자기 공진 적용을 위한 공진기 document_id A220623029212

본 발명은 제 1 도체 단부로부터 제 2 도체 단부까지 연장되는 도체 소자를 구비하는 자기 공진 적용을 위한 공진기에 관한 것이다. 이와 같은 유형의 공진기는 일반적으로 공지되어 있다. 따라서 예를 들어 독일 공개 특허 출원서 제 103 14 215 A1호(또는 대응 US 6,943,551 B호)에는 제 1 도체 단부로부터 제 2 도체 단부까지 연장되는 도체 소자를 구비하는 자기 공진 적용을 위한 공진기가 공지되어 있다. 도체 소자가 공진 주파수로 동작하는 경우에는 공진 전류가 도체 소자 내에서 제 1 도체 단부로부터 제 2 도체 단부로 그리고 그 반대로 진동한다. 도체 소자는 상응하는 회로 결선부를 통해 공진 주파수에 맞추어 조절된다. 상기 독일 공개 특허 출원서 제 103 14 215 A1호(또는 대응 US 6,943,551 B호)의 도체 소자는 추가의 바아(bar) 안테나, 단부 링, 버드케이지(Birdcage)-공진기 주변의 중앙에서 축 방향으로 진행하는 링형 라인 그리고 상기 링형 라인에 대한 연결 라인을 포함하는 버드케이지-공진기의 바아(bar) 안테나이다. 전술한 소자들은 다층-도체 트랙 박막의 구성 부품들일 수 있다. 자기 공진 적용을 위한 공진기들은 - 다른 많은 공진기들과 마찬가지로 - 제 1 도체 단부로부터 제 2 도체 단부까지 연장되는 도체 소자를 구비한다. 도체 소자가 공진 주파수로 작동하는 경우에는 상기 도체 소자 내부에서 - 다른 공진기에서도 마찬가지로 - 공진 전류가 제 1 도체 단부로부터 제 2 도체 단부로 그리고 그 반대로 진동한다. 도체 소자가 공진 주파수에 맞추어 조절된 경우에는 공진 전류가 특히 높다. 자기 공진 적용의 경우에는 상응하는 자기 공진 장치를 작동시키는 라머(Larmor) 주파수가 한편으로는 자기 공진 장치의 베이스 자기장의 세기에 의존하고, 다른 한편으로는 검출되어야 하는 여기된 스핀을 갖는 소자에 의존한다. (가장 많이 적용되는 실시예인) 수소의 경우에는 회전 자기(gyromagnetic)) 비율이 예를 들어 약 42.4 MHz/T이다. 자기 공진 장치들은 통상적으로 0.2 내지 1.5 T에 해당하는 베이스 자기장으로 작동된다. 근래에는 특히 3 T의 베이스 자기장, 다수의 경우에는 심지어 5 T 및 그 이상까지의 보다 강력한 베이스 자기장을 갖는 자기 공진 장치들도 공지되어 있다. 그에 상응하게, 자기 공진 장치의 라모 주파수는 통상적으로 약 8.5 MHz 내지 약 63.5 MHz이지만, 개별적인 경우에는 그 이상이기도 하다. 라모 주파수는 자기 공진 적용에서 공진기들이 그에 맞추어 조절되어야 하는 기준이 되는 주파수이다. 따라서 라모 주파수는 이상적인 경우에는 공진기의 공진 주파수가 된다. 일반적으로 공지된 바와 같이, 도체 소자의 길이가 공진 주파수 파장의 절반인 경우에는, 도체 소자는 추가의 조치 없이 공진 주파수에서 공진한다. 따라서, 간단한 추후 계산에서 나타나는 바와 같이, 베이스 자기장이 1.5 T인 자기 공진 장치에서 λ/2-바아의 길이는 약 2.5 m이다. 이와 같은 길이는 자기 공진 적용을 위한 공진기에서는 완전히 비현실적이다. 전신(whole body) 안테나의 바아들은 예를 들어 일반적으로는 약 40 cm의 길이, 그러나 실제로는 60 cm를 초과하지 않는 길이를 갖는다. 국부 코일들의 길이는 종종 심지어 훨씬 더 작다. 