는 소망의 횡그레디언트 자계를 발생하는데 필요한 포면 전류밀도를 제공하는 본 발명의 코일 권선패턴을 평면으로 전개하여, 전류경로가 원통축을 따라 무한하게 연장된 이상적인 상황을 나타내는 도면.

제11도는 제10도의 코일권선 패턴에 따른 전류루프외에 전류 루프의 복귀경로를 포함하고 있는 그래프.

제12도는 원통에 대한 길이방향의 위치함수로서 표면전류 밀도의 두성분 6f 및 6r를 도시한 그래프.

제13도는 Zo=0.5에서 원통축에 수직인 평면에 대해 븐 발명의 코일에 대한 B,의 윤곽선을 도시한 것을제외하고는 제5도와 유사한 윤곽선을 나타내는 그래프

제14도는 윤곽선을 평면 y=0에 도시한 것을 제외하고는 제13도와 유사한 도면.

제15도는 윤곽선을 평면 Zo=0에 도시한 것을 제외하고는 제13도와 유사한 도면

제16도는 제1도에 도시한 코일을 90° 회전시킨 횡 그레디언트 코일의 제2세트를 도시한 것을 제외하고는 제1도와 유사한 등각도.

제17도는 제11도에 도시한 4개의 코일 세트중 하냐의 코일을 나선형으로 평면 전개한 도면.

제18도는 제17도의 도면을 약간 변화시킨 도면.

제19도는 NMR 영상화 시스템의 주요부분을 나타내는 블록도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

20a, 20b, 20c, 20d : 코일 30 : 원통형 코일형체

400 : 종합 데이터 처리 시스템 401 : 범용컴퓨터

402 : RF 송신기 403 : 디스크 기억장치

404 : 신호 애버리저 405 : 인터페이스 장치

406, 408, 410 : 그레디언트전력 공급수단 412 : RF 전력 증폭기

414 : 수신기 416.418,420 : x, y, z 그레디언트 코일

422 : 저잡은 전치 증폭기 424 : 송신기 코일

426 : 수신기 코일 428 : 자석

430 : 표시제어장치 432 : 표시장치

본 발명은 일반적으로 자계를 발생하는 전기코일의 제조에 관한 것으로서, 구체적으로는 원통과 같은 면에 전류가 연속적으로 분포되는 코일 및 전기회로의 구성을 위한 에칭방법에 관한 것이다특히 본 명세서에서 기술되는 방법은 핵자기공명 (NMR) 전신 영상화 시스템에 사용하기 위한 횡 그레디언트 자계 코일의 구성에 관한 것이다 그러나, 횡 그레더언트 자계 코일에 관해 본 명세서에 기술된 것은 단지 예에 불과하다는 것을 이해해야 한다 본 발명의 방법은 다른 용도의 코일들의 구성에도 동일하게 적용될 수 있다. 예컨대, NMR 영상 기술에 사용되는 쐐기 (shim) 코일의 구성에도 본 발명이 동일하게 적용될 수 있다 그외에도 본 발명은 NMR 시스템에 한정되지 않고 회로설계의 일부분으로서 하나의 면내에서의 연적전류 분포를 이용하는 임의의 경우에 적용될 수 있다. 그러나, 본 발명의 방법에 관한 완전한 예를제공하기 위하여, 본 명세서에서는 NMR 영상화 시스템의 필요조건과 횡 그레디언트 자계코일의 사용에 대해 기술한다.

최근 들어, 핵자기공명 현상을 이용한 단층사진 촬영 법으로 인간치 내부를 해부할 수 있는 의학적 영상을유리하게 구성할 수 있음이 밝혀졌다 NMR 방법은 물질의 샘플에 존재하는 각종의 원자성분을 알아내기위해 화학분야에서 과거 몇년동안 사용되어 왔으나, 이 기술을 영상화 응용한 것은 비교적 최근의 일이다. 현재, NMR 방법은 의료 및 진단 분야에서 그 응용빈도가 높다 NMR 영상화 방법은 또한 이전에는 얻을수 없었던 인간 및 동물의 생리학적인 과정 및 신진대사의 처리과정, 특히 인 및 인함유 화합물의 이용을 내과의사와 진찰 전문의사 및 다른 의학요원에게 제공할 수 있다.

적절한 동작을 위하여 사용되는 장치는 환자 또는 연구 대상의 배치되는 원통형 용적 (Volume)내에 몇몇의 개별 자계를 발생할 수 있어야 한다. 본 발명은 이들 자계중 하나의 자계를 형성하는 것에 관한 것이다. 예를 들면. 환자용의 원통형 용적의 축을 파라 배향되는 강한 일정 자제를 제공하는 것이 필요하다. 약 0.04 내지 1.5테슬러 (tesla) 또는 그 이상의 강한 자계는 상기 강한 일정 자계를 포함하는 것으로서 여겨진다 게다가, 길이방향 또는 x축 방향으로 강한 일정자계를 중첩하면, 길이 방향, 즉 z축 방향의 위치 정보를 제공하는 훨씬 더 작은 그레디언트 자계가 발생된다. 원통축에 수직인 평면에 위치 정보를 제공하기 위하여, 두개의 자계가 추가로 제공된다. 하나는 "x 그레디언트"라고 부르며,

가 일정한 자계 B를 제공한다. 다른 하나는 "Y 그레디언트"라고 부르며,

일정한 자계 B를 제공한다. 통상의 데카르트 좌표계에 있어서, x 및 V 방향은 서로 수직이다 본 발명의 목적은 횡 그레디언트 자계를 제공하는데 특히 유용한 권선패턴을 제공하는 것이다.

NMR용으로 통상 사용되는 횡 그레디언트 코일의 설계는 의료진단용의 치수가 큰 NMR 장치의 구성 및설계와는 다른 작은 샘플의 화학적인 평가를 대상으로 한 설계를 기초로 하고 있다 예를 들면, 1971년에◎thigh Homogeneity coils for NMR Apparatus"란 명칭으로 엠 .제이 .이 .골레이 (M.』 E.Golayj에게 허여된 미합중국 특허 제3.622,869호에는 원통형 코일 형체의 제한된 중심 영역에서만 소망의 선형도를 나타내는 새들형 (sa건le type) 코일구조가 기재되어 있다. 이와 유사하게, 1969년에 펜실바니아, 피츠버어그에서 개최된 제10회 연차실험 NMR 회의에서 "shim coils for supe「conductin◎ solenoid.j"란 명칭으로 제이 디·독(J.Dadok)에 의해 발표된 논문에 유사한 길일들이 기재되어 있다. 이들 참고문헌들이 17재되어 있는 코일들은 그것들에 의해 발생된 자계가 의료진단용으로서 요구되는 특성을 갖지 못하는 결점이 있다. 이들 코일들은 코일들이 감겨지는 원통형 형체와 비교해 작은 샘플에 적당하며, 샘플이 원통형 형체의 벽에 접근할정도로 큰 경우에는 적합하지 못하다. 이것은 NMR 영상화의 경우이다. 특히 이러한 필일들의 결점은 자계가 선형성에 직 벗어난다는 점이다 이러한 코일의 비선형성 자계방생으로 인하여 영상화될 대상이 상기선형성을 벗어 날때마다 바람직하지 못한 앨리어싱 (aliasing)을 야기한다. 예컨대, 의료용 진단의 경우에 앨리어싱으로 인하여 간장부분의 영상부분이 신장부분의 영상과 겹치게 되어 이 때문에 귀중한 데이타가 흐려진다. 종래에 사용되는 횡 그레디언트 코일의 또다른 바람직하지 못한 특징은 전류가 국부(일부)영역에 집중하는 경향이 있다는 것이다 이러한 현상으로 인해 코일의 인덕턴스가 증가하며, 고속으로 변화하는 자기그레디언트를 발생하는 코일의 능력이 저하된다. NMR 영상화용에서는 코일의 인덕턴스 및 저항을 가능한낮게 유지하여야 한다

또다른 횡 그레디언트 코일의 설계는 펀버트 존 슈더랜드(Robert John sulker land)의 박사논문에 제안되어 있으며, 이 논문에서는 무한장 원통을 가정하여 설계된 코일세트가 기재되어 있다. 그러나, 여기에 기재된 코일의 설계에는 만족할만한 전류 복귀 경로가 사용된 수학적 모델의 구조내에 제공되어 있지 않다는 점이다.

