WO2016195281A1 - 경사자장을 발생시키기 위해 복수의 코일을 이용하는 경사자장 발생 모듈 - Google Patents

경사자장을 발생시키기 위해 복수의 코일을 이용하는 경사자장 발생 모듈 Download PDF

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gradient
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아탈라에르긴
타라그히니아소헤일
에르탄코라이
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아탈라에르긴
장용호
타라그히니아소헤일
에르탄코라이
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Definitions

  • the first aspect of the present disclosure in the gradient magnetic field generating module, is formed inside the main magnet to generate the gradient magnetic field and comprises a plurality of coils gradient coil unit ; And a gradient magnetic field amplifier configured to control at least one of a shape of the gradient magnetic field generated by the gradient coil unit, a magnitude of the gradient magnetic field, and a slew rate of the gradient magnetic field.
  • the plurality of coils may be grouped into a plurality of coil groups, and the current flowing through the plurality of coils may be independently controlled by the gradient magnetic field amplifier in a group unit. .
  • 2A, 2B and 2C show the structure of the gradient coil unit in accordance with one embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a circuit diagram illustrating a gradient magnetic field amplifier according to an embodiment of the present invention.
  • the simultaneous multi-slice method may correspond to parallel image processing, and parallel imaging may include a SENSE or GRAPPA method.
  • the magnetic resonance circuit system may include a gradient magnetic field generation module.
  • the gradient magnetic field generating module refers to a module that generates a gradient magnetic field to form a gradient magnetic field.
  • the gradient magnetic field generating module may include a gradient magnetic field amplifier 32 and a gradient magnetic field coil unit 24.
  • the RF coil 26 generates an electromagnetic signal, for example, an RF signal having a radio frequency corresponding to the type of the nuclear nucleus, such as an RF signal, in order to transition a nuclear nucleus from a low energy state to a high energy state.
  • an electromagnetic signal generated by the RF coil 26 is applied to a particular nucleus, the particular nucleus may transition from a low energy state to a high energy state.
  • the electromagnetic wave generated by the RF coil 26 is removed, the atomic nucleus to which the electromagnetic wave is applied may emit an electromagnetic wave having a Lamor frequency while transitioning from a high energy state to a low energy state.
  • the RF coil 26 may receive an electromagnetic wave signal radiated from atomic nuclei inside the object 10.
  • the RF coil 26 may be implemented as one RF transmission / reception coil having a function of generating an electromagnetic wave having a radio frequency corresponding to a type of atomic nucleus and a function of receiving an electromagnetic wave radiated from the atomic nucleus.
  • the RF coil 26 may communicate with an external device in a wired and / or wireless manner, and may also perform dual tune communication according to a communication frequency band.
  • the RF coil 26 may include a transmission-only coil, a reception-only coil, and a transmission / reception combined coil according to an RF signal transmission / reception method.
  • the signal transceiver 30 may control the gradient magnetic field formed inside the gantry 20 according to a predetermined MR sequence, and control transmission and reception of an RF signal and a magnetic resonance signal.
  • the signal transceiver 30 may include a gradient magnetic field amplifier 32, a transmission / reception switch 34, an RF transmitter 36, and an RF receiver 38.
  • the gradient amplifier 32 drives the gradient coil unit 24 included in the gantry 20, and outputs a pulse signal for generating the gradient magnetic field under the control of the gradient magnetic field controller 54. 24) can be supplied.
  • the transmission / reception switch 34 may adjust a transmission / reception direction of the RF signal and the magnetic resonance signal.
  • the RF signal may be irradiated to the object 10 through the RF coil 26 during the transmission mode, and the magnetic resonance signal may be received from the object 10 through the RF coil 26 during the reception mode. have.
  • the transmission / reception switch 34 may be controlled by a control signal from the RF controller 56.
  • the object monitoring unit 44 may monitor the state of the object 10.
  • the object monitoring unit 44 may include a camera for observing the movement or position of the object 10, a respiratory meter for measuring the respiration of the object 10, and an ECG meter for measuring the electrocardiogram of the object 10.
  • it may include a body temperature measuring instrument for measuring the body temperature of the object (10).
  • the operating unit 60 may command pulse sequence information to the system control unit 50 and control the operation of the entire MRI apparatus.
  • the operating unit 60 may include an image processor 62, an output unit 64, and an input unit 66 that process a magnetic resonance signal received from the RF receiver 38.
  • the image processor 62 places digital data in k-spatial data (also referred to as Fourier space or frequency space) of the memory, and converts the data into two-dimensional or three-dimensional Fourier transform. Can be reconstructed into image data.
  • k-spatial data also referred to as Fourier space or frequency space
  • the image processor 62 may also perform composition processing, difference calculation processing, or the like of the image data.
  • the output unit 64 may output the image data or the reconstructed image data generated by the image processor 62 to the user.
  • the output unit 64 may output information necessary for the user to manipulate the MRI apparatus, such as a user interface (UI), user information, or object information.
  • UI user interface
  • the output unit 64 may include a speaker, a printer, a CRT display, an LCD display, a PDP display, an OLED display, an FED display, an LED display, a VFD display, a DLP display, a PFD display, a three-dimensional display, a transparent display, and the like.
  • Other output devices may be included within the scope apparent to those skilled in the art.
  • the user may input object information, parameter information, scan conditions, pulse sequences, information on image composition or difference calculation, etc. using the input unit 66.
  • the input unit 66 may include a keyboard, a mouse, a trackball, a voice recognizer, a gesture recognizer, a touch screen, and the like, and may include various input devices within a range apparent to those skilled in the art.
  • phase coding Even if the resonant frequency becomes constant again, atomic nuclei that experience different magnetic fields along the Y axis rotate in a state where the magnitude of the phase changes according to the position of the Y axis. In other words, even if the rotational frequency of the atomic nucleus is constant, the phase nucleus is changed depending on the position of the atomic nucleus to the atomic nucleus rotating at the fast position, the atomic nucleus rotating at the slow position, and the like. This is called phase coding.
  • FIG. 2B is a view showing the Y-axis gradient coil unit 243 according to an embodiment of the present invention.
  • the Y-axis gradient coil unit 243 may generate a gradient magnetic field in the Y-axis direction, and the generated gradient magnetic field may be a phase, a frequency, or a combination of atomic nuclei. Can change.
  • the first sub gradient magnetic field amplifier 321 may be matched with the first coil group 2251.
  • the first sub gradient magnetic field amplifier 321 may apply a current having the same magnitude and the same direction to at least one coil included in the first coil group 2251.
  • the second sub gradient magnetic field amplifier 322 may be matched to the second coil group 2452, and the second sub gradient magnetic field amplifier 322 may include at least one coil included in the second coil group 2452. It is possible to apply a current having the same magnitude and the same direction.
  • the sub gradient magnetic field amplifier may be matched with the pair coil group included in the Z axis gradient coil unit 245.
  • one sub gradient amplifier may be matched with one pair of coil groups.
  • the sub gradient magnetic amplifier may amplify the current, and apply the amplified current to the pair coil group.
  • the pair coil groups may be driven independently by each of the plurality of sub gradient amplifiers.

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Abstract

경사자장을 발생시키기 위해 복수의 코일을 이용하는 경사자장 발생 모듈이 제공 된다. 경사 자장 발생 모듈에 있어서, 주(main) 자석의 내측에 형성되어 경사 자장을 발생시키고 복수의 코일들을 포함하는 경사 코일부; 및 상기 경사 코일부가 발생시키는 경사 자장의 형태(shape), 경사 자장의 크기(strength) 및 경사 자장의 증폭 속도(slew rate)중 적어도 하나를 제어하는 경사자장 증폭기; 를 포함하며, 상기 복수의 코일들은 복수의 코일 그룹들로 그룹화되고, 상기 복수의 코일들에 흐르는 전류는 상기 경사자장 증폭기에 의해 그룹 단위로 독립적으로 제어되는, 경사 자장 발생 모듈이 제공된다.

