KR101635641B1 - Microstrip-based RF surface receive coil for the acquisition of MR images and RF resonator having thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 마이크로스트립 기반의 표면 코일의 구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 1T에서의 소형 볼륨 코일에 사용하기 위하여 표면 리시브 코일을 더블-턴 형상으로 구성한 마이크로스트립 기반의 RF 표면 리시브 코일 및 이를 구비한 RF 공진기에 관한 것이다.
본 발명에 따른 마이크로스트립 기반의 RF 표면 리시브 코일은, 외측 코일부와 내측코일부가 연이어 이어지도록 사각 형상으로 구성되되, 상기 외측 코일부에는 사각 일변의 외측 중앙에서 내측으로 T자 형상의 절개부가 형성되며, 상기 내측 코일부의 내측 모서리에는 라운드부가 형성된다.
본 발명에 따른 알에프 공진기는 마이크로스트립 기반의 알에프 표면 리시브 코일과, 상기 리시브 코일의 단부에 연결되는 동축케이블과, 상기 동축 케이불에 연결되고 동축케이블의 인덕턴스를 보상하기 위한 톨로이드와, 상기 톨로이드에 연결되는 메칭 커패시턴스와 튜닝 커패시턴를 포함하여 이루어진다.The present invention relates to a structure of a microstrip-based surface coil, and more particularly, to a microstrip-based RF surface-receiving coil having a surface-receiving coil in a double-turn configuration for use in a small volume coil at 1T To an RF resonator.
A microstrip-based RF surface-receiving coil according to the present invention is formed in a rectangular shape so that an outer coil portion and an inner coil portion are connected to each other in succession. The outer coil portion has a T- And a round portion is formed at an inner edge of the inner coil portion.
The RF resonator according to the present invention comprises a microstrip-based RF surface-receiving coil, a coaxial cable connected to the end of the receive coil, a tolloid connected to the coaxial cable and compensating for inductance of the coaxial cable, Lt; / RTI > and a tuning capacitor connected to the output terminal.
Description
본 발명은 마이크로스트립 기반의 표면 코일의 구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 1T에서의 소형 볼륨 코일에 사용하기 위하여 표면 리시브 코일을 더블-턴 형상으로 구성한 마이크로스트립 기반의 RF 표면 리시브 코일 및 이를 구비한 RF 공진기에 관한 것이다.
The present invention relates to a structure of a microstrip-based surface coil, and more particularly, to a microstrip-based RF surface-receiving coil having a surface-receiving coil in a double-turn configuration for use in a small volume coil at 1T To an RF resonator.
일반적으로 자기공명영상장치는 핵자기 공명(Nuclear Magnetic Resonance)의 원리를 이용한 것으로, 인체 내에 존재하는 수소 원자핵의 공간분포를 영상화하고 인체의 상태를 나타내는 진단장치이다.Generally, magnetic resonance imaging (MRI) is based on the principle of nuclear magnetic resonance (MRI). It is a diagnostic device that images the spatial distribution of hydrogen nuclei present in the human body and displays the state of the human body.
자기공명영상장치(MRI: Magnetic Resonance Imaging)는 공명현상을 유도하기 위하여 1차 자기장 형성하는 자화기와 2차 자기장을 형성하는 자화기로 나뉘어지는데, 2차 자기장을 형성하는 자화기로서 시밍 코일, 경사 코일, 고주파 코일 등이 구비된다. 특히 고주파 코일은 플로톤이 여기된 후 이완되면서 방출하는 RF 신호를 수신한다. 이때 수신된 RF 신호를 근거하여 인체의 상태를 영상화한다.Magnetic Resonance Imaging (MRI) is divided into a magnetizing unit for forming a primary magnetic field and a magnetizing unit for forming a secondary magnetic field in order to induce a resonance phenomenon. The magnetizing unit for forming a secondary magnetic field includes a seaming coil, , And a high-frequency coil. In particular, the high-frequency coil receives the RF signal that emits as it loosens after the float is excited. At this time, the state of the human body is imaged based on the received RF signal.
표준화된 RF 코일의 설계에서는 코일 표면에서 방출되는 방사력과 전류의 흐름에 기인한 전송력과 수신 신호의 손실이 존재한다. 마이크로스트립을 기반으로 하는 코일의 표피 효과와 방사 손실을 감소시키기 위하여는 고주파 또는 초고주파 안테나 또는 마이크로파 집적회로에 사용되며, 특히 마이크로스트립 기반의 코일의 사용은 소형화, 단순성, 제조의 용이성, 저비용의 이점을 가지므로 마이크로파 회로 제작기술에 적용될 수 있다.In the design of a standardized RF coil, there is loss of transmission power and received signal due to radiation force and current flow from the coil surface. In order to reduce the skin effect and radiation loss of a coil based on a microstrip, it is used in a high frequency or microwave antenna or a microwave integrated circuit. Particularly, the use of a microstrip-based coil is advantageous in terms of miniaturization, simplicity, So that it can be applied to microwave circuit manufacturing technology.
이전의 연구에서 마이크로스트립 RF 표면 리시브 코일은 300MHz(7T에서의 프로톤 라머 주파수)에서 테스트되었다. 이 실험 결과는 마이크로스트립 전송의 개념이 초자기장에서 RF 차폐없이 기존의 표면 리시브 코일이 개선하는데 적용가능하다는 것을 입증하였다. 또한 마이크로스트립 전송 라인의 개념에 기반한 RF 표면 코일은 초고자기장 MRI 스캐너에서 적절하며 효율적이라는 것을 보여주었다.In previous studies, microstrip RF surface receive coils were tested at 300 MHz (proton laminar frequency at 7 T). The results of this experiment demonstrate that the concept of microstrip transmission is applicable to improve existing surface-receiving coils without RF shielding in the super-magnetic field. RF surface coils based on the concept of microstrip transmission lines have also been shown to be appropriate and efficient in ultra-high field MRI scanners.
또한 RF 표면 코일의 설계에 있어서, 튜닝 커패시턴스와 매칭 커패시턴스는 리시브 코일 루프의 부근에 설치된다. 이 커패시턴스들은 비자성을 갖도록 하여야 하고, 이들의 크기는 마그네트 보어 또는 자기장의 세기에 따라 고려되어야 한다. 제한된 공간인 경우, 커패시턴스는 연장 샤프트를 사용하는 마그네트의 외측에 배치되며, RF 공진기는 마그네트 외측에 위치한 커패시턴스를 튜닝과 매칭하기 위해 고정된다.Also, in the design of the RF surface coil, the tuning capacitance and the matching capacitance are installed in the vicinity of the receive coil loop. These capacitances should be non-magnetic and their magnitude should be considered according to the magnitude of the magnet bore or magnetic field. In the case of limited space, the capacitance is placed outside the magnet using the extension shaft, and the RF resonator is fixed to match the tuning capacitance located outside the magnet.
MRI 스캐너에서 자기장의 강도와 마그네트 보어의 크기는 RF 공진기의 물리적인 길이와 리시브 코일의 루프 그 자체 크기를 선택함에 있어 고려되어야 한다. 이와 같은 경우, RF 공진기는 리시브 코일과 다른 구성요소 예를 들어 전송선 등으로 구성되는 경우에 해당한다.The magnitude of the magnetic field and the size of the magnet bore in the MRI scanner should be considered in selecting the physical length of the RF resonator and the size of the loop itself of the receive coil. In such a case, the RF resonator corresponds to a case where the RF coil is constituted by a component other than the receive coil, for example, a transmission line.
