Dynamical cancellation of eddy-current transients in ULF-MRI applications
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Perustieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2019-12-17
Department
Major/Subject
Engineering Physics
Mcode
SCI3056
Degree programme
Master’s Programme in Engineering Physics
Language
en
Pages
43+7
Series
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.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.Description
Supervisor
Ilmoniemi, RistoThesis advisor
Zevenhoven, KoosKeywords
ultra-low-field, MRI, transient cancellation, DynaCAN, dynamical shielding, MSR