초록 ▼

연구개발사업의 목표
▶ 최종목표
● Wh ole Body용 MRI-CT의 상용화 기술개발
●자기공명 영상진단기용 차세대 고자장 초전도 마그네트 개발
▶연차별목표
1차년도
ㆍ상용화를 위한 전신촬영용 MRI-CT용 초전도 마그네트의 최적설계 및 제작기술개발
ㆍ상용화를 위한 전신촬영 MRI-CT용 초전도 마그네트의 cost저감을 위한 생산기술개발
2차년도
ㆍ상용화를 위한 전신촬영용 MRI-CT용 초전도 마그네트의 comp act화 및 효율향상기술개발
ㆍ상용화를 위한 전신촬영 M

연구개발사업의 목표
▶ 최종목표
● Wh ole Body용 MRI-CT의 상용화 기술개발
●자기공명 영상진단기용 차세대 고자장 초전도 마그네트 개발
▶연차별목표
1차년도
ㆍ상용화를 위한 전신촬영용 MRI-CT용 초전도 마그네트의 최적설계 및 제작기술개발
ㆍ상용화를 위한 전신촬영 MRI-CT용 초전도 마그네트의 cost저감을 위한 생산기술개발
2차년도
ㆍ상용화를 위한 전신촬영용 MRI-CT용 초전도 마그네트의 comp act화 및 효율향상기술개발
ㆍ상용화를 위한 전신촬영 MRI-CT용 초전도 마그네트의 제품화설계 및 관련기업으로의 기술이전
3차년도
ㆍ자기공명 영상진단기용 초전도 마그네트의 고자장화 기술개발
ㆍ고자장 자기공명 영상진단기용 초전도 마그네트의 최적설계기술개발
4차년도
ㆍ차세대 고자장 자기공명 영상진단기용 초전도 마그네트의 제작 및 평가기술 개발
ㆍ고자장 자기공명 영상진단기용 초전도 마그네트의 효율향상기술개발 및 관련기업으로의 기술이전

연구 방법
⊙ 1차년도와 2차년도에는 1단계에서 개발한 MRI용 초전도 마그네트의 상용화를 위하여 마그네트의 comp act화 설계 및 제작기술개발과 운영경비의 절감에 직접 관여하는 Cryogenic의 효율향상을 위한 연구를 집중적으로 수행함과 아울러 비용절감을 위한 생산기술개발을 병행 추진하여 상용화 개발을 완료함.
⊙ 이를 위해서 1차년도에는 상용화를 위한 전신촬영 MRI용 초전도 마그네트의 최적설계기술 개발을 중점 추진하여 상용화를 위한 최적설계를 완료하고, 2차년도에는 효율향상을 위한 제작기술, 시제품 제작 및 성능평가를 통하여 최종적으로 상용화개발을 완료함.
⊙ 1차년도와 2차년도의 기존 MRI용 초전도 마그네트의 본격적인 상용화를 위한 연구 뿐 만 아니라 3차년도와 4차년도에는 현재 선진국에서도 개발에 박차를 가하고 있고 병원의 임상실험에 보급되기 시작하고 있는 3∼5Tesla급의 fMRI 및 MRS용으로 사용될 수 있는 고자장 MRI용 초전도 마그네트를 국산화 개발함.
⊙ 구체적인 연구방법으로서
- 모델해석 및 실험을 통한 핵심요소기술개발
- 시제품 개발을 통한 설계 및 제작기술의 검증