이와 같은 이유에서 자기 공진 적용을 위한 공진기의 경우에는, 도체 소자의 치수를 상응하게 설계함으로써 라모 주파수에 맞추어 조절하는 방식이 추가의 조치 없이는 불가능하다. 오히려, 도체 단부들을 상응하는 회로 결선부를 통해 서로 연결하는 것이 일반적으로는 통상적이며, 이 경우 상기 회로 결선부에 의해서는 도체 소자가 공진 주파수에 맞추어 조절된다. 본 발명은 상기와 같은 방식으로 형성된 공진기로부터 출발한다. 자기 공진 장치용 공진기의 도체 소자들이 도체 소자 내에서 공진하는 공진 전류의 절반 파장보다 현저하게 더 짧은 경우에도, 공진 전류는 고주파이다. 그러나 고주파 전류의 경우에는 소위 스킨 효과(Skin-effect)가 나타난다: 공진 전류는 더 이상 도체 소자의 전체 횡단면에서 흐르지 않고, 단지 에지 영역에서만 흐른다. 이 경우 에지 영역은 도체 소자를 구성하는 재료 및 공진 주파수에 의해서 결정된 스킨 깊이를 갖는다. 다시 말하자면, 상기 스킨 효과로 인하여 공진 전류는 단지 도체 소자의 횡단면의 한 구획에서만 흐르게 되고, 그럼으로써 도체 소자의 효과적인 저항이 상승하게 된다. 이 경우 측정 결과들은 공진 주파수의 제곱에 비례하는 상승율을 보여준다. 초전도성 재료를 사용하거나 또는 냉각시킴으로써 도체 소자에 작용하는 저항을 줄이는 것도 생각할 수 있다. 그러나 이와 같은 조치들은 상당한 기술적 복잡성을 내포하고, 더 나아가서는 자기 공진 장치 내에서 검사를 받는 환자의 안전을 위협하는 요소가 된다. 그렇기 때문에 상기와 같은 조치들은 실제로 자기 공진 장치에서는 일반적으로 사용되지 않는다. 고주파 와이어 로프의 사용도 실제로는 고려되지 않는다. 그 이유는, 와이어 로프 도체가 저항을 단지 소수 MHz의 주파수, 통상적으로 2 내지 4 MHz까지만 감소시키기 때문이다. 다수의 층들을 갖는 다층 도체로서 형성된 도체 소자들은 이미 공지되어 있다. 이와 관련해서는 예를 들어 US-A-2,769,148호 및 US-A-6,148,221호가 참조된다. 상기와 같은 경우에 개별 층들이 상기 스킨 깊이보다 작은 층 두께를 갖는다면, 상기와 같은 도체 소자에 의해서는 공진 주파수에서 효과적인 저항이 현저히 감소된다. 이 경우 상기 층들은 서로 동심으로 배치되거나(소위 클록스톤(Clogston)-도체, US-A-2,769,148호 참조) 또는 평탄하게 배치될 수 있다(예를 들어 US-A-6,148,221호 참조). 상기와 같은 유형의 도체 소자들이 자기 공진 적용을 위한 공진기에 사용될 수 있다면, 이와 같은 가능성은 장점이 될 수 있다. 그러나 다층 도체를 도체 소자로서 사용하는 경우에는, 효과적인 저항의 감소를 확실하게 예상할 수는 없다. 더욱 정확한 검사들로부터, 대형 도체 또는 외부 회로로부터 다층 도체로의 변환 후에 상기 다층 도체의 개별 층들에 공진 전류를 최적으로 분배하는 과정이 공진 주파수와 일치하는 파장보다 큰 길이에 도달한 후에야 비로소 이루어진다는 문제점이 나타났다. 그러나 전술한 바와 같이 자기 공진 적용을 위한 공진기들이 공진 주파수의 파장보다 훨씬 더 작은 길이를 갖기 때문에, 상기와 같은 최적의 전류 분배는 설정될 수 없다. 더 나아가, 상기 다층 도체의 약간의 불균일성은 도달 가능한 저항 감소 효과를 현저하게 떨어뜨린다. 그렇기 때문에, 자기 공진 적용을 위한 공진기에서 다층 도체를 사용하는 것은 실제로 적합한 것으로 여겨지지 않았다.