따라서, 전류 분포에 따라 인덕턴스를 감소할 수 있으며, 고선형성의 횡 그레디언트 자계를 발생할 수 있는 동시에 실제적인 크기로 용이하게 구성할 수 있는 횡 그레디언트 코일을 설계할 필요가 있다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면. 전류가 원통과 같은 면에 연속적으로 분포되게끔 특정화한 전기회로를 만드는 방법은, 특정한 전류 분포에 대응하는 전류의 유선(streamline)을 결정하는 단계와 ; 절연기질에 설치된 도전층으로부터 도전 물질의 얇은 선을 제거하는 단계를 포함하며, 여기서 상기 얇은 선은 전류의 우선에 대응한다.

본 발명의 특정한 일실시예에 따르면, 횡 그레더언트 코일은 원통형 코일형체와 : 방위 및 축 방향으로 배치된 4개의 권선루프 세트를 포함한다. 각 루프세트는 특정한 표면전류밀도 A (%5,Z)를 발생하도록 구성된다. 여기서 Z는 원통형 코일 형체상의 축방향 위치를 나타내며, 템은 방위각이다. 전류밀도 ;ㄴ (%5,Z)는 벡터량이며, 특정한 각도 성분 ;If(%5.Z) 및 길이방향 성분 Az(05,Z)을 갖는다(특히, Af(fS,Z) 및 Az(%5,2)는 제12도에 도시되어 있다) . 전류밀도 성분은 무차원함수 rr(%5,Z) 및 eg(%5,Z)로 설명되는 경우가 종종있다. 이들 함수는 코일의 전체 암페어-턴 수를 나눔으로써 Af(%5,Z) 및 Af((5,Z)로부터 얻어진다.

본 발명의 다른 실시 예에서, 전술한 권선루프세트와 동일한 구성을 가진 제2의 4개의 권선루프세트는 동일한 원통형 코일 형체상에 배치되지만, 전술한 권선루프세트에 대해 직각으로 배열된다. 이러한 횡 그레디언트 코일 세트의 쌍은 공간 구별을 위해 X 및 Y방향의 그레디언트 자계를 제공한다.

본 발명의 방법에 따라 제조되는 횡 그레디언트 코일은 가요성 절연회로 지판상에 종래와 같이 제조될 수 있으며, 원통 주위에 적당한 위치 및 배열로 감겨질 수 잇다. 이들 에칭된 코일들중 하나의 에칭 코일을 제조하기 위하여, 투명한 기질상에 전류유선의 도면을 컴퓨터의 제어로 제작한다. 이어서 상기 도면(사진이라고도함)의 네가티브로된 제2의 기질을 준비한다. 제2의 시이트(sheet)가 코일을 에칭하도록 마스크로서 사용되는 경우 원래 전류의 유선에 대응하는 얇은 선은 에칭으로 완전 제거된다. 그후에 나머지 물질은 저항값이 낮은 코일을 형성한다.

본 발명의 제1목적은 전기회로들, 특히 코일에 의해 발생된 자계가 특정한 연속표면 전류분포에 따라 정확히 결정되는 코일들을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 제2목적은 NMR 영상화 시스템용의 횡 그레디언트 및 다른 코일을 제공하는 것이다.

본 발명의 제3목적은 횡 그레디언트 NMR 영상화 코일의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 제4목적은 바람직하지 못한 가상 영상, 특히 앨리어싱 효과에 의한 가상영상의 발생을 제거하도록 고레벨의 자계 선형성을 나타내는 횡 그레디언트 코일을 제공하는 것이다.

마지막으로. 본 발명의 제5목적은 균일하게 선형으로 변하는 횡 그레디언트 자계를 제공하는 원통면상에 전류분포를 제공하는 것이다.

본 발명의 요지는 특허청구의 범위에 구체적으로 기재되어 있다. 또한 본 발명의 구성, 작용 그리고 그밖의 목적 및 잇점은 첨부도면을 참조로한 이하의 설명으로부터 알 수 있을 것이다.

제1도는 NMR 영상화 시스템의 횡 그레디언트 자계 코일들의 구성에 통상 사용되는 구성형태를 도시하고 있다 특히, 제1도에 도시된 코일 권선 패턴은, 원통형 코일형체 (30)의 축방향에 따른 성분을 갖는 자계를 발생하도록 구성된다. 즉 이방향의 자계성분 B2는 원통형 축에 수직인 방향으로 균일하게 선형 변화한다

도시된 코일 배열에서는 2a로서 코일의 직경을 나타내는 직경선 및 길이방향축 양자에 수직인 방향에서 측정된 자계에서 선형 변화하는 그레디언트 자계가 발생된다. 즉, 본 명세서에서 고려되는 원통형 코일형체의 반경은 a로 표시되며. 코일형체의 길이는 L로 표시된다. 반경 a 및 길이 L은 원통 또는 z-축에 따른 거리가 원통 반경 a의 배수로서 측정되기 때문에 본 발명에 관련한 설명을 이해하는데에 중요한 파라미터이다. 제1도에 도시한 코일 패턴은 자계의 소망 선형도에 근사한 자계를 발생한다.

그렇지만, 제1도에 도시한 전체권선 패턴을 이해하는 것은 본 발명의 구성 및 잇점을 이해하는데 도움이된다. 예를 들면, 횡 그레디언트 코일들은, 각각의 분리된 코일(2Ga,20b,20c 및 20d)이 원통형 코일 형체(30)둘레에 부분적으로 둘런싸이는, 새들형 형태로 배치되어 있음을 알 수 있다. 또한 네개의 코일이 채용되고, 그것들이 세 방향에서 대칭을 나타내도록 배치되어 있음을 알 수 있다. 첫째로, 코일들은 원통 또는z-축에 대해 대칭으로 배치되어 있다. 둘째로, 코일들은 x-축에 수직인 평면에 대해 거울 영상 대칭을 나타낸다. 세개로, 도시된 코일들이 Y-축 방향으로 그레디언트 자계를 발생하도록 구성되어 있기 때문에y축에 수직인 평면, 즉 x-z 평면에 대해 거울을 영상 대칭이 된다. 따라서, 횡 그레디언트 자계들을 발생하도록 일반적으로 채용된 코일들은, 제1도에 도시된 것과 같은, 고도의 대칭적인 배열로 다른 4개의 상한에 배치되어 있다.