Description

경사자장을 발생시키기 위해 복수의 코일을 이용하는 경사자장 발생 모듈
본 발명은 경사자장 발생 모듈에 관한 것으로, 특히 다양한 경사 자장을 발생시키는 모듈에 대한 것이다.
자기 공명 영상(Magnetic Resonance Imaging, MRI)은 원자핵을 자장에 노출시킨 후 공명을 통해 얻어지는 정보로 영상을 나타낸 것이다. 원자핵의 공명이란, 외부 자장에 의해 자화된 상태의 원자핵에 특정한 고주파를 입사시키면 낮은 에너지 상태의 원자핵이 고주파 에너지를 흡수하여 높은 에너지 상태로 여기되는 현상을 말한다. 원자핵은 종류에 따라 각기 다른 공명주파수를 가지며 공명은 외부 자장의 강도에 영향을 받는다. 인체 내부에는 무수히 많은 원자핵이 있으며 일반적으로 수소 원자핵을 자기 공명 영상 촬영에 이용한다.
자기 공명 영상 시스템은 자기 공명 영상 장치 내부에 경사자장을 생성할 수 있다. 생성된 경사자장은 촬영하고자 하는 부위의 단면을 만들 수 있다. 기존의 경사자장을 생성하는 방법은 균일한 경사자장을 생성할 수 밖에 없기에, 불편함이 있었다.
이에 따라, 자기 공명 영상 시스템에서 다양한 경사자장을 발생시키는 방법에 대한 연구가 진행되고 있다.
이와 관련된 선행 문건으로는 등록 특허 KR 10-1503494이 있다.
본 발명은 전술한 배경기술에 대응하여 안출된 것으로, 다양한 경사자장을 효율적으로 발생시키기 위한 것이다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 개시의 제 1 측면은 경사 자장 발생 모듈에 있어서, 주(main) 자석의 내측에 형성되어 경사 자장을 발생시키고 복수의 코일들을 포함하는 경사 코일부; 및 상기 경사 코일부가 발생시키는 경사 자장의 형태(shape), 경사 자장의 크기(strength) 및 경사 자장의 증폭 속도(slew rate)중 적어도 하나를 제어하는 경사자장 증폭기; 를 포함하며, 상기 복수의 코일들은 복수의 코일 그룹들로 그룹화되고, 상기 복수의 코일들에 흐르는 전류는 상기 경사자장 증폭기에 의해 그룹 단위로 독립적으로 제어되는, 경사 자장 발생 모듈을 제공할 수 있다.
본 발명은 전술한 배경기술에 대응하여 안출된 것으로, 다양한 경사자장을 발생시키는 방법을 제공할 수 있는 효과가 있다.
다양한 양상들이 이제 도면들을 참조로 기재되며, 여기서 유사한 참조 번호들은 총괄적으로 유사한 구성요소들을 지칭하는데 이용된다. 이하의 실시예에서, 설명 목적을 위해, 다수의 특정 세부사항들이 하나 이상의 양상들의 총체적 이해를 제공하기 위해 제시된다. 그러나, 그러한 양상(들)이 이러한 구체적인 세부사항들 없이 실시될 수 있음은 명백할 것이다. 다른 예시들에서, 공지의 구조들 및 장치들이 하나 이상의 양상들의 기재를 용이하게 하기 위해 블록도 형태로 도시된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 공명 영상 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2a, 2b 및 2c는 본 발명의 일 실시예와 관련된 경사 코일부의 구조를 도시한다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 Z축 경사 코일부를 설명하기 위한 도면이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 경사자장 증폭기의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 경사자장 증폭기의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 경사자장 증폭기를 설명하기 위한 회로도이다.
다양한 실시예들이 이제 도면을 참조하여 설명되며, 전체 도면에서 걸쳐 유사한 도면번호는 유사한 구성요소를 나타내기 위해서 사용된다. 본 명세서에서, 다양한 설명들이 본 발명의 이해를 제공하기 위해서 제시된다. 그러나 이러한 실시예들은 이러한 구체적인 설명 없이도 실행될 수 있음이 명백하다. 다른 예들에서, 공지된 구조 및 장치들은 실시예들의 설명을 용이하게 하기 위해서 블록 다이어그램 형태로 제공된다.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다. 본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
또한, 명세서에서 사용되는 "부" 또는 “모듈” 이라는 용어는 소프트웨어 또는 하드웨어 구성요소를 의미하며, "부" 또는 “모듈”은 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 "부" 또는 “모듈”은 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. "부" 또는 “모듈”는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다.
따라서, 일 예로서 "부" 또는 “모듈”은 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 "부" 또는 “모듈”들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들, "부" 또는 “모듈”들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 "부" 및 “모듈”들로 더 분리될 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략한다.
본 명세서에서 "이미지" 또는 "영상"은 이산적인 영상 요소들(예를 들어, 2차원 영상에 있어서의 픽셀들 및 3차원 영상에 있어서의 복셀들)로 구성된 다차원(multi-dimensional) 데이터를 의미할 수 있다. 예를 들어, 영상은 X-ray, CT, MRI, 초음파 및 다른 의료 영상 시스템에 의해 획득된 대상체의 의료 영상 등을 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 "대상체(object)"는 사람 또는 동물, 또는 사람 또는 동물의 일부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 대상체는 간, 심장, 자궁, 뇌, 유방, 복부 등의 장기, 또는 혈관을 포함할 수 있다. 또한, "대상체"는 팬텀(phantom)을 포함할 수도 있다. 팬텀은 생물의 밀도와 실효 원자 번호에 아주 근사한 부피를 갖는 물질을 의미하는 것으로, 신체와 유사한 성질을 갖는 구형(sphere)의 팬텀을 포함할 수 있다.
또한, 본 명세서에서 "사용자"는 의료 전문가로서 의사, 간호사, 임상 병리사, 의료 영상 전문가 등이 될 수 있으며, 의료 장치를 수리하는 기술자가 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
또한, 본 명세서에서 "자기 공명 영상 (MRI: Magnetic Resonance Imaging)"이란 핵자기 공명 원리를 이용하여 획득된 대상체에 대한 영상을 의미한다.
또한, 본 명세서에서 "펄스 시퀀스"란, MRI 장치에서 반복적으로 인가되는 신호의 연속을 의미한다. 펄스 시퀀스는 RF 펄스의 시간 파라미터, 예를 들어, 반복 시간(Repetition Time, TR) 및 에코 시간(Time to Echo, TE)등을 포함할 수 있다.
또한, 본 명세서에서 "TR"이란 RF 펄스의 반복시간(repetition time)을 의미할 수 있다. 예를 들어, 첫번째 RF 펄스가 송신되는 시점으로부터 두번째 RF 펄스가 송신되는 시점 사이의 시간을 의미할 수 있다.
또한, 본 명세서에서 "펄스 시퀀스 모식도"란, MRI 장치 내에서 신호가 인가되는 순서를 설명한다. 예컨대, 펄스 시퀀스 모식도란 RF 펄스, 경사 자장, 자기 공명 신호 등을 시간에 따라 보여주는 모식도일 수 있다.