RF 공진기의 길이는 nλ/2 (n=정수, λ는 MRI 스캐너의 주공진 파장)이고, 자기장의 세기에 반비례한다. 비록 고-초고 자기장의 강도(3T 이상)에서 이루어지는 MRI 연구들의 수는 증가하고 있지만, 상대적으로 저 자기장의 강도(1.5T 이하)에서 이루어지는 MRI 연구는 여전히 답보 상태에 있다.The length of the RF resonator is nλ / 2 (n = integer, λ is the main cavity wavelength of the MRI scanner) and is inversely proportional to the intensity of the magnetic field. Although the number of MRI studies at high- and ultra-high magnetic field strengths (> 3 T) is increasing, MRI studies at relatively low magnetic field intensities (less than 1.5 T) are still in a standstill.
영구 자석과 소형의 마그네트 보어를 갖는 저 자기장의 강도에 적용되는 마이크로스트립 전송선의 개념을 적용한 선행 연구들은 알려져 있지 않다. 저 자기장 및/또는 소형 마그네트 보어에 사용되는 마이크로스트립 기반의 RF 코일을 제조하기 위해서, 소형 보어에서 적용할 수 있는 긴 물리적인 길이를 갖는 RF 공진기를 설계하는 방법이 요구된다.
Previous studies applying the concept of a microstrip transmission line that applies to the strength of a low magnetic field with a permanent magnet and a small magnet bore are not known. In order to fabricate a microstrip-based RF coil for use in low magnetic fields and / or small magnet bores, a method of designing an RF resonator having a long physical length that can be applied in a small bore is required.
본 발명은 상기한 요구 사항을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 43.9MHz(1T에서의 프로톤 라머 주파수)에서 영구 자석 및 소형 볼륨 전송 코일을 구비하며 소형 마이크로 스트립 전송선 기반의 RF 표면 리시브 코일을 설계하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an RF surface receiver coil having a permanent magnet and a small volume transmission coil at 43.9 MHz (proton frequency at 1 T) and a small microstrip transmission line is designed. There is a purpose.
아울러, 본 발명의 해결하려는 과제는 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않는다. 아울러 언급하지 않은 다른 기술적 과제들은 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
In addition, the problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems. It is to be understood that the present invention may be embodied in many other specific forms without departing from the spirit or scope of the invention.
본 발명에 따른 마이크로스트립 기반의 RF 표면 리시브 코일은, 외측 코일부와 내측코일부가 연이어 이어지도록 사각 형상으로 구성되되, 상기 외측 코일부에는 사각 일변의 외측 중앙에서 내측으로 T자 형상의 절개부가 형성되며, 상기 내측 코일부의 내측 모서리에는 라운드부가 형성된다.A microstrip-based RF surface-receiving coil according to the present invention is formed in a rectangular shape so that an outer coil portion and an inner coil portion are connected to each other in succession. The outer coil portion has a T- And a round portion is formed at an inner edge of the inner coil portion.
또한, 상기 리시브 코일은 일측 단부로부터 사각 형상으로 내측으로 더블 절곡되어 타측 단부로 이어지도록 연이어 구성됨으로써 외형적으로 사각 형상을 갖는다.The receiving coil may have a rectangular shape and may have a rectangular shape. The receiving coil may be double-curved inwardly from one end and connected to the other end.
또한, 상기 T자 형상의 절개부는 코일 폭의 외측으로부터 1/2 이내 영역에 형성된다. Further, the T-shaped cutout is formed in an area within 1/2 of the outer side of the coil width.
또한, 상기 리시브 코일의 공진 파장은 하기의 수식에 의해 정하여진다.The resonance wavelength of the receive coil is determined by the following equation.
단, λ0는 자유공간에서 빛의 파장이고, 는 유효 유전상수이고, 는 기재의 유전율이고, W는 구리박판의 폭이고, H는 기재의 두께이다.However, λ 0 is the wavelength of light in free space, Is an effective dielectric constant, W is the width of the copper foil, and H is the thickness of the substrate.
본 발명에 따른 알에프 공진기는 마이크로스트립 기반의 알에프 표면 리시브 코일과, 상기 리시브 코일의 단부에 연결되는 동축케이블과, 상기 동축 케이불에 연결되고 동축케이블의 인덕턴스를 보상하기 위한 톨로이드와, 상기 톨로이드에 연결되는 메칭 커패시턴스와 튜닝 커패시턴스를 포함하여 이루어진다.
The RF resonator according to the present invention comprises a microstrip-based RF surface-receiving coil, a coaxial cable connected to the end of the receive coil, a tolloid connected to the coaxial cable and compensating for inductance of the coaxial cable, And the tuning capacitance.
본 발명에 따른 마이크로스트립 기반의 RF 표면 리시브 코일에 따르면, RF 표면 리시브 코일을 마이크로스트립 기반으로 디자인함으로써 RF 차폐없이 쉽고 간단하게 구현이 가능하다.According to the microstrip-based RF surface-receiving coil according to the present invention, the RF surface-receiving coil is designed on the basis of the microstrip, so that it can be easily and simply implemented without RF shielding.
또한 마이크로스트립 기반의 더블-턴 코일은 소구경 저 자기장에서 사용되는 표면 리시브 코일로서 우수한 특성을 나타내므로, 이를 설계에 적용하고 구현하는데 있어서 간단하고, 효율적이며, 그리고 유용하다.In addition, microstrip-based double-turn coils exhibit excellent characteristics as surface-receiving coils used in small-diameter, low-magnetic fields, which are simple, efficient, and useful in application and implementation in design.
또한 본 발명에 따른 마이크로스트립 기반의 RF 표면 리시브 코일을 더블-턴 코일로 형성하면 더블-턴 코일의 외부 코일 루프는 싱글-턴 코일의 균일한 전류 밀도에 의해 보상되어 공진특성 및 이미지의 불균일을 해소할 수 있다.
Further, when the RF surface-receiving coil according to the present invention is formed of a double-turn coil, the outer coil loop of the double-turn coil is compensated by the uniform current density of the single-turn coil, Can be solved.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로스트립 기반의 RF 표면 리시브 코일을 나타낸 것이다.
도 2은 RF 공진기의 반사계수를 측정한 것을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 마이크로스트립 기반의 RF 표면 리시브 코일을 구비한 RF 공진기를 나타낸 것이다.
도 4는 마이크로스트립 기반의 표면 코일로부터 수직으로 이격되어진 팬텀에서 시뮬레이션으로 측정된 B1 투과와 신호 강도의 분포를 비교한 것을 나타낸 것이다.
도 5는 싱글-턴 형상과 더블-턴 형상의 리시브 코일을 사용한 팬텀의 FID(Free Induction Decay)를 보여준다.
도 6은 싱글-턴 형상과 더블-턴 형상의 표면 리시브 코일로부터 얻어진 겔 팬텀의 MR 이미지를 나타낸 것이다.
도 7은 싱글-턴 형상과 더블-턴 형상의 마이크로스트립 코일과 볼륨 리시브 코일을 사용하여 좌측에서 우측방향으로 중심축 슬라이스에서 나타나는 겔 팬텀의 정규화된 SNR 형상을 보여준다.1 illustrates a microstrip-based RF surface receive coil according to an embodiment of the present invention.
Fig. 2 shows measurement of the reflection coefficient of the RF resonator.
FIG. 3 illustrates an RF resonator having a microstrip-based RF surface-receiving coil according to the present invention.
