KR910002654B1 - 정자계 동질화 방법 - Google Patents
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Abstract
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Description
제1도는 시스템 정자계가 동질화된 NMR이메징 시스템부 및 정자계 동질화용 시스템에서 사용된 부가수단에 대한 개략적인 블럭선도.
제1도는 이하 상세한 설명에서 기술된 여러가지 영역, 각도 및 평면을 도시하는 제1도의 주자석의 이메징 용적선도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 주 자석수단 20 : 스테퍼 위치 설정 수단
12 : 쉼 코일수단 22 : 스테퍼 위치설정 제어수단,
14 : 이메징 용적 38 : 디지탈 인터레이스 수단,
40 : 디지탈-아날로그 변환기 수단.
본 발명은 핵자기공명(NMR) 이메징등과 같은 고도로 균일한 자계에 관한 것으로, 특히, 흥미있는 모든 용적을 에워싸는 구면체의 표면에 걸쳐 정자계에 대한 단일 측정으로 결정된 크기의 보정 자계를 제공함에 있어서 전기쉬밍(shimming) 코일을 사용하여 임의의 용적에 걸쳐 정자계를 동질화 하는 새로운 방법에 관한 것이다.
정자계는 종종 예를들면 NMR이메징에서 사용된 주 정자계와 같이 일정한 용적에 걸쳐 실제로 일정한 크기를 갖는 것이 요구되는 것으로 공지되어 있다. 이러한 사용에 있어서, 특정한 핵 종류에 대해서 라모(Larmor) 또는 공전, 주파수 W는 공식 w=γB0로 주어지며, 여기서 γ는 상기 핵 종류에 대한 자이로쉼 코일(12c) 각각의 자계 B1분포가 측정될때, I/O부(32)를 통하여 컴퓨터 수단(30)은 K-비트짜리 디지탈 데이타 신호를 디지탈 인터페이스 수단(38)의 디지탈 입력(38a)에 제공한다. 디지탈 인터페이스 수단(38)은 N의 갯수의 디지탈-아나로그 변환기(DAC) 수단(40)을 포함한다. K디지탈 입력 라인상의 수개의 신호는 N개의 다른 또는 독립 DAC 수단중 하나가 디지탈 데이타 라인 비트의 나머지를 갖고 있는지를 판단하여, 특정한 DAC 수단의 출력에서 아나로그 신호의 극성 및 진폭을 결정한다. 따라서, 임의의 특정 순간에, 컴퓨터 수단은 (kn인 경우에) K번째 DAC 수단(40K)를 선택하여, N인터페이스 수단의 출력(38b)중 연관된 K번째 것에서 아나로그 신호를 제공한다. 이러한 연관된 아나로그 신호는 디지탈 인터페이스 수단(38)에서 정전류 증폭기 수단(42)의 N개 입력중 연관된 것까지 N개의 아나로그 신호 출력 라인중 전용 출력상에 나타난다. 정전류 증폭기 수단(42)은 N개의 정전류 증폭기(44)를 포함한다. 각각의 증폭기 수단(44K)은 디지탈 인터페이스 수단에 연관된 DAC 수단(40K)에서 연관된 아나로그 신호로 결정된 극성 및 진폭의 정전류 Ik를 제공한다. 수단(38 내지 42)은 통상 NMR 시스템의 쉬밍부의 일부이다.
주 자계 BM은 실제로 일정한 주 자계부 B0및 에러 자계부 △BM도 분리되며, 이 BM은 입체 구면체의 조화항으로 전개될 수 있으므로,
이며,
△BM(Xi)는 다음과 같이 주어진다.
이다. 여기서 X1=(γ1,θ1,Φ1)이며, Pm n항은 연관되고 리젠드르(Legendre)함수이다. 상수 Am no+Bm no는 리젠드르 함수 P0 n+1(cosθ)의 0에서 구면체의 표면에 걸쳐 위치한 한 셋트의 점 Xi에서의 자계를 측정함으로써 평가될 수 있다. 이론상, 전개식은 모든 n 및 m에 대한 항을 보유해야만 한다. 실제상, n 및 m에 대한 상한은 계산상의 어려움을 제한하려고 채택되지만 아직도 쉼 코일 셋트에 존재하는 모든 중요한 성분을 보유하고 있다. 본 출원에 있어서, n=13, m=2까지의 전개식이 실행된다.
