KR980008169A

KR980008169A - 경사 자계 코일 및 그 응용 자기 공명 영상 장치

Info

Publication number: KR980008169A
Application number: KR1019960028607A
Authority: KR
Inventors: 이정한; 이완; 김정희
Original assignee: 김광호; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1996-07-15
Filing date: 1996-07-15
Publication date: 1998-04-30

Abstract

본 발명은 자기 공명 영상(MRI ; magnetic resonance imaging) 장치에서 고속 영상 또는 고해상도 영상을 얻는데 이용되는 강한 경사 자계를 발생하는 경사 자계 코일 및 그 응용 자기 공명 영상 장치에 관한 것으로, 복수개의 반원형 권선들로 이루어진 자계 발생용 코일의 쌍을 원통형으로 배치하되, 경사 자계 발생용 권선들을 일측 방향으로 나란히 배치하고 전류 복귀용 권선을 타측 방향에 배치하여 형성된다.

Description

경사 자계 코일 및 그 응용 자기 공명 영상 장치

본 내용은 요부공개 건이므로 전문내용을 수록하지 않았음

본 발명은 경사 자계 및 그 응용 자기 공명 영상 장치에 관한 것으로, 상세하게는 자기 공명 영상(MRI ; magnetic resonance imaging) 장치에서 고속 영상 또는 고해상도 영상을 얻는데 이용되는 강한 경사 자계를 발생하는 경사 자계 코일 및 그 응용 자기 공명 영상 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 강한 경사 자계를 얻으려면 경사 자계 코일의 구동전류를 크게 하면 되지만 경사 자계 증폭기의 용량이 커져야 하므로 비용이 많이 든다.

미국 특허 US 5,185,576 호에서는 강한 경사 자계를 얻기위해 경사자계 코일의 크기를 작게 하고 있다. 이와 같이, 경사 자계 코일의 크기를 줄여도 강한 경사 자계를 얻을수 있다. 그러나, 이러한 경우에는 인체 영상을 얻어야 할 경우 몸을 경사 자계 코일의 내부공간에 넣을 수 없게 된다. 또한 US 5,185,576 호의 경우, 한 방향(Z)의 경사 자계만 강하게 발생하고 다른 방향(x와y 방향)은 종래의 경사 자계 코일을 그대로 사용하고 있다. 따라서 두 방향 이상의 강한 경사 자계가 필요한 경우에는 사용이 불가능하다. 그리고 작은 자석과 결합하여 인체 영상을 얻는 MRI를 만들 경우에는 3 방향 경사자계가 필요하므로 사용이 불가능하다.

실제로, 일반적인 Gloay 형 경사 자계 코일에 있어서의 X 또는 Y 경사 자계 코일이 제1도에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 종래의 경사 자계 코일은 영상을 얻기 위한 경사 자계를 발생하는 전류(I₁,I₂)가 흐르는 권선이 내측에서 대향하는 구조로 되어 있다. 즉, I₁과 I₂는 경사 자계를 발생하는 전류이고, I₃는 복귀하는 전류이다. 이와 같은 구조의 경사 자계 코일을 장착한 자기 공명 영상 장치가 제2도에 도시되어 있다. 이 도면에서, 주자석(1)의 내부 영역 중에서 전류 I₁, I₂가 흐르는 권선의 내부 영역(2)이 영상을 얻는데 필요한 균일한 경사 자계가 발생하는 영역이다. 따라서, 이와 같이 경사 자계를 발생하는 전류(I₁,I₂)가 흐르는 권선이 내측에 서로 대향되게 형성된 경사 자계 코일은 강한 경사자계를 얻기 위해서 크기를 작게하면, 제2도에 도시된 바와 같이, 사람(환자)를 이러한 영상 공간에 넣을 수 없게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로, 인체의 각 부위중 머리나 팔 다리등 작은 부위의 고속 영상 및 고해상도 영상을 얻을 수 있도록 경사 자계 코일의 크기를 줄이면서도, 권선의 배치를 개량하여 촬영할 수 있는 인체 부위의 크기에 대한 제한이 없는 경사 자계 코일 및 그 응용 자기 공명 영상 장치를 제공하는데 그 목적이 있으며, 경사 자계 코일에서 발생하는 회전력이 상쇄되는 경사 자계 코일 및 그 응용 자기 공명 영상 장치를 제공하는데에도 그 목적이 있다.

제1도는 일반적인 Golay 형 경사자계 코일의 구조도.

제2도는 제1도의 경사자계 코일을 장착한 자기 공명 영상 장치 주요부의 발췌 단면도.

제3도는 본 발명에 따른 경사 자계 코일의 구조도.

제4도는 제3도의 경사 자계 코일이 경사자계를 발생하는 원리를 나타내는 설명도.

