Taşınabilir manyetik rezonans görüntüleme ve manyetik parçacık görüntüleme tarayıcıları için mıknatıs tasarımı
Magnet design for portable magnetic resonance imaging and magnetic particle imaging scanners
Yazar: MELİKE ERGÖR
Danışman: DOÇ. DR. AYHAN BİNGÖLBALİ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı / Biyomühendislik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering

Özet:
Manyetik parçacık görüntüleme (MPI), şu anda pratik kullanımda olmayan ancak tıbbi uygulamalar için mükemmel bir aday olan yeni bir görüntüleme yöntemidir. MPI, PET (pozitron emisyon tomografisi)'e benzer şekilde bir izleyicinin uzamsal ve zamansal dağılımını görüntüler. PET'den farklı olarak MPI'da kullanılan izleyiciler güvenli, biyouyumlu ve niceliksel olarak görüntülenme potansiyeline sahip manyetik nanoparçacıklardır. MPI'da manyetik alansız hat (MAH veya literatürde kullanılan adıyla FFL = Field Free Line) seçim alanı yöntemi bir hat boyunca uzamsal bir kodlama sunmaktadır. Bu da tarama süresini azaltır, hassasiyeti geliştirir ve sinyal-gürültü oranını (SNR) artırmaktadır. 
FFL kullanan bir manyetik parçacık görüntüleme cihazının fazla sayıda bobin kullanımından dolayı karmaşıklığı, uygulama söz konusu olduğunda en büyük zorluk olmaktadır. Kalıcı mıknatıslardan oluşan Halbach sistemi, karmaşıklığı ve güç tüketimini azaltmaktadır. FFL elde etmek için mıknatıs sistemi tek, iki ve üç katlı Halbach halkaları farklı mıknatıs şekilleri (kare, altıgen, sekizgen, onikigen, onaltıgen, silindir) kullanarak bu çalışmada tasarlanmıştır. Her biri için simülasyon çalışmaları yapılıp gradyan değer ve stabilite hesaplandı. Burada gradyan değer, poligonal mıknatıs şekilleri kullanılarak %30 iyileştirilmiştir. Üç katlı tasarımda 50 mm stabiliteye sahip gradyan alanı elde edilmiştir. Bu sonuçlar doğrultusunda sekizgen mıknatıslardan oluşan model iç çapı 13 cm olacak şekilde ideal durum için optimize edilmiştir. Gradyan değer 6 T/m'ye ulaşmıştır ve 60 mm stabilite elde edilmiştir. Aynı mıknatıs sistemi tasarımı manyetizasyon yönü değiştirilerek taşınabilir manyetik rezonans görüntüleme (MRG veya MRI) tarayıcısı için uyarlanmıştır. Simülasyonlar sonucunda 0,37 T manyetik alan elde edilip x ekseninde 60 mm, y ekseninde 38 mm, z ekseninde 32 mm boyunca stabilite sağlanmıştır.

Abstract:
Magnetic particle imaging (MPI) is a new imaging method that is not currently in practical use but is excellent candidate for medical applications. Similar to PET (positron emission tomography), MPI displays the spatial and temporal distribution of a tracer. Unlike PET, the tracers used in the MPI are magnetic nanoparticles that are safe, biocompatible, and have potential for quantitative imaging. In MPI, Field-Free Line (FFL) selection field method offers a spatial coding along a line, which reduces acquisition time, improves sensitivity, and increases the signal to noise ratio (SNR). The complexity of an FFL-based magnetic particle imaging device due to the large number of coils is the biggest challenge when it comes to application. Halbach system, consisting of permanent magnets, reduces its complexity and power consumption. The magnet system to obtain a FFL was designed using single, double, and triple Halbach rings using different magnet shapes (square, hexagon, octagon, dodecagon, hexadecagon, cylinder). Simulation studies were made for each of them and gradient values and stabilities were calculated. Here, the gradient value was 30% improved using polygonal magnet shapes. In the three-layer design, gradient field with 50 mm stability was obtained. According to these results, the model consisting of octagon magnets has been optimized to set its inner diameter of 13 cm. The gradient value reached 6 T/m with stability of 60 mm. The same magnet system design was adapted to portable magnetic resonance imaging (MRI) by changing the magnetization direction. As a result of the simulations, 0.37 T magnetic field was obtained and the stability were achieved along 60 mm on the x-axis, 38 mm on the y-axis, and 32 mm on the z-axis.