원통면은 평면과 동일한 길이를 가지며, 평면영상으로 나타내는 것이 일반적으로 편리하기 때문에, 본 발명에 따른 코일들을 원통형 코일형체 또는 맨드릴(mandrel)에 감기기 이전의 평면 구성으로 배치하여 기술한다. 제2도는 4개의 코일들내의 소망 전류 흐름 방향을 가리키고 있다 물론, 이들 4개의 모든 코일들의 전류 방향들은 본 발명의 동작에 해로운 영향을 끼치지 않고 반대로 될 수 있다 게다가, 제2도에는 도면에 점선으로 도시의 코일(20a',20b',20c' 및 20d')로 도시된 다른 권선 패턴이 있다 아래 수평축은 코일의반경 a에 관련된 단위로 측정된 크기가 도시되어 있다. 구체적으로, 제1도에서 원통형 코일 형체상의 원주방향의 거리 및 위치는, 제2도의 좌측 수직측에 직선으로 표시되어 있다. 이것은 제1도에 도시된 제로(0,최상단)위치에1·1 시작되며, 라디안으로 측정된 원통형 코일형체 (30)의 원주에 따른 위치를 나타내는데,1/4 원주의 원호 긱이는 ny2 각도로 표시되고, 전체 원주는 2n 라디안으로 표시된다 제2도는 횡 그레디언트 짜계 코일에 대한 코일 권선 패턴들을 더욱 용이하게 나타내도록 평면으로 전개한 것이다. 특히, 비록제1도가 물리적인 실시예에 더 근접한다하더라도, 본 발명의 코일 형태는 제1도에 도시한 곡선형 코일형태보다 제2도에 도시한 장방향 코일형태로 횔씬 더 용이하게 알 수 있다 그러나, 본 발명의 코일권선 패턴은 신제로 원통현 코일형체 (30)상에 직접 형성되거나 둘러싸여 있다는 것을 알 수 있다 또한 본 발명의코일은 가요성 인채 회로기판물질에 적절히 배치된 다음 적절한 직경의 원형 주위에 둘러싸임을 알 수 있다. 추가로, 적당한 원통형 코일형체상에 직접 본 발명의 권선패턴들을 형성하는 것이 가능하다.

제2도가 각각의 네코일(20a,20b,20c 및 20d)을 단일 루우프로 도시하고 있지만, 다중 권선 코일이 통상적으로 적용되며, 권수와 전류가 소망자계의 세기를 제공하도록 선택된다.

본 발명에 대한 자계의 세기를 기술하는데 있어서 관련되는 자계는 원통축방향의 자계인 z성분, 즉 B,이다 일반적으로, 이 자계는 원통형 용적내의 위치에 달려 있다. 그럼에도 불구하고, 자계 Ba는 초전도자석이나 저항성 자석 또는 영구자석에서 통상 발생하는 커다란 일정한 성분 Bz를 포함하고 있다.

NMR 영상화 시스템에서, B₀는 통상 약 0.04와 2.0 테슬러 (Tesla) 또는 그 이상사이 값을 갖는다 그러나, 본 발명의 코일은 횡 그레디언트가 필요한 임의의 시스템에도 적용될 수 있다.

제1도 및 제2도에 도시된 권선 패턴에서, 제2도에서 수평으로 흐르는, 즉, 제1도에서 원통축에 평행인 전류는 원통형 용적내의 자계의 성분에 아무런 영향을 끼치지 못한다는 것을 알 수가 있다. 상기 방향으로의 자계의 방향큰 제2도의 수직 화살포로 표시된 전류들, 즉, 제1도에 도시된 권선의 원호 부분을 가로지르는 전류들에 치해 제공된다. 따라서, 이들 도선에서의 전류는 제1도 및 제2도에 도시된 권선에 대한자계의 z 성분의 특성을 결정함을 알 수 있다. 그러나, 제1도 및 제2도의 권선들에 의해 발생된 자계의성분은 비선형성 및 앨리어싱에 관련된 몇몇 문제점들로부터 영향을 받는다 제2도의 권선패턴의 설명의 인식든 이하 구체적으로 기술되는 소망 선형 그레디언트 자계를 발생하는데 필요한 표면전류분포를 이해하는데 도움이 된다. 예를 들어, 제2도에서 ψ=π선을 고려하고, 정규화 좌표 zya에 의해 측정된 길이방향위치의 함수로서 .11 선을 가로지르는 전룬 밀도를 고려하면, 제3도에 도시한 곡선을 얻는다.

제3:도는 길이방향 위치 함수로써 전류 밀도의 %5 성분 또는 원주 성분을 나타내는 구성도이다. 또한 제3도는 선 ψ=π를 가로지르는 4개의 전류 화살표에 대응하는 4개의 전류 밀도를 나타낸다 제3도에 도시된 각각의 전류 밀도는 도시한 코일들이 유한 폭을 가진 패턴으로 배치된 복수의 권수를 포함하고 있다는 사실을 반영하도록 유한 폭을 가지고 있다.

자계 B_Z의 특성을 나타내는 편리한 방법은 고체구형 고조파의 식 (수학적 의미에서)으로 자계를 전개함으로써 얻어질 수 있음이 발견되었다. 장치의 대칭성이 고려하여 전개시의 자계를 간단히 하면,

로 쓸 수 있다. 특히, 상기식은 길이방향 원통축 z에 수직인, 횡 방향에서 측정된 위치 x의 함수로서 B_Z의 변화를 나타내고 있다. 일반적으로, x는 -a와 +a사이에서 변화한다. 또한, B_Z는 다음과 같이 종래의 테일러 급수로 전개될 수 있다. :

상기 테일러 급수 전개의 결과가 제1 및 제2도의 권선 패턴에 대해 제4도에 도시되어 있다. 특히, 제4도는 정극 횡좌로 xyz의 함수로서 자계 Bg의 z 성분을 정규화한 도면이다. 또, 제4도의 그래프의 좌표는 인수 Gxa에 의해 정규화되었다. 여기서, Gn는 x 방향의 Bz 자계의 그레디언트, 즉,

이다. 제4도의 각각의 곡선은 횡 변수(xya)의 더 큰 배율을 나타내는 결과의 곡선을 도시한 것이다. 예를 들면. 곡선C₁₁은 항 x, x³, x⁵, x⁷, x⁹, 및 X¹¹을 포함하는 테일러 급수 전개시의 결과를 도시하고 있다. 곡선 C_e는테일러 급수 전개시 모든 항들이 적용되는 경우의 정확한 결과를 나타낸다. 이 결과들은 본 명세서에 적용된 분석방법이 정확함을 입증한다.

그러나, 제4도의 곡선들은 제1도 틴 제2도의 종래에 적용된 권선 패턴으로부터 야기되는 문제점들을 나타내고 있다. 이상적인 경우 곡선 C,은 횡 x방향의 소망 그레디언트 자계이다 간단히 말해서, 원통형형체의 한 벽으로부터 원통축을 통해 다른 벽으로 자계가 이동하는 경우, Bz(원통내의 자계의 z성분의 크기)가 선형으로 증가하는 변위를 나타낸다는 것이 필요하다. 선형 성으로부터의 편차가 크면 클수록 그레디언트 자계는 NMR 영상화용에서 요구되는 공간 분석의 소망 레벨을 제공하지 못한다 제1도 및 제2도의코일들이 오직 곡선 C,으로만 특징 지워지는 그레디언트 자계를 발생하는 경우 이러한 패턴들은 사용하는데 가장 바람직하다. 그러나. 코일들은 곡선 C,만으로 특징 지워지지 않는다. 특히, 코일들은 실제론 큰 비선형성을 가질뿐만 아니라 x가 대략 0.7a인정에서 역방향으로 나타나는 곡선 Ce로 된다. 이것은 앨리어싱, 즉, 원통형 형체의 벽에 인접하게 놓여 있는 대상이 더 중심위치의 영상에서 재생되어, 이미 중심위치에서 나타난 몸구조를 겹치게 하는 재구성 현상을 야기하므로 바람직하지 못하다. 실제, NMR 영상화 관점에서보면, 이러한 앨리어싱 영향은 간장의 영상이 신장의 영상과 겹치게 되는 것을 의미한다 분명히 이러한 영향들은 발생된 영상의 적절한 의학적 이해를 위하여 제거되어야 한다. 요약하면, 제4도는 소망의 이상적 그레디언트 곡선, 즉 곡선 C,뿐만 아니라. 제1도 및 제2도의 코일들에 의해 발생되는 실제그레디언트곡선, 즉 곡선 Ce를 도시하고 있다 곡선 Ce가 비선형성이고, 그것이 X=0.73이상에서는 역전하기 때문에, 제1도 및 제2도의 코일들은 영상화될 수 있는 대상의 크기를 몹시 제한한다는 것을 알 수 있다 이것은 전신 영상화용에 수용되지 않는다.