4 shows a comparison of the distribution of B1 transmission and signal intensity measured by simulation in a phantom spaced vertically from a microstrip-based surface coil.
FIG. 5 shows the FID (Free Induction Decay) of a phantom using a single-turn shape and a double-turn-shaped receive coil.
6 shows an MR image of a gel phantom obtained from a surface-receiving coil of a single-turn shape and a double-turn shape.
FIG. 7 shows a normalized SNR shape of a gel phantom appearing in a center axis slice from left to right using a single-turn and double-turn microstrip coil and a volume-receiving coil.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 구체적으로 설명한다. 명세서의 설명에서 싱글-턴 코일(single-turn coil)은 긴 길이를 갖는 코일 박판을 대략 사각 형상으로 절곡하여 형성한 것을 말하고, 더블-턴 코일(two-turn coil)이라 함은 긴 길이를 갖는 코일 박판을 대략 사각 형상으로 외측으로부터 내측으로 연이어 회전 절곡한 것으로 외부 코일 루프와 내부 코일 루프로 형성한 것을 말한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the specification, a single-turn coil refers to a coil formed by bending a coil thin plate having a long length into a substantially rectangular shape, and a two-turn coil refers to a coil having a long length And the coil thin plate is formed by forming an outer coil loop and an inner coil loop in such a manner that the coil thin plate is continuously bent in a rectangular shape from the outside to the inside.
또한, RF 표면 리시브 코일, RF 리시브 코일, 표면 리시브 코일 및 리시브 코일은 모두 동일한 구성요소를 말한다.
Further, the RF surface receiving coil, the RF receiving coil, the surface receiving coil, and the receiving coil all refer to the same components.
먼저, 본 발명에 따른 마이크로스트립 기반의 표면 코일은 팬텀 준비 과정이 선행된다.First, a microstrip-based surface coil according to the present invention is preceded by a phantom preparation process.
팬텀(Phantom)은 생물의 밀도와 실효 원자 번호에 아주 근사한 부피를 갖는 물질을 말한다. 유기 친수성 폴리머인 TX151 겔(Oil Center Research Intl. L.L.C., Lafayette, LA)을 팬텀의 재료로서 사용하였다. 20g의 TX151 분말을 6℃에서 탈이온수 200g과 혼합하였다. 이어서, 이 용액은 1,000ml를 갖는 비이커에서 천천히 혼합하였다. 물과 분말의 혼합물은 파우더가 균일하게 분산될 때까지 부더럽게 섞었다.Phantom is a substance that has a volume very close to the biological density and effective atomic number. An organic hydrophilic polymer, TX151 gel (Oil Center Research Intl.L.L.C., Lafayette, LA), was used as the material of the phantom. 20 g of TX151 powder was mixed with 200 g of deionized water at 6 占 폚. The solution was then slowly mixed in a beaker with 1,000 ml. The mixture of water and powder was soaked until the powder was uniformly dispersed.
비이커 내에서 혼합물이 균일하게 혼합되어 모두 동질을 갖게 되면, 용액 내에 있는 거품이 발생되고 이를 제거하기 위하여 비어커는 진공처리된다. 이어서, 혼합물은 50ml 비이커에 담겨지고, 혼합물이 굳어질 때까지 1시간동안 70℃의 수조에서 가열한다.Once the mixture is homogeneously mixed and homogeneous in the beaker, the bubbles in the solution are generated and the beaker is vacuumed to remove it. The mixture is then placed in a 50 ml beaker and heated in a 70 ° C water bath for 1 hour until the mixture hardens.
비이커를 플라스틱 덮개로 덮고 나서, 24시간 동안 상온을 유지하면 혼합물은 겔(gel) 상태로 변한다. 팬텀은 NMR(Nuclear Magnetic Resonance) 신호 획득장치와 MR(Magnetic Resonance) 화상 획득장치를 위해서 팬텀 폴더(2.5×2.5×1.0cm3)에 맞도록 잘려진다.After the beaker is covered with a plastic cover, the mixture is kept in a gel state at room temperature for 24 hours. The phantom is cut to fit the phantom folder (2.5 x 2.5 x 1.0 cm 3 ) for NMR (Nuclear Magnetic Resonance) signal acquisition device and MR (magnetic resonance) image acquisition device.
겔 팬텀의 수직(T1) 및 수평(T2) 이완 시간을 측정하기 위하여 IR(Inversion Recovery)과 CPMG(Carr Purcell Meiboom Gill) 펄스 시퀀스를 사용하였다. 10회의 측정이 이루어졌고, 표준 편차(s.d.)가 계산되었다. 그 결과, TX151 겔 팬텀의 T1과 T2는 각각 1134.16(±86.5)와 68.2(±5.1)ms 이었다.Inversion Recovery (IR) and Carr Purcell Meiboom Gill (CPMG) pulse sequences were used to measure the vertical (T1) and horizontal (T2) relaxation times of the gel phantom. Ten measurements were made and the standard deviation (s.d.) was calculated. As a result, T1 and T2 of the TX151 gel phantom were 1134.16 (± 86.5) and 68.2 (± 5.1) ms, respectively.
이와 같이, 준비된 팬텀을 사용하여 RF 공진기를 구성하였다. RF 공진기는 마이크로스트립 기반의 RF 표면 리시브 코일을 포함하여 이루어진다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로스트립 기반의 RF 표면 리시브 코일을 나타낸 것이다. 설명의 편의와 효과의 입증을 위해 싱글-턴 코일과 더블-턴 코일로 구성하여 상호 비교하여 설명한다. Thus, the RF resonator is constructed using the prepared phantom. The RF resonator comprises a microstrip-based RF surface receive coil. 1 illustrates a microstrip-based RF surface receive coil according to an embodiment of the present invention. In order to demonstrate the convenience and effect of the explanation, a single-turn coil and a double-turn coil will be described for comparison.
본 발명에 따른 마이크로스트립 기반의 RF 표면 리시브 코일은 1T Aspect MR imaging system(Aspect Magnet Technologies, Israel), 4-채널 리시버, 그리고 직경6cm×길이10cm 솔리노이드 볼륨 송수신 코일에 적용되도록 설계하였다. 여기서 상기 Aspect MRI system은 Tecmag console (Technology for magnetic resonance, Houston, TX)와 접속되어 있다.
The microstrip-based RF surface-receiving coil according to the present invention is designed to be applied to a 1T Aspect MR imaging system (Aspect Magnet Technologies, Israel), a 4-channel receiver, and a 6 cm diameter x 10 cm solenoid volume transceiver coil. Here, the Aspect MRI system is connected to a Tecmag console (Technology for magnetic resonance, Houston, TX).
도 1(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 싱글-턴 코일로 형성한 마이크로스트립 기반의 RF 표면 리시브 코일을 나타낸 것이고, 도 1(b)는 더블-턴 코일로 형성한 마이크로스트립 기반의 RF 표면 리시브 코일을 나타낸 것이다.FIG. 1 (a) shows a microstrip-based RF surface-receiving coil formed by a single-turn coil according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 (b) RF surface receive coil.
