KR20060090241A - 핵 자기 공명 시스템용 병렬 송수신기 - Google Patents

Abstract

다중 소자 무선 주파수 코일에 사용하기 위한 개별적으로 제어 가능한 소자를 갖는 여기 및 검출 회로가 개시된다. 회로의 각각의 소자로부터의 예컨대 위상, 진폭, 주파수 및 타이밍을 포함하는 구동 신호의 특징은 작은 신호를 사용하여 개별적으로 제어 가능하다. 각각의 코일 소자와 연관된 구동 신호를 위한 음의 피드백은 코일 소자에 결합된 수신기로부터 유도된다.

다중 소자, 무선 주파수, 여기, 검출, 구동 신호, 피드백, 송수신기

Description

핵 자기 공명 시스템용 병렬 송수신기 {PARALLEL TRANSCEIVER FOR NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SYSTEM}

본 출원은 본 명세서에 참조로서 포함된 2003년 10월 3일 출원된 미국 가출원 제60/508,662호 "핵 자기 공명 시스템용 병렬 송수신기"에 대해 우선권을 주장한다.

본 출원은 본 명세서에 참조로서 포함된 2003년 4월 21일 출원된 미국 특허 출원 제10/420,541호 "무선 주파수 경사 및 심 코일"에 관한 것이다.

본 출원은 2001년 7월 31일 출원된 미국 특허 제6,788,056호 "개구를 갖는 무선 주파수 자계 유닛"의 연속인 2003년 8월 8일 출원된 미국 특허 출원 제10/637,261호 "비대칭 무선 주파수 전송 라인 어레이"에 관한 것으로, 이들 각각은 본 명세서에 참조로서 포함된다.

본 출원은 본 명세서에 참조로서 포함된 2000년 5월 22일 출원된 미국 특허 제6,633,161호 "화상형성 시스템용 RF 코일"에 관한 것이다.

본 발명은 대리인 정리번호 NIH-R01 CA 94200-01A1, P41 RR08079 및 NIH-2 R42 RR13230-02로 국립 보건원(NIH)에 의해 부분적으로 지원된다. 미국 정부는 본 발명에 일정 권리를 가질 수 있다.

본 발명은 자기 공명 화상형성에 관한 것으로, 특히 다중 소자 무선 주파수 코일을 사용한 자기 공명 신호의 여기 및 검출을 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.

종래의 송수신기는 다중 소자 자기 공명 코일을 사용하여 신호를 여기 및 검출하기에 부적절하다. 특히, 계의 강도가 높을 때, 불균질 효과는 종종 화상 품질을 열화시킨다.

개선된 송수신기가 필요하다.

전송측 및 수신측 모두에서 무선 주파수 코일의 다중 병렬 채널을 제어 및 모니터링하는 시스템이 개시된다. 각각의 개별 전류 소자(또는 코일 소자)는 전류 소자 내에 흐르는 전류를 기초로 하여 계를 생성한다. 각각의 코일 소자에 의해 생성된 계의 크기, 위상, 주파수 및 타이밍 특징은 전류 소자 내의 전류를 조절함으로써 독립적으로 제어된다. 일 실시예에서, 타이밍 제어는 "온" 기간과 "오프" 시기의 기간을 선택할 수 있게 한다.

각각의 코일 소자 내에 흐르는 전류의 특성은 각각의 코일 소자에 결합된 변조기 또는 출력 증폭기에 전달된 제어 신호와 입력 신호 수준을 기초로 하여 독립적으로 결정된다.

일 실시예에서, 코일의 각각의 공명 전류 소자는 개별적으로 처리되고 최적화 알고리즘을 사용하여 수신된 피드백을 기초로 하여 독립적으로 제어된다.

본 발명의 다른 태양은 본 발명의 이하의 상세한 설명과 그 일부를 구성하는 도면으로부터 명백할 것이다.

도면에서, 동일한 도면부호는 몇몇 도면에 걸쳐 사실상 유사한 부품을 설명한다. 상이한 문자 접미사를 갖는 동일한 도면부호는 사실상 유사한 부품의 상이한 예를 나타낸다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 8개 소자 송수신기의 블록 다이어그램을 포함한다.

도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 변조기의 블록 다이어그램을 포함한다.

도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 체적 코일의 도면을 포함한다.

도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 방법의 플로우 차트를 포함한다.

도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 n개 소자 송수신기의 블록 다이어그램을 포함한다.

도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 소자 송수신기의 예시적인 소자의 블록 다이어그램을 포함한다.

도7은 회로 일부 내의 방향성 결합기를 도시한다.

이하의 상세한 실시예에서, 본 명세서의 일부를 형성하며 본 발명이 구현될 수 있는 구체적인 실시예가 예로서 도시된 첨부 도면이 참조된다. 이들 실시예는 본 분야의 당업자가 본 발명을 구현할 수 있도록 충분히 상세하게 설명되고, 실시예가 조합될 수 있거나 또는 다른 실시예가 이용될 수 있고, 본 발명의 범위를 벗 어나지 않고 구조적, 기계적, 논리적 및 전기적인 변화가 이루어질 수 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 이하의 상세한 설명은 제한하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 첨부된 청구의 범위와 그 등가물에 의해 한정된다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 송수신기(100)를 도시한다. 도면에서, 송수신기(100)는 분할기(105)의 입력 단자에 결합된 출력부를 갖는 신호원(95)을 포함한다. 분할기(105)는 8방 출력 분할기로서 도시되지만, 이는 단지 예시적이며, 그 이상 또는 이하의 방향을 갖는 다른 분할기도 고려된다. 예컨대, 일 실시예에서, 16방 분할기가 제공된다. 분할기(105)는 복수의 출력 신호를 제공하며, 도시된 실시예에서는 8개의 출력 신호가 도시된다. 출력 신호의 개수는 출력 분할기 또는 분배기의 분할 인자에 대응한다. 일 예에서, 분할기는 복수의 출력 단자 각각에 제공된 복수의 출력 신호와 입력 단자를 갖는 인터페이스 회로의 일부이다.