제1도 및 제2도의 그레디언트 코일과 관련된 문제들을 좀더 이해하기 위해서는 제5 및 6도를 고려함으로써 인식될 수 있다. 제5도 및 제6도는 자계 B.에 대한 동일한 세기 레벨의 윤곽선을 도시하고 잇다또한, 제5도 및 제6도는 z축을 가로지르는 횡 평면에 대한 윤곽선을 도시하고 있다 상기 도면에서와 같이, 길이방향 좌표 및 횡좌표축은 채용되는 코일 형체의 반경 a와 관련하여 정규화되었다 특히. 제5도는평면 zf=0에 대한 B,의 윤곽선을 도시하고 있다. 도시된 그레디언트 자계는 x 방향의 그레디언트이다. 특히, 제5도는 x/a=0.7 주위에 일어날 수 있는 앨리어싱 영향을 도시하고 있다 그러나, B.에 대한 중심자계는 비교적 좋은 선형성을 나타낸다. 이와달리, 선형성의 영역의 범위는 제한된다 제6도는 8.에 대한윤곽 구성도가 평면 Zr/a=0.4292를 통해 취해진 것을 제외하고는 제5도와 매우 유사한 도면이다. 이 횡평면은 제1도에서의 내부 전류 원호의 위치에 대응한다. 이 횡평면에서 앨리어싱 문제는 상당히 감소되지만 선형성은 이상적이지 못한다는 것을 알 수 있다. 제5도 및 제6도는 본 발명의 코일 구조로 얻어진 B,에 대한 윤곽선을 도시한 제13도 및 게15도와 비교될 수 있다. 또한, 동일한 크기의 B,의 윤곽선을 도시한 제7도를 고려함에 의해 잘 비교가 이루어질 수 있다. 그러나, 제7도는, 횡축 및 원주 위치에 따른 거리의 함수, 즉 각각 횡좌표와 길이방향좌표로 적용된(제2도에서와 같이 ψ가 아닌)변수 z/a 및 ρ/a의 함수로서 구성되었다는 점에서 제5도 및 제6도와는 다르다. 제7도에서 참조 부호(30)으로 표시된 두개의 수평선은 원통형 코일형체 (30)의 위치를 가리킨다.

제1도 및 제2도의 새들 코일에 의해 제공된 불완전한 윤곽선으로 인해, 소망의 이상적인 자계와 발생된 실제자계간에 차이가 존재한다. 제8도 및 제9도는 이상적인 상태로부터의 편차를 나타내는 대수 오차 그래프이다. 제8도 및 제9도 양자는 대수 크기에 따라 구성되고 백분율로 측정된 것으로. 동일한 오차 크기의 윤곽선을 도시하고 있다. 제8도 및 제9도에 도시된 구성은 그 자체 오차의 절대값을 사용하여 구성되었다. 따라서, 앨리어싱 제8도 및 제9도의 구성과 동일한 방법으로 그 자체를 명시하지 않았단. 그럼에도 불구하고, 길이 방향측에서 멀리 이동함에 따라 이상적인 자계와 심한 편차가 있다는 것을 명확히 알 수 있다. 그 편차는 z축에서 멀리 떨어진 영역일수록 증가한다. 제8도는 중심 횡평면 zf=0에 대한 대수오차구성도이다. 제9도는 제9도에 도시한 동일한 오차 윤곽선이 길이방향 x-z 평면, 즉 Y:0을 따른 평면에도·:1되어 있다는 것을 제외하고는 제8도와 유사한 대수오차 구성도이다. 도시된 윤곽선이 이상형으로부터의 백분율 편차의 절대값에 대한 것이지만, 평면의 다른 영역내의 편차 방향을 나타내도록 플러스(+) 및 마이너스 부호를 제9도에 사용하였다. 전술한 바와 같이, 이상형으로부터의 편차는 z축으로부터의 거리와 함께 증가함을 찰 수 있다.

제5도, 제6도, 제7도, 제8도 및 제9도에는 적용된 간격 및 윤곽 값을 나타내는 부호 C가 사용되었다. 이와 유사하게, 범위는 구성된 오차량과 B,의 값에 대한 상부 및 하부 값들을 표시하여 명기되었다. 이들 숫자들은 도시된 그래프를 구성하는데 사용된 컴퓨터 프로그램의 부분으로 적용되었다. 그것들은 제1도 및 제2도의 코일에서 발생할 수 있는 상대오차 크기를 이해하는데 유용하다. 제1도 내지 제9도는 두가지 목적으로 본 명세서에 제공되었다. 첫째로, 제1도 내지 제9도들은 횡 그린디언트 자계를 발생하는데 사용된 종래의 더욱 단순한 새들 코일 구조와 관련한 문제점들을 나타내도록 제공되었다. 둘째로, 제1도내지 제9도의 그래프, 특히 제1도 내지 제4도는 본 발명을 용이하게 이해하도록 제공되었다. 제3도에 예시된 바와 같이, 제1도 및 2도의 코일 구조는 z축에 따른 길이방향 위치에 따라 변화하는 전류 밀도 분포만을 제공한다는 점에서 비교적 간단한 것이다 원주위치의 함수로써, 즉 Bg 자계의 정보와 적어도 관련된 전류 밀도 된포의 변화는 없다 제1도에서 길이방향으로 배향된 코일부분에 흐르는 전류는 z방향의 자계 성분을 발생하지 않는다. 예컨대, 기초물리학의 오른손 법칙의 간단한 응용이 이상황을 입증한다. 따라서, 제1도 내지 제9도에서 B_Z를 기여하는 전류 밀도 분포는 각위치의 함수가 아니다 이러한 사실은 적어도 부분적으로 제1도에 도시한 간단한 구성을 설명한다 그러나, 본 발명에 있어서, 표면 전류 밀도는 분포는 B_Z그레디언츠 자계의 소망 선형도 및 균일도를 제공하도록 길이방향 및 원주 좌표에 의존한다.