본 발명에 따른 더블-턴 코일로 형성한 마이크로스트립 기반의 RF 표면 리시브 코일은 외측 코일부(100)와 내측 코일부(200)가 연이어 이어지도록 사각 형상으로 구성되되, 상기 외측 코일부에는 사각 일변의 외측 중앙에서 내측으로 T자 형상의 절개부(110)가 형성되며, 상기 내측 코일부의 내측 모서리에는 라운드부(210)가 형성된다.The microstrip-based RF surface-receiving coil formed by the double-turn coil according to the present invention has a rectangular shape so that the
상기 T자 형상의 절개부에 의해 외측 코일부에는 제1 절개홈(111)과 이 제1 절개홈에서 외측 코일부의 길이 방향으로 형성된 제2 절개홈(112)이 형성되어 있는데, 상기 제1 절개홈은 외측 코일부의 폭방향으로 형성되며 상기 제2 절개홈은 제1 절개홈이 형성된 방향으로부터 수직하는 방향 즉, 외측 코일부의 길이 방향으로 형성된다.The T-shaped incision part forms a
상기 제1 절개홈과 제2 절개홈에 의해 외측 코일부의 외측 부분에는 제1 절개홈을 기준으로 하여 마주하여 돌출되는 제1 돌출부(110a)와 제2 돌출부(110b)가 형성되게 된다.The first and second cutouts form a
보다 구체적으로는 일측 단부로부터 사각 형상으로 내측으로 더블 절곡되어 타측 단부로 이어지도록 연이어 구성됨으로써 외형적으로 사각 형상을 갖는다. 도면을 참조하면, 표면 리시브 코일의 외측에 형성된 T자 형상의 절개부(110)는 코일부 폭의 1/2 이내의 영역에 형성되어 있다. 도면을 참조하면, T자 형상의 절개부(110)가 형성되는 영역(a)는 코일 폭(b)의 외측으로부터 1/2 이내 영역에 형성된다.More specifically, it is formed so as to continuously extend from one end to the other end so as to have a square shape. Referring to the drawing, a T-shaped incision 110 formed on the outer side of the surface-receiving coil is formed in an area within a half of the width of the coil part. Referring to the drawing, a region a in which the T-shaped cutout portion 110 is formed is formed in an area within 1/2 of the outer side of the coil width b.
한편, 더블-턴 코일의 외측 코일부와 내측 코일부 사이에는 갭이 형성되어 있다. 사각 형상의 코일일 경우, 모서리 영역의 갭은 침투 깊이 등 코일 특성에 영향을 준다. 모서리 영역의 갭의 거리를 조절함으로써 코일 특성을 향상시킬 수 있다. 바람직하게는 상기 모서리 영역에서 내측 코일부의 형상을 라운드, 모따기 등의 다양한 형상으로 형성하여, 모서리 영역에서 외측 코일부와 내측 코일부 사이의 갭 거리는 변의 영역에서의 외측 코일부와 내측 코일부 사이의 갭 거리 보다 크게 형성하거나 작게 형성한다. 즉, 더블-턴 코일에서 사각 형상의 모서리와 변은 서로 다른 갭 크기를 갖도록 한다. 또한 신호 강도의 분포를 고려하여, 4개의 모서리의 갭 크기는 반드시 동일하지 않도록 조절할 수 있다.On the other hand, a gap is formed between the outer coil portion and the inner coil portion of the double-turn coil. In the case of a rectangular coil, the gap in the edge region affects the coil characteristics such as penetration depth. The coil characteristics can be improved by adjusting the gap distance of the edge region. Preferably, the shape of the inner coil part is formed in various shapes such as a round shape and a chamfer shape in the corner area, and a gap distance between the outer coil part and the inner coil part in the corner area is set to be a distance between the outer coil part and the inner coil part The gap is formed to be larger or smaller than the gap distance. That is, in the double-turn coil, the corner and sides of the rectangular shape have different gap sizes. Also, considering the distribution of signal strength, the gap size of the four corners can be adjusted so that they are not necessarily the same.
일반적인 마이크로스트립 전송선은 구리박판과 접지판으로 이루어지는데, 유전물질에 의해서 구리박판과 접지판은 서로 이격된다. 유전물질을 선정하기 위하여, 4가지의 서로 다른 물질들을 시험하였다. G10(FR4)을 포함한 다른 3가지의 물질들(Teflon1 PTFE, glass-filled PTFE , plexiglass)을 준비하였고, 각각의 물질들은 동일한 크기와 형상으로 형성하여 테스트하였으며, RF 코일의 선택도 Q 팩터는 네트워크 분석기(Hewlett Packard Model 8725A, 300KHz-1.3GHz)를 사용하여 측정 및 비교하였다.
A typical microstrip transmission line consists of a copper sheet and a ground plate, where the copper sheet and the ground plate are spaced apart from each other by the dielectric material. To select dielectric materials, four different materials were tested. Three different materials (Teflon1 PTFE, glass-filled PTFE, plexiglass) including G10 (FR4) were prepared. Each material was formed with the same size and shape and tested. (Hewlett Packard Model 8725A, 300 KHz - 1.3 GHz).
[표 1] 4개의 다른 기재 물질들을 사용한 RF 표면 리시브 코일의 Q 값 [Table 1] Q value of RF surface receiving coil using four different base materials
[표 1]에서는 4개의 다른 기재 물질들을 갖는 더블-턴 형상을 갖는 RF 리시브 코일의 Q 값의 각각 비교를 나타낸 것이다. 1T MRI 스캐너의 RF 코일을 형성하는데 사용된 4개의 다른 물질들의 선택도 Q 값을 측정하였다. G10(FR4)는 그들 중 나머지 물질들 보다 높은 Q 값을 나타내었다.Table 1 shows a comparison of the Q values of RF receive coils having double-turn shapes with four different base materials. The selectivity Q values of the four different materials used to form the RF coils of the 1T MRI scanner were measured. G10 (FR4) showed a higher Q value than the rest of them.
또한 G10(FR4)을 갖는 마이크로스트립 코일의 무부하 Q는 148이었다. 싱글-턴 코일과 더블-턴 코일의 공진 주파수는 각각 43.867 과 43.908 이었고, 정전용량을 변화하여 측정되는 최저 주파수와 촤고 주파수는 각각 34.4MHz와 53.3MHz 이었다.
The no-load Q of microstrip coils with G10 (FR4) was 148. The resonance frequencies of the single-turn coil and the double-turn coil were 43.867 and 43.908, respectively. The lowest frequency and the sweep frequency measured by varying capacitance were 34.4 MHz and 53.3 MHz, respectively.
도 2은 RF 공진기의 반사계수를 측정한 것을 나타낸 것이다. RF 공진기의 반사 계수(S11)는 43.9MHz에서 측정하였다. 도면을 참조하면, 반사계수 S11은 -40dB이다. 이 부분에서 우수한 임피던스 정합을 보여준다.Fig. 2 shows measurement of the reflection coefficient of the RF resonator. The reflection coefficient (S 11 ) of the RF resonator was measured at 43.9 MHz. Referring to the figure, the reflection coefficient S 11 is -40 dB. This section shows good impedance matching.
본 발명에 따른 마이크로스트립 기반의 RF 표면 리시브 코일은, 2.5×2.5cm2 사각 형상을 갖는 싱글-턴 코일과 더블-턴 코일 형상으로 마이크로스트립 RF 표면 리시브 코일을 각각 제조하였다. 마이크로스트립 컨덕터와 접지판은 후면접착 구리 테이프(3M, St. Paul, MN)를 사용하여 제조하였다. 구리박판의 폭(W)은 2mm이고, 그 높이(H)는 0.8mm이다. 더블-턴 코일의 내측 스트립과 외측 스트립 사이의 갭은 1mm로 하였다.