분할기 또는 인터페이스 회로로부터의 각각의 출력 신호는 변조기(120)의 입력부(135)에 개별적으로 결합된다. 각각의 변조기(120)는 단자(125)에 출력을 제공한다. 또한, 각각의 변조기는 개별 제어 라인(130)을 거쳐 제어기(200)에 더 결합된다. 단자(125)로부터, 각각의 변조기(120)는 증폭기(140)의 입력부에 결합된다. 일 예에서, 변조기(120)는 증폭기를 포함한다. 도시된 실시예에서, 증폭기(140)는 고출력 증폭기를 포함한다. 증폭기(140)의 출력부는 제1 노드(170)에서 스위치(160)에 결합된다. 각각의 스위치(160)도 수신기(150)에 결합되는 제2 노드(165)를 포함한다. 각각의 수신기(150)는 수신기 출력부(145)를 거쳐 제어기(200)에 더욱 결합된다. 각각의 스위치(160)는 코일 소자(190)에 더 결합된 노드(175) 에서 전극 접속부를 포함한다. 각각의 스위치(160)는 제어기(200)에 결합된 개별 제어 라인(180)에 의해 제어된다.

일 예에서, 인터페이스 회로는 다중 병렬 입력 신호원을 포함하거나 또는 이에 결합되고, 출력 분할기를 구비하지 않는다. 예컨대, 다중 독립 구동 신호가 인터페이스 회로에 병렬로 접속된다.

다양한 실시예에서, 제어기(200)는 프로세서 또는 신호 프로세서를 포함한다. 제어기(200)는 외부 프로세서(90)에 결합된다. 일 실시예에서, 외부 프로세서(90)는 원격 프로세서이고 RS-232 인터페이스, 이더넷(Ethernet), 다목적 인터페이스 버스(GPIB) 또는 다른 접속부에 의해 제어기(200)에 결합된다.

제어기(200)에 결합되는 다른 제어 라인도 고려된다. 예컨대, 다양한 실시예에서, 제어 라인은 출력 증폭기(140), 수신기(150) 및 분할기(105)에 결합된다. 또한, 하나 이상의 제어 라인 또는 개별 피드백 라인을 사용하여 제어기(200)에 피드백이 제공된다.

일 실시예에서, 각각의 수신기(150)는 신호 프로세서에 의해 제어기(200)에 결합된다. 일 실시예에서, 본 시스템은 수신기(150)로부터의 피드백 신호가 파라미터를 조절하는데 사용되는 경우 화상을 생성하지 않도록 구성된다. 예컨대, 일 실시예에서, 히스토그램이 생성되고 프로세서에서 실행된 알고리즘이 히스토그램 플랫을 구동하도록 된다.

일 실시예에서, 무선 주파수 전송 신호가 비교적 작아서 위상, 주파수 및 진폭의 관점에서 용이하게 제어될 수 있다.

일 실시예에서, 조립체(110)는 회로판 등의 특정 구조부 상에 또는 새시 내에 제공된다.

일 실시예에서, 구동기 또는 예비 증폭기는 각각의 코일 소자에 결합된다. 일 실시예에서, 증폭기는 고체 상태 증폭기를 포함한다. 일 실시예에서, 증폭기는 대략 150 내지 500 와트 사이의 장치 등급을 갖는 하나 이상의 출력 전계 효과 트랜지스터(FET)를 포함한다.

도2는 일 실시예에 따른 변조기(120)를 도시한다. 도면에서, 변조기(120)는 위상 변환기(220), 이득부(230), 임피던스 정합 제어부(235) 및 주파수 변환기(240)를 직렬로 포함한다. 다른 구성도 고려되지만, 도시된 실시예가 예시적이다. 분할기(105)는 입력부(135) 상의 신호를 변조기(120)에 제공한다. 변조기(120)는 증폭기(140)에 결합된 단자(125)에 출력을 제공한다. 위상 변환기(220), 이득부(230), 임피던스 정합 제어부(235) 및 주파수 변환기(240) 각각은 각각 제어 라인(130A, 130B, 130C, 130D)을 거쳐 제어기(200)에 결합된다. 직렬로도 접속된 스위치(241)는 증폭기(140) 및 이에 따른 전류 소자로 전달된 출력을 위한 제어를 제공한다. 일 실시예에서, 코일 요소를 위한 출력은 선택된 작동 파라미터에 따라 변조된다. 스위치(241)는 제어 라인(130E)에 의해 제어된다.