지금까지 제1도 내지 제9도는 소망의 횡그레디언트 자계를 발생하도록 새들 코일 구조의 사용을 예시하는데 적용되었다. 그러나, 이제부터는 본 발명에 따른 표면 전류 둔포 패턴이 고려된다. 특히, 이러한 패턴은 제10도에 도시되어 있다 이하 기술되는 패턴의 네가티브는 제10도에 도시된 것과 유사한 패턴으로 가요성 인쇄회로 기질상에 배치된다 제10도는, 제2도에 도시된 것과 아주 동일하게, 4개의 다른 코일 세트들이 적용된 것을 도시하고 있다. 그러나, 전류 복귀 경로는 silo도에 도시생략되어 있다. 제to도는 전류 경로 분포의 이상형의 부분을 나타내고 있다. 도시된 전류 경도의 곡률성으로 인하여 표면 전류 분포의 원주성불·이 Bz에 기여하는 성분을 가진다는 것을 쉽게 알 수 있으며, 또한 그 성분은, 변수 (5로 특징 지워지는 원주 위치의 함수가 된다. 또한, 코일들의 위피 설정에 있어 높은 대칭도가 존재하고 있다는 것은 제10도에 분명해진다. 이 코일들이 원통형 코일형체 (30)둘레에 둘러 싸여졌을때, Z_φ=0 평면을 가로지를뿐만 아니라x-z 평면에 대해 거울 대칭이 됨을 알 수 있다. 이 대칭조건의 결과로서, 제10도에 도시된 4개의 전류 분포 패턴들중 한 세트를 기술하는 것이 필요하다. 다른 패턴들은 전술한 바와 같이 대칭으로 배열된다. 특히, 제10도의 상부 좌측 상한의 패턴이 고려된다. 이 권선패턴은 원호의 직경 부분들이 도시된 패턴의 가장자리상에 있도록 집 중형으로 배열되고 위치설정된 증가하는 반경의 반원형 원호의 시이묀스(sequence)를 포함하고 있음을 알 수 있다. 더우기, 증가하는 반경과 함께 전류 분포 패턴들은 그들이 배치된 장방형 상한의 형태가 증가됨을 알 수 있다 이와 같이 권선 패턴들을 구성하면 횡 그레디언트 자계의 선형성 및 앨리어싱 문제를 개선 및 완화시킬 수 있다. 전술한 것으로 본 발명을 실시하는데 충분하지만, 바람직한 구성패턴은 이하에 구체적으로 기술되는 제12도에 도시된 전류 밀도 분포들에 따른다. 그렇지만, 제10도에 도시된 특정 패턴들은 소망의 횡 그레디언트 자계를 제공하는 전류 밀도 분포에 대한 바람직한 실시예들이다.

제10도의 권선 패턴에서 이 전류 흐름을 제공하기 위하여, 소망의 전류 레벨로 각 권선들을 구동하는 것이필요하다. 특히, 본 발명에 있어서, 동일 전류가 제10도에 도시된 각 권선 루우프에 공급된다. 자계 방정식은 동일 전류 레벨의 루프가 적용된다하더라도 복잡하기 때문에 제시하지 않는다.

그러나, 그 자체가 자계들을 발생하는 전류원에 와이어 루우프들을 연결하는 것이 필요하기 때문에, 제10도의 코일의 패턴에 의해 생성된 전류 분포의 선형성 및 균일성의 최소 변형을 발생하는 방법으로 복귀 전류 경로들을 제공하는 것이 필요하다. 제11도는 전류원에 각 코일 루우프들을 연결할 필요성의 결과로서 소망 자계의 교란을 효과적으로 최소화 하도록 적용될 수 있는 각 루우프에 대한 전류 복귀 경로들의 한 세트를 도시하고 있다. 또, 제11도의 코일들은 본 발명의 구체적인 실시예를 도시하고 있다. 그러나, 더 실제적인 패턴들은 이하에 기술되는 제17 및 18도에 도시되어 있다.

본 발명의 전류 분포 경로가 대략 상기에서 기술되었지만 각각이 그 독립 변수로서 z-축을 따라 길이 방향 위치를 가진 한쌍의 표면 전류 밀도 분포의 함수로서 명확하게 기술된 전류 경로를 제공하는 것이 본 발명에서 바람직하다. 특히 제10도에 도시된 코일 패턴들은 전류 밀도 분포의 원주 성분 σ_φ(z) (여기서 λ(z) = ca(cosψ) σ_ψ(z)이다)이 제12도에 도시된 방식으로 길이 방향 위치와 함께 변화할때, 그리고 표면 전류 밀도 분포의 길이 방향 성분 σ_Z(z) (여기서 λ_Z(Z) =cz(sinψ) σ_Z(Z)이다)이 제12도에 도시된 두꺼운 사선곡선으로 도시된 방식으로 길이 방향 위치와 함께 변화할때 발생되는 결과를 수학적으로 나타내고 있다. 따라서, 제12도에 예시된 바와같은 표면 전류 밀도 분포들은 본 발명의 양호한 실시예에 적용하는 권선 패턴들을 완전하게 결정한다. 특히, 제12도에 도시된 곡선들은 전류 복귀 경로들이 포함되어 있으며, 제11도에도시된 권선 패턴을 결정한다. 함수 σ_Z(z)는 세개의 곡선 위치 A,B 및 C로써 특징 지워진다. 구간 a≤z≤b에서 σ_Z(z)는 M₁Z+b₁식으로 표시되며, 여기서 M,은 제12도에서 연산된 기울기이다. 유사하게, b₁은 수직축 교차값이다. 곡선 A에 대한 식은 공지된 기울기-절편식으로 표시된다. 이와 유사하게, 구간 b≤z≤c에서, σ_Z(z)는 MEZ+b,(곡선 B)로 주어지고, 구간 b≤z≤c에서, σ_Z(z)는 -M_Z+b₃(곡선 C)로 주어진다.M₁,M₂,b₁,b₂,b₃,a,b,c 및 d에 대한 사용 가능한 값들은 제12도의 곡선으로부터 쉽게 알수 있다.

z＜a 또는 z＞d의 값들에 대해, σ_Z(z)=0이다. 부호 a는 두부 분으로 구별하여 적용될 수 있으나. 문맥상식별 가능한 의미들이다. 유사한 방법으로, 함수 σ_ψ(z)는 σ_Z(z)가 정의된 동일 구간들에 해당하는. 세개의별개의 곡선 부분 D,E 및 F의 특성을 나타낸다. a≤z≤b에 대해, σ_ψ(z) =-k₁이고, b≤z≤c에 대해 σ_ψ(Z)=+k₂이며, C≤Z≤d에 대해 σ_ψ(Z) =-k,이다. 다시 말하면 σ_ψ(Z)=0이다. 추가로, 충전 에너지 보존 법칙은 동일한 제12도의 일정 부분들을 필요로 한다.

실제로, 네트(net)전류 흐름은 제로(0)이어야 하므로

이다.

이식은 곡선들을 설명하는 특정 파라미터 라기 보다는 B2에 대해 요구되는 식을 형성하는데 중요한 곡선치식임을 주목해야 한다. 또한, 약한 점선으로 표시된 바와같이, 더큰 선형성을 가진 코일들은 ff(z) 곡선의중간 부분이 도시된 바와같이 위로 구부러진 단부 영역을 가진 것을 나타낸다. 제10도 및 제11도에 도시된것과 같은 권선 패턴들을 적용하는 잇점은 제13도, 제14도 및 제15도에 도시된 B,에 대한 윤곽선들에서 명·확히 증명된다. 제13도와 제15도에 도시된 도면들은 서로 유사하지만, 단지 그 차이점은 제15도의 도면이:1=0로 정의된 횡평면에 있는 윤곽선들을 나타내고 있는 것이다 이 평면은 원통형 코일 형체 (30)를 두개의동일한 부분돈로(수학적으로) 이등분한 중심 평면이다 한편, 제13도는 z=0.5로 정의된 평면에 있는 Bz에·대한 윤곽선들을 나타내고 있다. 이 후자의 평면의 위치는 제14도부터 더 쉽게 알수 있으며, 여기서 제13도베 도시된 평면은 원통형 코일 형체(30)의 벽들에 수직하도록 그리고 길이 방향 원통축에 수직하도록 제14도에 직각으로 놓이며, 또한 점 z/a=0.5를 통과한다

따라서, 원통벽과 평면 z/a=-0.5, z/a=+0.5에 의해 제한된 용적은 z 방향의 성분이 횡방향에서 큰선형으로 변화하는 자계를 내부에 포함하고 있음을 알수 있다. 이것은 Br에 대한 윤곽선들이 횡평면 Y=0·체 대해 도시된 제14도에 도시되어 있다. 이 평면은 원통형 형체의 벽들을 통과하고, 길이 방향 원통축을 포함한다. 평면 y:0의 배향은 제14도에서 원통형 코일 형체의 벽들을 가리키는 선들의 위치들을 고려함에 의해 아주 잘 알수 있다. 제14도는 B,의 선형성의 개선을 알수 있도록 제7도와 비교되어 진다 특히, 앨리어싱 영향으로 일어나는 Br 자계의 왜곡은 더이상 나타내지 않음을 알수 있다.