The microstrip-based RF surface-receiving coil according to the present invention has a micro-strip RF surface-receiving coil in the form of a single-turn coil and a double-turn coil having a square shape of 2.5 × 2.5 cm 2 . Microstrip conductors and ground plates were fabricated using backside adhesive copper tape (3M, St. Paul, Minn.). The width W of the copper thin plate is 2 mm, and the height H thereof is 0.8 mm. The gap between the inner strip and the outer strip of the double-turn coil was 1 mm.
마이크로스트립 RF 리시브 코일의 공진 파장(λ)은 다음과 같이 계산된다.The resonant wavelength (?) Of the microstrip RF receive coil is calculated as follows.
여기서,λ0는 자유공간에서 빛의 파장이고, 는 유효 유전상수이다.
Where 0 is the wavelength of light in free space, Is an effective dielectric constant.
기재의 유전율()과 유효 유전상수 사이의 관계는 다음과 같다.The dielectric constant of the substrate ) And effective dielectric constant is as follows.
W/H 1 인 경우;W /
W/H >1 인 경우;W / H >1;
여기서, W는 구리박판의 폭이고, H는 기재의 두께이다.
Where W is the width of the copper foil and H is the thickness of the substrate.
계산에 의하면, RF 공진기는 43.9MHz에서 50에 매칭되며, 공진 파장(454cm)은 수식 [1]과 [3]을 사용하여 계산된다. 그리고 RF 공진기의 물리적 길이(nλ/2, n=정수, λ는 MRI 스캐너의 주공진 파장)는 227, 454, 그리고 681cm이다.According to the calculation, the RF resonator is matched to 50 at 43.9 MHz, and the resonant wavelength (454 cm) is calculated using equations [1] and [3]. The physical length of the RF resonator (nλ / 2, n = integer, λ is the dominant wavelength of the MRI scanner) is 227, 454, and 681 cm.
본 발명에 따른 마이크로스트립 기반의 RF 표면 리시브 코일의 최소 길이(λ/2)는 227cm이다. 직경 6cm의 볼륨 전송 코일 내부에 2.5×2.5cm2의 사각 형상의 루프를 설치하기 위해서는, 217cm 길이의 동축 케이블이 필요하다. 긴 길이의 동축 케이블 대신에, 페라이트 코어(0.68cm I.D., 0.18cm O.D., 그리고 두께 0.31cm)를 갖는 작은 길이의 인덕터(톨로이드)를 와이어로 40회 감아서 제작하였다. 톨로이드의 인덕턴스는 2.3H이다. 작은 마이크로스트립 루프와 40cm 길이의 동축 케이블(RG-58 C/U)는 10cm 길이의 볼륨 전송 코일의 내측에 배치하였다. RF 코일 회로는 29dB 이득을 갖는 프리 증폭기에 연결되어 있다.
The minimum length (? / 2) of the microstrip-based RF surface receiving coil according to the present invention is 227 cm. To install a square-shaped loop of 2.5 x 2.5 cm 2 inside a volume transfer coil with a diameter of 6 cm, a 217 cm long coaxial cable is required. Instead of long coaxial cables, a small length inductor (tolloid) with a ferrite core (0.68 cm ID, 0.18 cm OD, and a thickness of 0.31 cm) was wound 40 times with wire. The inductance of the tolldo is 2.3H. A small microstrip loop and a 40 cm long coaxial cable (RG-58 C / U) were placed inside a 10 cm long volume transfer coil. The RF coil circuit is connected to a preamplifier with a gain of 29dB.
도 3은 본 발명에 따른 마이크로스트립 기반의 RF 표면 리시브 코일을 구비한 RF 공진기를 나타낸 것이다.FIG. 3 illustrates an RF resonator having a microstrip-based RF surface-receiving coil according to the present invention.
도면을 참조하면, 마이크로스트립 기반의 표면 리시브 코일 루프(b)를 설명하기 위한 RF 공진기의 개략도(a)로서, 소정 길이를 갖는 인덕터, 매칭 커패시터, 그리고 튜닝 커패시터가 연결되어 있고(c), 40cm 동축 케이블을 사용한 것이다. 톨로이드와 2개의 커패시터(둥근 부분)(d)는 마그네트의 외측에 위치되어 있다.Referring to the drawings, there is shown a schematic view (a) of an RF resonator for explaining a microstrip-based surface receiving coil loop (b), in which an inductor having a predetermined length, a matching capacitor and a tuning capacitor are connected (c) Coaxial cable is used. The tolldo and the two capacitors (round part) (d) are located on the outside of the magnet.
소형 마그네트 보어 내에 구비되는 소형의 사각 형상을 가지는 코일 루프를 형성하기 위하여, 긴 동축 케이블이 필요하다. 긴 동축 케이블 대신에, 기다란 인덕터(톨로이드)는 RF 공진기의 소형 코일 루프를 매칭 커패시턴스와 튜닝 커패시턴스와 연결하기 위하여 사용된다. 그 이유는 마이크로스트립 RF 리시브 코일의 인덕턴스를 대신할 수 있기 때문이다.A long coaxial cable is required to form a coil loop having a small square shape provided in a small magnet bore. Instead of long coaxial cables, an elongated inductor (talloid) is used to couple the small coil loop of the RF resonator with the matching and tuning capacitances. This is because the inductance of the microstrip RF receive coil can be substituted.
톨로이드를 적용하는 것은 정전용량을 증가시키는 것에 비하여 쉽고, 간단하며 그리고 효율적이다. 톨로이드와 RF 코일 루프 사이의 상호 정합문제를 이유로, 톨로이드는 코일 루프로부터 떨어지게 하였다.
Applying tolloids is easier, simpler, and more efficient than increasing capacitance. Because of the mutual matching problem between the tolloid and the RF coil loops, the tolloids have been removed from the coil loops.
이하, 이와 같이 구성한 마이크로스트립 기반의 RF 표면 리시브 코일의 특성을 살펴본다. 상기 코일의 특성은 B1 투과와 그에 따른 Q 값을 살펴보고, 이어서 W/H 비율과 무부하 Q 값과의 관계를 살펴본다. 이에 더하여, 획득된 코일의 SNR을 계산하였다.Hereinafter, the characteristics of the microstrip-based RF surface receiving coil constructed as described above will be described. The characteristics of the coil are as follows. The B 1 transmission and the Q value thereof are examined. Next, the relationship between the W / H ratio and the no-load Q value is examined. In addition, the SNR of the obtained coil was calculated.
B1 투과는 표면 코일의 성능을 가늠할 수 있는 매우 중요한 요소이기 때문에, 표면 코일의 수직 거리 함수로서 B1 투과와 Q 값의 특성을 평가하는 것은 중요하다.It is important to evaluate the characteristics of B 1 transmission and Q value as a function of the vertical distance of the surface coil, since B 1 transmission is a very important factor in determining the performance of the surface coil.
그리고 시뮬레이션과 비교 측정으로부터 얻어지는 B1 투과 깊이를 비교하고, B1 투과와 W/H 사이의 관계와 무부하 Q 팩터와 W/H 사이의 관계를 살펴본다. 그 이유는 W/H의 비율은 최적화된 마이크로스트립 기반의 리시브 코일의 설계에 중요한 요소이기 때문이다. 이어서, W/H 비율에 따른 B1 투과 깊이와 무부하 Q 값을 살펴본다.