또한, 본 명세서에서 "공간 부호화"란 RF 신호에 의한 양성자 스핀들의 탈위상에 더하여, 양성자 스핀들의 추가적인 탈위상을 일으키는 선형 경사자장을 인가함으로써 경사자장의 축(방향)을 따라서 공간적 정보(spatial information)를 획득하는 것을 의미할 수 있다.
MRI 장치는 특정 세기의 자기장에서 발생하는 RF(Radio Frequency) 신호에 대한 MR(Magnetic Resonance) 신호의 세기를 명암 대비로 표현하여 대상체의 단층 부위에 대한 이미지를 획득하는 장치이다. 예를 들어, 대상체를 강력한 자기장 속에 눕힌 후 특정의 원자핵(예컨대, 수소 원자핵 등)만을 공명시키는 RF 신호를 대상체에 순간적으로 조사했다가 중단하면 특정의 원자핵에서 자기 공명 신호가 방출되는데, MRI 장치는 이 자기 공명 신호를 수신하여 MR 이미지를 획득할 수 있다. 자기 공명 신호는 대상체로부터 방사되는 RF 신호를 의미한다. 자기 공명 신호의 크기는 대상체에 포함된 소정의 원자(예컨대, 수소 등)의 농도, 이완시간 T1, 이완시간 T2 및 혈류등의 흐름에 의해 결정될 수 있다.
MRI 장치는 다른 이미징 장치들과는 다른 특징들을 포함한다. 이미지의 획득이 감지 하드웨어(detecting hardware)의 방향에 의존하는 CT와 같은 이미징 장치들과 달리, MRI 장치는 임의의 지점으로 지향된 2차원 이미지 또는 3차원 볼륨 이미지를 획득할 수 있다. 또한, MRI 장치는, CT, X-ray, PET 및 SPECT와 달리, 대상체 및 검사자에게 방사선을 노출시키지 않으며, 높은 연부 조직(soft tissue) 대조도를 갖는 이미지의 획득이 가능하여, 비정상적인 조직의 명확한 묘사가 중요한 신경(neurological) 이미지, 혈관 내부(intravascular) 이미지, 근 골격(musculoskeletal) 이미지 및 종양(oncologic) 이미지 등을 획득할 수 있다.
대상체의 3차원 볼륨은 사람 또는 동물, 또는 사람 또는 동물의 일부의 3차원 형상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 대상체의 볼륨은 간, 심장, 자궁, 뇌, 유방, 복부 등의 장기, 또는 혈관 등의 3차원 형상을 포함할 수 있다.
MRI 장치에서 대상체의 3차원 볼륨(3D volume)의 정보를 빠른 시간에 얻으려고 할 때, 3차원 볼륨을 구성하는 슬라이스들의 방향으로 여러 장의 슬라이스 영상을 획득할 수 있다. 복수의 슬라이스에 대한 영상을 촬영하는 경우, 슬라이스 영상을 슬라이스의 수만큼 순차적으로 촬영하는 것이 일반적인데, 순차적으로 슬라이스 영상을 촬영하는 경우 촬영시간이 많이 소요될 수 있다.
멀티 슬라이스(multi-slice) 방식에서는 각각의 슬라이스 영상이 복수의 TR(Repetition Time: 반복시간) 구간에서 획득되는 경우, 각각의 TR 구간에서 각 슬라이스에 대한 데이터를 교차적으로 획득하여 촬영시간을 단축시킬 수 있다. 예를 들어, TR 구간이 단면선택, 위상 부호화, 주파수 부호화에 필요한 활성화 시간(active time)보다 훨씬더 긴 경우, 불용시간(dead time)이 존재하는데, 멀티 슬라이스 방식에서는 각각의 TR 구간에서 하나의 단면에 관한 정보를 얻은 후 다른 단면에 관한 정보를 얻기 위해 불용시간을 이용할 수 있다.
동시적 멀티 슬라이스(SMS; Simultaneously Multi-Slice) 방식에서는 스캔시간을 줄이기 위하여 복수의 슬라이스를 동시에 여기하여 복수의 슬라이스로부터의 자기 공명 신호를 복수의 코일을 통하여 동시에 획득하고 슬라이스 간 존재하는 코일 민감도(coil sensitivity) 정보의 차이를 이용하여 각각의 슬라이스에 대한 자기 공명 신호를 분리할 수 있다. 코일 민감도 정보는 복수의 코일 중 각 코일의 위치에 따라 상이한 자기 공명 신호를 수신하는 감도를 의미할 수 있다.
동시적 멀티 슬라이스 방식은 병렬 영상처리에 대응될 수 있으며, 병렬 영상처리(parallel imaging)는 센스(SENSE) 또는 그라파(GRAPPA) 방식을 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 공명 영상 장치를 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 자기 공명 영상 장치는 갠트리(gantry)(20), 신호 송수신부(30), 모니터링부(40), 장치 제어부(50) 및 오퍼레이팅부(60)를 포함할 수 있다.
갠트리(20)는 주 자석(22), 경사 코일부(24), RF 코일(26) 등에 의하여 생성된 전자파가 외부로 방사되는 것을 차단할 수 있다. 갠트리(20)는 내부에 보어(bore)를 포함할 수 있다. 보어(bore)에는 전자기장 및 경사자장이 형성될 수 있고, RF 신호는 보어(bore)에서 대상체(10)를 향하여 조사될 수 있다.
주 자석(22), 경사 코일부(24) 및 RF 코일(26)은 갠트리(20)의 소정의 방향을 따라 배치될 수 있다. 소정의 방향은 동축 원통 방향 등을 포함할 수 있다. 원통의 수평축을 따라 원통 내부로 삽입 가능한 테이블(table)(28)상에 대상체(10)가 위치될 수 있다.
주 자석(22)은 대상체(10)에 포함된 원자핵들의 자기 쌍극자 모멘트(magnetic dipole moment)의 방향을 일정한 방향으로 정렬하기 위한 정자기장 또는 정자장(static magnetic field)을 생성할 수 있다.
주 자석에 의하여 생성된 자장이 강하고 균일할수록 대상체(10)에 대한 비교적 정밀하고 정확한 MR 영상을 획득할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 자기 공명 회로 시스템은 경사 자장 발생 모듈을 포함할 수 있다. 경사 자장 발생 모듈은 경사 자장을 발생시켜 경사 자계를 형성하는 모듈을 의미한다. 경사자장 발생 모듈은 경사자장 증폭기(32) 및 경사자장 코일부(24)를 포함할 수 있다.
경사자장 증폭기(32)는 경사자장 제어부(54)의 제어에 의해 전류를 경사자장 코일부(24)에 인가할 수 있다. 이 경우, 경사자장 증폭기(32)는 미리 결정된 시간 동안 전류를 경사자장 코일부(24)에 공급할 수 있고, 미리 결정된 시간이 경과한 때, 전류의 공급을 중단할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 경사자장 증폭기(32)는 경사자장 제어부(54)의 제어에 따라 다양한 전류를 코일 그룹에 인가함으로써, 다양한 크기 및 방향을 갖는 경사자장을 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 경사 자장 증폭기(32)는 전류를 코일 그룹에 인가함으로써, 코일 그룹이 발생시키는 경사 자장의 형태(shape), 경사 자장의 크기(strength) 및 경사 자장의 증폭 속도(slew rate)중 적어도 하나를 제어할 수 있다.
경사 코일부(Gradient coil)(24)는 서로 직교하는 X축, Y축 및 Z축 방향의 경사자장을 발생시키는 X, Y, Z 코일을 포함할 수 있다. 경사 코일부(24)는 대상체(10)의 부위 별로 공명 주파수를 서로 다르게 유도하여 대상체(10)의 각 부위의 위치 정보를 제공할 수 있다.
