목적: 고자장 자기공명영상 시스템 등으로 신호대잡음비가 향상됨에 따라 데이터 측정에서 analog-to-digital converter (ADC)의 quantization noise 가 중요한 시스템 사양으로 부각되고 있다. 특히 자기공명영상은 공간주파수 영역에서 데이터를 측정하기 때문에 dc와 ac간의 신호 차이가 매우 크며, 이러한 dynmic range는 3-D 영상에서 더욱 커진다. 본 연구에서는 다양한 자기총명 영상기법 및 실험 파라미터에 따른 신호의 dynamic range와 ADC의 bit 수에 따른 quantization noise를 살펴봄으로써, 주어진 시스템에 적합한 ADC의 bit 수를 분석하고자 한다. 대상 및 방법: 펄스 시퀀스의 종류, 파라미터, 2D/3D 등에 따른 각 신호의 크기를 수학적으로 모델링하여 신호의 크기를 예측하였다. 또한 whole body MRI 시스템에서 실험을 통하여 신호의 크기를 비교하였다. ADC의 quantization noise를 실험과 시뮬레이션을 통하여 살펴보았다. 시뮬레이션은 test 영상을 Inverse FFT 하여 spatial frequency domain data를 만든 후, 다양한 bit 수의 ADC로 quantization을 한 후 다시 영상을 재구성하였다. 재구성된 영상과 원영상 간의 error가 quantization noise가 된다. 또한 이러한 error가 주파수 영역에서의 error 값과 일치하는지를 확인하였다.
강자성 나노선에 형성된 자벽의 자기적 특성을 연구하기 위해 미세 자기 동역학을 이용하여 열적 자기 잡음에 대한 연구를 수행하였다. 열적 요동에 의한 자기 잡음 연구는 자성체의 중요한 물리량인 자화율이나 자기 공명 주파수와 같은 물리적 특성에 대한 정보를 제공해 주며, 이는 스핀 동역학의 연구에 있어서 중요한 역할을 한다. 본 연구는 강자성 나노선에서의 자기 구조가 단일 자구를 형성하고 있는 경우와 두 개의 자구 사이에 자벽이 있는 경우에 대해서 열적 자기 잡음을 분석하였다. 그 중 단일 자구일 경우에 열적 요동에 의한 공명 주파수는 완전한 타원체 모형에서 탈자기화 상수를 고려한 Kittel 방정식으로 매우 잘 설명됨을 확인하였고, 자벽이 존재하는 경우에는 단일 자구에 의한 공명 주파수 이외에 추가된 공명주파수를 확인 할 수 있었다. 국소적인 분석을 통해 앞에서 언급한 추가 공명 주파수는 자벽에서 발생하며 단일 자구에 의한 공명 주파수에 비해서 낮은 주파수를 가짐을 확인하였다.
기능적 자기공명영상을 이용하여 진동자의 자극에 따른 감각 피질의 반응에 대하여 연구하였다 주로 40 Hz 이하의 주파수에 반응하는 촉각소체의 혈류반응을 조사하기 위하여 8, 15, 그리고 25 Hz의 주파수를 사용하였다. 사용되고 있는 진동자의 한계를 극복한 공기의 압력을 이용하여 진동할 수 있는 진동자를 특수 제작하였다. 예측한 바와 같이 감각 피질의 촉각소체 부위가 주파수에 따라 반응하는 모습을 볼 수 있었다. 주파수 대 반응 면적을 각 pixel의 개수와 signal percent change로 분석하여 주파수가 증가할수록 signal percent change의 분포는 넓어지고 더 많은 pixel들이 반응한다는 것을 알 수 있었다.
