Design of a birdcage-like radio frequency transmit array coil for the magnetic resonance imaging using equivalent circuit model
Manyetik resonans görüntüleme için eşdeğer devre modeli kullanılarak kuşkafesi benzeri radyo frekans iletim dizisi sargısı tasarımı
- Tez No: 430262
- 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: 83
Özet
İyi bir MR görüntüsü elde etmek için koşullardan birisi ilgi bölgesine yüksek yoğunlukta bir homojen radyo frekans (RF) uyarım (manyetik alanı) uygulamaktır. Ancak bazı kısıtlamalar vardır. Örneğin; özel soğrulma oranı (ÖSO) gibi, ve bunun bazı standart seviyeleri geçmemesi gerekmektedir. Bu yüzden yüksek yoğunlukta RF uyarımı ve düşük ÖSO seviyesinin arasında bir değiş tokuş vardır. Üstelik MRG için geleneksel sargıların (kuşkafesi) içerisinde manyetik alanı proflli hemen hemen sabittir ve yoğunluk sargının merkezinde en yüksek, kenarlara doğru düşüktür. Böyle bir sargıyla merkezden sapmış, küçük bir ilgi bölgesini hedeflemek ve homojenliği o bölgeye odaklamak mümkün değildir. İletim dizisi sergileri manyetik ve elektrik alanları üzerine yüksek kontrol edebilirlik sağlamaktadırlar. Bu yüzden bu sargılar yukarıda bahsedilmiş sorunlar için iyi bir çözüm olabilir. Ancak bu sargılar kullanıldığında geleneksel RF sargısıyla aynı performansa ihtiyaç duyulduğu zaman, merkezde verimlilik problemiyle karşılaşılmaktadır. Bu problem hâlihazırda kuşkafesi benzri iletim dizisi sergisi kullanılarak çözülmüştür. Ancak böyle bir sargının tasarımı ve ayarlaması çeşitli zorluluklarla karçılaçmaktadır. Bu tezde kuşkafesi benzeri iletim dizisi sergisi tasarımı için yeni bir tasarım yöntemi geliştirilmiştir; Eşdeğer yığın eleman devre modeli kullanılarak sekiz kanallı bir kuşkafesi benzeri iletim dizisi sergisi tasarlanmıştır. Bu tasarım bir iletim dizisinin kontrol edilebilirlik özelliği ve bir kuşkafesi sargısının yüksek iletim verimliliği özelliklerinden birlikte yararlanmaktadır. İletim dizisinde kanalların arasındaki reaktif etkileşim' yok etmek için bir kapasitif dekuplaj yöntemi kullanılmaktadır. Daha sonra elektrik alanı minimize etmek ve manyetik alanı düzeltmek amaıçlı bir optimizasyon yöntemi (en hızlı düşüş yöntemi) iletim dizisinin voltaj uyarımina uygulanmaktadır. Geliştirilmiş dekuplaj yöntemi her kanal için 15dB uyumluluk, komşu kanallar arasında 12dB'den fazla ve komşu olmayan kanallar arasında en düşük 19dB dekuplaj sağlamaktadır. Bu iletim dizisi sargısı kuşkafesi sargısıla karşılaştırıldığı zaman, sargının merkezinde sadece %3 daha az verimlilik sağlamaktadır, halbuki fantomun yüzeyine yakın olan bir bölgede %72 daha iyi verimlilik elde etmektedir. Ayrıca iletim dizisi rastgele seçilmiş bir bölgede (merkezden sapmış) bir homojen manyetik alanı üretim kabiliyetine sahip olması gösterilmektedir. Bu düzenleme ÖSO'yu bölgesel minimize etmek amacıyla, elektrik alanı içinde uygulanabilmektedir. Sonuç olarak geliştirilmiş iletim dizisi sargısı verimli uyarım, aynı zamanda bölgesel RF pullama ve ÖSO azaltmasi kabiliyetine sahip olmaktadır.
Özet (Çeviri)
One of the conditions to have a good magnetic resonance (MR) image is applying a homogeneous radio-frequency (RF) excitation (magnetic field) with efficiently high intensity to the region of interest. However, there are some limitations such as specific absorption rate (SAR) which is not allowed to exceed some standard levels. Since SAR level directly depends on the electric field and the electric field is coupled to the magnetic field, there is a trade-off between high-intensity RF-excitation and low SAR level. Moreover, in conventional RF coils (birdcage) for the MRI, the magnetic field profile is almost constant so that its intensity is pretty high at the center of the coil and decreases toward the coil. In such a coil, it is not possible to aim an off-center small region of interest and make the homogeneity concentrated at that region. Transmit array (Tx-array) coils provide high controllability on both electric and magnetic field, so, they would be good solutions for all of these issues, although, they come across the efficiency problem at the center when the same performance of a conventional RF coil is required. This problem has been already handled using a birdcage-like Tx-array coil, however, there are some difficulties to design and tune such a coil. In this thesis, we proposed a novel design method for birdcage-like Tx-array coil; an eight-channel birdcage-like Tx-array coil is designed using the equivalent lumped-element circuit model. This design profits controllability feature of an array and high transmit efficiency of a birdcage coil at the center, simultaneously. A capacitive decoupling method is utilized in order to get rid of reactive interactions between channels of the array. Then, an optimization (the steepest-descent method) with constraints based on minimizing the electric field and smoothing the magnetic field is applied to the voltage-excitations of the Tx-array coil. The proposed decoupling method provides 15dB matching for each channel and higher than 12dB decoupling between adjacent channels and at least 19dB for nonadjacent channels. This Tx-array coil provides only 3% less efficiency versus the birdcage coil at the center of the coil, while, at the regions close to the surface of the phantom we achieved more than 72% better efficiency in comparison to the birdcage coil. Furthermore, we demonstrated that the Tx-array is capable to produce a homogeneous magnetic field at an arbitrary (off-center) region of interest. This adjustment can be performed for the electric field as well such that the electric field and so the SAR can be minimized locally. Consequently, the proposed configuration of the Tx-array coil provides an efficient excitation while capability of local RF shimming and local electric-field-reduction can be achieved.
Benzer Tezler
- Innovative designs of RF transmit array coils and RF heating analysis of patients with implanted DBS
RF verici dizisi sargılarının yenilikçi tasarımları ve implante edilmiş DBS'li hastaların RF ısınma analizi
EHSAN KAZEMIVALIPOUR
Doktora
İngilizce
2020
Biyomühendislikİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERGİN ATALAR
- Finite element method based simulation, design, and resonant mode analysis of radio frequency birdcage coils used in magnetic resonance imaging
Manyetik rezonans görüntülemede kullanılan radyo frekansı kuşkafesi sargıların sonlu elemanlar yöntemine dayalı benzetimi, dizaynı, ve rezonans mod analizi
NECİP GÜRLER
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YUSUF ZİYA İDER
- Novel RF coil technologies for MRI
Magnetik rezonans görüntüleme için orijinal RF bobin teknolojileri
HAYDAR ÇELİK
Yüksek Lisans
İngilizce
2006
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF.DR. ERGİN ATALAR
- Low power small size magnetic resonance imaging signal acquisition system with optical connections
Manyetik rezonans görüntüleme için düşük güç tüketimli ve küçük boyutlu optik bağlantılı işaret alma sistemi
İLKCAN NUHOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDULLAH ATALAR
- Magnetic resonance technologies based on reverse polarization for image-guided interventions
Görüntü rehberli girişimler için ters kutuplaşma temelli manyetik rezonans teknolojileri
HAYDAR ÇELİK
Doktora
İngilizce
2010
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERGİN ATALAR