제5도는 제3도의 경사자계 코일을 장착한 자기 공명 영상 장치 주요부의 단면도.

제6도는 제3도의 경사 자계 코일을 주자석의 강한 자계 속에 넣고 전류를 흘릴 때 발생하는 회전력을 설명하기 위한 설명도.

제7도는 제3도의 경사 자계 코일에서 발생하는 회전력을 제거한 경사자계 코일의 구조도.

제8도는 제7도의 경사자계 코일을 주자석의 강한 자계속에 넣고 전류를 흘릴때 발생하는 회전력의 상쇄를 설명하기 위한 설명도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1., 11 : 주자석 2.,12 : 영상 영역

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 자기 공명 장치용 경사 자계 코일은, 복수개의 반원형 권선들로 이루어진 자계 발생용 코일의 쌍을 원통형으로 배치하되, 경사 자계 발생용 권선들을 일측 방향으로 나란히 배치하고 전류 복귀용 권선을 타측 방향에 배치하여 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 전류 복귀용 권선은 하나의 코일로 이루어진 것이 바람직하다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 입체 경사 자계 코일은, 복수개의 반원형 권선들로 이루어진 자계 발생용 코일의 쌍을 원통형으로 배치하되 경사 자계 발생용 권선들을 일측 방향으로 나란히 배치하고 전류 복귀용 권선을 타측 방향에 배치하여 형성된 두 개의 경사 자계 코일을 x축과 y축 방향의 경사 자계를 발생하도록 서로 90°회전되게 배치하고, 여기에 맥스웰 페어 구조 혹은 역 헬름홀쯔(Helmholtz) 구조의 코일을 감은 z 방향 경사 자계 코일을 구비하여 된 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 또 다른 경사 자계 코일은, 복수개의 반원형 권선들로 이루어진 자계 발생용 코일의 쌍 및 회전력 보상용의 코일의 쌍을 원통형으로 배치하되, 경사 자계 발생용 권선들을 일측 방향으로 나란히 배치하고 전류 복귀용 권선을 타측 방향에 배치하며, 상기 회전력 보상용의 코일을 상기 타측 방향에 연이어 배치하여 형성된 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 또 다른 입체 경사 자계 코일은 복수개의 반원형의 권선들로 이루어진 자계 발생용 코일의 쌍 및 회전력 보상용의 코일의 쌍을 원통형으로 배치하되, 경사 자계 발생용 권선들을 일측 방향에 나란히 배치하고 전류 복귀용 권선을 타측 방향에 배치하며, 상기 회전력 보상용의 코일을 상기 타측 방향에 연이어 배치하여 형성된 두 개의 경사 자계 코일을 서로 90°회전되게 배치하고, 여기에 맥스웰 페어 구조 혹은 역 헬름홀쯔(Helmhotz) 구조의 코일을 감은 z 방향 경사 자계 코일을 구비하여 된 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 자기 공명 장치는, 복수개의 반원형 권선들로 이루어진 자계 발생용 코일의 쌍 및 회전력 보상용의 코일의 쌍을 원통형으로 배치하되, 경사 자계 발생용 권선들을 일측 방향에 나란히 배치하고 전류 복귀용 권선을 타측 방향에 배치하며, 상기 회전력 보상용의 코일을 상기 타측 방향에 연이어 배치하여 형성된 경사 자계 코일을 구비하여 된 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 또 다른 자기 공명 영상 장치는, 복수개의 반원형의 권선들로 이루어진 자계 발생용 코일의 쌍 및 회전력 보상용의 코일의 쌍을 원통형으로 배치하되, 경사 자계 발생용 권선들을 일측 방향에 나란히 배치하고 전류 복귀용 권선을 타측 방향에 배치하며, 상기 회전력 보상용의 코일을 상기 타측 방향에 연이어 배치하여 형성된 두 개의 경사 자계 코일을 서로 90°회전되게 배치하고, 여기에 맥스웰 페어 구조 혹은 역 헬름홀쯔(Helmhotz) 구조의 코일을 감은 z 방향 경사 자계 코일을 구비하여 된 것을 특징으로 한다.

이하 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 경사 자계 코일 및 그 응용 자기 공명 영상 장치를 설명한다.

