Measurements and shimming for a low-field magnetic resonance imaging system
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan 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
2022-08-22
Department
Major/Subject
Biosensing and Bioelectronics
Mcode
ELEC3045
Degree programme
LST - Master's Programme in Life Science Technologies (TS2013)
Language
en
Pages
49+3
Series
Abstract
Low field magnetic resonance imaging(MRI) is being researched as an accessible, low-cost imaging method for point-of-care applications. By default, the base magnetic field of an MRI system requires corrective measures to increase homogeneity. The corrective measures, known as shimming, can be done passively by adding ferromagnetic pieces or permanent magnets or actively by running current through coils. Additionally, the base field of the MRI system must be known to shim the magnetic field accurately. Here, the process of shimming a low-field magnetic resonance imaging prototype is presented. Using a modified CNC machine combined with a magnetic field sensor, a measurement setup was created to measure the field at Lebedev quadrature points on a sphere. The measurement data is decomposed into spherical harmonic function coefficients used to design an active shimming solution. Using COMSOL Multiphysics coils are designed that affect two of the most prominent non-linear spherical harmonic function coefficients. The effect on spherical harmonic function coefficients of the two shim coil setups and the three gradient coils is measured. The measured coil coefficients are used to linearly solve for the required currents in each coil to eliminate unwanted coefficients. The result is that the inhomogeneity in a spherical region of interest of diameter 15 cm was reduced to below 500 parts per million(PPM) from above 5800 PPM. Removing the targeted spherical harmonic coefficients showed that a rudimentary setup could be used to shim a low-field MRI device. The homogeneity of the device's magnetic field can be further improved with additional active and passive shimming measures.Användning av lågfälts magnetresonanstomografi (MRT) har undersökts som en lättillgänglig och billig bilddiagnostikmetod för patientnära tillämpningar. Magnetresonanstomografi kräver ett enhetligt likriktat magnetfält i avbildningsvolymen och som standard kräver en MRT-enhet finjustering av magnetfältet. Finjustering av magnetfältet eller "shimming" kan utföras på ett passivt eller aktivt tillvägagångssätt. Passiv shimming utförs genom tillägg av ferromagnetiska material, medan aktiv shimming utförs genom användning av spolar. För att korrekt shimma en MRT-enhet krävs det att magnetfältets oenhetligheter är kända, t.ex. genom mätning av magnetfältet. I detta arbete beskrivs hur en lågfälts MRT-prototyp shimmats. Genom att skapa en mätanordning beståendes av en modifierad CNC-maskin och en magnetfältssensor mättes magnetfältet vid Lebedev kvadraturpunkter på en sfärisk volym. Från mätningsdatan beskrivs magnetfältet med en expansion av sfäriska övertoner och deras koefficienter, som används för att utforma en aktiv shimmingslösning. COMSOL Multiphysics användes för att designa spolar som motverkar de två största icke-linjära koefficienterna. Utöver tre existerande gradientspolar skapades två spolkombinationer som motverkar de icke-linjära koefficienterna. Genom att mäta effekten av alla fem spolar på de sfäriska övertonernas koefficienter isolerades spolarnas inverkan. Med den isolerade inverkan för varje spole löstes strömmen för alla spolar som krävs för att shimma magnetfältet genom linjär uträkning. Resultatet är att oenhetligheten i avvikkelse från medeltalet i miljontedelar sjönk från 5800 till under 500 i en sfärisk volym med diameter 15 cm. Shimmning av magnetfältet genom elimination av sfäriska övertoners koefficienter visade att en elementär mätanordning kan användas för att shimma en lågfälts MRT-prototyp. Prototypens magnetfälts enhetlighet kan förbättras genom ytterligare aktiva eller passiva shimmingstillägg.Description
Supervisor
Laakso, IlkkaThesis advisor
Holma, JanneKataja, Juhani
Keywords
MRI, shimming, spherical harmonic functions, low-field, Lebedev quadrature