Then, we compare the B 1 penetration depth obtained from the simulation and the comparative measurement, and examine the relationship between B 1 transmission and W / H and the relationship between no-load Q factor and W / H. This is because the ratio of W / H is an important factor in the design of an optimized microstrip-based receiver coil. Next, the B 1 penetration depth and the no-load Q value according to the W / H ratio are examined.
우선, W/H 비율에 따른 B1 투과 깊이와 무부하 Q 값을 살펴보면 다음과 같다. 표 2는 W/H의 비율에 따른 B1 투과와 무부하 Q 값을 나타낸 것이다.First, the B1 penetration depth and the no-load Q value according to the W / H ratio are as follows. Table 2 shows B 1 transmission and no-load Q values according to the ratio of W / H.
더블-턴 형상으로 형성한 마이크로스트립 기반의 RF 표면 리시브 코일은 유전상수(=4.4)와 loss tangent(tanδ =0.02 at 2.4GHz)를 갖는 G10(FR4)가 사용되었다. 사각 형상을 갖는 코일 루프의 크기는 2.5×2.5cm2(W=2mm)이다. B1 투과와 무부하 Q 값은, 기재의 두께(H= 0.8, 1.0, 1.3, 2.0, 4.0, 8.0 그리고 1.0mm)를 변화시켜서 W/H 비율에 따른 함수로서 측정하였다.A microstrip-based RF surface-receiving coil formed in a double-turn configuration has a dielectric constant ( = 4.4) and a loss tangent (tan δ = 0.02 at 2.4 GHz). The size of the coil loops having a rectangular shape is 2.5 x 2.5 cm 2 (W = 2 mm). The B 1 transmission and no-load Q values were measured as a function of the W / H ratio by varying the thickness of the substrate (H = 0.8, 1.0, 1.3, 2.0, 4.0, 8.0 and 1.0 mm).
B1 투과 깊이는 5mM CuSO4의 용액을 채운 직경4cm×길이4cm 반원통 형상의 팬텀에서 측정하였다. 그 결과 마이크로스트립 코일을 기존의 4개의 분할 커패시터(=64pF)를 갖는 직경 2.8cm 원형 표면 코일과 비교하였다.
The B 1 penetration depth was measured in a 4 cm diameter × 4 cm long semi-cylindrical phantom filled with a solution of 5 mM CuSO 4. As a result, the microstrip coil was compared with a 2.8 cm diameter circular surface coil with four split capacitors (= 64 pF).
[표 2] W/H 비율에 따른 B1 투과와 무부하 Q 값의 비교[Table 2] Comparison of B 1 transmission and no-load Q value according to W / H ratio
[표 2]를 참조하면, W/H 비율이 2.5, 1 및 0.2 이었을 때, B1의 투과 깊이는 각각 1.9, 2.4 및 2.4 이었고, 무부하 Q 값은 148, 112 및 88 이었다.Referring to Table 2, when W / H ratios were 2.5, 1 and 0.2, the penetration depths of B 1 were 1.9, 2.4 and 2.4, respectively, and no-load Q values were 148, 112 and 88, respectively.
한편, RF 차폐를 갖는 기존의 직경 2.8cm 형상의 표면 코일의 B1 투과 깊이는 2.6cm이고, 무부하 Q 값은 96이었다.On the other hand, the conventional surface coil having a diameter of 2.8 cm with RF shielding has a B 1 penetration depth of 2.6 cm and a no-load Q value of 96.
B1 투과는 W/H 비율이 1씩 증가할 때마다 증가된다. B1의 투과 깊이(2.4cm)는 W/H가 1이상일 때는 항상 일정한 값을 갖는다. W/H의 비율이 감소할 때, 무부하 Q 팩터는 방사 손실이 커지게 되므로 감소된다. W/H의 최적화 비율에서 B1 투과와 무부하 Q 팩터 사이에는 균형을 이룬다. W/H가 1.5 이었을 때, 측정된 B1 투과 깊이(2.3cm) 최대치의 96%에 도달한다. 본 연구에서 우리가 살펴본 바는 마이크로스트립 기반의 리시브 코일의 최적화된 비율의 W/H는 1.0~1.5 이었다.
B 1 transmission is increased every time the W / H ratio is increased by 1. The penetration depth (2.4 cm) of B 1 is always constant when W / H is 1 or more. When the ratio of W / H decreases, the no-load Q factor decreases because the radiation loss becomes large. At an optimization ratio of W / H, there is a balance between the B 1 transmission and the no-load Q factor. When W / H was 1.5, 96% of the measured B 1 penetration depth (2.3 cm) maximum was reached. In our study, we found that the optimum ratio of W / H of the microstrip-based receiver coil was 1.0 ~ 1.5.
도 4는 마이크로스트립 기반의 표면 코일로부터 수직으로 이격되어진 팬텀에서 시뮬레이션으로 측정된 B1 투과와 신호 강도의 분포를 비교한 것을 나타낸 것이다.4 shows a comparison of the distribution of signal intensities and B 1 transmission measured by simulation in a phantom spaced vertically from a microstrip-based surface coil.
유한차분시간영역(FDTD: Finite Difference Time Domain) 방법이 RF 필드 투과에 비교하여 워크스테이션(Dual-core Intel1 Xeon 5200 processor with 1.86 GHz)이 실행되는 MATLAB Release 2009b (The Mathworks, Natick, MA)에서 기록된 소프트웨어를 사용함으로써 제시되는 깊이의 수치계산을 위해 적용된다. The Finite Difference Time Domain (FDTD) method is recorded in MATLAB Release 2009b (The Mathworks, Natick, Mass.) Where a workstation (Dual-core Intel Xeon 5200 processor with 1.86 GHz) This is applied for the numerical calculation of the depth presented by using the software.
이 컴퓨터 시뮬레이션은 기재로서 G10(H=2mm)와 더블-턴 권선 마이크로스트립 코일을 설치하는데, 사용되는 동일한 물리적 크기의 코일을 갖는 유전상수 80과 전기전도도 0.5S/m으로 형성하며, 동일한 팬텀에서 형성된다.This computer simulation is to construct a G10 (H = 2 mm) and double-turn winding microstrip coil as a substrate, with a dielectric constant of 80 with the same physical size coil used and an electrical conductivity of 0.5 S / m, .
박스 형상의 셀의 크기는 0.07×0.07×0.07cm3이고 전자기파는 사이클당 65 타임 포인트로 이루어졌다. 계산은 73,000 그리드 포인트 이상으로 하였다. B1 투과 깊이는 코일 표면으로부터 최대 신호 강도의 5% 감소되는 거리와 동일하다. 시뮬레이션과 MRI 실험 사이의 B1 투과의 비교가 이루어졌다. 시뮬레이션 구동을 위하여 요구되는 시간은 18분 이내이다.The size of the box-shaped cell was 0.07 × 0.07 × 0.07 cm 3 and the electromagnetic wave was 65 time points per cycle. Calculations were made above 73,000 grid points. The B 1 transmission depth is equal to a distance from the coil surface that is reduced by 5% of the maximum signal strength. A comparison of the B 1 transmission between the simulation and the MRI experiment was made. The time required to run the simulation is less than 18 minutes.
도 4를 참조하면, 시뮬레이터된 B1 투과는 2.52cm 이었고, 싱글-턴 형상과 더블-턴 형상의 마이크로스트립 코일에서 측정된 B1 투과는 각각 2.3cm와 2.43cm으로 나타났다.4, the simulator was a B 1 is transmitted through 2.52cm, single-turn shape and a double-transmission measurement the B 1 in the microstrip coil turn shape were each 2.3cm and 2.43cm.