본 발명에 따른 경사 자계 코일은, 제3도에 도시된 바와 같은, 구조를 갖는다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 경사 자계 코일은 제1도에 도시된 바와 같은 종래의 좌,우 두 경사 자계 코일을 하나로 결합한 형태를 취하고, 제4도에 도시된 바와 같이, I₁~I₄내부공간에 y 방향 경사자계가 발생한다. 그리고, 복귀 전류는 복귀 권선(I₅)로 전부 몰려 흐른다. 경사 자계 발생 원리를 제4도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

제4도는 제3도의 경사 자계 코일에서 경사 자계가 발생하는 원리를 나타낸다. 상부 권선(I₁~I₄)은 +Z 방향의 자기장을 발생시키고 하부 권선(I₁~I₄)은 -Z 방향의 자기장을 발생시킨다. 따라서 상부 권선과 하부 권선의 중간지점에는 두 권선의 자기장이 상쇄되어 경사자계의 중심이 되고 권선(I₁~I₄) 내부 공간의 자기장을 y축 방향으로 기울기가 발생한다. 이것이 y축 경사 자계이다. 이와 같은 제3도의 경사 자계 코일을 90°회전시키면, y축 경사 자계 발생 원리와 같은 원리로, x축 경사 자계가 발생한다. 여기에 맥스웰 페어(Maxwell pair ; 또는 역 헬름홀쯔(Helmholtz) 코일)의 z경사자계 코일을 결합하면 3축 방향의 경사자계가 얻어진다. 복귀 권선(Return path, I_s)은 권선(I₁~I₄) 내부 공간에서 거리가 멀기 때문에 영향이 거의 없다. 여기에 맥스웰 페어(Maxwell pair)의 z경사자계 코일을 결합하면 3축 방향의 경사자계가 얻어진다.

제5도는 상기 경사 자계 코일을 원통형 주자석(11)과 결합 했을 경우의 단면도이다. 도면에서 경사 자계 코일이 사람의 넓은 어깨와 몸퉁 부분을 덮지 않으므로 필요한 영상 영역(12)에 맞는 크기로 경사 자계 코일을 작게 만들 수 있으므로 강한 경사 자계를 얻을 수 있다. 그런데 상기 경사 자계 코일에 전류를 흘리면, 제6도에 도시된 바와 같이, 주자석의 자기장(B₀)와 경사 자계 코일의 전류(I₁~I₄) 사이에 작용하는 전자기력 때문에 회전력이 발생한다. 이 회전력을 줄이기 위해, 제7도에 도시된 바와 같이, 권선(I₁~I₄)의 반대쪽인 전류 복귀 경로(Return path,I_s)측에 회전력(F₁~F₄) 상쇄용 권선(I₆,I₇)을 추가하여 회전력을 제거한다. 이 보상권선(I₆,I₇) 및 전류 복귀 권선(I_s)은 경사 자계 발생용 권선(I₁~I₄)으로부터 먼 거리에 배치되기 때문에 균일한 경사 자계에 대한 영향을 무시 할 수 있고, 만일 이 영향을 고려할 경우에는 I₁~I₄의 전류 분포를 최적화 설계 과정을 통해 균일한 경사자계가 얻어지도록 하면 된다. 이를 제8도를 참조하여 더 상세하게 설명하면 다음과 같다. 제8도는 제7도에 도시된 바와 같은 경사 자계 코일에 전류를 흘릴때 발생하는 힘의 방향을 표시한다. 여기서, 경사 자계 코일 구조물의 양 끝에는 힘이 위로 발생하고 중앙부는 아래로 발생하므로, 권선(I₁~I₇)의 위치 관계를 F₁~F₇의 Z₁~Z₇의 관계를 경사 자계 구조물의 지지 방법에 따라 적절하게 선택하면 회전력을 완전히 제거할 수 있다(즉, F₅와 F₆는 방향이 같지만 F₇이 경사자계 코일을 구성하는 원통 중심에서 거리가 더 멀기 때문에 회전력을 상쇄시키는 효과가 나타난다.)

그리고, 상기와 같이 회전력이 상쇄되는 경사 자계 코일의 권선(I₁~I₄) 영역에서 강한 y방향 경사자계를 만들고, 동시에 z축을 중심으로 하여 90°회전시킨 경사자계 코일로는 x방향의 강한 경사자계를 얻으며, 권선(I₁~I₄) 구간에 강한 Z 방향 경사자계를 만드는 맥스웰 페어(Maxwell pair)코일을 결합하면 회전축이 발생하지 않는다. 또한, 머리에 대한 영상을 얻을때 종래와 같이 (제2도 참조) 몸쪽에 전류 복귀 경로(Return path)가 있는 것이 아니므로 머리 크기에 근접한 크기까지 경사 자계 코일을 축소할 수 있어 3축 방향의 강한 경사자계가 얻어진다.

이와 같이, 본 발명의 경사 자계 코일은 종래의 경사 자계 코일에서 코일의 양방향으로 있는 전류 복귀 경로를 한 방향으로 옮기고, 이 전류 복귀 경로 쪽에 별도의 회전력 상쇄용 권선을 추가하여 회전력을 제거함으로 써 다음과 같은 장점이 있다.