RF 코일(26)은 환자에게 RF 신호를 조사하고, 환자로부터 방출되는 자기 공명 신호를 수신할 수 있다. 예를 들어, RF 코일(26)은, 세차 운동을 하는 원자핵을 향하여 세차운동의 주파수와 동일한 주파수의 RF 신호를 환자에게 전송한 후 RF 신호의 전송을 중단하고, 환자로부터 방출되는 자기 공명 신호를 수신할 수 있다.
예를 들어, RF 코일(26)은 어떤 원자핵을 낮은 에너지 상태로부터 높은 에너지 상태로 천이시키기 위하여 원자핵의 종류에 대응하는 무선 주파수(Radio Frequency)를 갖는 전자파 신호, 예컨대 RF 신호를 생성하여 대상체(10)에 인가할 수 있다. RF 코일(26)에 의해 생성된 전자파 신호가 특정 원자핵에 가해지면, 특정 원자핵은 낮은 에너지 상태로부터 높은 에너지 상태로 천이될 수 있다. 이후에, RF 코일(26)에 의해 생성된 전자파가 제거되면, 전자파가 가해졌던 원자핵은 높은 에너지 상태로부터 낮은 에너지 상태로 천이하면서 라모어 주파수를 갖는 전자파를 방사할 수 있다. 다시 말해, 원자핵에 대하여 전자파 신호의 인가가 중단되면, 전자파가 가해졌던 원자핵에서는 높은 에너지에서 낮은 에너지로의 에너지 준위의 변화가 발생하면서 라모어 주파수를 갖는 전자파가 방사될 수 있다. 여기서, 라모어 주파수는 원자핵에서 자기공명이 유도되는 주파수를 의미할 수 있다.
RF 코일(26)은 대상체(10) 내부의 원자핵들로부터 방사된 전자파 신호를 수신할 수 있다. RF 코일(26)은 원자핵의 종류에 대응하는 무선 주파수를 갖는 전자파를 생성하는 기능과 원자핵으로부터 방사된 전자파를 수신하는 기능을 함께 갖는 하나의 RF 송수신 코일로서 구현될 수 있다.
또한, 원자핵의 종류에 대응하는 무선 주파수를 갖는 전자파를 생성하는 기능을 갖는 송신 RF 코일과 원자핵으로부터 방사된 전자파를 수신하는 기능을 갖는 수신 RF 코일로서 각각 구현될 수도 있다.
또한, 이러한 RF 코일(26)은 갠트리(20)에 고정된 형태일 수 있고, 착탈이 가능한 형태일 수 있다. 착탈이 가능한 RF 코일(26)은 머리 RF 코일, 흉부 RF 코일, 다리 RF 코일, 목 RF 코일, 어깨 RF 코일, 손목 RF 코일 및 발목 RF 코일 등을 포함한 대상체의 일부분에 대한 RF 코일을 포함할 수 있다.
또한, RF 코일(26)은 유선 및/또는 무선으로 외부 장치와 통신할 수 있으며, 통신 주파수 대역에 따른 듀얼 튠(dual tune) 통신도 수행할 수 있다.
또한, RF 코일(26)은 코일의 구조에 따라 새장형 코일(birdcage coil), 표면 부착형 코일(surface coil) 및 횡전자기파 코일(TEM 코일)을 포함할 수 있다.
또한, RF 코일(26)은 RF 신호 송수신 방법에 따라, 송신 전용 코일, 수신 전용 코일 및 송/수신 겸용 코일을 포함할 수 있다.
또한, RF 코일(26)은 16 채널, 32 채널, 72채널 및 144 채널 등 다양한 채널의 RF 코일을 포함할 수 있다.
갠트리(20)는 갠트리(20)의 외측에 위치하는 디스플레이(29)와 갠트리(20)의 내측에 위치하는 디스플레이(미도시)를 더 포함할 수 있다. 갠트리(20)의 내측 및 외측에 위치하는 디스플레이를 통해 사용자 또는 대상체에게 소정의 정보는 제공될 수 있다.
신호 송수신부(30)는 소정의 MR 시퀀스에 따라 갠트리(20) 내부에 형성되는 경사자장을 제어하고, RF 신호와 자기 공명 신호의 송수신을 제어할 수 있다.
신호 송수신부(30)는 경사자장 증폭기(32), 송수신 스위치(34), RF 송신부(36) 및 RF 수신부(38)를 포함할 수있다.
경사자장 증폭기(Gradient Amplifier)(32)는 갠트리(20)에 포함된 경사 코일부(24)를 구동시키며, 경사자장 제어부(54)의 제어 하에 경사자장을 발생시키기 위한 펄스 신호를 경사 코일부(24)에 공급할 수 있다.
경사자장 제어부(54)는 경사자장 증폭기(32)로부터 경사 코일부(24)에 공급되는 펄스 신호를 제어할 수 있다. 경사 코일부(24)에 공급되는 펄스 신호가 제어됨으로써, X축, Y축, Z축 방향의 경사 자장이 합성될 수 있다. 펄스 신호는 전류에 의해 구현될 수 있다.
RF 송신부(36) 및 RF 수신부(38)는 RF 코일(26)을 구동시킬 수 있다. RF 송신부(36)는 라모어 주파수의 RF 펄스를 RF 코일(26)에 공급하고, RF 수신부(38)는 RF 코일(26)이 수신한 자기 공명 신호를 수신할 수 있다.
송수신 스위치(34)는 RF 신호와 자기 공명 신호의 송수신 방향을 조절할 수 있다. 예를 들어, 송신 모드 동안에 RF 코일(26)을 통하여 대상체(10)로 RF 신호가 조사되게 하고, 수신 모드 동안에는 RF 코일(26)을 통하여 대상체(10)로부터의 자기 공명 신호가 수신되게 할 수 있다. 이러한 송수신 스위치(34)는 RF 제어부(56)로부터의 제어 신호에 의하여 제어될 수 있다.
모니터링부(40)는 갠트리(20) 또는 갠트리(20)에 장착된 기기들을 모니터링 또는 제어할 수 있다. 모니터링부(40)는 시스템 모니터링부(42), 대상체 모니터링부(44), 테이블 제어부(46) 및 디스플레이 제어부(48)를 포함할 수 있다.
시스템 모니터링부(42)는 정자기장의 상태, 경사자장의 상태, RF 신호의 상태, RF 코일의 상태, 테이블의 상태, 대상체의 신체 정보를 측정하는 기기의 상태, 전원 공급 상태, 열 교환기의 상태, 컴프레셔의 상태 등을 모니터링하고 제어할 수 있다.
대상체 모니터링부(44)는 대상체(10)의 상태를 모니터링할 수 있다. 예를 들어, 대상체 모니터링부(44)는 대상체(10)의 움직임 또는 위치를 관찰하기 위한 카메라, 대상체(10)의 호흡을 측정하기 위한 호흡 측정기, 대상체(10)의 심전도를 측정하기 위한 ECG 측정기, 또는 대상체(10)의 체온을 측정하기 위한 체온 측정기를 포함할 수 있다.
테이블 제어부(46)는 대상체(10)가 위치하는 테이블(28)의 이동을 제어할 수 있다. 테이블 제어부(46)는 시퀀스 제어부(50)의 시퀀스 제어에 따라 테이블(28)의 이동을 제어할 수 있다. 예를 들어, 대상체의 이동 영상 촬영(moving imaging)에 있어서, 테이블 제어부(46)는 시퀀스 제어부(50)에 의한 시퀀스 제어에 따라 지속적으로 또 는 단속적으로 테이블(28)을 이동시킬 수 있으며, 이에 의해, 갠트리의 FOV(field of view)보다 큰 FOV로 대상체를 촬영할 수 있다.