다양한 실시예에서, 위상 변환기(220), 이득부(230), 임피던스 정합 제어기(235) 및 주파수 변환기(240)는 PIN 다이오드, 필터 및 다른 능동 및 수동 회로 소자를 포함한다. 위상 변환기(220)는 제어 라인(130A) 상의 제어기(200)에 의해 제공된 신호의 함수로서 위상 변환을 도입한다. 일 실시예에서, 이득부(230)는 프로 그래밍 가능한 감쇠기를 포함하고 증폭기(140)로 전달된 신호 진폭을 조절하도록 구성된다. 일 실시예에서, 이득부(230)는 제어 라인(130B) 상의 신호의 함수로서 변조기(120)로부터의 출력 신호를 선택적으로 켜거나 또는 끄는 스위치를 포함한다. 일 실시예에서, 이득부(230)는 제어 라인(130B) 상의 신호에 의해 결정되는 가변 이득을 갖는 증폭기를 포함한다. 일 실시예에서, 임피던스 정합 제어부(235)는 각각의 전류 소자를 제시된 부하에 정합시키도록 피드백과 제어를 제공하는 임피던스 브리지 또는 보랙터(voractor) 또는 다른 회로 또는 부품을 포함한다. 일 실시예에서, 주파수 변환기(240)는 제어 라인(130D)을 사용하여 제어기(200)로부터의 신호의 함수로서 주파수를 조절한다.

다른 실시예에서, 변조기(120)는 무선 주파수 신호의 진폭을 제어하는 증폭기 이득 제어부를 포함한다. 도면에 지시된 바와 같이, 변조기는 제어기(200)에 결합된 제어 라인에 의해 제어된다. 일 실시예에서, 제어 라인은 각각의 출력 증폭기(140)에 결합된다.

도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 소자 무선 주파수 코일(250)을 도시한다. 도면에서, 8개 소자 코일이 도시되지만, 그 이상 또는 이하의 소자가 고려된다. 예컨대, 다양한 실시예에서, 코일(250)은 4개 소자, 16개 소자 및 32개 소자를 포함한다. 도면에서, 코일(250)은 성형부(255) 둘레에 동심으로 배열된 병렬 도전성 스트립을 포함한다. 성형부(255)는 비도전성 재료로 제조된다. 내부 도전성 스트립(190B)은 외부 도전성 스트립(190A)보다 작은 단면으로 도시된다.

도1을 다시 참조하면, 각각의 스위치(160)는 코일 소자(190)에 결합되고, 도 3의 코일(250)에 따라, 각각의 스위치는 도전성 스트립(190A, 190B)에 결합된다.

코일(250)은 종종 횡파 전자기(TEM) 코일이라 하며 다양한 실시예에서 다중 스트립 라인, 마이크로 스트립 또는 전류 소자를 포함하며, 각각의 요소는 위상, 진폭, 주파수 및 타이밍을 제어할 수 있도록 유도식 및 용량식으로 독립적으로 제어될 수 있다.

도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 방법(410)을 도시한다. 420에서, 화상형성 기준이 선택된다. 다양한 실시예에서, 화상형성 기준은 특정 신호 대 노이즈 비, 화상 균질성, 최소 콘트라스트 대 노이즈 비로 설명될 수 있거나 또는 검사될 특정 관심 구역으로 설명될 수 있다. 일 실시예에서, 화상형성 기준은 컴퓨터에 의해 제시된 메뉴 또는 인터페이스를 사용하여 선택된다. 일 실시예에서, 화상형성 기준은 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 프로세서 실행 명령에 의해 자동으로 선택된다.

430에서, 송수신기(100)는 선택된 화상형성 기준에 따라 여기하도록 환경설정된다. 다양한 실시예에서, 송수신기(100)를 환경설정하는 것은 각각의 코일 소자(190) 내의 전류에 대해 진폭, 위상 및 주파수를 선택하는 것을 포함한다. 일 실시예에서, 송수신기(100)를 환경설정하는 것은 특정 코일 소자(190)를 켜거나 또는 끌 때 결정하는 것을 포함한다. 일 실시예에서, 송수신기(100)를 환경설정하는 것은 코일(250)을 사용하여 전달될 펄스 시퀀스를 선택하는 것을 포함한다.

440에서, 여기 계(excitation field)는 코일(250)을 사용하여 대상체에 전달된다. 일 실시예에서, 각각의 개별 코일 소자(190) 내에서 무선 주파수 전류를 변 조함으로써 여기된다. 일 실시예에서 여기하는 것은 코일 소자(190)에 증폭기(140)로부터 전달된 신호를 제공하도록 각각의 스위치(160)를 환경설정하는 것을 수반한다.

450에서, 다시 개별 코일 소자(190)를 사용하여 수신된 신호가 검출된다. 특히, 수신된 신호는 코일 소자(190) 상에 수신된 신호가 제어기(200)에 결합되도록 스위치(160)를 환경설정함으로써 검출된다.

460에서, 수신된 신호로부터 생성된 화상이 소정 기준을 만족시키는지가 결정되도록 조회된다. 생성된 화상이 소정 기준을 만족시키면, 470에서 처리가 종료된다. 생성된 화상이 소정 기준을 만족시키지 못하면, 선택된 파라미터가 조절되는 480으로 처리가 진행된다. 예컨대, 일 실시예에서, 생성된 화상의 함수로서 480에서 특정 코일 소자(190)에 대해 진폭이 증가되거나 또는 감소되는 경우 선택된 파라미터는 전류 진폭이다. 480에서 선택된 파라미터를 조절한 후, 430에서 여기를 위한 환경설정에 의해 처리가 계속된다.