1. 강한 3축 방향의 경사 자계가 얻어진다.

2. 강한 경사 자계를 얻기 위해 경사 자계 코일을 작게 해도 사람을 영상 공간인 균일한 경사 자계 영역에 넣을 때 어깨 등 넓은 부분에 대한 제한이 없다.

3. 강한 경사자계를 이용하여 머리나 손, 발등에 대한 고해상도 영상이나 고속 영상을 얻을 수 있다.

4. 자기 공명 영상(MRI) 시스템에서 기존의 경사 자계 코일을 제거하지 않고 그대로 둔 상태에서도 본 발명의 경사자계 코일을 장착하여 고속 및 고해상도 영상이 가능하다.

이러한 장점들 때문에 본 발명의 경사 자계 코일은 고해상도 영상 또는 고속 영상용으로 사용되거나 소형 자석과 결합한 인체용 자기 공명 영상 장치를 구성하는데 사용된다.

Claims

복수개의 반원형 권선들로 이루어진 자계 발생용 코일의 쌍을 원통형으로 배치하되, 경사 자계 발생용 권선들을 일측 방향으로 나란히 배치하고 전류 복귀용 권선을 타측 방향에 배치하여 형성된 것을 특징으로 하는 경사 자계 코일.
제1항에 있어서, 상기 전류 복귀용 권선은 하나의 코일로 이루어진 것을 특징으로 하는 경사 자계 코일.
복수개의 반원형 권선들로 이루어진 자계 발생용 코일의 쌍을 원통형으로 배치하되 경사 자계 발생용 권선들을 일측 방향으로 나란히 배치하고 전류 복귀용 권선을 타측 방향에 배치하여 형성된 두 개의 경사 자계 코일을 x축과 y축 방향의 경사 자계를 발생하도록 서로 90°회전되게 배치하고, 여기에 맥스웰 페어 구조 혹은 역 헬름홀쯔 구조의 코일을 감은 z 방향 경사 자계 코일을 구비하여 된 것을 특징으로 하는 경사 자계 코일.
복수개의 반원형 권선들로 이루어진 자계 발생용 코일의 쌍 및 회전력 보상용의 코일의 쌍을 원통형으로 배치하되, 경사 자계 발생용 권선들을 일측 방향에 나란히 배치하고 전류 복귀용 권선을 타측 방향에 배치하며, 상기 회전력 보상용의 코일을 상기 타측 방향에 연이어 배치하여 형성된 것을 특징으로 하는 경사 자계 코일.
제4항에 있어서, 상기 전류 복귀용 권선은 하나의 코일로 이루어진 것을 특징으로 하는 경사 자계 코일.
복수개의 반원형 권선들로 이루어진 자계 발생용 코일의 쌍 및 회전력 보상용의 코일의 쌍을 원통형으로 배치하되, 경사 자계 발생용 권선들을 일측 방향에 나란히 배치하고 전류 복귀용 권선을 타측 방향에 배치하며, 상기 회전력 보상용의 코일을 상기 타측 방향에 연이어 배치하여 형성된 두 개의 경사 자계 코일을 서로 90°회전되게 배치하고, 여기에 맥스웰 페어 구조 혹은 역 헬름홀쯔 구조의 코일을 감은 z 방향 경사 자계 코일을 구비하여 된 것을 특징으로 하는 경사 자계 코일.
복수개의 반원형 권선들로 이루어진 자계 발생용 코일의 쌍 및 회전력 보상용의 코일의 쌍을 원통형으로 배치하되, 경사 자계 발생용 권선들을 일측 방향에 나란히 배치하고 전류 복귀용 권선을 타측 방향에 배치하며, 상기 회전력 보상용의 코일을 상기 타측 방향에 연이어 배치하여 형성된 것을 특징으로 하는 자기 공명 영상 장치.
제7항에 있어서, 상기 전류 복귀용 권선은 하나의 코일로 이루어진 것을 특징으로 하는 자기 공명 영상 장치.
복수개의 반원형 권선들로 이루어진 자계 발생용 코일의 쌍 및 회전력 보상용의 코일의 쌍을 원통형으로 배치하되, 경사 자계 발생용 권선들을 일측 방향에 나란히 배치하고 전류 복귀용 권선을 타측 방향에 배치하며, 상기 회전력 보상용의 코일을 상기 타측 방향에 연이어 배치하여 형성된 두 개의 경사 자계 코일을 서로 90°회전되게 배치하고, 여기에 맥스웰 페어 구조 혹은 역 헬름홀쯔 구조의 코일을 감은 z 방향 경사 자계 코일을 구비하여 된 것을 특징으로 하는 자기 공명 영상 장치.

※ 참고사항 : 최초출원 내용에 의하여 공개하는 것임.