디스플레이 제어부(48)는 갠트리(20)의 외측 및 내측에 위치하는 디스플레이를 제어할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 제어부(48)는 갠트리(20)의 외측 및 내측에 위치하는 디스플레이의 온/오프 또는 디스플레이에 출력될 화면등을 제어할 수 있다. 또한, 갠트리(20) 내측 또는 외측에 스피커가 위치하는 경우, 디스플레이 제어부(48)는 스피커의 온/오프 또는 스피커를 통해 출력될 사운드 등을 제어할 수 있다.
시스템 제어부(50)는 갠트리(20) 내부에서 형성되는 신호들의 시퀀스를 제어하는 시퀀스 제어부(52), 및 갠트리(20)에 장착된 기기들과 갠트리(20)를 제어하는 갠트리 제어부(58)를 포함할 수 있다.
시퀀스 제어부(52)는 경사자장 증폭기(32)를 제어하는 경사자장 제어부(54) 및 RF 제어부(56)를 포함할 수 있다. RF제어부(56)는 RF 송신부(36), RF 수신부(38) 및 송수신 스위치(34)를 제어할 수 있다.
시퀀스 제어부(52)는 오퍼레이팅부(60)로부터 수신된 펄스 시퀀스에 따라 경사자장 증폭기(32), RF 송신부(36), RF 수신부(38) 및 송수신 스위치(34)를 제어할 수 있다.
여기에서, 펄스 시퀀스(pulse sequence)란, 경사자장 증폭기(32), RF 송신부(36), RF 수신부(38) 및 송수신 스위치(34)를 제어하기 위해 필요한 모든 정보를 포함하며, 예를 들면 경사 코일부(24)에 인가하는 펄스(pulse) 신호의 강도, 인가 시간, 인가 타이밍(timing) 등에 관한 정보 등을 포함할 수 있다.
오퍼레이팅부(60)는 시스템 제어부(50)에 펄스 시퀀스 정보를 지령하는 것과 동시에, MRI 장치 전체의 동작을제어할 수 있다.
오퍼레이팅부(60)는 RF 수신부(38)로부터 수신되는 자기 공명 신호를 처리하는 영상 처리부(62), 출력부(64) 및 입력부(66)를 포함할 수 있다.
영상 처리부(62)는 RF 수신부(38)로부터 수신되는 자기 공명 신호를 처리하여, 대상체(10)에 대한 자기 공명 화상 데이터를 생성할 수 있다.
영상 처리부(62)는 RF 수신부(38)가 수신한 자기 공명 신호에 증폭, 주파수 변환, 위상 검파, 저주파 증폭, 필터링(filtering) 등과 같은 각종의 신호 처리를 수행할 수 있다.
영상 처리부(62)는, 예를 들어, 메모리의 k-공간 데이터 (예컨대, 푸리에(Fourier) 공간 또는 주파수 공간이라고도 지칭됨)에 디지털 데이터를 배치하고, 이러한 데이터를 2차원 또는 3차원 푸리에 변환을 하여 화상 데이터로 재구성할 수 있다.
또한, 영상 처리부(62)는 필요에 따라, 화상 데이터(data)의 합성 처리나 차분 연산 처리 등도 수행할 수 있다.
합성 처리는, 픽셀에 대한 가산 처리, 최대치 투영(MIP)처리 등을 포함할 수 있다. 또한, 영상 처리부(62)는 재구성되는 화상 데이터뿐만 아니라 합성 처리나 차분 연산 처리가 행해진 화상 데이터를 메모리(미도시) 또는 외부의 서버에 저장할 수 있다.
또한, 영상 처리부(62)가 자기 공명 신호에 대해 적용하는 각종 신호 처리는 병렬적으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 다채널 RF 코일에 의해 수신되는 복수의 자기 공명 신호에 신호 처리를 병렬적으로 가하여 복수의 자기 공명 신호를 화상 데이터로 재구성할 수도 있다.
출력부(64)는 영상 처리부(62)에 의해 생성된 화상 데이터 또는 재구성 화상 데이터를 사용자에게 출력할 수 있다. 또한, 출력부(64)는 UI(user interface), 사용자 정보 또는 대상체 정보 등 사용자가 MRI 장치를 조작하기 위해 필요한 정보를 출력할 수 있다.
출력부(64)는 스피커, 프린터, CRT 디스플레이, LCD 디스플레이, PDP 디스플레이, OLED 디스플레이, FED 디스플레이, LED 디스플레이, VFD 디스플레이, DLP 디스플레이, PFD 디스플레이, 3차원 디스플레이, 투명 디스플레이 등을 포함할 수 있고, 기타 당업자에게 자명한 범위 내에서 다양한 출력 장치들을 포함할 수 있다.
사용자는 입력부(66)를 이용하여 대상체 정보, 파라미터 정보, 스캔 조건, 펄스 시퀀스, 화상 합성이나 차분의 연산에 관한 정보 등을 입력할 수 있다. 입력부(66)는 키보드, 마우스, 트랙볼, 음성 인식부, 제스처 인식부, 터치 스크린 등을 포함할 수 있고, 기타 당업자에게 자명한 범위 내에서 다양한 입력 장치들을 포함할 수 있다.
도 1 은 신호 송수신부(30), 모니터링부(40), 시스템 제어부(50) 및 오퍼레이팅부(60)를 서로 분리된 객체로 도시하였지만, 신호 송수신부(30), 모니터링부(40), 시스템 제어부(50) 및 오퍼레이팅부(60) 각각에 의해 수행되는 기능들이 다른 객체에서 수행될 수도 있다는 것은 당업자라면 충분히 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 영상 처리부(62)는, RF 수신부(38)가 수신한 자기 공명 신호를 디지털 신호로 변환한다고 전술하였지만, 이 디지털 신호로의 변환은 RF 수신부(38) 또는 RF 코일(26)이 직접 수행할 수도 있다.
갠트리(20), RF 코일(26), 신호 송수신부(30), 모니터링부(40), 시스템 제어부(50) 및 오퍼레이팅부(60)는 서로 무선 또는 유선으로 연결될 수 있고, 무선으로 연결된 경우에는 서로 간의 클럭(clock)을 동기화하기 위한 장치(미도시)를 더 포함할 수 있다.
갠트리(20), RF 코일(26), 신호 송수신부(30), 모니터링부(40), 시스템 제어부(50) 및 오퍼레이팅부(60) 사이의 통신은, LVDS(Low Voltage Differential Signaling) 등의 고속 디지털 인터 페이스, UART(universal asynchronous receiver transmitter) 등의 비동기 시리얼 통신, 과오 동기 시리얼 통신 또는 CAN(Controller Area Network) 등의 저지연형의 네트워크 프로토콜, 광통신 등이 이용될 수 있으며, 당업자에게 자명한 범위 내에서 다양한 통신 방법이 이용될 수 있다.
도 2a, 2b 및 2c는 본 발명의 일 실시예와 관련된 경사 코일부의 구조를 도시한다.