일 실시예에서, 컴퓨터 판독 가능한 매체에 저장된 프로세서 실행 명령에 의해 방법(410)이 구현된다. 다양한 실시예에서, 프로세서는 외부 프로세서(90) 또는 제어기(200)의 프로세서를 포함한다.

도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 송수신기(2100)를 도시한다. 도면에서, 송수신기(2100)는 출력 분할기(2105)의 입력 단자에 결합된 출력부를 갖는 신호원(295)을 포함한다. 출력 분할기(2105)는 출력이 n개의 출력 채널을 가로질러 균등하게 분배되는 n방 출력 분할기이다. 예컨대, 다양한 예에서, 출력 분할기(2105) 는 8개 포트 분할기, 16개 포트 분할기 또는 그 이상 또는 이하의 채널을 갖는 분할기를 포함한다.

출력 분할기(2105)는 복수의 출력 신호를 제공하며, 도시된 실시예에서는 n개의 출력 신호가 도시된다. 출력 신호의 수는 출력 분할기 또는 분배기의 분할 인자에 대응한다. 출력 분할기(2105)로부터의 각각의 출력 신호는 감쇠기(2120A, 2120B 내지 2120N)에 개별적으로 결합된다. 또한, 감쇠기(2120A 내지 2120N)로부터의 출력은 위상 변환기(2125A, 2125B 내지 2125N)에 결합된다. 감쇠기(2120A 내지 2120N)와 위상 변환기(2125A 내지 2125N)는 신호원으로부터의 신호를 변조하도록 환경설정되고 종종 변조기의 소자라고 한다. 예컨대, 변조기의 각각의 소자, 즉 감쇠기(2120A) 및 위상 변환기(2125A)는 각각 라인(2130A, 2135A)을 거쳐 마이크로프로세서(2200)에 결합된다. 다양한 실시예에서, 라인(2130A, 2135A)은 특정 소자의 제어를 제공하거나 또는 작동 모드 또는 특정 소자의 설정에 대응하는 피드백 신호를 제공한다.

출력 제어기(2010)는 블랭크 로직(2015A, 2015B 내지 2015N)에 결합되고, 이어서 출력 증폭기(2140A, 2140B 내지 2140N)에 결합된다. 출력 증폭기(2140A 내지 2140N)는 위상 변환기(2125A 내지 2125N)로부터의 출력 신호를 수신하고 증폭된 신호를 스위치(2160A, 2160B 내지 2160N)에 제공한다. 출력 증폭기(2010)로의 전기 출력은 출력 제어기(2010)와 블랭크 로직(2015A 내지 2015N)의 조합에 의해 제어된다.

스위치(2160A 내지 2160N)는 코일 소자(2190A, 2190B 내지 2190N)를 출력 증 폭기(2140A 내지 2140N) 또는 예비 증폭기(2150A, 2150B 내지 2150N)에 각각 결합시킨다. 스위치(2160A 내지 2160N)에 대한 작동 모드 및 피드백의 제어는 각각이 마이크로프로세서(2200)에 결합되는 라인(2180A, 2180B 내지 2180N)을 거쳐 제공된다. 예비 증폭기(2150A 내지 2150N) 각각으로부터의 출력 신호는 외부 프로세서(290)에 더 결합되는 수신기(2175)에 결합된다. 디스플레이(2300)는 마이크로프로세서(2200)에 결합되고 시스템(2100)의 작동에 대응하는 그래픽 데이터 또는 숫자 데이터를 표시한다.

도6은 일부가 도1, 도2 및 도5에 도시된 다중 채널 송수신기의 특정 채널(3100)을 도시한다. 신호원(395)은 출력 분할기(3105)에 제공된 여기 신호를 생성한다. 출력 분할기(3105)로부터의 출력은 위상 변환기(3125A)에 더 결합되는 감쇠기(3120A)에 결합된다. 위상 변환기(3125A)로부터의 출력은 스위치(3160)의 제1 노드에 더 결합되는 출력 증폭기(3140A)에 결합된다. 스위치(3160)의 제2 노드는 수신기(3175A)에 또한 결합되는 예비 증폭기(3150A)에 결합된다. 수신기(3175A)로부터의 출력부는 마이크로프로세서(3200)에 결합된다. 스위치(3160)의 출력부는 코일 소자(3190A)에 결합된다. 신호원(395)의 각각, 출력 분할기(3105), 감쇠기(3120A), 위상 변환기(3125A), 출력 증폭기(3140A), 예비 증폭기(3150A), 수신기(3175A) 및 스위치(3160)는 각각 링크(3010, 3020, 3131, 3136, 3030, 3070, 3182, 3191)에 의해 마이크로프로세서(3200)에 결합된다. 일 예에서, 링크(3010, 3020, 3131, 3136, 3030, 3070, 3182, 3191) 각각은 특정 소자의 작동 모드 등에 피드백 신호를 제공한다. 일 예에서, 제어 신호는 링크(3010, 3020, 3131, 3136, 3030, 3070, 3182, 3191)를 거쳐 각각의 소자에 제공된다.

또한, 일 예에서, 각각의 소자들 사이에 신호 피드백이 제공된다. 예컨대, 피드백 라인(3015, 3025, 3035, 3045, 3055, 3065, 3060, 3080, 3081)은 도시된 바와 같은 특정 소자들 사이에 운반된 신호에서와 같이 마이크로프로세서(3200)에 피드백을 제공한다. 외부 프로세서(390)는 마이크로프로세서(3200)에 결합되고 추가적인 처리, 디스플레이 및 제어 기능을 제공한다.

