A Z-gradient coil array system for magnetic resonance imaging
Manyetik rezonans görüntülemesi için Z-gradyan dizisi
- Tez No: 414099
- Danışmanlar: PROF. DR. ERGİN ATALAR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 63
Özet
Bu tezde, MRG'de kullanılmak üzere bir z-gradyan dizi sistemi önerilmiştir. MRG tarayıcılarda gradyan bobinler MR sinyalini kodlamak için kullanılırlar. Geleneksel olarak, z-yönünde kodlama tek bir gradyan bobin kullanılarak gerçekleştirilir. Önerilen z-gradyan bobin dizisi, yenilikçi ve esnek tasarımı sayesinde çevresel sinir uyarımı sinirlerini geçmeden, yüksek kuvvetli gradyan uretmesini sağlar. Bu tasarım gradyan güç yükselteçlerin (GPA) karmaşıklığını ve maliyetini azaltma potansiyeline sahiptir. Bu sistemin kullanılabilirliğini kanıtlamak amacıyla üç kanallı bir sistem tasarlanmış ve üretilmiştir. Bu kanallar ile üretilen manyetik alanların farklı kombinasyonu kullanarak, bobinin etkin uzunluğu uygulamaya göre değiştirilebilir. Aynı sinir uyarım sınırları için, gradyan kuvveti daha küçük bir bölgede artırılabilir. Elde edilen bu yüksek gradyan, çoğu sekansın hızlandırılmasında veya piksel boyutlarının küçültülmesinde kullanılabilir. Bu sistem tasarlanıp bir MRG tarayıcıya entegre edilerek kazanımlar gösterilmiştir. Bu ön çalışmada, sistemin her bir kanal iki bobinden oluşmaktadır. 16 sarımdan oluşan her bir bobin, 7.5 cm çapındaki bir silindirin üzerine, merkeze göre simetrik fakat ters yönde ve eşit akım taşıyacak şekilde sarılmıştır. Yapının toplam uzunluğu 245 mm olmak ile beraber, kanallar arası akım oranları ve uzaklıklar 3 farklı ilgilenilen boyutta (Volume of Interest), %95 doğrusallık sağlanacak biçimde optimize edilmiştir. Her kanalı bağımsız olarak sürebilmek için, 50 V 30 A akım kapasitesi olan, FPGA (Xilinx XUPV5) tarafından kontrol edilen, üç adet H-köprü GPA üretilmiştir. Bu güç yükselteçleri 0.5A/us akım çıkış oranı ile 46uH öz endüktans ve 30uH karşılıklı endüktans, 390mΩ dirence sahip bir yükü sürebilecek şekilde tasarlanmıştır. Bu çalışmada yalnızca bobinler arasındaki mesafeler ve bobinlerin akım oranları optimize edilmiş olmasına rağmen, sistemdeki parametreler farklı kriterlere göre de optimize edilebilir. Sargı simülasyonlarına ek olarak, sistemin kullanılabilirliği phantom deneyleri ile de gösterilmiştir. Küçük, orta ve büyük boyutlar olmak üzere 3 farklı boyutta, 2 boyutlu koronal kesit görüntüleri alınarak, her bir modun avantajı doğrulanmıştır. Gradyan dizisi manyetik rezonans görüntüleme deki gelecek nesil gradyan sistemleri için umut vadeden bir tasarımdır. Doğrusal gradyanlara ek olarak, özellikle çok sayıda dizi elemanı olduğu durumlarda, gradyan dizideki kanalların farklı kombinasyonları ile bir çok çeşit doğrusal olmayan gradyan elde edilebilir. Gradyan dizi sistemi etkin ve esnek gradyan alan üretmeyi daha az karmaşık güç yükselteci tasarımı ile birlikte sağlamaktadır.
Özet (Çeviri)
In this thesis, a z-gradient array system for use in MRI is proposed. In MRI scanners, in order to encode the MR signal gradient coils are used. Conventionally, encoding in the z-direction (along the bore of the magnet) carried out using a single gradient coil. Proposed z-gradient coil array is a flexible and novel design to achieve high gradient strength while observing the peripheral nerve stimulation (PNS) limits. The design has a potential to decrease both the complexity and the cost of the gradient power amplifiers (GPA). In order to prove the concept, a three-channel system was designed and built. By using different combination of the generated fields of these channels, effective length of the coil can be modified according to the application. For the same PNS limitations, gradient strength can be increased in a smaller region, hence decreasing the dead-time in most sequences and acquiring images with smaller pixel sizes. In order to proof of concept, this system is designed and implemented in the MRI scanner. In our preliminary experiment, each channel of the system is composed of two coils with 16 turns each on a cylindrical former with the diameter of 7.5 cm, placed symmetrically about the center with equal current in opposite direction at each side. The overall length of the structure is 245 mm and the current ratio and the distance between the coils optimized such that three sizes of volume of interest (VOI) with more than 95% linearity is achievable. In order to drive each channel independently, three H-bridge GPAs with 30 A current capability at 50 V providing 0.5 A/µs slew-rate for the load with 46 µH inductance, 30µH maximum coupling and 390 mΩ resistance is built which are controlled digitally by an FPGA (Xilinx XUPV5) board. Although in this prototype the distance and the current ratio between the coils are the only parameters that were optimized, other parameters of the system can also be optimized according to the different criteria as well. In addition to the coil simulations, phantom experiments conducted to show the feasibility of this system. 2D coronal slices were acquired for three sizes of VOI; large, mid-size and small volume and different advantages of each mode verified experimentally. The gradient array is a promising design for the future of the gradient systems in magnetic resonance imaging. In addition to linear fields, gradient array system is also flexible in terms of producing non-linear fields by proper combination of the fields generated by each channel. This is noticeable when higher number of independent channels are used. Gradient array system provides flexible and effective field generation along with less complex amplifier design.
Benzer Tezler
- Design and applications of a Z-gradient array in magnetic resonance imaging
Z-gradyan dizisinin tasarımı ve manyetik rezonans görüntülemedeki uygulamaları
NİYAZİ KORAY ERTAN
Doktora
İngilizce
2019
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERGİN ATALAR
- Induced current magnetic resonance electrical impedance tomography (ICMREIT) with low frequency switching of gradient fields
Gradyan alanların düşük frekansta anahtarlanmasıyla akım indüklemeli manyetik rezonans elektriksel empedans tomografisi (AİMREET)
HASAN HÜSEYİN EROĞLU
Doktora
İngilizce
2017
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BEHÇET MURAT EYÜBOĞLU
- NMR görüntülemede manyetik alanlar ve gradyentleri
Magnetic fields and gradients in NMR
AHMET PEKSÖZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2002
Fizik ve Fizik MühendisliğiUludağ ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYTAÇ YALÇINER
- Manyetik rezonans görüntüleme sistemleri için ultra kısa magnet tasarımı
Ultra short magnet design for magnetic resonance imaging system
AYŞE AKKAYA
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Fizik ve Fizik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FEDAİ İNANIR
DR. HÜSNÜ KARA
- Paralel manyetik rezonans görüntüleme teknikleri ve uygulamaları
Parallel magnetic resonance imaging methods and applications
ÇAĞATAY ESİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ENDER METE EKŞİOĞLU
DOÇ. DR. AHMET KORHAN TANÇ