임플랜트가 개발된 이후 임플랜트 안정성을 아기 위한 여러 방법들이 연구되어 왔고 여러 측정 장치들이 고안되어 왔다. 그 중에서도 공명주파수분석법(Resonance Frequency Analysis)을 이용한 방법이 요즘 각광을 받고 있다. 가장 최근에 공명주파수분석법을 이용한 측정 장치의 하나인 $Osstell^{TM}$ 보다 간편한 $Osstell^{TM}$ mentor의 출시로 임상적으로 더 편하게 임플랜트의 안정성을 측정 할 수 있게 되었다. 본 연구는 $Osstell^{TM}$ mentor 의 자기공명막대인 $Smartpeg^{TM}$을 사용할 때 임상에서 측정 가능한 측정횟수가 얼마나 되는지를 확인하고 또한 소독 후에도 측정값이 안정한지를 확인하고자 실험을 하였다. 실험 목적은 5가지로 나누어 알아보고자 하였다: 1. 자기공명막대의 반복측정의 영향: 자기 공명막대와 $Osstell^{TM}$ mentor를 고정시키고 반복적인 측정을 하여 몇 회까지 측정값이 안정한가? 2. 자기공명막대의 탈부착 반복의 영향: 자기공명막대를 탁부착을 반복하면서 몇회까지 측정값이 안정한가? 3. 자기공명막대의 소독방법에 따른 영향: 진료실내의 소독방법 후에도 자기 공명막대 측정값이 안정한가? 4. 자기 공명막대의 반복되는 고압증기멸균 소독 후의 영향: 고압증기 멸균법 10회 반복적인 소독 후에도 측정값이 안정한가? 5. 자기 공명막대의 자성소실온도 확인: 자기공명막대의 자성을 잃는 온도는 몇 도인가? 실험방법은 각 실험별 8개의 자기공명막대를 준비하고 각각의 구별을 위해 컬러펜으로 표식을 했으며 실험전 측정값을 재고, 실험후 측정값을 재어 비교하였다. 자기공명막대 반복측정의 영향을 알아본 실험은 최초의 측정값과 변화가 있는 횟수를 알아보려 했으며 측정값에 변화가 없을 경우 400회까지 측정하여, 1-100회, 101-200회, 201-300회, 301-400회 4군으로 나누어 유의수준을 살펴보았다. 자기공명막대 탈부착 반복의 영향을 알아본 실험은 자기 공명막대 8개를 각각 400회씩 탈부착하여 측정값의 변화를 1-100회, 101-200회, 201-300회, 301-400회 4군으로 나누어 군간 유의수준을 확인하였다. 자기공명막대 소독방법에 따른 영향에 대한 실험은 8개의 자기공명막대를 소독 전 측정값과 소독 후 측정값을 비교확인하였다. 자기 공명막대 반복되는 고압증기멸균 소독 후의 영향에 대한 실험은 8개의 자기공명막대를 10회 반복 소독하면서 소독 전 측정값을 0군, 1-10회까지 소독 후를 10군으로 나누어 군간 유의수준을 확인하였다. 자기공명막대 자성 소실 온도 확인실험은 8개의 자기 공명막대를 $138^{\circ}C$/10분, $150^{\circ}C$/5분, $150^{\circ}C$/10분으로 나누어 자기공명막대가 자성을 잃는 온도가 몇 도인지 실험하였다. 실험결과; 1. 자기공명막대 반복측정의 영향 실험에서는 각 군간 유의성이 없었다(p>0.05). 2. 자기공명막대 탈부착측정의 영향에 대한 실험은 각 군간 유의 확률이 0.123으로 유의성이 없었다(p>0.05). 3. 자기공명막대 소독방법에 따른 영향에 대한 실험은 소독 전 측정값과 소독 후 측정값의 유의성이 없었다(p>0.05). 4. 자기공명막대 반복되는 고압증기멸균소독 후의 영향에 대한 실험은 각 군간 유의성이 없었다.(p>0.05). 5. 자기공명막대 자성 소실온도확인 실험은 $138^{\circ}C$/10분에서는 소독 전, 후간 측정값에 유의성이 없었고(p>0.05), $150^{\circ}C$/5분에서는 2개가 측정 불가였으며, $150^{\circ}C$/10분에서는 8개 모두 ISQ값을 측정할 수가 없었다. 결론으로 말하면, 자기 공명막대가 나사산이 손상되지 않고 자성을 잃지 않으면 측정값이 변하지 않을 것으로 사료된다. 그리고 자기공명막대를 $150^{\circ}C$/10분에서 진공건열멸균 소독 후에 자성을 잃는 것으로 나타난 결과로 추론해 보건데, 진료실에서 가장 높은 온도를 보이는 고압증기멸균 소독이 $132^{\circ}C$/15분 이므로 진료실내의 소독방법들에는 아무런 문제가 없는 것으로 사료된다. 몇 번 사용할 수 있는지의 문제는 400번 측정 시 수치에 변화가 없으므로 측정되지 않을 때까지 사용해도 무방하리라 사료된다.
