A Z-gradient coil array system for magnetic resonance imaging

Bu tezde, MRG'de kullanılmak üzere bir z-gradyan dizi sistemi önerilmiştir. MRG tarayıcılarda gradyan bobinler MR sinyalini kodlamak için kullanılırlar. Geleneksel olarak, z-yönünde kodlama tek bir gradyan bobin kullanılarak gerçekleştirilir. Önerilen z-gradyan bobin dizisi, yenilikçi ve esnek tasarımı sayesinde çevresel sinir uyarımı sinirlerini geçmeden, yüksek kuvvetli gradyan uretmesini sağlar. Bu tasarım gradyan güç yükselteçlerin (GPA) karmaşıklığını ve maliyetini azaltma potansiyeline sahiptir. Bu sistemin kullanılabilirliğini kanıtlamak amacıyla üç kanallı bir sistem tasarlanmış ve üretilmiştir. Bu kanallar ile üretilen manyetik alanların farklı kombinasyonu kullanarak, bobinin etkin uzunluğu uygulamaya göre değiştirilebilir. Aynı sinir uyarım sınırları için, gradyan kuvveti daha küçük bir bölgede artırılabilir. Elde edilen bu yüksek gradyan, çoğu sekansın hızlandırılmasında veya piksel boyutlarının küçültülmesinde kullanılabilir. Bu sistem tasarlanıp bir MRG tarayıcıya entegre edilerek kazanımlar gösterilmiştir. Bu ön çalışmada, sistemin her bir kanal iki bobinden oluşmaktadır. 16 sarımdan oluşan her bir bobin, 7.5 cm çapındaki bir silindirin üzerine, merkeze göre simetrik fakat ters yönde ve eşit akım taşıyacak şekilde sarılmıştır. Yapının toplam uzunluğu 245 mm olmak ile beraber, kanallar arası akım oranları ve uzaklıklar 3 farklı ilgilenilen boyutta (Volume of Interest), %95 doğrusallık sağlanacak biçimde optimize edilmiştir. Her kanalı bağımsız olarak sürebilmek için, 50 V 30 A akım kapasitesi olan, FPGA (Xilinx XUPV5) tarafından kontrol edilen, üç adet H-köprü GPA üretilmiştir. Bu güç yükselteçleri 0.5A/us akım çıkış oranı ile 46uH öz endüktans ve 30uH karşılıklı endüktans, 390mΩ dirence sahip bir yükü sürebilecek şekilde tasarlanmıştır. Bu çalışmada yalnızca bobinler arasındaki mesafeler ve bobinlerin akım oranları optimize edilmiş olmasına rağmen, sistemdeki parametreler farklı kriterlere göre de optimize edilebilir. Sargı simülasyonlarına ek olarak, sistemin kullanılabilirliği phantom deneyleri ile de gösterilmiştir. Küçük, orta ve büyük boyutlar olmak üzere 3 farklı boyutta, 2 boyutlu koronal kesit görüntüleri alınarak, her bir modun avantajı doğrulanmıştır. Gradyan dizisi manyetik rezonans görüntüleme deki gelecek nesil gradyan sistemleri için umut vadeden bir tasarımdır. Doğrusal gradyanlara ek olarak, özellikle çok sayıda dizi elemanı olduğu durumlarda, gradyan dizideki kanalların farklı kombinasyonları ile bir çok çeşit doğrusal olmayan gradyan elde edilebilir. Gradyan dizi sistemi etkin ve esnek gradyan alan üretmeyi daha az karmaşık güç yükselteci tasarımı ile birlikte sağlamaktadır.