Portable low-cost magnetic resonance imaging (MRI) systems have the potential to enable "point-of-care" and timely MRI diagnosis, and to make this imaging modality available to routine scans and to people in underdeveloped countries and areas. With simplicity, no maintenance, no power consumption, and low cost, permanent magnets/magnet arrays/magnet assemblies are attractive to be used as a source of static magnetic field to realize the portability and to lower the cost for an MRI scanner. However, when taking the canonical Fourier imaging approach and using linear gradient fields, homogeneous fields are required in a scanner, resulting in the facts that either a bulky magnet/magnet array is needed, or the imaging volume is too small to image an organ if the magnet/magnet array is scaled down to a portable size. Recently, with the progress on image reconstruction based on non-linear gradient field, static field patterns without spatial linearity can be used as spatial encoding magnetic fields (SEMs) to encode MRI signals for imaging. As a result, the requirements for the homogeneity of the static field can be relaxed, which allows permanent magnets/magnet arrays with reduced sizes, reduced weight to image a bigger volume covering organs such as a head. It offers opportunities of constructing a truly portable low-cost MRI scanner. For this exciting potential application, permanent magnets/magnet arrays have attracted increased attention recently. A magnet/magnet array is strongly associated with the imaging volume of an MRI scanner, image reconstruction methods, and RF excitation and RF coils, etc. through field patterns and field homogeneity. This paper offers a review of permanent magnets and magnet arrays of different kinds, especially those that can be used for spatial encoding towards the development of a portable and low-cost MRI system. It is aimed to familiarize the readers with relevant knowledge, literature, and the latest updates of the development on permanent magnets and magnet arrays for MRI. Perspectives on and challenges of using a permanent magnet/magnet array to supply a patterned static magnetic field, which does not have spatial linearity nor high field homogeneity, for image reconstruction in a portable setup are discussed.
This paper describes the general and efficient design method of an axial and a radial shim coils to correct field impurities of various harmonic orders in the imaging volume of Magnetic Resonance Imaging magnet. Shim coils are optimized by BCLSF subroutine of IMSL, which is the well-known commercial package for optimization, aiming at maximizing the magnitude of the desired field component as well as minimizing other field components. In order to evaluate their effect, the developed method was applied to the MRI magnet constructed in KERI.
This paper describes an optimal design method which is applied a weighted least square (WLS) method for Magnetic Resonance Imaging (MRI) system. An optimal design approach is presented for a homogeneity superconducting magnet with the superconducting active shield especially for a magnetic resonance imaging system. The WLS is used to obtain the optimal configurations using the least amount and minimum volume of conductor, exhibiting the smallest level of field inhomogeneity and resulting in the least level of stray field. The proposed model is used to design a multiple-shield configuration for a 1.5 T MRI magnet. The field homogeneity is required less than 5 gauss stray field contour within 4m axially and 3m radially from origin. The designed magnet with the actively magnetic shielding coil out of main coils is analyzed by FEM and theoretical analysis method, investigated the field homogeneity.
Magnetic Resonance Imaging (MRI) scanner is the device to draw an image of conditions and the spread of various tissue in the body. It is used by making the patient into rounded superconductor and using high frequency which cause resonances. It uses superconduction magnet and high frequency that is non-ionizing radiation so can acquire biochemical, physical, and functional information of tissue. It is also very useful because it can scan tomography from many different angles to diagnose disease of a nervous system, the heart, and a skeletal structure. It also has advantages of that there is no risk of radiation exposure and the ability of observation on organizations such as brains, livers and the spinal cord of people. Since these features, the rate of use has been increased accordingly more considerations of the security are required when it plans. The weight of devices and the cover problem of the strong magnetic field which is occurred by magnetic resonance at the time of diagnosis can cause very important structure problems and architectural condition. That also the recent tendency which needs stronger equipment means that planning of the MRI unit should generally aim at purposing of the proximity for the device maintenance and up-grade and of further expansion. However there are not enough studies and data on the magnet resonance imaging in domestic hospitals. According to these reasons, this study has an object of indicating basic data on MRI unit plan standard and alternative proposals.
This paper is to suggest a concept design of the permanent magnet type magnetic resonance imaging (MRI) device based on the parameter optimization method. Pulse currents in the gradient coils will introduce the effect of eddy currents in the ferromagnetic material, which will worsen the quality of imaging. In order to equalize the magnetic flux in the MRI device for good imaging, the eddy current effect in the ferromagnetic material must be taken into account. This study attempts to use the design of experiment (DOE) and the response surface method (RSM) for equalizing the magnetic flux of the permanent magnet type MRI device using that the magnetic flux can be calculated directly using a commercial finite element analysis package. As a result, optimal shapes of the pole and the yoke of the PM type MRI device can be obtained. The commercial package, ANSYS, is used for analyzing the magnetic field problem and obtaining the resultant magnetic flux.