자기공명영상 촬영시 발생되는 소음은 100 dB정도의 큰 소리로 인체에 심리적 생리적으로 많은 영향을 미친다. 따라서 본 연구는 자기공명영상 소음에 따른 성인 남녀의 심박동변이률 신호의 주파수 분석을 통해 스트레스 정도를 분석하였다. 실험 방법은 귀마개를 착용하여 안정상태에서 15분간 심전도 신호를 측정하였다. 그 후 자기공명영상 장비에서 측정한 약 100dB의 음원을 30분동안 들으면서 동시에 심전도 신호를 측정하였다. 약 100 dB정도에서의 자기공명영상 소음은 HRV 분석 결과 교감신경과 부교감신경간의 불균형을 초래하여 스트레스 상태를 유발하였다. 안정 상태에서 10분까지 최대의 스트레스 상태를 나타내고, 15분부터는 스트레스 정도가 줄어들어 30분에는 안정 상태 보다 높은 스트레스 상태를 나타내었다. 본 연구를 기초 자료로 하여 자기공명영상 촬영 종사자들은 환자의 청각보호에 관심을 가지고, 자기공명영상 소음에 관한 객관적인 지표연구가 필요할 것으로 사료된다.
본 논문에서는 자기 공명 방식 무선전력전송시스템의 전자파 노이즈 원을 분석하기 위해서 근역장 측정 시스템을 이용하여 PCB 회로에 분포하는 근역장 분포를 측정하였다. 측정된 시료는 6.78 MHz를 사용하는 시스템으로 자기 공명 방식으로 에너지를 전송하고 있다. 주 전자파 노이즈 원으로 6.78 MHz의 공진 주파수의 고조파와 시스템에 안정적인 전압을 공급하기 위해 사용되는 레귤레이터의 내부 클럭 신호의 고조파가 많이 발생하고 있다. 이들 고조파 성분은 전 대역의 주파수 영역에 넓게 분포하는 것으로 나타났다.
자유층과 고정 기준층으로 이루어진 자기 터널 접합의 스핀 동역학을 강자성 공명 시늉내기로 연구 하였다. 먼저 교환 바이어스 인위적 준강자성 기준층을 포함한 자기 터널 접합에서 DC 자기장에 대한 각 층의 자화 방향을 확인하고 터널 자기저항을 계산하였다. 자기 터널 접합에서 스핀의 들뜸 모드들을 확인하기 위해 DC와 RF 자기장을 함께 인가하여 강자성 공명 주파수 스펙트라를 관찰 하였다. 각 층 별로 들뜸 모드들을 확인하여 자유층과 기준층의 자화 방향의 차이로 계산된 터널 자기저항의 들뜸 모드들을 분석 하였다. 전체적으로 스핀의 들뜸 모드는 자유층이나 기준층의 자화 방향에 관련해서 DC 자기장의 음, 양의 방향에 따라 상이하게 나타났다. 음의 방향 자기장에 대해서 자유층과 기준층의 강자성 공명 주파수 스펙트라는 수정된 Kittel 방정식으로 잘 설명되지만 양의 방향 자기장에 대해서는 예측하기 어려운 들뜸 모드들로 인해 분석적 해답을 찾기 어려웠다. 자기터널 접합의 강자성 층들은 서로 상호 작용을 하기 때문에 이에 대한 스핀 동역학 연구는 자유층 뿐만 아니라 기준층, 고정층과도 밀접하게 연관되어 있다.