본 발명의 일 실시예에 다르면, 자기 공명 시스템(1000)은 경사 자장 발생 모듈을 포함할 수 있다. 경사 자장 발생 모듈은 경사 자장을 발생시켜 경사 자계를 형성하는 모듈으로 정의될 수 있다. 경사 자장 발생 모듈은 경사 자장 증폭기(32) 및 경사 자장 코일부(24)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 경사 코일부(24)는 주 자석(22)에 의한 주 자장의 세기를 변화시킴으로서, 일시적인 경사 자장을 만들 수 있다. 자기 공명 영상 시스템(100)은 생성된 경사 자장을 이용하여 원자핵(proton)의 위치 정보를 획득할 수 있다.
경사 코일부(24)는 X 축 경사 코일부, Y축 경사 코일부 및 Z축 경사 코일부를 포함할 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
Z축 경사 코일부(245)에 일정 시간동안 전류를 흘리면, Z축 경사 코일부(245)가 만드는 자장과 동일한 극성의 주자장 방향은 자장의 세기가 더욱 커질 수 있다. 또한, 주자장과 반대 극성을 만드는 Z축 경사 코일부(245)에 의해 자장의 세기는 감소할 수 있다. 그 결과, 경사자장이 생성될 수 있다. 이 경우, 공명 주파수는 경사자장의 크기에 따라 크거나 작게 변화될 수 있다.
Z축 경사 코일부(245)가 Z축으로 선택된 특정 단편에 공명을 발생시킨 경우, 특정 단편의 Y축 경사 코일부(243)에 일정 시간 전류를 인가되면, 전류가 흐르는 동안 Y축의 위치에 따라 공명 주파수가 변할 수 있다. 또한, 전류가 제거되면 공명주파수는 다시 원래의 주파수로 변할 수 있다.
다만, Y축을 따라 크기가 상이한 자장을 경험한 원자핵들은 공명주파수가 다시 일정해 지더라도, 원자핵들은 회전위상(phase)의 크기가 Y축의 위치에 따라 변화되어진 상태에서 회전을 하게 된다. 다시말해, 원자핵의 회전주파수는 일정하더라도, 원자핵은 빠른 위치에서 회전하는 원자핵, 느린 위치에서 회전하는 원자핵 등으로 위치에 따라 위상 값의 변화가 발생하게 된다. 이것을 위상 부호화라고 한다.
Z축으로 선택된 단면이 위상 부호화된 상태에서 신호를 발생하는때, X축 경사 코일부(241)에 잠시 전류가 인가되면, X축을 따라서 회전 주파수가 변화될 수 있고(예를 들어, 주파수 인코딩(Frequency encoding)) 원자핵의 위치에 따라 복수의 주파수가 결합된 신호가 발생할 있다. 자기 공명 영상 시스템은 복수의 주파수가 결합된 신호를 이용하여 X축의 위치를 획득할 수 있다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 X축 경사 코일부(241)를 나타낸 도면이다. X축 경사 코일부(241)에 전류가 흐르는 경우, X축 경사 코일부(241)는 X축 방향의 경사자장을 생성할 수 있고, 생성된 경사자장은 원자핵의 위상, 주파수, 또는 이들의 조합을 변화시킬 수 있다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 Y축 경사 코일부(243)를 나타낸 도면이다. Y축 경사 코일부(243)에 전류가 흐르는 경우, Y축 경사 코일부(243)는 Y축 방향의 경사자장을 생성할 수 있고, 생성된 경사자장은 원자핵의 위상, 주파수, 또는 이들의 조합을 변화시킬 수 있다.
도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 Z축 경사 코일부(245)를 나타낸 도면이다. Z축 경사 코일부(245)에 전류가 흐르는 경우, Z축 경사 코일부(245)는 Z축 방향의 경사자장을 생성할 수 있고, 생성된 경사자장은 원자핵의 위상, 주파수, 또는 이들의 조합을 변화시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 Z축 경사 코일부(245)는 복수의 코일을 포함할 수 있다. 예를 들어, 경사 코일부(24)는 루프 형태의 복수의 코일을 포함할 수 있다. 이 경우, 복수의 코일들은 복수의 코일 그룹들로 그룹화될 수 있고, 자기 공명 영상 시스템은 복수의 코일들을 그룹단위로 제어할 수 있다.
또한, 복수의 코일들은 복수의 페어 코일 그룹들로 그룹화될 수 있고, 자기 공명 영상 시스템은 복수의 코일들을 페어 코일 그룹 단위로 제어할 수 있다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 Z축 경사 코일부를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, Z축 경사 코일부(245)는 경사자장 증폭기(32)로부터 전류를 공급받을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 경사자장 증폭기(32)는 경사자장 제어부(54)의 제어에 따라 다양한 전류를 Z축 경사 코일부(245)에 인가함으로써, 다양한 크기 및 방향을 갖는 경사자장을 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 경사 자장 증폭기(32)는 전류를 Z축 경사 코일부(245)에 인가함으로써, 코일 그룹이 발생시키는 경사 자장의 형태(shape), 경사 자장의 크기(strength) 및 경사 자장의 증폭 속도(slew rate)중 적어도 하나를 제어할 수 있다.
이 경우, 경사자장 증폭기(32)는 코일 그룹 단위로 Z축 경사 코일부(245)에 전류를 인가할 수 있다. 예를 들어, 경사 자장 증폭기(32)는 그룹 단위로 코일 그룹에 전류를 인가 함으로써, 경사 자장의 형태, 경사 자장의 크기 및 경사 자장의 증폭 속도 중 적어도 하나를 코일 그룹 단위로 제어할 수 있다.
경사자장 증폭기(32)는 경사자장 제어부(54)의 제어에 따라 경사 자장 코일부(24)가 경사자장을 발생시키도록 경사 자장 코일부(24)를 제어할 수 있다. 이 경우, 경사자장 증폭기(32)는 미리 설정된 프로그램에 따라 경사 자장 코일부(24)를 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 Z축 경사 코일부(245)는 복수의 코일을 포함할 수 있다. 예를 들어, 경사 코일부(24)는 루프 형태의 복수의 코일을 포함할 수 있다.
이 경우, 복수의 코일들은 코일들의 위치에 따라 복수의 코일 그룹들로 그룹화될 수 있다. 예를 들어, 서로 인접한 둘 이상의 코일들이 그룹화 됨으로써, 복수의 코일들은 그룹화 될 수 있다. 하나의 코일 그룹은 하나의 코일을 포함할 수 있고, 복수의 코일을 포함할 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
자기 공명 영상 시스템은 복수의 코일들을 그룹단위로 제어할 수 있다. 예를 들어, 코일 그룹에 포함된 코일들에는 동일한 크기의 전류가 흐를 수 있다. 또한, 코일 그룹에 포함된 코일들에는 동일한 방향의 전류가 흐를 수 있다. 또한, 제 1 코일 그룹에 포함된 코일들에 흐르는 전류와 제 2 코일 그룹에 포함된 코일들에 흐르는 전류는 크기 및 방향 중 적어도 하나가 상이할 수 있다.
복수의 코일 그룹들은 복수의 페어 코일 그룹들로 그룹화될 수 있다. 페어 코일 그룹은 복수의 코일 그룹들 중 동일한 크기의 전류가 흐르고 대향하는 방향의 전류가 흐르는 코일 그룹들의 그룹으로 구성될 수 있다.
예를 들어, 복수의 코일 그룹들 중 제 1 코일 그룹(2451)과 제 2 코일 그룹(2452)은 페어 코일 그룹으로 그룹화될 수 있다. 이 경우, 제 1 코일 그룹(2451)에 흐르는 전류의 방향과 제 2 코일 그룹에 흐르는 전류의 방향은 대향하는 방향일 수 있다. 또한, 제 1 코일 그룹(2451)에 흐르는 전류의 크기와 제 2 코일 그룹에 흐르는 전류의 크기는 동일할 수 있다.
