Using the gradient coils of 1 Tesla MRI system in current density imaging

Abstract

AB3:Kiinnostus tutkia kudosten sähköisiä ominaisuuksia magneettikuvauksen (MRI) avulla on kasvanut kuvaustekniikoiden kehittyessä. Magneettikuvaus perustuu ydinmagneettiseen resonanssiin ja siinä käytetään hyväksi radiotaajuisia matalaenergisiä pulsseja ja voimakkaita magneetteja. Magneettikuvauksessa ei käytetä ionisoivaa säteilyä. Magneettikuvauksella saadaan tuotettua potilaasta hyvinkin tarkkoja anatomisia kuvia.Virrantiheyskuvaus (CDI) on tekniikka, joka kuvaa sähkövirran jakautumista kohteessa. CDI-tekniikka perustuu sähkövirran jakaantumiseen kohteen sähköistenominaisuuksien mukaan. Kuvattavassa kohteessa oleva sähkökenttä muuttaa magneettikenttää ja näkyy magneettikuvassa. Näistä johtavuuspainotteisista magneettikuvista voidaan määrittää kohteen sähkönjohtokyky.Työn tavoitteena oli saada tietoa kudosten sähkönjohtavuudesta magneettikuvauksella. Työssä pyrittiin selvittämään, onko mahdollista indusoida pyörrevirtoja kuvattavaan kohteeseen MRI-laitteen gradienttikeloilla ja myös kuvata indusoitujen pyörrevirtojen aiheuttama sähkökenttä, jolloin saaduista kuvista voitaisiin määrittää kohteen sähkönjohtokyky.Työssä tutkittiin gradienttikeloilla indusoituja pyörrevirtoja ja näin tuotettua kuvattavissa olevaa magneettikenttää. Laskettiin gradienteilla tuotettujen pyörrevirtojen aiheuttamaa vaihesiirtoa käyttämällä sylinterin mallista fantomia, joka sisälsi tislattua vettä ja suolaliuosta. Laskelmiin perustuen todettiin että pyörrevirtojen aiheuttama vaihesiirto on havaittavissa. Pyörrevirrat aiheuttavat vaihesiirtoa ja tämä vaihesiirto on verrannollinen magneettikentän muutokseen. Täten pyörrevirrat saavat aikaan mitattavissa olevan vuon tiheyden kohteeseen. Gradienteilla tuotettua virtatiheyskuvaa ei saada kuvattua normaaleilla kuvaussekvensseillä. Täten diplomityössä yritettiin kehittää pyörrevirtakuvaukseen soveltuvaa kuvaussekvenssiä. Tarvittavan sekvenssin kehitys on kuitenkin hankalaa, koska pyörrevirta ilmiön aiheuttaman vaihesiirron tulee olla voimassa tarpeeksi kauan, jotta se saadaan kuvatuksi ja samalla täytyy pitää kuvaussekvenssi toimivana.

Interest in studying the electrical conductivity of biological tissue with magnetic resonance imaging (MRI) has been increasing along with the development of new study methods. Magnetic Resonance Imaging is a Nuclear Magnetic Resonance (NMR) based method to produce, without radiation risk, diverse anatomic images of a patient. MRI uses radio frequency energy pulses and a strong magnetic field to provide images.Current density imaging (CDI) is a magnetic resonance imaging technique that measures electrical current density distributions in a volume of material. CDI is based on mapping magnetic field changes caused by applied electric currents flowing through the material or tissue. From the current density images, we can determinate the electric conductivity of material because the electric field separates according to electrical properties. This thesis presents whether it is possible to use gradient coils of the MRI system to induce an electric field to the subject and image it. Then, from MR-images is possible to obtain current density information.