The clinical acceptance of magnetic resonance imaging(MRI) system has been more rapid than that of the other medical image diagnosis system(X-ray, CT, etc) with the advantage of nonhazardous nature, high resolution capability, potential for chemically specified imaging. MRI system is composed of super conducting magnet, gradient fields, rf transceiver, system controller and imaging software technology. In this paper, introducing the principle of magnetic resonance imaging, it proposes the implementation of PC-based MRI system.
High homogeneity and stability are required in superconducting magnet for Magnetic Resonance Imaging. In this paper, Magnetic Field theories for the design of high homogeneity magnet are introduced and multi-sections solenoid type coils are optimzed to produce highly homogeneous field.
Jang, Won Seok;Kim, Geonyoung;Choi, Kibum;Park, Jeonghwan;Bang, Jeseok;Hahn, Seungyong
한국초전도ㆍ저온공학회논문지
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제23권4호
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pp.30-34
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2021
Superconducting magnets have paved the way for opening new horizons in designing an electromagnet of a high field magnetic resonance imaging (MRI) device. In the first phase of the superconducting MRI magnet era, low-temperature superconductor (LTS) has played a key role in constructing the main magnet of an MRI device. The highest magnetic resonance (MR) field of 11.7 T was indeed reached using LTS, which is generated by the well-known Iseult project. However, as the limit of current carrying capacity and mechanical robustness under a high field environment is revealed, it is widely believed that commercial LTS wires would be challenging to manufacture a high field (>10 T) MRI magnet. As a result, high-temperature superconductor together with the conducting cooling approach has been spotlighted as a promising alternative to the conventional LTS. In 2020, the Korean government launched a national project to develop an HTS magnet for a high field MRI magnet as an extent of this interest. We have performed a design study of a 7 T 320 mm winding bore HTS MRI magnet, which may be the ultimate goal of this project. Thus, in this paper, design study results are provided. Electromagnetic design and analysis were performed considering the requirements of central magnetic field and spatial field uniformity.
The objective of this study was to describe a radiofrequency (RF) coil design for in vivo sodium magnetic resonance imaging (MRI) for use in small animals. Accumulating evidence has indicated the importance and potential of sodium imaging with improved magnet strength (> 7T), faster gradient, better hardware, multi-nucleus imaging methods, and optimal coil design for patient and animal studies. Thus, we developed a saddle-shaped sodium volume coil with a diameter/length of 30/30 mm. To evaluate the efficiency of this coil, bench-level measurement was performed. Unloaded Q value, loaded Q value, and ratio of these two values were estimated to be 352.8, 211.18, and 1.67, respectively. Thereafter, in vivo acquisition of sodium images was performed using normal mice (12 weeks old; n = 5) with a two-dimensional gradient echo sequence and minimized echo time to increase spatial resolution of images. Sodium signal-to-noise ratio in mouse kidneys (renal cortex, medulla, and pelvis) was measured. We successfully acquired sodium MR images of the mouse kidney with high spatial resolution (approximately 0.625 mm) through a combination of sodium-proton coils.
본 논문에서는 초전도 자석의 자장 균일도를 개선하기 위한 방법으로 3가지 형태의 magnet 모델을 제안하고 각각의 자석 형태에 대하여 같은 세기의 자장을 (Magnet field strength) 가질 경우에 최소전력 방식으로 최적화된 전류 분포에 해당하는 coil wire의 길이, 그리고 해당 조건에서의 자장의 불균일도를 시뮬레이션을 통하여 비교, 분석하였다. 구성된 3가지 magnet type을 동일한 조건 (계산 점의 개수 18개, 20cm DSV)에 대해서 wire길이와 main field inhomogeneity를 비교하였으며, 이러한 시뮬레이션 결과를 통하여 얻을 수 있는 결론은 계산점의 수가 적을수록 wire의 길이는 짧아지나 field inhomogeneity는 높아진다는 것이다. 즉, Magnet shim을 수행할 경우 계산점을 줄이는 방법으로는 짧은 wire의 길이와 main field homogeneity를 동시에 만족하도록 최적화 하는 것이 거의 불가능함을 의미하는 것이다. 그러나 DSV를 줄였을 경우에 계산점을 줄였을 때에 비해 우수한 결과 값을 얻을 수 있었다. 결론적으로 공간적으로 개방되어 있는 magnet model의 경우 계산점을 줄여 shimming을 진행할 경우 동일한 imaging region의 크기에 대해 더 많은 전류(또는 wire 길이)가 필요하고 field 균일도도 떨어졌으나 작은 ROI를 대상으로 영상을 얻는 경우 유용하게 사용될 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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