다른 실시예

위상과 주파수를 조절하는 것은 개별 전류 소자에 걸쳐 제어를 제공한다. 일 예에서, 펄스 시퀀스는 코일의 선택된 전류 소자에 전달된다.

다양한 실시예에서, 화상형성 또는 다른 적용예를 위해 선택된 기준은 화상 균일성과 신호 대 노이즈의 임의의 조합 중 적어도 하나를 포함한다. 일 실시예에서, 관심 구역은 콘트라스트 등의 구체적인 기준을 기초로 하여 향상된다. 다른 알고리즘도 펄스를 생성하거나 또는 다른 구동 신호를 제공하도록 고려된다.

본 발명의 다양한 실시예에 제시된 피드백은 송수신기의 전송측과 수신측에 대해 설명될 수 있다. 예컨대, 전송측에서, 개별 전류 소자와 변조기(120)는 성능 기준에 대응하는 피드백 신호를 제공할 수 있다. 특히, 제시된 부하와 구동기 사이의 임피던스 부정합의 경우, 라인 상의 반사된 신호의 측정(정재파 비, SWR)은 변조기의 재환경설정을 위해 제어기(200)에 신호를 제공할 수 있다. 다른 예로서, 코일(250)로 전달된 전체 출력의 측정에 대한 피드백은 과도한 출력이 대상체에 전달되는 것을 방지하도록 안전 매커니즘으로 사용될 수 있다. 다른 파라미터도 전 송측 상의 피드백으로 모니터링될 수 있다. 예컨대, 전달된 신호의 주파수, 진폭 및 위상은 요청된 파라미터가 실제로 전달되었는지를 검증하도록 모니터링될 수 있다.

전송측에서, 주어진 전류 소자의 위상, 진폭 및 주파수의 변화는 영향을 받은 자기 공명 신호에 대한 거의 즉각적인 피드백을 제공한다. 제어 신호는 수신된 피드백의 함수로서 생성되고 코일의 적어도 하나의 특정 전류 소자에 대한 구동 신호와 연관된 하나 이상의 파라미터를 변경함으로써 수신기 응답을 수정하는데 사용된다.

일 실시예에서, 무선 주파수 구동 신호, 제어 신호 및 피드백 신호로서 설명될 수 있는 3가지 유형의 신호가 송수신기(100) 내에 존재한다. 다양한 실시예에서, 무선 주파수 구동 신호는 소정 기준에 맞춘 신호를 제공하도록 증폭기, 필터, 신호 프로세서 및 다른 소자를 사용하여 조작된다. 무선 주파수 구동 신호는 제어 라인 상의 신호와 피드백 신호를 사용하여 조작 및 제어된다. 독립 코일 소자에 걸친 독립 제어에 따른 독립 무선 주파수 전송 및 수신 신호와 선택된 소자로부터의 피드백은 특정 관심 구역을 핵 자기 공명 샘플 내에서 목표설정 또는 최적화되게 한다.

일 실시예에서, 본 시스템은 다중 무선 주파수 코일 소자로 전송 및 이로부터 수신하기 위한 다중 무선 주파수 신호 채널을 제공한다. 일 실시예에서, 본 시스템은 자기 공명 무선 주파수 코일의 다양한 전류 소자 각각 내에서 전송 및 수신 기능을 독립적으로 제어하기 위한 다중 제어 신호 회로를 제공한다. 일 실시예에 서, 본 시스템은 다중 무선 주파수 코일 소자로 전송 및 이로부터 수신된 무선 주파수 신호를 샘플링하기 위한 다중 무선 주파수 신호 피드백 루프를 제공한다. 일 실시예에서, 본 시스템은 소정 기준에 따라 무선 주파수 신호 피드백을 조절하도록 된 컴퓨터 판독 가능한 명령을 포함한다. 일 실시예에서, 본 시스템은 소정 기준에 따라 샘플(예컨대, 인체) 내의 관심 구역으로부터 소정 핵 자기 공명 데이터를 달성하도록 된 전송, 수신 및 코일 제어 프로토콜을 포함한다.

다양한 실시예에서, 소정 기준은 신호 대 노이즈, 공간 해상도, 공간 위치, 공간 치수, 공간 균일성, 시간 해상도, 타이밍, 기간, 다양한 콘트라스트 속성, 위상 각 및 주파수의 임의의 조합 중 적어도 하나를 포함한다.

본 발명은 자기 공명 화상(MRI), 자기 공명 분광(MRS), 기능적 자기 공명 화상(fMRI), 전자 상자성 공명(EPR) 및 전자 스핀 공명(ESR)과, 핵 자기 공명(NMR)에 사용하기에 적절하며, 이러한 문헌은 핵 자기 공명에 관한 것이며, 다른 것도 포함된다는 것을 이해할 것이다.

양자 화상형성을 위한 조작 가능한 (라머) 주파수는 계의 강도에 따라 선형으로 증가한다. 따라서, 파장이 특히 조직 유전체 내에서 감소한다. 예컨대, 7 텔사(300 MHz)에서 뇌 조직 내의 파장이 대략 12 cm로 감소한다. 따라서, 사람의 머리와 몸의 화상형성은 계의 강도가 증가함에 따라 점차 불균일하게 된다. 본 발명의 따른 다중 소자 코일은 독립 코일 소자에 걸쳐 쌍방향 위상과 진폭을 제공하여, 화상 내의 공간 불균일성을 보정하거나 또는 그 구역으로부터의 추가 신호에 대해 소정의 관심 구역을 확대한다.

일 예에서, 출력 분할기(2105)는 16개 포트 0도 출력 분할기를 포함하고 신호원(295)은 방향성 결합기를 포함한다. 일 예에서, 감쇠기(2120A 내지 2120N)는 8비트 디지털 감쇠기를 포함한다. 일 예에서, 위상 변환기(2125A 내지 2125N)는 8비트 디지털 위상 변환기를 포함한다. 일 예에서, 출력 제어기(2010)는 블랭크 트랜지스터-트랜지스터 로직(TTL) 어레이를 포함한다. 일 예에서, 출력 증폭기(2140A 내지 2140N)는 500 와트 등급을 갖는 출력 전계 효과 트랜지스터(FET)를 포함한다.

도7은 소자(5)와 소자(15) 사이에 결합된 예시적인 방향성 결합기(10)를 도시한다. 도면에서, 소자(5)와 소자(15) 각각은 본 명세서에 설명된 바와 같은 부품 또는 소자에 대응한다. 일 실시예에서, 소자(5)는 출력 분할기(3105)를 나타내고 소자(15)는 감쇠기(3120A)를 나타낸다. 소자(5)는 입력 신호(4)의 함수로서 출력 신호(6)를 생성한다. 또한, 소자(15)는 입력 신호(11)의 함수로서 출력 신호(16)를 생성한다. 방향성 결합기(10)는 신호(6)의 함수로서 출력 또는 피드백, 신호(7)를 제공한다. 방향성 결합기는 신호를 샘플링하기 위한 단지 하나의 장치이다. 다른 예시적인 장치는 PIN 다이오드와 오실로스코프 프로브를 포함한다.

일 예에서, 광학 컨버터와 광섬유는 특정 소자를 결합시키는데 사용된다. 일 예에서, 무선 주파수 필터 회로와 패러데이 케이지는 회로의 선택된 부분을 격리하는데 사용된다.

다양한 예에서, 예컨대 4개 채널, 8개 채널, 16개 채널과 그 이하 또는 이상의 채널 수를 갖는 다중 채널이 제공된다.

일 예에서, 본 발명은 다중 소자 무선 주파수 코일에 다중 채널 구동 신호를 제공하도록 구성된 다중 채널 전송기를 포함하며 코일의 각각의 전류 소자는 개별적이며 독립적으로 제어되는 여기 신호에 의해 구동된다. 다중 채널 전송기의 각각의 채널에 의해 제공된 전기 신호는 독립적으로 제어 가능하다.

일 예에서, 본 발명은 다중 소자 무선 주파수 코일로부터 다중 채널 응답 신호를 수신하도록 구성된 다중 채널 수신기를 포함하며 코일의 각각의 전류 소자는 개별적이며 독립적인 출력 신호를 제공한다. 다중 채널 수신기의 각각의 채널에 의해 제공된 출력 신호는 독립적으로 제어 가능하며 독립적으로 처리, 증폭 및 필터링된다. 일 예에서, 출력 변조기 또는 출력 제어기는 전류 소자의 출력 시간을 조절하도록 제공된다.

일 예에서, 본 발명은 다중 소자 무선 주파수 코일에 다중 채널 구동 신호를 제공하고 다중 채널 응답 신호를 수신하도록 구성된 다중 채널 전송기 및 수신기 또는 송수신기를 포함한다.

일 예에서, 신호원은 통신 신호의 샘플을 추출하는 방향성 결합기를 포함한다. 예컨대, 일 포트에 결합된 전송된 출력은 방향성 결합기의 출력 포트에 수동적으로 결합된다.

일 예에서, 각각이 독립적으로 작동되는 다중 신호원은 출력 분할기 또는 분배기에 결합될 수 있다.

일 예에서, 출력 제어기(2010)는 출력 증폭기(2140A 내지 2140N)에 대해 공급 전류를 켜고 끄는 회로를 포함한다. 출력 증폭기(2140A 내지 2140N)는 보통 노 이즈 도입을 감소하는 하드 오프(hard off) 위치에 보유되고 가동될 때 선택적으로 켜진다. 일 예에서, 여기 신호의 제어 온오프 사이클에 대한 출력 변조는 도1의 변조기(120)의 일부로서 개별 출력 변조기에 의해 제공된다.

다양한 예에서, 본 발명은 예컨대 시스템 피드백, 신호 피드백 및 처리된 신호 피드백을 포함하는 다양한 공급원으로부터 전달된 피드백을 포함한다.

일 예에서, 시스템 피드백은 마이크로프로세서(2200)가 시스템 내의 선택된 부품의 작동 및 모드를 모니터링하는 것을 허용하는 회로 및 접속부를 포함한다. 예컨대, 링크(2180A)는 스위치(2160A)의 작동 모드에 대응하는 시스템 피드백 신호를 제공한다. 일 예에서, 시스템 피드백 신호는 부품 또는 소자가 적절하게 작동하는 것을 지시하는 신호를 제공한다. 다양한 예에서, 선택된 부품은 상태 신호를 제공하도록 구성된다.