지금까지 기술한 것은 횡 그레디언트 코일들중 단일 세트에 대한 네개의 권선 패턴들의 한 세트의 적절한 형성에 주로 관련된 것이다. 제1도에 도시된 바와같이, y 방향으로 그레디언트를 발생하기 위한 한 세트의 횡 그레디언트 코일들은 4개의 코일로 구성된 세트를 포함한다. 그러나, NMR 영상화 장치들의 일반적 동작을 위하c)B, 두개의 이러한 횡 그레디언트 코일 세트가 일반적으로 요구된다 특히, 대부분의 NMR 영상화 시스템에 있어서, 이들 코일들은 x 방향에 소망 그레디언트와, y 방향으로 제2의 소망 그레디언트를 발생하도록 배치된다 또한, 이들 2개의 그레디언트 자계는 NMR 영상 투영이 일어나는 선형축을 형성한다. 따라서 푸영 방향은 x 및 Y 그레디언트 코일 세트들의 적당한 여기 레벨들로 선택될 수 있다. 이들 그레디언트 코일 세트들은 서로 직각으로 배향되는 그레디언트 자계들을 발생하도록 배치하는 것이 바람직하지만, 반드시 그렇게할 필요는 없다. 제16도에는 x 및 Y 그레디언트 코일들이 원통형 코일 형체에 배치되어 있는 것을 나타낸다 특히, 대칭으로 배치된 Y-그레디언트 코일(20a,20b,20c 및 20d)들을 제16도에서 볼수 있다. 추가로, x-그레디언트 코일(40a,fOb,40c 및 40d)들을 또한 제16도의 도면에서 적어도 부분적으로 볼수 있다. 비록 제16도가 적용된 특정 권선 패턴들을 도시하고 있지 않을지라도, 제16도는 권선 패턴들이 에칭될 수 있는 회로 기판의 위치를 나타내는 도면이다. 이들 패턴들은 제10도, 제11도, 제17도 및 제18도에 도시한 패턴을 포함할 수 있으며, 그 모두는 완전 또는 부분적 세트들에 대한 권선 패턴들을 도시한다.

제10도가 건선 패턴의 소망 형태를 나타내고, 제11도가 이들 권선 패턴들에 대한 복귀 전류 경로를 포함하고 있는 것을 나타내고 있는 반면, 제17도 및 제18도는 나선형 전류 경로의 권선 패턴 가능한 세트를 나타내고 있다. 나선형 패턴은 복귀 전류 경로들과 함께 이루어진 접속에 의해 필연적으로 형성된다. 이들 복귀 경로들은 제17도 및 제18도에 도시된 상부 권신 채인 부부들이다.

권선 패털들은 제12도에 도시된 것과 같이 cf(z) 및 va(z) 함수에 의해 설명될 수 있지만, 장방향 영역의 가장자리상의 시작 및 괄단자들을 가지며. 장방형 영역에 집중적으로 배열되는 연속 곡선 원호들에 대해선택된 쵱 그레디언트 방향에 대한 4개의 패턴들중 하나의 소망의 전류 권선 패턴을 설명하는 것이 가능하다. 추가로, 원호들은 원형 형태를 취하며, 최내측 원호들은 거의 원형이고, 최외측 원호들은 장방형 영역에 가깝게 형성되어 있다 또한, 원호들의 중심은 그들이 떨어지고 복귀하는 가장자리의 중점을 따라 위치설정된다. 이 설명이 필요한 표면 전류 분포의 정확한 형태에 거의 접근하지만, 그럼에도 불구하고, 제1도 및 제2도에 기술된 코일들보다 훨씬 더큰 선형성 및 균일성을 나타내는 그레디언트 자계 B.를 발생하는코일 구성에 대한 기본으로서 충분히 사용 가능하다. 제10도에 도시된 코일 패턴들에서와 같이, 제11도에도시된 것과 같은 전류 복귀 경로들을 적용하고 또한 제17도 및 제18도에 도시된 바와같은 연속적인 나선형패턴을 형성하도록 그러한 전류 복귀 경로들을 구성하는 것도 바람직하다.

게다가, 제17도 및 제18도에 도시된 패턴의 네가티되인 권선 패턴을 적용하는 것이 적용 가능하다는 것이본 발명자에 의해 결정되었다. 예컨대, 제17도 및 제18도는 특정한 포토레지스터 패턴으로 피복된 회로 기판으로부터 구리를 선택적으로 에칭되게 하는 종래의 에칭방법에 의해 인쇄 회로상에 만들어진 권선 패턴을도시한 것이지만, 이 에칭 과정과는 반대로 예를들면, 제17도나 제18도의 패턴에서 패턴만을 남기도록 도전성 물질을 에칭할 수도 있다 인쇄 회로 기판 권선 패턴을 발생하도록 네가티브 에칭을 하면 코일에 의해발생되는 자계 배열을 심각히 변화시키지 않는 것이 발견되었다. 또한, 이러한 네가티브 인쇄 회로 기판 영상으로 만들어진 코일이 낮은 전기 저항성을 나타내므로 코일이 낮은 시스템 시정수를 나타낸다는 점에서NMR 영상화 시스템에서 유리하다. 가능한한 짧은 시간내에 소망의 영상을 형성하기 위해 급격히 그레디언트 자계를 절환하는 것이 영상화 시스51에서 무엇보다 중요하다.

본 발명의 분포된 권선 정정 코일은 이러한 정정 코일에 의해 발생된 자계의 개선된 균일성을 제공한다. 일반적으로, 분포된 권선으로부터의 자계는 견고히 묶여진(bunched) 와이어로부터 만든 코일보다도 더욱 이상적인 정정 함수에 가깝다. 그 이유는 분포된 권선이 전류 경로가 위치되는 곳에 대해 더큰 자유도를 가지기 때문이다. 또한 분포된 권선은 그 권선 근처의 모든 곳에서 전류를 가지며. 원통형 코일 형체 근처에 소망의 자계 패턴에 바람직한 근사 패턴을 발생한다

큰 개방 영역을 가진 묶여진 권선을 사용한 코일은 원통형 코일 형체에 가까운 소망의 자계 패턴으로부터 큰 편이를 갖는다. 또한, 분포된 권선은 긴밀히 묶여진 도선으로 만든 권선보다도 낮은 인덕턴스를 갖는데,그 이유는 묶여진 도선 근처에 더큰 저장자기 에너지를 갖기 때문이다. 전술한 선형 그레디언트 권선의 예는 코일 설계 및 구성 형태상 통상적인 응용을 나타낸다.

상기 권선을 제조하는 한가지 방법은 얇고 평편한 플라스틱 조각에 홈들을 컴쥬터로 구동되는 밀링 머신으로 절삭하고, 그선들을 그 홈들에 위치시키고, 적당한 접착재나 화합룰로 채우는 것이파. 그결과 조립체는 프레스를 이용하거나 햄머로 원통형으로 형성된다. 이와달리 홈이진 플라스틱 판이 먼저 원통형으로 만들어지고, 그다음에 그 원통에 도선들이 홈내에 위치되고 부착되게 한다. 또 한가지 방법은, 특정한 2차원밀링 머신을 사용하여 일통면에 직접 홈들을 판후 도선을 그 홈속에 삽입함으로써, 조립체가 만들어 질수있다 그러나, 홈을 절삭하고, 와이어를 위치시키고 원통형 코일 형체로 코일 조립체를 형성하는 것은 본발명에서 제안된 에칭방법보다 더 어렵고 값비싼 작업이다. 현재에는 원통의 면상에 직접 복잡한 패턴들을 절삭하는 표준화된 밀링 머신이 존재하지 않으며, 이러한 머신들은 특별히 필요한 경우에만 만들어질 것이다. 그러나, 본 발명은 그러한 구성방법에 대한 필요성을 제거할분 아니라 여러 다른 잇점도 제공해 준다.

