Vahvistin ultramatalan kentän magneettikuvauslaitteeseen

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu | Master's thesis
Date
2015-06-10
Department
Major/Subject
Biotroniikka
Mcode
S3037
Degree programme
BIO - Bioinformaatioteknologia
Language
fi
Pages
9+63
Series
Abstract
Magneettikuvaus (MRI, Magnetic Resonance Imaging) on laajasti käytössä oleva ei-invasiivinen lääketieteellinen kuvantamismenetelmä, jonka pehmytkudosten erottelukyky on erinomainen. Ultramatalan kentän (ULF) MRI on vielä kehityksen alla oleva menetelmä, jossa kuva muodostetaan vain mikroteslaluokan kentässä syntyvistä signaaleista. Mittaukset tehdään erittäin herkillä suprajohtavuuteen perustuvilla SQUID-antureilla. ULF-MRI:n etuja ovat laitteen avoin geometria, yhteensopivuus magnetoenkefalografian (MEG) kanssa, ainutlaatuiset kontrastiominaisuudet ja mahdollisuus monipuoliseen sekvenssikehitykseen. Mitattavat signaalit ovat ULF-MRI:ssä kilohertsitaajuuksilla, jotka ovat paljon matalampia kuin perinteisen MRI:n megahertsin taajuudet. Matalammat signaalitasot ja -taajuudet asettavat laitteen elektroniikalle korkeat vaatimukset. MRI-keloihin pitäisi syöttää virtaa, jonka kohinan amplitudi olisi huomattavan pientä kilohertsin taajuudelta alkaen. Keloja ohjaavan elektroniikan aiheuttama magneettikentän kohina tulisi olla selvästi pienempi kuin $\textrm{5 fT}/ \sqrt\textrm{Hz}$. Tarvittavan magneettikentän suuruuden ollessa \SI{100}{\micro\tesla} vahvistimen dynaamisen alueen tulisi olla hyvin suuri. Tällä hetkellä markkinoilla ei ole virtalähteitä, joiden ominaisuudet olisivat riittävät. Sopivien virtalähteiden puute rajoittaa uusien ULF-MRI kuvaussekvenssien kehitystä. Tässä työssä suunniteltiin ja rakennettiin ULF-MRI:n tarpeisiin soveltuva virtalähde. Sen tärkein erikoisominaisuus on sen kyky siirtyä pienikohinaiseen moodin. Toinen erikoisominaisuus on lisäjännitelähteiden käyttäminen tarvittaessa virran muutosten aikana, jotta virtalähteen tehonkulutus ei kasva turhan suureksi. Tässä työssä on myös testattu rakennetun virtalähteen toiminta. Virtalähde täyttää pääosin sille asetetut vaatimukset, ja se tulee käyttöön Aalto-yliopiston ULF-MRI--MEG-hybridilaitteeseen.

Magnetic resonance imaging (MRI) is a widely used non-invasive medical imaging technique, which has an excellent resolution for soft tissue. Ultra-low-field (ULF) MRI is a method, still under development, in which the signals are acquired in a magnetic field of mere microtesla, using highly sensitive SQUID sensors based on superconductivity. Advantages of ULF-MRI include the open geometry of the device, compatibility with magnetoenkefalography (MEG), unique contrast features and possibilities of versatile sequence development. In the ULF-MRI, the signal frequencies are in the kilohertz range, much lower than the megahertz frequencies in traditional MRI. The low signal levels and frequencies present a challenge in the electronic requirements for the measurement device. The MRI coils should be fed with extremely low-noise current so that the magnetic-field noise due to the electronics controlling the coils does not exceed the noise level of the sensors (on the order of $\textrm{5 fT}/ \sqrt\textrm{Hz}$). The low-noise should start from at least kilohertz. When the magnetic field needed is \SI{100}{\micro\tesla}, the dynamic range of the amplifier should be very large. Currently, there are no amplifiers on the market with a sufficiently low noise level for ULF-MRI use. The lack of sufficient amplifiers constrains the development of new ULF-MRI imaging sequences. In this study, an amplifier suitable for ULF-MRI use was designed and built. Its most unique feature is its ability to switch to a low-noise mode. Another special feature of the amplifier is its implementation of additional power supplies, applied when necessary, adapting to changes in the current, to limit the power consumption of the amplifier. The properties of the amplifier were also tested. It mostly meets the requirements set for it and it will be used by the Aalto University ULF-MRI--MEG hybrid device.
Description
Supervisor
Sepponen, Raimo
Thesis advisor
Zevenhoven, Koos
Keywords
virtalähde, vahvistin, magneettikuvaus, MRI, ultramatalan kentän MRI
Other note
Citation