약한 자기장 (~20 G)이 인가된 유도 결합 플라즈마 장치는 고효율, 높은 균일도의 플라즈마를 생성할 수 있다. 그러므로 이 장치에 대한 변수 제어뿐만 아니라, 전자 싸이클로트론 공명(Electron cyclotron resonance) 현상에 의한 방전 특성에 대한 연구는 매우 중요하다. 그에 연관된 여러 연구가 있었지만, 대부분의 연구는 평판형 유도 결합 플라즈마에서 진행되었다. 그에 따라서, 본 연구는 솔레노이드 형태의 유도 결합 플라즈마 장치에서 플라즈마 변수에 대한 약한 자기장의 영향을 살펴보았다. 실험에 사용된 인가주파수는 13.56 MHz에서 27.12 MHz였으며, 다양한 압력과 전력에서 실험이 진행되었다. 이러한 솔레노이드 형태의 유도 결합 플라즈마에서의 플라즈마 변수는 국부적인 특성을 보였으며, 평판형 유도 결합 플라즈마와 비교/분석을 진행하였다.
본 연구에서는 벡터 네트워크 분석기(vector network analyzer; VNA)와 코플라나 전송선(coplanar waveguide; CPW)을 이용한 강자성 공명 측정 방법을 개발하기 위해 두께가 각각 10, 20, 40 nm인 $Ni_{81}Fe_{19}$(Permalloy; Py) 합금 박막을 증착하여 측정하였다. 유리기판 위에 패터닝 작업을 거쳐 CPW를 형성하고 제작된 CPW 위에 Py 박막을 직접 올려놓아 시료의 반사/투과계수인 S-파라미터를 측정하였다. 외부자기장을 0 Oe에서 490 Oe까지 변화 시키며 측정해본 결과 Py 박막의 공명주파수는 2.5 GHz에서 7 GHz 범위 내에서 나타났으며 외부자기장의 세기가 커짐에 따라 공명주파수도 증가함을 확인하였다. S-파라미터를 분석하여 나온 공명주파수와 반치폭을 이용하여 포화자화량과 길버트 감쇠 상수를 구한 결과 Py 박막 40 nm에서 길버트 감쇠 상수 값 0.0124($\pm$0.0008)를 구했고 이는 선행 연구되었던 일반적인 강자성 공명 측정값과 일치함을 볼 수 있었다. 또한 두께별 의존도를 조사해본 결과 두께가 작아질수록 S-파라미터의 세기가 작아지는 것을 확인 할 수 있었으며, 강자성공명 분석 결과에서 Py 박막의 두께가 10 nm에서 40 nm까지 증가할 때 유효 포화 자화가 7.205($\pm$0.013) kOe에서 7.840($\pm$0.014) kOe로 증가하는 것을 확인 할 수 있었다.
본 연구에서는 자기 공명 특성을 이용한 박막 센서의 멤브레인 및 박막 센서의 특성을 알아보았다. 멤브레인으로 유망한 물질로 $Si_xN_y$과 SiC가 있으며, 최적의 멤브레인 형성 조건을 알고자 박막의 잔류 응력 및 물성을 비교 분석하였다. 그 중에서 박막 센서에 적용 가능한 멤브레인으로 SiC보다 적절한 인장응력과 낮은 열팽창 계수를 가지는 $Si_xN_y$이 센서의 구조층으로 우수하였으며, $Si_xN_y$위에 박막 센서 물질을 증착 및 패턴닝(patterning)을 함으로써 센서의 자기 이력 곡선 및 자기 공진 주파수를 분석하였다. 센서에 인가되는 외부 자기장을 제거하면 자장에 의해 형성된 자화(magnetization)가 탄성 모드로 바뀌면서 에너지 방출에 의해 센서에서 전압이 발생하는데 이때 전압 발생 구간이 길어지면 기계적 진동이 야기되어 신호가 발생한다. 그리고 센서의 길이 및 폭이 증가할수록 자기공명 주파수가 감소하는 것을 볼 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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