본 발명에서, 소망의 자계를 발생하는 연속 전류 분포는 계산되어 진다. 그다음 얇은 선이 계산된 전류분포선을 따라 도전성 판상에 에칭된다. 그러므로, 전류 경로는 에칭된 나머지 물질을 통해 형성된다. 그다음, 전류는 도전성 물질의 나머지 넓은 밴드선을 따라 흘러서 소망의 전류 분포에 대략 접근한다.

본 발명의 또다른 실시 예에서, 여러개의 밀착 이격된 전류 유선은 복수의 병렬로된 넓은 전류 전달 트랙(도선)을 형성하도록 도전성 판내에 에칭된다. 특히, RF 주파수에서 실제임피던스를 제공하는 작은 인덕터들:에 의해 코일에 전력을 공급하는 상황이라면, 그 트랙은 RF 신호들에 대해 서로서로 실제로 격리된다. 이lil.은, 그렇게 만들어진 자계 권선이 예를들면, NMR 영상화 시스템에 사용되는 선형 자계 그레디언트권신인 경우, 매우 유용한 예다 다수의 병렬 트랙들을 사용하면 감쇠되거나 또는 이와 반대로 영상 시스51에 ·제공되는 다근 RF 자계에 악영향을 끼치는 임의의 전류를 륵공할 수 있는 구리의 큰 공간을 권선이 제공하는 것을 피할 수 있다.

횡축 선형 그레디언트 코일들의 몇개의 세트는 본 발명에 따라 만들어지고 조립된다. 그러한 세트중 하나는 다음과 같이 만들어진다. 전류 유선(stream) 패턴이 컴퓨터그래픽 머신으로 플라스틱 판상에 놓여진다.x 패턴 및 V 패턴은 대략 약 0.67미터 직경의 유리 섬유 코일 형태의 외측에 맞도록 만들어진다.

Y 패턴은 약간 크게 만들어져서, 약 3밀리미터의 두께의 유리 섬유층이 x,y 권선 사이에 놓인다. 그러한 분리는 x 및 Y 척선들 사이에 용량성 결합을 감소하는데 기여한다. 그다음, 상기 x 및 Y 패턴에 투명하고 얇은 라인이 전류 유선을 형성하고, 플라스틱의 나머지 부분은 어둡게 되어 네가티브 영상이 발생된다. 투명한 선들은 에칭된 영역을 나타낸다. 포토레지스트를 사용하면, 네가티브 패턴은 약 0.02인치의 두께를 가진 칸리판에 옮겨지고, 그다음 스프레이 에칭 머신의 한쪽으로부터 에칭된다. 구리판은 얇은 플라스틱 지지판에 결합되어, 일단 에칭이 끝난후, 부품들의 상대움직임을 방지한다. 각 판은 에칭하는데 20분이 소요된다. 이때에 생성된 에칭 판들을 폴리에스터 수지를 사용한 유리 섬유 코일 형체에 결합되어 유리 섬유의 층에 =t정된다. 약 3밀러미터 두께의 층은 권선들의 x 세트의 외부에 감기고, 그다음 Y 권선 세트 패턴은 코일 형체상에 배치된다. 게다가 약 3밀리미터 두께의 층은 그것들을 유리하도록 Y 권선의 외부에 감긴다. 에칭된 얇은 선은 포지티브나 네가티브(사진 감응에서) 권선 패턴들로서 본 명세서에서 해석될 수 있는 제17도 및 제18도에 도시된 패턴들과 대응한다

전술한 바와같이, 본 발명의 횡 그레디언트 코일은 NMR 영상화 시스템에 사용하기에 특히 적당하다.제19도는 본 발명의 자계 그레더언트 코일을 사용하는데 적당한 NMR 영상화 시스템의 쭈요 부분을 도시한 간단한 블록도이다.

참조번호(400)으로 표시된 종합 데이터 처리 시스템은 디스크 기억장치 (403)와 인터페이스 장치 (405)에기능적으로 접속된 범용컴퓨터 (401)를 포함한다.

RF 송신기 (402)와 신호 애버리저 (averager,404)와 그레디언트 전력공급수단(406), (408) 및 (410)은 인터페이스장치 (405)를 통하여 범용컴퓨터 (401)에 접속된다 3개의 그레디언트 전력공급수단은 x,y 및 z 그레디언트 코일(416,418 및 420) 세트를 여기하기 위해 사용된다. RF 송신기 (402)는 영상화될 샘플에서 공명을 일으키도록 요구된 변조를 가진 RF 펄스들을 발생하도록 범용컴퓨터 (401)로부터의 괼스 엔벨로우프(포락선)들로 게이트된다. RF 펄스들은, 영상방법에 의존하여, 100와트에서 수 킬로와트까지 변하는 레벨로 RF 전력 증폭기 (412)에서 증폭되어, 송신기 코일(424)에 가해진다. 고 전력 레벨은 전신 영상화에 필요한 큰 샘플 용적에 필요하며. 여기서 짧은 지속기간의 펄스들이 큰 NMR 주파수 밴드폭을 여기하는데 요구된다.

그 결과의 NMR 신호는 수신기 코일(426)에 의해 감지되어, 저 잡음린치 증폭기 (422)에서 증폭·되고, 그리고 나서 추가의 증폭, 검출 및 필터를 위해 수신기 (414)에 전송된다. 이 NMR 신호는 신호 애버리지(404)에 의해 디지탈화 및 평균되고, 그밖의 처리를 위해 범용컴퓨터 (401)에 전송된다. 처리된 신호들은 범용컴퓨터 (401)에서 인터페이스(405)를 총하여 그것들이 기억되고 재 서식화되어 표시장치 (432)에 인가되는 표시 제어장치 (430)에 전송된다. 표시장치 (432)는 직접 볼수 있는 눈금 및 그와같은 것을 포함하는, 종래의 혹백 또는 칼라 텔레비젼같은 음극선관들 뿐만 아니라 직시기억관(직접 볼수 있는 기억관)형의 CRT 디스플레이 를 포함한다

저 잡음전치 증폭기 (422)와 수신기 (414)는 능동 디스에이블링 게이tl에 의해 또는 수동 필터링에 의해 전송동안 RF 펄스들로부터 보호된다 범용컴퓨터 (401)는 NMR 펄스들에 대한 게이tl 및 포락선 변조와, 저잡음전치 증폭기(422)와 RF 전력 증폭기에 대한 블랭템과, 그레디언트 전원 전압 파형을 제공한다. 또한 범용컴퓨터 (401)는, 공지되어 있으나 본 발명의 고유 부분을 형성하지 않는, 퓨리어 변환, 영상 재구성, 데이터 필터링, 영상 표시 및 기억 기능들과 같은 데이터 처리를 수행한다.

