Development of a single-turn solenoid coil with optimized radio frequency field uniformity for magnetic resonance imaging of the breast

Abstract

자기공명영상기술 (magnetic resonance imaging; MRI)은 지난 몇 십년 동안에 빠른 성장을 거친 강력한 비침습적 영상화 방법이다. 일반적으로, 라디오 주파수 (radio frequency; RF) 자기장의 균일성은 자기공명영상의 질을 향상시키는데 필수적이라고 알려져 있다. 그러나 현재의 원통형 유방 라디오 주파수 탐침의 임상적 사용에서는 탐침의 축 방향을 따라 비균일한 라디오 주파수 자기장의 분포 때문에 탐침 가장자리의 신호강도가 급격히 감소한다. 자기장의 분포에 대한 지식은 더욱 균일한 여기 자기장을 위한 공명장치를 설계할 수 있게 하는 첫번째 단계이다. 자기장 균일성의 현저한 향상을 위해 특별히 설계된 유방 라디오 주파수 탐침의 형태를 최적화 시키도록 수학적 방법이 제안되었다. 수학적으로 결정된 변수는 신호의 손실 없이 라디오 주파수 자기장의 균일성에서 현저한 증가를 보여주는 최적화된 한번 감은 솔레노이드 (optimized single-turn solenoid; OSTS) 탐침을 제작하기 위해 사용되었다. 새롭게 얻은 자기공명영상은 특히 탐침의 가장자리에서 증가된 신호의 균일성을 보여주었다. 최적화된 한번 감은 솔레노이드 탐침으로 얻은 영상은 탐침의 성능을 평가하기 위해 수학적 모의실험과 비교되었다. 모형 (phantom)과 정상 유방의 영상이 제시되었다. ; Magnetic resonance imaging (MRI) is a powerful noninvasive imaging modality that has experienced rapid growth during the last few decades. It is well-known that in general, good homogeneity of the radio frequency (RF) magnetic fields is necessary for high quality magnetic resonance images. However, in the clinical use of current cylindrical breast RF coils, the signal intensity at the ends of the coils rapidly decreases, due to the heterogeneous RF field distribution along the coils axes. Knowledge of the B₁ distribution is the first step in designing resonant devices with improved excitation and reception fields. Mathematical methods have been suggested to optimize the configuration of specially designed breast RF coils resulting in remarkable improvements in magnetic field homogeneity. Mathematically determined parameters were used to construct an optimized single-turn solenoid (OSTS) coil, which shows significant improvements in RF field homogeneity without signal loss. The newly-obtained MR images show the improved signal uniformity particularly at the ends of the coil. Images obtained with the OSTS coil were compared to numerical simulation to evaluate coil performance. Images of both phantom and normal breast are presented.