가장 높은 B1 진폭과 신호 강도는 마이크로스트립 코일로부터 팬텀의 중앙 표면 인근에서 발견되었다. 더블-턴 코일을 사용하여 획득된 B1의 형상은 싱글-턴 코일로부터 획득된 것보다 휠씬 더 균일하다.
The highest B 1 amplitude and signal intensity were found near the central surface of the phantom from the microstrip coil. The shape of B 1 obtained using the double-turn coil is much more uniform than that obtained from the single-turn coil.
다음으로, 이와 같이 형성된 RF 공진기의 NMR 신호와 이미지 획득에 대하여 설명한다. 도 5는 싱글-턴 형상과 더블-턴 형상의 리시브 코일을 사용한 팬텀의 FID(Free Induction Decay)를 보여준다.Next, an NMR signal and image acquisition of the thus-formed RF resonator will be described. FIG. 5 shows the FID (Free Induction Decay) of a phantom using a single-turn shape and a double-turn-shaped receive coil.
1 펄스 NMR 시퀀스는 라머 주파수(43.9MHz)에서 하드 펄스에 의해 활성 스핀으로 되며, 겔 팬텀의 프리 인덕션 디케이(FID: Free Induction Decay)를 획득하도록 조정된다. 그리고 마이크로스트립 RF 리시브 코일은 FID에서 획득되도록 튜닝된다. 주어진 전력 레벨에서 적절한 펄스 폭의 선택은 플립 90스핀에서 결정된다.The 1-pulse NMR sequence is active-spun by the hard pulse at the Larmor frequency (43.9 MHz) and is adjusted to obtain the free induction decay (FID) of the gel phantom. And the microstrip RF receive coil is tuned to be obtained at the FID. The selection of the appropriate pulse width at a given power level is determined at the flip 90 spin.
FISP 시퀀스의 경사 반전형은 MRI 파라미터(TR/TE 1,200/10ms, 인수행렬 128×128, FOV 10×10cm2, 0.8×0.8×1.5cm3인 화소 크기, 그리고 64 슬라이스)를 사용함으로써 팬텀 이미지를 획득하는데 사용된다.The slope inversion of the FISP sequence uses phantom images by using MRI parameters (TR / TE 1,200 / 10 ms, factor matrix 128 × 128,
도면을 참조하면, 2개의 FIDs(적색과 녹색)는 위상이 90°이었고, 청색은 신호 강도이다. 0.5ms에서, 더블-턴 코일의 신호 강도(15,253)는 싱글-턴 코일의 신호 강도보다 크다.
Referring to the drawing, two FIDs (red and green) have a phase of 90 degrees, and blue is a signal intensity. At 0.5 ms, the signal strength (15, 253) of the double-turn coil is greater than the signal strength of the single-turn coil.
이어서, 획득된 이미지의 SNR를 살펴보았다. 도 6은 싱글-턴 형상과 더블-턴 형상의 표면 리시브 코일로부터 얻어진 겔 팬텀의 MR 이미지를 나타낸 것이다. 단일 크기의 이미지에서 SNR은 MATLAB에서 제공된 소프트웨어를 사용하여 계산되었다. 신호(S)는 팬텀 내측에서 최대 균일한 신호를 가지며 10×10 픽셀의 관심영역(ROI)에서 평균 강도로 측정하였다. 노이즈(δ)는 배경영역에 위치한 동일 크기의 관심영역(ROI)에서 픽셀 강도의 표준 편차가 평가되었다.
Next, the SNR of the obtained image was examined. 6 shows an MR image of a gel phantom obtained from a surface-receiving coil of a single-turn shape and a double-turn shape. For single-size images, SNR was calculated using software provided in MATLAB. The signal S has a maximum uniform signal inside the phantom and is measured with an average intensity in a region of interest (ROI) of 10 x 10 pixels. Noise δ was evaluated for the standard deviation of the pixel intensity in the ROI of the same size located in the background area.
SNR은 다음과 같이 계산된다.The SNR is calculated as follows.
싱글-턴 형상과 더블-턴 형상의 RF 리시브 코일의 SNR(신호대 잡음비)는 볼륨 리시브 코일과 정규 2.8cm의 직경 표면 코일을 비교하였다. 여기서 동일한 슬라이스의 MR 이미지에서 동일한 크기의 ROI를 선택하였다.
The SNR (signal-to-noise ratio) of single-turn and double-turn RF receive coils compares the volume receive coil with a regular 2.8 cm diameter surface coil. Here, the ROI of the same size is selected in the MR image of the same slice.
도 6을 참조하면, MR 이미지는 FISP의 MR 시퀀스의 경사 반전형을 갖는 싱글-턴(a)와 더블-턴(b) 리시브 코일을 사용하여 획득될 수 있다. 27에서 38까지의 센터 슬라이스들은 64 슬라이스들 가운데 표시되었다. 그 이유는 그들 중 나머지는 겔 팬텀의 이미지들을 갖지 않기 때문이다. 더블-턴 형상으로 형성한 마이크로스트립 기반의 코일, 볼륨 리시브 코일, 그리고 직경 2.8cm를 갖는 코일의 SNR는 214(±16.7), 128(±6.4), 그리고 212(±11.2)이다.
Referring to FIG. 6, an MR image can be obtained using a single-turn (a) and double-turn (b) receive coil with a warped inverted version of the MR sequence of the FISP. Center slices 27 to 38 were displayed among 64 slices. The reason is that the rest of them do not have images of the gel phantom. The SNRs of the microstrip-based coil, the volume-receiving coil, and the coil having a diameter of 2.8 cm formed in the double-turn shape are 214 (占 16.7), 128 (占 .4), and 212 (占 .2).
도 7은 싱글-턴 형상과 더블-턴 형상의 마이크로스트립 코일과 볼륨 리시브 코일을 사용하여 좌측에서 우측방향으로 중심축 슬라이스에서 나타나는 겔 팬텀의 정규화된 SNR 형상을 보여준다. 더블-턴 형상의 RF 리시브 코일로부터 얻어진 이미지들은 싱글-턴 형상의 리시브 코일로부터 얻어진 것과 비교하여 균일한 신호 강도를 갖는다. 마이크로스트립 RF 표면 리시브 코일로부터 얻어진 이미지들의 SNR은 볼륨 리시브 코일에 의해 얻어진 이지지들의 것과 비교하면 훨씬 높았다. 한편 도면에서, 중앙 라인에 노이즈가 포함된 것은 팬텀 내부에 존재하는 거품에 기인한 것이다.FIG. 7 shows a normalized SNR shape of a gel phantom appearing in a center axis slice from left to right using a single-turn and double-turn microstrip coil and a volume-receiving coil. The images obtained from the double-turn RF reception coil have a uniform signal intensity as compared with those obtained from the single-turn reception coil. The SNR of the images obtained from the microstrip RF surface receive coil was much higher than that of the images obtained by the volume receive coil. On the other hand, in the figure, noise included in the center line is due to bubbles existing in the phantom.
