AbstractsComputer Science

Towards High-Field MRI Systems: Design Strategy for the TEM Resonator

by Nadine Kolment




Institution: McGill University
Department: Department of Electrical and Computer Engineering
Degree: M. Eng.
Year: 2014
Keywords: Engineering - Electronics and Electrical
Record ID: 2042888
Full text PDF: http://digitool.library.mcgill.ca/thesisfile121211.pdf


Abstract

High-field magnetic resonance imaging (MRI) is a very promising concept as it benefits from a significant improvement in the signal-to-noise ratio (SNR), a measure that directly affects image resolution. However, as the resonant wavelength approaches the dimensions of the object being imaged, the wave propagation effects of the radio frequency (RF) field significantly deteriorate the uniformity of the excitation pattern, thus leading to contrast aberrations and distortions in the resulting image. Recent proof-of-concept studies have shown the merits of parallel transmission techniques in accurately controlling the RF magnetic field whereas novel coil arrangements, such as the TEM resonator, have provided the necessary platform for conducting truly parallel excitations experiments. The purpose of this thesis is to provide a comprehensive study on the design of the TEM resonator by comparing two modelling techniques. The first technique uses multi-conductor transmission line theory to model the coil; the second technique uses the brute-force computational algorithm called finite-difference time-domain (FDTD). The two techniques are compared in terms of the S11 trends observed while varying TEM resonator design parameters such as the capacitor values and the line element geometry. A difference of 15% in the coil response was observed for an MRI system of 3-Tesla field strength. This modelling error increases with resonant frequency and reaches the 40% mark for a high-field MRI system of 7-Tesla field strength. Despite the diverging results for increasing frequency, this study shows that the variation of design parameters in each modelling technique exhibit comparable trends. L'imagerie par résonance magnétique (IRM) à haut champ est un concept très promettant car elle bénéficie d'une amélioration importante du rapport signal-bruit, une mesure qui affecte directement la résolution de l'image. Cependant, quand la longueur d'onde de résonance se rapproche des dimensions le l'objet sous examination, les effets de propagation d'onde du champ radiofréquence (RF) déteriore de façon significative l'uniformité du motif de champ d'excitation, ainsi menant à des aberrations de contraste et des distortions dans l'image. Des études récentes ont validé le principe de transmission parallèle pour contrôler le champ magnétique RF tandis que de nouveaux arrangements d'antennes, tel que le résonateur TEM, ont permis des expériences avec des transmission réellement en parallèle. Le but de ce mémoir est d'étudier la conception du résonateur TEM en comparant deux techniques de modélisation. La première technique utilise la théorie de ligne de transmission à conducteurs multiples; la deuxième technique utilise un algorithme de calcul par force brute: la méthode des différences finies dans le domaine temporel (FDTD). Les deux techniques sont comparées par rapport aux tendances observées lorsque les paramètres du résonateur TEM, tel que la valeur des condensateurs et la géométrie des lignes microbandes, sont variés. Une différence de 15%…