연구 결과
⊙ 1.5Tesla급 전신촬영 초전도 MRI 마그네트 시스템 개발
▶ 고균등 전신촬영 초전도 마그네트 개발
- 중심자장의 세기 : 1.5Tesla
- 촬영영상부의 자장균일도 : 9.3ppm/ 40cm DSV
- 시간에 따른 자장안정도 : 0.018ppm/ hour
- 누설자장 제한범위 : Z축상 5Gauss line < 4m, R축상 5Gauss line < 3m
- 상온보아 크기 : 808mm
▶ 전신촬영 MRI Cryostat 개발
- 액체헬륨 증발량 : 0.15liter / hour
- 액체헬륨 재충전 시간 : 10개월
▶ 1.5Tesla급 MRI 초전도선 개발
- 임계전류 : 350A ＠ 3Tesla
▶ 전신촬영 MRI 시스템 구축용 핵심 기술 개발
- 영구전류스위치(PCS) : 스위칭 시간 < 4.2초
- 초전도 접합 : 접합저항 < $10^{-14}$ Ω
⊙ 고자장 동물시험용 초전도 MRI 마그네트 시스템 개발
▶ 고균등 동물시험용 초전도 마그네트 개발
- 중심자장의 세기 : 2.9Tesla,
- 촬영영상부의 자장균일도 : 301ppm/ 30cm DSV
- 시간에 따른 자장안정도 : 0.023p pm/ hour
- 누설자장 제한범위 : Z축상 5Gauss line < 4.5m, R축상 5Gauss line < 3.2m
- 상온보아 크기 : 601mm
▶ 동물시험용 MRI Cryostat 개발
- 액체헬륨 증발량 : 0.136liter / hour
- 액체헬륨 재충전 기간 : 6개월
▶ 고자장 MRI 초전도선 개발
- 임계전류 : 610A ＠ 7Tesla
▶ 고자장 동물시험용 MRI 시스템 구축용 핵심 기술 개발
- 영구전류스위치(PCS) : 스위칭 시간 < 4.8초
- 초전도 접합 : 접합저항 < $10^{-12}-10^{-13}$ Ω

Abstract ▼

Objective of R&D
▶ Final Target
● Development of commercializing techniqu e for the whole body MRI-CT
● Development of next generation high field superconducting magnets for MRI
▶ Annu al Target
the 1st year
ㆍDevelopment of the optimal design and fabrication techniques of the super

Objective of R&D
▶ Final Target
● Development of commercializing techniqu e for the whole body MRI-CT
● Development of next generation high field superconducting magnets for MRI
▶ Annu al Target
the 1st year
ㆍDevelopment of the optimal design and fabrication techniques of the superconducting magnets for commercializing the whole body MRI-CT
ㆍDevelopment of the manu facturing technique to reduce the cost of the supercon ducting magnets for commercializing the whole body MRI-CT
the 2nd year
ㆍDevelopment of the technical skill to improve the efficiency and to reduce the size of the supercon ducting magnets for commercializing the whole body MRI-CT
ㆍThe manu facturing design of the supercon ducting magnets and the transfer of the technical skill to the related corporations for commercializing the whole body MRI-CT
the 3rd year
ㆍDevelopment of the technical skill to in crease the magnetic field of the superconducting magnets for MRI
ㆍDevelopment of the optimal design art of the superconducting magnets for MRI
the 4th year
ㆍDevelopment of the fabrication and evaluation skills of the supercon ducting magnets for then extgeneration MRI
ㆍDevelopment of the efficiency improvement skills of the supercon ducting magnets and the transfer of the technical skill to the related corporations

Research Methods
⊙ To complete the commercializing techniqued evelopment through the concentrative development on the compact design and the fabrication skill of the magnet for commercializing the MRI superconducting magnetd eveloped at the 1st stage and the research to improve the efficiency of the MRI cryostat directly related to the cost of operation and maintenance with driving the development of the manufacturing technique to reduce the cost in the 1st and the 2nd year.
⊙ To develop e the op timal design art of the superconducting magnet for commercialization of the whole body MRI in the 1st year and to complete the commercialization development through manufacturing technique to improve the efficiency, the pilot fabrication and the evaluation in the 2nd year.
⊙ In the 3rd and the 4th year, to develop the domestic high field superconducting magnet with the central field of above 3Tesla for fMRI and MRS, which starts to be distributed for clinical test in the hospital and is actively being developed in the advanced nations now.
⊙ As more detailed research methods,
- Development of the core element technical skill based on an alyzing and testing the model
- Verification of the design and manufacturing technique through the pilot fabrication and evaluation