더블-턴 형상의 마이크로스트립 코일은 싱글-턴 형상의 코일에 비하여 SNR가 높다. 그리고 2개의 다른 형상을 갖는 마이크로스트립 코일의 SNR는 볼륨 리시브 코일의 것보다 높다. 싱글-턴 형상의 코일 이미지 강도는 더블-턴 형상의 코일이 균형을 이루는 동안에 불균형이었다. 그 이유는 내부 코일 루프의 불균일한 전류 밀도는 외부 코일 루프의 균일한 전류 밀도에 의해 보상된다. 따라서, 더블-턴 형상의 마이크로스트립 RF 리시브 코일은 싱글-턴 형상의 RF 코일과 볼륨 리시브 코일 보다 더 우수하다.The double-turn microstrip coil has a higher SNR than the single-turn coil. And the SNR of the microstrip coils having two different shapes is higher than that of the volume-receiving coil. The single-turn coil image intensity was unbalanced while the double-turn coil was balanced. The reason is that the non-uniform current density of the inner coil loop is compensated by the uniform current density of the outer coil loop. Thus, the double-turn microstrip RF receive coil is superior to the single-turn RF coil and the volume receive coil.
비록 마이크로스트립에 기반한 코일의 무부하 Q 팩터는 동일한 교차 영역에서 기존의 원형 표면 코일의 것보다 높지만, 본 연구에서의 마이크로스트립 코일과 일반적인 원형 코일의 SNR은 1T에서 동일하다. 기존의 평판 원형 코일과 비교하여 보면, 마이크로스트립 전송선 개념에 기반한 표면 리시브 코일의 제조는 RF 차폐없이 쉽고, 간단하다.Although the no-load Q factor of a microstrip-based coil is higher than that of a conventional circular surface coil in the same crossing region, the SNR of a microstrip coil and a typical circular coil in this study is the same at 1T. Compared to conventional flat circular coils, the fabrication of surface-receiving coils based on the microstrip transmission line concept is simple and straightforward without RF shielding.
따라서, 마이크로스트립 기반의 더블-턴 형상으로 형성한 코일은 소구경 저 자기장에서 사용되는 표면 리시브 코일로서 우수한 특성을 나타내므로, 이를 설계에 적용하고 구현하는데 있어서 간단하고, 효율적이며, 그리고 유용하다.
Therefore, a coil formed in a microstrip-based double-turn shape exhibits excellent characteristics as a surface-receiving coil used in a small-diameter low-magnetic field, so that it is simple, efficient, and useful in designing and implementing the coil.
이하, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
Although the present invention has been described in detail with reference to specific embodiments thereof, it is to be understood that the present invention is not limited to the above-described embodiments, but various modifications may be made by those skilled in the art without departing from the scope of the present invention.
100 : 외측 코일부
110 : T자 형상의 절개부
111 : 제1 절개홈
112 : 제2 절개홈
110a : 제1 돌출부
110b : 제2 돌출부
200 : 내측 코일부
210 : 라운드부100: outer coil part
110: T-shaped incision
111: first incision groove
112: second incision groove
110a: first protrusion
110b: second projection
200: inner coil part
210:
Claims (6)
상기 리시브 코일은
외측 코일부와 내측 코일부가 연이어 이어지도록 사각 형상으로 구성되되, 일측 단부로부터 사각 형상으로 내측으로 더블 절곡되어 타측 단부로 이어지도록 연이어 구성되고,
상기 외측 코일부에는 사각 일변의 외측 중앙에서 내측으로 T자 형상의 절개부가 형성되며, 상기 T자 형상의 절개부는 코일 폭의 외측으로부터 1/2 이내의 영역에 형성되고,
상기 내측 코일부의 모서리에는 라운드부가 형성되는 것을 특징으로 하는 자기공명 의료영상 획득을 위한 마이크로스트립 기반의 알에프 표면 리시브 코일.
In a receive coil provided in a magnetic resonance imaging apparatus,
The receive coil
Wherein the outer coil portion and the inner coil portion are formed in a rectangular shape so as to be successively connected to each other,
Wherein a T-shaped incision is formed in the outer coil part from an outer center to an inner side of a rectangular one side, the T-shaped incision is formed in an area within 1/2 of the outer side of the coil width,
And a rounded portion is formed at an edge of the inner coil portion. A microstrip-based RF surface receiving coil for obtaining a magnetic resonance medical image.
상기 리시브 코일의 공진 파장은 하기의 수식에 의해 정하여지는 것을 특징으로 하는 하는 자기공명 의료영상 획득을 위한 마이크로스트립 기반의 알에프 표면 리시브 코일.
단, λ0는 자유공간에서 빛의 파장이고, 는 유효 유전상수이고, 는 기재의 유전율이고, W는 구리박판의 폭이고, H는 기재의 두께이다.
The method according to claim 1,
Characterized in that the resonance wavelength of the receive coil is determined by the following equation: < EMI ID = 1.0 >
However, λ 0 is the wavelength of light in free space, Is an effective dielectric constant, W is the width of the copper foil, and H is the thickness of the substrate.
상기 내측 코일부의 모서리는 라운드 또는 모따기 형상을 갖도록 구성하여, 모서리 영역에서 상기 외측 코일부와 내측 코일부 사이의 갭과 변의 영역에서의 외측 코일부와 내측 코일부 사이의 갭은 서로 다른 갭 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 자기공명 의료영상 획득을 위한 마이크로스트립 기반의 알에프 표면 리시브 코일.
The method according to claim 1,
Wherein the inner coil portion has a round or chamfered shape such that the gap between the outer coil portion and the inner coil portion in the edge region and the gap between the outer coil portion and the inner coil portion in the region of the side have different gap sizes And a microstrip-based RF surface-receiving coil for obtaining a magnetic resonance medical image.
상기 리시브 코일의 단부에 연결되는 동축케이블과,
상기 동축 케이블에 연결되고 동축케이블의 인덕턴스를 보상하기 위한 톨로이드와,
상기 톨로이드에 연결되는 메칭 커패시턴스와 튜닝 커패시턴스를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 알에프 공진기.
A microstrip-based RF surface receiving coil for obtaining a magnetic resonance medical image according to any one of claims 1, 4, and 5,
A coaxial cable connected to an end of the receive coil,
A tolloid connected to the coaxial cable and compensating for the inductance of the coaxial cable,
And a tuning capacitance and a matching capacitance connected to the tolode.
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000507051A (en) | 1996-12-30 | 2000-06-06 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | Device with integrated coil |
| WO2011122084A1 (en) | 2010-03-31 | 2011-10-06 | 株式会社 日立製作所 | Rf coil and magnetic resonance imaging device |
| JP2013176602A (en) | 2006-08-28 | 2013-09-09 | Hologic Inc | Open architecture imaging apparatus and coil system for magnetic resonance imaging |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100351072B1 (en) | 1996-08-27 | 2002-12-26 | 삼성전자 주식회사 | High Frequency Coils for Magnetic Resonance Imaging |
| JP2004511278A (en) * | 2000-10-09 | 2004-04-15 | リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ ミネソタ | Method and apparatus for magnetic resonance imaging and spectroscopy using microstrip transmission line coils |
| JP4664797B2 (en) | 2005-10-13 | 2011-04-06 | ジーイー・メディカル・システムズ・グローバル・テクノロジー・カンパニー・エルエルシー | MRI equipment |
| KR20130029931A (en) | 2011-09-16 | 2013-03-26 | (주)사이메딕스 | Indexed rf coil unit for mri |
-
2014
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000507051A (en) | 1996-12-30 | 2000-06-06 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | Device with integrated coil |
| JP2013176602A (en) | 2006-08-28 | 2013-09-09 | Hologic Inc | Open architecture imaging apparatus and coil system for magnetic resonance imaging |
| WO2011122084A1 (en) | 2010-03-31 | 2011-10-06 | 株式会社 日立製作所 | Rf coil and magnetic resonance imaging device |
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