일 예에서, 신호 피드백은 신호의 모니터링을 허용하는 회로 및 접속부를 포함한다. 예컨대, 신호 피드백은 전송 또는 수신된 신호에 대응하는 데이터를 제공할 수 있는 방향성 결합기로부터 전달된다. 신호 피드백은 예컨대 특정 신호의 위상, 주파수, 진폭 및 온오프 상태에 대응하는 데이터를 포함할 수 있다.

전송된 신호에 대해, 방향성 결합기는 신호 검출기로서 작용할 수 있다. 예컨대, 소량의 전송된 에너지가 전방에서 검출되고 반사(또는 복귀)된 신호도 검출 가능하다. 일 예에서, 도6에 대해, 링크(3015, 3025) 상의 신호는 방향성 결합기에 의해 마이크로프로세서(3200)에 제공된다. 일 예에서, 다중 채널 송수신기의 각각의 소자들 사이에 방향성 결합기가 제공된다. 신호 피드백은 특정 모듈의 설 정 및 상태에 대응하는 데이터를 제공한다. 예컨대, 감쇠기(3120A)에 의해 제공된 감쇠량은 링크(3035) 상의 신호 피드백을 기초로 하여 식별할 수 있다.

일 예에서, 피드백 신호(3065)를 제공하는 스위치(3160A)의 출력측의 방향성 결합기는 코일 소자(3190A)로 전달된 여기 신호를 모니터링할 수 있다.

신호 피드백은 신호 집적도를 검증하는 도구를 제공한다. 예컨대, 이질 위조 신호는 신호 피드백을 사용하여 검출될 수 있다. 일 예에서, 신호 피드백은 반사된 출력의 측정을 제공하기도 한다. 또한, 신호 피드백은 코일에 전달된 출력에 대응하는 데이터를 제공하여, 환자의 안전과 장비 보호를 위한 출력의 안전 수준을 모니터링할 수 있다.

일 예에서, 방향성 결합기는 수신된 신호에 대응하는 신호 피드백을 제공하는데 사용된다. 수신된 신호를 모니터링하는데 사용된 방향성 결합기는 전송된 신호를 모니터링하는데 사용되는 것과 동일하거나 또는 상이할 수 있다. 일 예에서, 방향성 결합기는 예비 증폭기(3150A) 후에 제공된다. 일 예에서, 방향성 결합기로부터의 피드백은 마이크로프로세서(3200)에 제공되고 여기서 피드백 신호를 기초로 하여 시스템 성능을 조절하도록 프로그램이 실행된다.

일 예에서, 신호 피드백은 수신측에 제공된다. 일 예에서, 신호 피드백은 전송측에 제공된다. 일 예에서, 신호 피드백은 수신측 및 전송측 모두에 제공된다. 신호 피드백은 시스템 내의 임의의 지점에서 방향성 결합기에 의해 생성된다. 일 예에서, 시스템 부품 피드백이 제공된다.

도4에 도시된 방법에 대해, 피드백 신호가 450에서 검출되고 460에서 프로세 서는 피드백 신호를 기초로 하여 알고리즘을 실행한다.

신호 피드백은 신호 집적도(검증), 신호 최적화 및 안전성에 대응하는 데이터를 제공한다. 신호 집적도(검증)는 어떤 신호가 실제로 전송 또는 수신되었는지에 대응하는 데이터를 제공한다. 전송 또는 수신된 신호가 프로세서에 의해 결정되는 바와 같은 기대된 신호와 상이하면, 따라서 작동 파라미터가 조절될 수 있다. 신호 최적화는 신호 진폭, 위상, 타이밍, 관계 또는 주파수를 기초로 한 반복 루틴과 관련이 있는데 이는 작동 파라미터가 요구되는 성능 결과를 달성하도록 조절되는 것을 허용한다. 안전은 전송되면서 얼마나 많은 출력이 코일 소자로 이송되는 지와 관련이 있다. 특히, 안전은 얼마나 많은 출력이 환자를 안전하게 유지할 수 있는지와 얼마나 많은 출력이 장비를 유지할 수 있는 지와 관련이 있다. 민감 출력 제한 부품은 예컨대 스위치와 예비 증폭기를 포함한다. 또한, 수신측의 출력 수준도 프로세서에 의해 모니터링된다.

처리된 신호 피드백은 화상 또는 스펙트럼 라인을 만드는데 사용된 처리된 신호로부터 전달된 피드백에 대응한다. 다양한 예에서, 처리된 신호 피드백은 화상 품질 또는 균질성을 향상시키거나 또는 다른 이유로 제공된다. 일 예에서, 처리된 신호 피드백은 프로세서에 의해 실행 가능한 일 세트의 명령으로서 구현되며 작동 파라미터의 자동 조절을 제공한다. 일 예에서, 처리된 신호 피드백은 화상 품질 또는 스펙트럼을 개선하도록 수동으로 구현된다. 다양한 예에서, 피드백은 쌍방향 또는 자동식이다.

일 예에서, 코일의 모든 전류 소자는 본 명세서에 설명된 바와 같은 다중 채 널을 사용하여 처리된 다중 수신 신호와 단일 채널 상에 전송된 집합 신호로 (전송 측에서) 구동된다. 일 예에서, 다중 전류 소자는 다중 채널 구동 신호를 사용하여 (전송 측에서) 구동되고 코일의 모든 전류 소자는 단일 채널 상에 전송된 집합 신호로 구동되고 다중 수신 신호는 다중 채널을 사용하여 처리된다.