Research Results
⊙ Development of a 1.5Tesla class superconducting magnet system for the whole body MRI
▶ Development of the high homogeneous supercon ducting magnet for the whole body MRI
- Central field : 1.5Tesla
- Field homogeneity : 9.3p pm/ 40cm DSV
- Field stability : 0.018p pm/ hour
- Stray field : Axially < 4m, Radially < 3m
- Bore diameter : 808mm
▶ Development of the cryostat for the whole body MRI
- Refrigerated Liquid helium boil off : 0.15liter/hour
- Helium refill interval : above 10 month
▶ Development of the 1.5Tesla class superconductor for MRI
- Critical cu rrent : 350A ＠ 3Tesla
▶ Development of the core skills for assembly of the whole body MRI system
- Persistent current switch : switching time < 4.2 second
- superconducting joint : joint resistance < $10^{-14}$ Ω
⊙ Development of a high field superconducting magnet system for the animal test MRI
▶ Development of the high field superconducting magnet for the animal test MRI
- Central field : 2.9 Tesla
- Field homogeneity : 301p pm/ 30cm DSV
- Field stability : 0.023p pm/ hour
- Stray field : Axially < 4.5m, Radially < 3.2m
- Bore diameter : 601mm
▶ Development of the cryostat for the animal test MRI
- Refrigerated Liquid helium boil off : 0.136ter / hour
- Helium refill interval : above 6 month
▶ Development of the superconductor for the high field MRI
- Critical current : 610A ＠ 7Tesla
▶ Development of the core skills for assembly of the animal test MRI system
- Persistent current switch : switching time < 4.8 second
- superconducting joint : joint resistance < $10^{-12}\sim10^{-13}$ Ω

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 목차 ... 3
• 연구개발사업 최종보고서 요약문 ... 5
• Project Summery ... 7
• I. 연구개발과제 연구결과 ... 9
• 1. 연구개발과제의 최종 연구개발 목표 ... 9
• 가. 연구 배경 ... 9
• 나. 연구 목적 ... 12
• 다. 연구개발 목표 ... 13
• 라. 연구내용 및 범위 ... 14
• 마. 연구추진 전략 및 체계 ... 15
• 바. 연차별 연구개발 추진계획 ... 17
• 2. 연구개발과제의 최종 연구개발 내용 및 결과 ... 18
• 가. Whole Body용 MRI 마그네트 상용화기술 개발 ... 18
• 1) 1.5 Tesla급 전신촬영 MRI용 초전도 마그네트 최적설계 및 성능 시뮬레이션 ... 18
• 2) Ferromagnetic shimming기술 개발 ... 58
• 3) 초전도선재의 상용화기술 개발 ... 88
• 4) 1.5 Tesla급 전신촬영 MRI용 초전도 마그네트 제작 ... 105
• 5) MRI용 Cryostat의 고효율, 경량화 설계 및 제작기술 ... 141
• 6) 특성시험 및 성능평가 ... 166
• 7) 전신촬영 MRI용 초전도 마그네트의 상용화기술 ... 194
• 나. 고자장 MRI용 초전도 마그네트 국산화기술 개발 ... 219
• 1) 고자장 MRI용 초전도 마그네트 시스템 최적설계 및 성능 시뮬레이션 ... 219
• 2) 고자장 초전도선 제조기술 개발 ... 240
• 3) 고자장 MRI 구성품 제작 및 특성실험 ... 260
• 4) MRI의 초기자장 감쇠 최소화 연구 ... 288
• 5) 고자장 MRI용 초전도 마그네트 제작 ... 298
• 6) 고자장 MRI용 초전도 마그네트 시스템의 특성평가 ... 384
• 3. 연구개발과제의 연구결과 고찰 및 결론 ... 395
• 가. 연구결과 및 고찰 ... 395
• 나. 결론 ... 397
• 4. 연구개발과제의 연구성과 및 목표달성도 ... 398
• 5. 총괄연구개발과제의 활용계획 ... 409
• 6. 첨부서류 ... 412
• 7. 참고문헌 ... 413
• [부록] MRI 초전도 마그네트 설계 프로그램 ... 416