Z축 경사 코일부(245)는 복수의 페어 코일 그룹을 포함할 수 있다. 예를 들어, Z 축 경사 코일부(24)는 세개의 페어 코일 그룹을 포함할 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, Z축 경사 코일부(245)에 포함된 코일들에 흐르는 전류의 크기는 페어 코일 그룹 단위로 제어될 수 있다. 예를 들어, 동일한 페어 코일 그룹에 포함된 코일들에는 동일한 크기의 전류가 흐를 수 있다. 또한, 제 1 페어 코일 그룹(2457)에 포함된 코일들에 흐르는 전류의 크기와 제 2 페어 코일 그룹(2458)에 포함된 코일들에 흐르는 전류의 크기는 상이할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 코일 그룹에 포함된 코일들은 균일한 간격으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 제 1 코일 그룹(2451)에 포함된 제 1 코일과 제 2 코일 사이의 간격은 제 1 코일 그룹(2451)에 포함된 제 2 코일과 제 3 코일 사이의 간격과 동일할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 페어 코일 그룹에 포함된 코일들은 균일한 간격으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 제 1 페어 코일 그룹(2457)에 포함된 제 1 코일 그룹(2451)의 제 1 코일과 제 2 코일 사이의 간격은 제 1 페어 코일 그룹(2457)에 포함된 제 2 코일 그룹(2452)의 제 3 코일과 제 4코일 사이의 간격과 동일할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 코일 그룹에 포함된 모든 코일들은 균일한 간격으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 복수의 코일 그룹들에 포함된 코일들 사이의 간격은 모두 동일할 수 있다. 예를 들어, 제 1 코일 그룹(2451)에 포함된 코일들 사이의 간격, 제 2 코일 그룹(2452)에 포함된 코일들 사이의 간격, 제 3 코일 그룹(2453)에 포함된 코일들 사이의 간격, 제 4 코일 그룹(2454)에 포함된 코일들 사이의 간격, 제 5 코일 그룹(2455)에 포함된 코일들 사이의 간격 및 제 6 코일 그룹(2456)에 포함된 코일들 사이의 간격은 모두 동일할 수 있다.
이 경우, 인접한 코일 그룹들 사이의 간격은 코일들 사이의 간격과 상이할 수 있다. 예를 들어, 제 1 코일 그룹(2451)과 인접한 제 3 코일 그룹(2453)과 제 1 코일 그룹(2451)사이의 간격은 제 1 코일 그룹(2451)에 포함된 코일들 사이의 간격과 상이할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 페어 코일 그룹에 포함된 코일 그룹은 페어 코일 그룹에 포함된 다른 코일 그룹의 위치에 따라 배치될 수 있다.
예를 들어, 좌측에서 첫번째 코일 그룹과 동일한 페어 코일 그룹에 포함된 다른 코일 그룹은 코일 그룹들 중 우측에서 첫번째에 위치할 수 있다. 또한, 좌측에서 두번째 코일 그룹과 동일한 페어 코일 그룹에 포함된 다른 코일 그룹은 코일 그룹들 중 우측에서 두번째에 위치할 수 있다. 또한, 좌측에서 세번째 코일 그룹과 동일한 페어 코일 그룹에 포함된 다른 코일 그룹은 코일 그룹들 중 우측에서 세번째에 위치할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 자기 공명 영상 시스템(100)은 Z축 경사 코일부(245)에 포함된 코일들을 그룹단위로 제어함으로써, 다양한 경사자장을 생성할 수 있다. 예를 들어, 자기 공명 영상 시스템(100)은 Z축 경사 코일부(245)에 포함된 코일들을 그룹단위로 제어함으로써, 선형 경사자장을 생성할 수 있고, 비선형 경사자장을 생성할 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
또한, 자기 공명 영상 시스템(100)은 Z축 경사 코일부(245)에 포함된 코일들을 그룹단위로 제어함으로써, 보어에 형성되는 경사자장의 세기를 다양하게 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 자기 공명 영상 시스템(100)은 경사 코일부(24)에 포함된 코일들을 그룹단위로 제어함으로써, 특정 부분에 다른 부분들 보다 강한 경사자장을 생성할 수 있다.
자기 공명 영상 시스템(100)은 Z축 경사 코일부(245)에 포함된 코일들을 그룹단위로 다양하게 제어함으로써, 보어에 형성되는 경사자장의 세기 및 강도를 다양하게 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전술한 Z축 경사 자장 코일부(245)는 X축 경사 자장, Y축 경사 자장 및 Z축 경사 자장 중 적어도 하나를 생성할 수 있다. 예를 들어, 경사 자장 증폭기(32)는 Z축 경사 자장 코일부(245)에 다양한 전류를 인가 함으로서, X축 경사 자장, Y축 경사 자장 및 Z축 경사 자장 중 적어도 하나를 생성할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 전술한 Z축 경사 자장 코일부(245)의 구조 및 기능은 X축 경사 자장 코일부(241) 및 Y축 경사 자장 코일부(243) 중 적어도 하나에 적용될 수 있다. 그 결과, X축 경사 자장 코일부(241) 및 Y축 경사 자장 코일부(243) 중 적어도 하나는 다양한 경사 자장을 생성할 수 있다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 경사자장 증폭기를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 경사자장 증폭기(32)는 복수개의 서브 경사자장 증폭기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 경사자장 증폭기(32)는 서브 경사자장 증폭기의 그룹을 의미하고, 서브 경사자장 증폭기는 전류를 증폭하여 경사 코일부(24)에 증폭된 전류를 인가할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 서브 경사자장 증폭기는 Z축 경사 코일부(245)에 포함된 코일 그룹과 매칭될 수 있다. 예를 들어, 하나의 서브 경사자장 증폭기는 하나의 코일 그룹과 매칭될 수 있다. 이 경우, 서브 경사자장 증폭기는 전류를 증폭시킬 수 있고, 증폭된 전류를 코일 그룹에 인가할 수 있다. 복수의 서브 경사자장 증폭기 각각에 의해 코일 그룹들은 독립적으로 구동될 수 있다.
예를 들어, 제 1 서브 경사자장 증폭기(321)는 제 1 코일 그룹(2451)과 매칭될 수 있다. 제 1 서브 경사자장 증폭기(321)는 제 1 코일 그룹(2451)에 포함된 적어도 하나의 코일들에게 동일한 크기 및 동일한 방향을 갖는 전류를 인가할 수 있다. 또한, 제 2 서브 경사자장 증폭기(322)는 제 2 코일 그룹(2452)고 매칭될 수 있고, 제 2 서브 경사자장 증폭기(322)는 제 2 코일 그룹(2452)에 포함된 적어도 하나의 코일들에게 동일한 크기 및 동일한 방향을 갖는 전류를 인가할 수 있다.
이 경우, 제 1 코일 그룹(2451)에 인가된 전류의 크기는 제 2 코일 그룹(2452)에 인가된 전류의 크기와 상이할 수 있다. 또한, 제 1 코일 그룹(2451)에 인가된 전류의 방향은 제 2 코일 그룹(2452)에 인가된 전류의 방향과 상이할 수 있고, 제 1 코일 그룹(2451)에 인가된 전류의 크기 및 방향은 제 2 코일 그룹(2452)에 인가된 전류의 크기 및 방향과 상이할 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
예를 들어, 제 1 서브 경사자장 증폭기(321)는 제 1 코일 그룹(2451)에 제 1 방향의 전류를 인가할 수 있다. 또한, 제 2 서브 경사자장 증폭기(322)는 제 2 코일 그룹(2452)에 제 2 방향의 전류를 인가할 수 있다. 이 경우, 제 1 서브 경사자장 증폭기(321)와 제 2 서브 경사자장 증폭기(322)는 각각 동일한 크기의 전류를 인가하여, 경사자장을 생성할 수 있다.