결론

상기 설명은 예시적이며 제한적이지 않은 것으로 의도된다. 많은 다른 실시예는 상기 설명을 검토할 때 본 분야의 당업자에게 명백할 것이다.

Claims (20)

1. 복수의 제어 라인을 갖는 프로세서와,

   각각의 신호 변조기가 변조기 입력부, 변조기 출력부 및 제어 입력부를 가지며 각각의 제어 입력부가 복수의 제어 라인 중 각각 하나의 제어 라인에 결합된 복수의 신호 변조기와,

   입력 단자와 복수의 출력 단자를 가지며 각각의 출력 단자가 각각 하나의 변조기 입력부에 결합된 인터페이스 회로와,

   각각의 스위치가 전송 입력 단자, 수신 출력 단자, 코일 단자 및 제어 단자를 가지며 각각의 코일 단자가 각각 하나의 제어 라인에 결합되며 각각의 코일 단자가 각각 하나의 코일 단자에 대응하는 각각의 코일 소자를 갖는 다중 소자 자기 공명 코일의 코일 소자와 결합되도록 구성된 복수의 스위치와,

   각각의 수신기가 각각 하나의 수신 출력 단자에 결합된 복수의 수신기를 포함하는 시스템.
2. 제1항에 있어서, 각각의 변조기는 증폭기, 감쇠기, 주파수 변환기, 위상 변환기 및 출력 변조기 중 적어도 하나를 포함하는 시스템.
3. 제2항에 있어서, 출력 변조기는 스위치를 포함하는 시스템.
4. 제1항에 있어서, 인터페이스 회로는 분할기를 포함하는 시스템.
5. 제1항에 있어서, 각각의 수신기는 신호 출력부를 포함하며, 제어기는 복수의 피드백 입력 단자를 포함하며, 각각의 신호 출력부는 각각 하나의 피드백 입력 단자에 결합되는 시스템.
6. 제4항에 있어서, 제어기는 피드백 입력 단자 상의 피드백 신호의 함수로서 제어 라인 상의 제어 신호를 조절하도록 된 프로세서를 포함하는 시스템.
7. 화상형성 기준을 선택하는 단계와,

   화상형성 기준을 기초로 하여 여기하기 위해 다중 채널 송수신기를 환경설정하는 단계와,

   코일을 여기하는 단계와,

   여기의 함수로서 복수의 수신된 신호를 검출하는 단계와,

   화상형성 기준의 함수로서 수신된 신호를 평가하는 단계와,

   송수신기의 적어도 하나의 채널의 선택된 파라미터를 조절하는 단계를 포함하며,

   송수신기의 각각의 채널은 다중 소자 무선 주파수 자기 공명 코일의 복수의 전류 소자 중 각각 하나에 결합되며,

   각각의 채널은 송수신기의 임의의 다른 채널과 독립적으로 제어 가능한 방 법.
8. 제7항에 있어서, 선택된 파라미터를 조절하는 단계는 위상 변환, 주파수, 진폭 및 출력된 시간 중 적어도 하나를 조절하는 것을 포함하는 방법.
9. 제7항에 있어서, 수신된 신호를 평가하는 단계는 피드백 신호를 수신하는 것을 포함하는 방법.
10. 제7항에 있어서, 수신된 신호를 평가하는 단계는 송수신기의 부품의 작동 모드를 평가하는 것을 포함하는 방법.
11. 복수의 출력 채널을 갖는 입력 인터페이스와,

    각각의 제어 라인과 각각의 피드백 라인이 각각 하나의 출력 채널에 대응하며 복수의 제어 라인과 복수의 피드백 라인에 의해 입력 인터페이스에 결합된 프로세서와,

    각각의 스위치가 각각 하나의 출력 채널에 결합되고 프로세서에 결합되며 또한 각각의 스위치가 다중 전류 소자 자기 공명 코일의 각각 하나의 전류 소자에 결합되도록 된 복수의 스위치와,

    각각의 수신기가 복수의 스위치 중 각각 하나의 스위치에 결합되고 스위치가 입력 인터페이스와 복수의 수신기 중 하나를 선택하도록 구성된 복수의 수신기를 포함하는 장치.
12. 제1항에 있어서, 입력 인터페이스는 출력 분할기를 포함하는 장치.
13. 제1항에 있어서, 각각의 피드백 라인은 적어도 하나의 방향성 결합기에 결합된 장치.
14. 제1항에 있어서, 각각의 출력 채널은 감쇠기, 증폭기, 위상 변환기, 주파수 변환기 및 출력 변조기 중 적어도 하나를 포함하는 장치.
15. 제1항에 있어서, 복수의 수신기 중 각각의 수신기는 증폭기를 포함하는 장치.
16. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 피드백 라인은 감쇠기, 증폭기, 위상 변환기, 주파수 변환기 및 출력 변조기 중 적어도 하나에 결합된 장치.
17. 제1항에 있어서, 입력 인터페이스는 병렬 신호원, 8개 포트 분할기 및 16개 포트 분할기 중 적어도 하나를 포함하는 장치.
18. 제1항에 있어서, 출력 채널은 임피던스 제어기를 포함하는 장치.
19. 제1항에 있어서, 출력 채널은 전계 효과 트랜지스터 출력 증폭기를 포함하는 장치.
20. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 제어 라인은 디지털 이득 제어기에 결합되는 장치.

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