Superconducting prepolarization coil for ultra-low-field MRI

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Zevenhoven, Koos
dc.contributor.author Lehto, Iiro
dc.date.accessioned 2017-12-18T12:11:28Z
dc.date.available 2017-12-18T12:11:28Z
dc.date.issued 2017-12-12
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/29321
dc.description.abstract Magnetic resonance imaging (MRI) allows the structure of matter to be studied by measuring magnetic signals emitted by proton spins in response to applied magnetic fields. Ultra-low-field (ULF) MRI at microtesla-range fields is an emerging technology with promising clinical applications, particularly in brain imaging. To increase the low magnetization of the imaged sample and the strength of the measured signal, sample polarization in a strong (∼ 10−100 mT) magnetic field prior to the ULF-MRI measurements is invariably used in present ULF-MRI instrumentations. To perform the sample prepolarization, a strong electromagnet that can be quickly ramped is required. This prepolarization electromagnet is typically realized using resistive copper conductors. Such coils, however, are large, effectively exciting unwanted transient eddy currents, require effective cooling, and possibly increase the system noise level due to thermally agitated electrons. Therefore, a compact superconducting magnet, sharing the helium bath with the SQUID sensors, is an attractive, although less used, alternative. Unfortunately, the superconducting magnets also come with their unique challenges. Superconductors are magnetized in external magnetic fields, which is the root of the greatest difficulties, as ULF MRI is sensitive to distortions in the measurement field. In this thesis, I will discuss the challenges in designing a superconducting prepolarization coil for ULF MRI that produces prepolarization pulses exceeding 100 mT, while minimally distorting other fields after the prepolarization. Methods for achieving these goals are proposed, and a small test coil was constructed to test how simulations compare with experimental measurements. The measurements show that achieving these goals should be possible with a full-sized prepolarization coil. en
dc.description.abstract Magneettikuvauksella (MRI) voidaan tutkia aineen rakennetta mittaamalla protonien spinien lähettämää magneettista signaalia ulkoisessa magneettikentässä. Ultramatalan kentän (ULF) MRI mikroteslaluokan kentissä on tekniikka, jolla on lupaavia kliinisiä sovelluskohteita, erityisesti aivokuvantamisen parissa. Tutkittavan näytteen matalan magnetisaation ja heikon signaalin kasvattamiseksi nykyisissä ULF-MRI-laitteissa käytetään poikkeuksetta näytteen polarisointia voimakkaassa (∼ 10−100 mT) magneettikentässä ennen itse ULF-MRI-mittauksia. Esipolaroinnin suorittamiseksi tarvitaan voimakas sähkömagneetti, jonka virtaa pitää pystyä myös muuttamaan nopeasti. Tämä sähkömagneetti on tyypillisesti toteutettu resistiivisillä kuparijohtimilla. Tällainen ratkaisu johtaa suureen kelaan, joka aiheuttaa epätoivottuja pyörrevirtatransientteja, vaatii tehokasta jäähdytystä ja saattaa nostaa laitteen kohinatasoa elektronien lämpöliikkeen seurauksena. Näistä syistä kompakti suprajohtava sähkömagneetti samassa heliumkylvyssä SQUID- sensoreiden kanssa on mielenkiintoinen, joskin vähemmän käytetty, vaihtoehto. Valitettavasti myös suprajohtaviin magneetteihin liittyy omat haasteensa. Suurimmat haasteet pohjautuvat suprajohteiden magnetoitumiseen ulkoisessa kentässä, sillä ULF MRI on herkkä mittauskentän vääristymille. Tässä työssä käsittelen haasteita liittyen suprajohtavan esipolarisaatiokelan suunnitteluun, jolla päästäisiin yli 100 mT kentänvoimakkuuteen minimaalisilla mittauskentän vääristymillä. Menetelmiä tämän tavoitteen saavuttamiseksi ehdotetaan ja pieni testikela valmistettiin, jotta simulaatioita pystyttiin vertaamaan kokeellisiin havaintoihin. Mittaukset osoittavat, että tavoitteiden saavuttaminen pitäisi olla mahdollista täysikokoisella esipolarisointikelalla. fi
dc.format.extent 54+1
dc.format.mimetype application/pdf en
dc.language.iso en en
dc.title Superconducting prepolarization coil for ultra-low-field MRI en
dc.title Suprajohtava esipolarisointikela ultramatalan kentän magneettikuvaukseen fi
dc.type G2 Pro gradu, diplomityö fi
dc.contributor.school Perustieteiden korkeakoulu fi
dc.subject.keyword ultra-low-field magnetic resonance imaging en
dc.subject.keyword superconductor en
dc.subject.keyword coil en
dc.subject.keyword magnetization en
dc.subject.keyword vortex en
dc.identifier.urn URN:NBN:fi:aalto-201712188119
dc.programme.major Biomedical Engineering fi
dc.programme.mcode SCI3065 fi
dc.type.ontasot Master's thesis en
dc.type.ontasot Diplomityö fi
dc.contributor.supervisor Ilmoniemi, Risto
dc.programme Master’s Progamme in Engineering Physics fi
local.aalto.electroniconly yes
local.aalto.openaccess yes


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse