Dynamical cancellation of eddy-current transients in ULF-MRI applications

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Zevenhoven, Koos
dc.contributor.author Rissanen, Ilkka
dc.date.accessioned 2019-12-22T18:15:55Z
dc.date.available 2019-12-22T18:15:55Z
dc.date.issued 2019-12-17
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/41744
dc.description.abstract Magnetic resonance imaging (MRI) is a medical imaging technique that is widely used for both clinical and research purposes. In recent years, an alternative approach to MRI known as ultra-low-field (ULF) MRI has attracted increasing interest, as performing measurements in the ultra-low-field regime has been demonstrated to have certain advantages over conventional MRI. These advantages include improved tissue contrast in certain applications, the capability to perform measurements on objects containing metal, potential lower cost, and capacity for combined use with other electromagnetically sensitive imaging techniques such as magnetoencephalography (MEG). Because ULF-MRI signals are very delicate, measurements are highly sensitive to external magnetic noise. To alleviate this problem, ULF-MRI measurements are usually performed inside a magnetically shielded room (MSR). However, because MRI involves magnetic pulses, performing measurements inside an MSR typically means the ULF-MRI pulse sequence induces eddy currents in the MSR walls. These eddy currents can be strong enough to generate transient magnetic fields that prevent measurements until the transients have died down sufficiently. While it is possible to simply wait for the transients to die down on their own, doing so can be impractical because the ULF-MRI signal also decays with time. To attain the best signal-to-noise ratio possible, transients should be eliminated from the system as quickly as possible. Transient cancellation techniques have been developed to accomplish this. In a novel approach known as dynamical cancellation, transients are nullified by adding a specifically designed cancellation pulse to the ULF-MRI pulse sequence. This pulse is designed to couple with eddy-current modes in the MSR walls in such a way that the ULF-MRI sequence as a whole induces minimal eddy currents. In this thesis, I present an algorithm for finding efficient pulse waveforms for dynamical transient cancellation, along with measurements demonstrating the efficacy of dynamical cancellation in practice. Further improvements are also discussed, as it can be expected that, with various improvements to the implementation, dynamical cancellation can be used to even greater effect than demonstrated in this thesis. en
dc.description.abstract Magneettikuvaus (MRI) on lääketieteellinen kuvantamismenetelmä jota käytetään laajalti sekä kliinisiin- että tutkimus-sovelluksiin. Viime vuosina vaihtoehtoinen lähestymistapa MRI:hin, nimeltään ultramatalan kentän MRI (ULF MRI) on ollut kasvavan kiinnostuksen kohteena, sillä MRI-mittausten tekemisellä ultramatalassa kentässä on havaittu olevan tiettyjä etuja tavalliseen MRI:hin verrattuna. Näihin hyötyihin kuuluvat mm. parempi kudoskontrasti tietyissä sovelluksissa, kyky kuvata metallia sisältäviä kohteita, mahdollisesti halvemmat kustannukset sekä yhteensopivuus muiden sähkömagneettisesti herkkien kuvantamismenetelmien kuten magnetoenkefalografian (MEG) kanssa. ULF MRI -signaalit ovat hienovaraisia, ja siten herkkiä magneettisille häiriöille. Ulkoisen häiriön minimoimisen vuoksi ULF MRI -mittaukset toteutetaan usein magneettisuojahuoneen (MSR:n) sisällä. MSR:n käyttämisestä voi kuitenkin seurata oma ongelmansa. MRI-mittauksia varten on pulssitettava magneettikenttiä, ja tämän tekeminen MSR:n sisällä indusoi pyörrevirtoja huoneen seiniin. Nämä pyörrevirrat tuottavat magneettikenttätransientteja, jotka voivat olla niin voimakkaita, että ne estävät mittauksien tekemisen kunnes pyörrevirrat ovat riittävästi heikentyneet. Vaikka pyörrevirtojen voi vain odottaa heikentyvän itsestään, odottaminen on usein epäkäytännöllistä, sillä ULF MRI -signaali myös heikkenee ajan kuluessa. Paras signaalikohinasuhde (SNR) saavutetaan, kun transientit poistetaan mahdollisimman nopeasti. Tätä varten on kehitetty transienttien kumoamismenetelmiä. Dynaaminen kumoaminen on uusi kumoamismenetelmä, jossa transientit kumotaan lisäämällä ULF MRI -pulssisekvenssiin erityinen kumoamispulssi. Tämä kumoamispulssi laaditaan kytkeytymään MSR:n seinien pyörrevirtamoodeihin tavalla, joka minimoi koko pulssisekvenssin yhdessä tuottamat pyörrevirrat. Tässä opinnäytetyössä esitän algoritmin tehokkaiden kumoamispulssien löytämiseen dynaamista kumoamista varten, sekä mittauksia näyttämään dynaamisen kumoamisen toimivuutta käytännössä. Käyn myös läpi jatkokehitysmahdollisuuksia, sillä on odotettavissa, että kehittämällä käytettyjä menetelmiä edelleen on mahdollista saavuttaa vielä parempia tuloksia kuin mitä tässä työssä on esitetty. fi
dc.format.extent 43+7
dc.format.mimetype application/pdf en
dc.language.iso en en
dc.title Dynamical cancellation of eddy-current transients in ULF-MRI applications en
dc.title Pyörrevirtatransienttien dynaaminen kumoaminen ultramatalan kentän MRI:ssä fi
dc.type G2 Pro gradu, diplomityö fi
dc.contributor.school Perustieteiden korkeakoulu fi
dc.subject.keyword ultra-low-field en
dc.subject.keyword MRI en
dc.subject.keyword transient cancellation en
dc.subject.keyword DynaCAN en
dc.subject.keyword dynamical shielding en
dc.subject.keyword MSR en
dc.identifier.urn URN:NBN:fi:aalto-201912226693
dc.programme.major Engineering Physics fi
dc.programme.mcode SCI3056 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