N쉼 코일 각각에 의해 발생된 쉬밍자계는 주 자계의 에러항의 전개식에서와 같은 방식으로 전개 되는데, 이것은 j번째 쉬밍 코일에 대해서 전류 Ij의 암페어당 발생된 자계는
이다. 전체 자계 Bi는 따라서
와 동일하거나, 또는 전체 정자계 B1에 대해서는 동질화단부 BO와 실제로 동일하다는 것을 알 수 있으며, 자계에서의 평균 제곱 변화는 주 자석과 쉼 코일 각각이 관심있는 구면체에 대해서 개별적으로 특성화된 후에 최적으로 최소화 되어진다. 즉, 만일 (Yi)i=1,…N은 관심있는 샘플 구면체의 용적내에서의 한 셋트의점을 나타내어, 이러한 용적내의 자계에서 최소화 되어지는 평균제곱 에러 E는 용적내의 N쉬밍 코일 및 V동질성 점에 대해서,
이며, 여기서 Ij는 J번째 쉼 코일내의 전류이며, Wi은 i번째 용적점에 첨부된 웨이팅 인수이다. 셋트점(Yi) i=1,…N은 상기 적용에 최적의 자계 균일도를 얻는 것을 보증하도록 주어진 적용에서 채택될 수 있다. 임의의 용적 전체를 통하여 균일하게 최소화된 에러 자계에 대해서, 웨이팅 함수 Wi는 모두 1과 동일하다. 따라서, 흥미있는 용적에 대해서 자계를 동질화 하는데 필요로 되는 전류는 코일 전류 Ij각각에 대하여 평균 제곱 에러 E를 최소화 함으로써 얻어진다. 이것은 공지되지 않은 N의 쉼 코일 전류 In을 갖는 한 셋트의 N 동시성 방정식을 산출하며, 동시성 방정식은 행렬 대수를 사용함으로써 해결될 수 있다. 유리하게도, 신속한 해결책은 허니웰등과 같은 회사에서(1971년 6월자로 공개된) TSD 응용 라이브러리 용적 1-수학 시리즈 60(66레벨)/6000에서 제품번호 AES 0019로서 이용가능한 행렬 반전 포트란 루틴 MTINV과 같은 시스템 컴퓨터 수단(30) 및 적절한 프로그램의 이용으로 얻어질 수 있다. 이러한 임의 프로그램은 I=A-1C로서 쉬미 코일 전류 벡터에 대해서 해결할 것이며, 여기서
이것은 각 셋트의 위치 Yi에 대해서 (즉, 각각의 새로운 이메징 용적에 대해서)유일한 셋트의 쉼 전류 Ij가 존재하여 용적을 동질화한다.
예시적으로, 이전 측정의 45cm직격의 임의 구면체의 용적에서 상기 절차의 사용후에, 리쉬미드 비동질성은 감소된다. 즉,
△Z : ±0cm : ±2cm : ±4cm : ±6cm : ±8cm : ±10cm
리쉬미드 동질성 : 44ppm : 45ppm : 55ppm : 72ppm : 103ppm : 140ppm
초기 동질성 : 50ppm : 91ppm :180ppm : 213ppm : 263ppm : 330ppm
% 향상율 : 12% : 50% : 69% : 66% : 61% : 58%
특정 실험이 ±50ppm보다 크지 않은 비동질성을 요구하는 상기예에 있어서, 샘플을 이메지하는 것에 대한 실제 용적이 존재한다.
다수의 쉬밍 자계 각각의 실효 자계를 조정함으로써 임의 용적에 대해 비동질성을 최소화하기 위한 자석의 정자계를 쉬밍하는 새로운 방법을 적합한 한 실시예에서 설명하고 있다. 본 분야 기술에 능숙한 사람에게는 다양한 변형 및 수정도 가능해진다. 그러므로, 적합한 실시예의 설명을 통해 여기서 기재된 특정한 상세 및 수단에 국한되지 않고 첨부된 청구범위 범주에만 국한된다는 것은 명백하다.
Claims (14)
- 선택된 임의의 용적상에서 주 자석수단에 의해 발생된 정자계의 비동질성을 동일 용적상에서 관련된 쉬밍 자계를 각각 독립적으로 발생하는 N개의 쉬밍코일 수단의 동작에 의해 최소화시키는 방법으로서, (a)임의 용적을 둘러싸도록 한정된 가상 구면체 표면상의 다수의 영역 Xi에서 모든 쉬밍 자계의 부재시 주자석의 정자계의 크기를 측정하는 단계, (b) 가상 구면체 표면상의 동일수의 영역 X1에서 관련된 쉬밍 코일 수단을 통해 흐르는 DC전류의 크기 및 극성에 대해서 N쉬밍 자계 각각의 크기 및 극성을 측정하는 단계, (c) 상기 가상 구면체의 용적내의 다른 다수의 점 Yi각각에서 전체 자계의 웨이티드 평균 제곱 에러 E를 동질성 자계에 따라 결정하는 단계 및 (d)임의 용적에 주자계의 에러 E 및 비동질성을 실제로 최소화하도록 작용하는 크기 및 극성을 N관련된 쉬밍 자계 각각에 제공하기 위해 N쉬밍 코일 수단중 관련된 것을 통해 흐르는 전류 각각의 크기 및 극성을 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정자계 동질화 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 단계(c)는 전체 자계의 웨이티드 평균 제곱 에러를 판단하는데 사용된 모든 웨이팅 계수를 동일하게 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정자계 동질화 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 단계(a)는 또한 임의 용적을 규정된 반경 R' 및 규정된 길이 L'를 갖는 실린더형 용적이 되도록 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정자계 동질화 방법
- 제3항에 있어서, 상기 단계(a)는 또한 가상 구면체가 2R'보다 큰 직경 D를 갖도록 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정자계 동질화 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 단계(b)는 또한 관련된 리젠드르 함수 Pm n+1(cosθi)의 0에서 각각의 점 Xi(여기서 Xi=(γ1,θ1,Φ1)를 위치시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정자계 동질화 방법.
- 제5항에 있어서, 상기 단계(b)는 또한 N쉬밍 코일에 의해 발생된 무시할 수 없는 모든 성분을 보유 하도록 관련된 리젠드르 함수 지수 m 및 n을 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정자계 동질화 방법.
- 제6항에 있어서, 상기 단계(b)는 관련된 리젠드르 함수 P0 n+1(cosθi)의 0에서 각각의 Xi를 위치시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정자계 동질화 방법
- 제8항에 있어서, 상기 단계(b)는 또한 관련된 리젠드르 함수 Pm n+1(cosθi)의 0에서 각각의 점 Xi(여기서 Xi=(γi,θi,Φi)를 위치시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정자계 동질화 방법.
- 제9항에 있어서, 상기 단계(b)는 또한 N쉬밍 코일에 의해 발생된 무시할 수 없는 모든 성분을 보유 하도록 관련된 리젠드르 함수의 지수 m 및 n을 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정자계 동질화 방법.
- 제10항에 있어서, 상기 단계(b)는 관련된 리젠드르 함수 P0 n+1(cosθi)의 0에서 각각의 점 Xi를 위치시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정자계 동질화방법
- 제1항에 있어서, 상기 단계(d)는 요구되는 N쉬밍 자계형성 전류의 벡터를 결정하기 위해 행렬 변환에 의해 N방정식을 해결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정자계 동질화방법.
- 제12항에 있어서 또한 다수의 서로 다른 임의 용적 각각에서 에러를 최소화하기 위한 쉬밍 전류를 결정하고, 다수의 임의 용적 각각에 대한 쉬밍 전류 벡터를 기억하고, 다수의 임의 용적중 선택된 것에 대한 쉬밍 전류 벡터를 검색하고, 관련 선택된 용적에 최소화된 비동질성 주자계를 제공하기 위해 쉬밍 전류를 선택된 행렬에서의 값을 취하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정자계 동질화 방법.
- 제13항에 있어서, 또한 다수의 서로 다른 임의의 용적중 임의로 선택된 것에 대한 주 자계를 실제로 동질화하는데 N쉬밍 전류 흐름 각각에 필요로 되는 크기 및 극성을 자동적으로 설정하는 통상 시스템에서 주 자석 및 다수의 쉬밍 코일 수단에 연관된 자동 수단을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정자계 동질화 방법.
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