도 5 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 경사자장 증폭기를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 경사자장 증폭기(32)는 복수개의 서브 경사자장 증폭기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 경사자장 증폭기(32)는 서브 경사자장 증폭기의 그룹을 의미하고, 서브 경사자장 증폭기는 전류를 증폭하여 경사 코일부(24)에 증폭된 전류를 인가할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 서브 경사자장 증폭기는 Z축 경사 코일부(245)에 포함된 페어 코일 그룹과 매칭될 수 있다. 예를 들어, 하나의 서브 경사자장 증폭기는 하나의 페어 코일 그룹과 매칭될 수 있다. 이 경우, 서브 경사자장 증폭기는 전류를 증폭시킬 수 있고, 증폭된 전류를 페어 코일 그룹에 인가할 수 있다. 복수의 서브 경사자장 증폭기 각각에 의해 페어 코일 그룹들은 독립적으로 구동될 수 있다.
예를 들어, 제 1 서브 경사자장 증폭기(321)는 제 1 페어 코일 그룹(2457)과 매칭될 수 있다. 제 1 서브 경사자장 증폭기(321)는 제 1 페어 코일 그룹(2457)에 포함된 복수의 코일들에게 동일한 크기를 갖는 전류를 인가할 수 있다. 또한, 제 2 서브 경사자장 증폭기(322)는 제 2 페어 코일 그룹(2458)고 매칭될 수 있고, 제 2 서브 경사자장 증폭기(322)는 제 2 페어 코일 그룹(2458)에 포함된 복수의 코일들에게 동일한 크기를 갖는 전류를 인가할 수 있다.
이 경우, 제 1 페어 코일 그룹(2457)에 인가된 전류의 크기는 제 2 페어 코일 그룹(2458)에 인가된 전류의 크기와 상이할 수 있다.
본 발명의 일 실시에에 따르면, 제 1 서브 경사자장 증폭기(321)는 제 1 페어 코일 그룹(2457)에 포함된 제 1 코일 그룹(2451)에 제 1 방향의 전류를 인가할 수 있다. 또한, 제 1 서브 경사자장 증폭기(321)는 제 1 페어 코일 그룹(2457)에 포함된 제 2 코일 그룹(2452)에 제 1 방향과 대향하는 방향의 전류를 인가함으로써, 경사자장을 생성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1 서브 경사자장 증폭기(321)는 제 1 코일 그룹(2451)과 제 2 코일 그룹(2452)에 동시에 전류를 인가함으로써, 경사자장을 생성할 수 있다.
도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 경사자장 증폭기를 설명하기 위한 회로도이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 경사자장 증폭기(32)는 도 6의 회로도에 따라 구현될 수 있다. 또한, 경사자장 증폭기(32)는 복수의 서브 경사자장 증폭기를 포함할 수 있고, 이 경우 각각의 서브 경사자장 증폭기는 도 6의 회로도에 따라 구현될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
도 6 을 참조할 때, 경사자장 증폭기(32)는 적어도 하나의 모스펫(MOSFET)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 경사자장 증폭기(32)는 적어도 하나의 N-채널 모스펫(n-channel MOSFET)을 포함할 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 경사자장 증폭기(32)는 H-bridge회로를 포함할 수 있다. 이 경우, H-bridge회로는 적어도 하나의 모스펫으로 구현될 수 있다. 또한, 경사자장 증폭기(32)는 부트-스트랩 회로(Boot strap circuit)을 포함할 수 있다. 이 경우, 부트-스트랩 회로는 적어도 하나의 다이오드(diode)와 적어도 하나의 커패시터(capacitor)로 구현될 수 있다. 이 경우, 부트-스트랩 회로는 높은 전압 레벨(high-voltage level)을 유지하기 위해 이용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 자기 공명 회로 시스템은 경사자장 발생 모듈을 포함할 수 있다. 경사자장 발생 모듈은 경사 자장을 발생시켜 경사 자계를 형성하는 모듈을 의미한다. 경사자장 발생 모듈은 경사자장 증폭기(32) 및 경사자장 코일부(24)를 포함할 수 있다.
경사자장 증폭기(32)는 경사자장 제어부(54)의 제어에 의해 전류를 경사자장 코일부(24)에 인가할 수 있다. 이 경우, 경사자장 증폭기(32)는 미리 결정된 시간 동안 전류를 경사자장 코일부(24)에 공급할 수 있고, 미리 결정된 시간이 경과한 때, 전류의 공급을 중단할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 경사자장 증폭기(32)는 경사자장 제어부(54)의 제어에 따라 다양한 전류를 코일 그룹에 인가함으로써, 다양한 크기 및 방향을 갖는 경사자장을 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 경사 자장 증폭기(32)는 전류를 코일 그룹에 인가함으로써, 코일 그룹이 발생시키는 경사 자장의 형태(shape), 경사 자장의 크기(strength) 및 경사 자장의 증폭 속도(slew rate)중 적어도 하나를 제어할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
상기와 같이 발명의 실시를 위한 최선의 형태에서 관련 내용을 기술하였다.
본 발명은 경사 자장 발생 모듈과 관련된 것으로서, 자기 공명 영상 시스템에서 사용될 수 있다.

Claims (6)

  1. 경사 자장 발생 모듈에 있어서,
    주(main) 자석의 내측에 형성되어 경사 자장을 발생시키고 복수의 코일들을 포함하는 경사 코일부; 및
    상기 경사 코일부가 발생시키는 경사 자장의 형태(shape), 경사 자장의 크기(strength) 및 경사 자장의 증폭 속도(slew rate)중 적어도 하나를 제어하는 경사자장 증폭기;
    를 포함하며,
    상기 복수의 코일들은 복수의 코일 그룹들로 그룹화되고, 상기 복수의 코일들에 흐르는 전류는 상기 경사자장 증폭기에 의해 그룹 단위로 독립적으로 제어되는,
    경사 자장 발생 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 코일 그룹들 중 제 1 코어 그룹과 제 2 코어 그룹은 페어 코일 그룹으로 그룹화되고,
    상기 제 1 코일 그룹에 흐르는 전류의 방향과 상기 제 2 코일 그룹에 흐르는 전류의 방향은 대향하는 방향인,
    경사 자장 발생 모듈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 코일 그룹은 복수의 페어 코일 그룹들로 그룹화 되고, 상기 복수의 페어 코일 그룹들 각각에 흐르는 전류의 크기는 상이한,
    경사 자장 발생 모듈.
  4. 제 1 항에 있어서 상기 경사 코일부는,
    X축 경사 자장, Y축 경사 자장 및 Z축 경사 자장중 적어도 하나를 발생시키는,
    경사 자장 발생 모듈.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 경사자장 증폭기는 상기 복수의 코일 그룹 각각을 독립적으로 제어함으로써, 상기 복수의 코일 그룹 각각이 발생시키는 경사 자장의 형태(shape), 크기(strength) 및 증폭 속도(slew rate)를 독립적으로 제어하는,
    경사 자장 발생 모듈.
  6. 제 1 항에 있어서,
    서로 인접한 둘 이상의 코일들이 그룹화 됨으로써, 상기 복수의 코일들이 그룹화 되는,
    경사 자장 발생 모듈.
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