송신기 및 수신기 RF 코일은 단일 코일로 구성될 수 있다 이와 반대로, 전기적으로 직교하는 두개의 분리된 코일들이 사용될 수도 있다. 후자의 구성은 펄스 전송동안 감소된 RF 펄스를 수신기속으로 통과시키는 잇점을 가지고 있다. 두경우에 있어서, 코일들은 자석 (428)에 의해 발생된 정자계 Bo의 방향으로 직교한다 그 코일(426,424)은 RF 차폐 케이지 (cage,도시생략)에 둘러싸임에 의해 시스템의 다른 부분들로부터 분리된다. 자계 그레디언트 코일(416,418 및 420)은 각각 Gx,Gy 및 G, 그레디언트 자계를 제공하는데 필요하다. 특히, 본 발명은 코일(416,418)들의 형성, 이용 및 구성에 관한 것이다. 종래의 다중각도 투영재구성 및 스핀-렙 (spin-wrap) 재구성 방법들에 있어서, 그레디언트 자계들은 샘플 용적에 걸쳐 I관조 선형 특성이 있어야 한다. 이들 형태의 그레디언트 자계들은 전술한 바와같다. 공지된 바와같이, 비단조 그레디언트 자계들은, 영상 형성에 악영향을 줄수 있는, 앨리어싱과 같은 NhfR 신호 데이터의 저하를 가져온다. 비선형 그레디언트 자계 Gx 및 Gy들은 영상의 기하학적 왜곡을 일으킬 수 있다. 그러나, 본 발명의 횡그레디언트 코일들은 이들 문제점들을 제거하거나, 또는 아주 심하게 감소시킨다.

전술한 바로부터, 본 발명은 횡방향의 아주 단조롭고 매우 선형적인 그레디언트들을 나타내는 자계들을 발생하는 횡 그레디언트 자계 코일들의 구성과 형성 및 이용을 제공한다는 것을 알수 있다. 또한, 본 발명의 코일들은 인쇄 회로방법들의 실시예를 통해 쉽게 제조될 수 있다는 것을 알수 있다. 추가로 본 발명의코일들은 코일 권선이 매우 감소된 저항 레벨을 갖도록 네거티브 패턴으로 구성할 수 있다. 저항의 감소는이들 코일을 NMR 영상화용에 사용하는데 중요한 요소가 되는데, 그 이유는 이들 코일이 통상 수분의 밀리초로 고속 스위칭됨으로 관련되는 낮은 시정수를 낮은 저항으로 얻을 수 있기 때문이다. 따라서, 완만한시스템 응답들로 도입된 지연들은 제거된다. 또한, 본 발명은 기하학적 영상 왜곡을 최대한도까지 제거할수 있음을 알수 '있다. 추가로, 본 발명의 코일 구성은 앨리어싱으로 인한 영상 불량을 완전히 제거함을 알수 있다. 따라서, 본 발명의 코일들은 고 선형성 크레디언트 자계들의 형성에 많은 잇점을 제공하고, 이들 코일들은 핵자기 공명 영상의 발생에 특히 유용함을 알수 있다

본 발명이 임의의 양호한 실시예에 따라 본 명1·11서에 상세히 기술되어 있지만, 여려가지 변형 실시 및 변화가 당 기술분야에서 숙련된 자에 의해 실시될 수 있다. 따라서 본 발명의 청구범위에는 본 발명의 영역및 범주를 벗어나지 않은 범위내에서 그런 모든 변힝 실시예 및 변화를 포함할려고 한다.

Claims (7)

1. 핵자기 공명 영상화 시스템에 사용하기 위한 한 그레더언트 코일에 있어서, 비자기 물질로 이루어진원통형 코일 형체 (30)와 각각이 새들형 구성을 가지며, 상기 원통형 코일 형체상의 반경 방향 및 길이 방향에 대칭인 위치에 배치되는 4개의 권선 루프 세트(20a,20b,20c,2od)를 구비하는데, 상기 권선 루프 세트는 표면 전류 밀도 벡터

   

   를 발생하도록 구성되며, 여기서 z는 원톤축에 따른 상기 코일 형체상의 정규화 위치를 나타내고, 원통의 반경에 따라 정규화 되며, ψ는 방위 위치를 나타내고,

   

   및

   

   는 방위 및 길이 방향의 단위 벡터이며, 상기 σ_ψ(z) 및 σ_z(z)

   

   으로 개략 정의되고, 여기서 k는 임의 상수이며, V.(z)는 수학적으로 연속 함수인 것을 특징으로 하는 핵자기 공명 영상화 시스템용 횡 그레디언트 코일.
2. 제1항에 있어서, 상기 권선 루프 세트는 가요성 인쇄 회로 권선 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는핵자기 공명 영상화 시스템용 횡 그레디언트 코일.
3. 제2항에 있어서, 상기 코일 형체상의 원주에 배치되며, 상기 4개의 권선 루프 세트와 동일한 구성을 갖지만 다른 위치에 배치되는 제2의 권선 루프 세트(40a,fOb,40c,4od)를 추가로 포함하는 것을 특징으로하는 핵자기 공명 영상화 시스템용 횡 그레디언트 코일
4. 제3항에 있어서, 상기 4개의 권선 루프 세트중 두 세트는 서로 직각으로 배열되는 그레디언트 자계를 발생하여 X 및 Y 횡 그레디언트 자계를 제공하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 공명 영상화 시스템용 횡 그레디언트 코일.
5. 제1항에 있어서, 상기 4개의 권선 루프 세트중 적어도 하나는 나선형 패턴으로 배치되는 것을 특징으로 하는 핵자기 공명 영상화 시스템용 쵱 그레디언트 코일.
6. 상기 원통형 코일 형체상의 반경 방향 및 길이 방향에 대칭인 위치에 배치되는 4개의 권선 루프 세트를 구비하는데, 상기 권선 루프 세트의 각각은 새들형 구성을 갖고, 상기 코일 형체의 표면에 놓이며, 중심부분쪽으로 상기 코일 형체를 따라 길이 방향으로 증가하는 직경을 나타내는 일련의 부분으로 구성되고, 상기 원호 부분치 각각은 상기 코일 형체의 중심 부분쪽으로 상기 길이 방향으로 증가하는 장방형 형태를 나sl·내며, 상기 원호 부분의 직경은 상기 코일 형체상에 단일 반원호를 따라 배치되고 : 상기 권선 루프로 4개의 나선형 루프 세트를 형성하는 상기 원통형 코일 형체의 표면에 놓이는 원호 전류 복귀 경로를 구비하는 것을 특징으로 하는 핵자기 공명 영상화 시스템용 횡 그레디언트 코일.
7. 길이 방향으로 일정 자계를 발생하기 위한 수단(428)과, 상기 일정 자계내에서 샘플 용적내의 핵 스핀들을 여기하기 위한 무선 주파수 수단(402,412,424)과 ; 상기 여기된 핵들에 의해 방출되는 무선 주파수신호들을 수신하기 위한 검출기 수단(404,414.422,426)과 . 상기 길이 방향으로 그레디언트 자계를 발생하기 위한 수단(420)과 , 적어도 두개의 구분된 방향으로 그레디언트 자계를 발생하기 위한 수단(416,418)을 구비하는데, 상기 방향은 상기 길이 방향으로 횡단하며, 상기 횡 그레디언트 자계의 적어도 하나는 원통형코일 형체의 반경 및 길이 방향에 대칭인 위치에 배치되는 4개의 권선 루프 세트(20a.20b,20c,206)를 가진비자기 물질로 이루어진 원통형 코일 형체 (30)에 의해 발생되고, 상기 루프 세트의 각각은 새들형 구성을가지며, 상기 루프 세트는 표면 전류 밀도 벡터

   

   를 발생하도록 구성되고, 여기서 z는 원통축에 따른 상기 코일 형체상의 정규화 위치를 나타내고 원통의 반경에 따라 정규화되며, ψ는 방위 위치를 나타내고

   

   및

   

   는 방위 및 길이 방향의 단위 벡터이며, 상기 σ_ψ(z) 및 σ_Z(z)는

   

   으로 개략 정의되고, 여기서 k는 임의 상수이며,σ₂(z)는 수학적으로 연속 함수인 것을 특징으로 하는 NMR 영상화 시스템.

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