(A) novel coil design for improving SNR in MR microscopy and a convenient imaging method using inductively coupling

국문 초록 (Abstract)

MR microscopy는 생체조직의 MR 특성을 광학현미경 영상과 비교할 수 있는 고해상도의 이미지를 만들 수 있다. 이러한 실험에서 해부학 영상 촬영을 위한 일반적인 코일을 사용한다면 낮은 filling factor로 인해 SNR이 감소할 것이다. 이러한 이유로, histology coil이라고 불리는 새로운 코일 디자인이 M. Meadowcroft에 의해 제안되었다. 대부분의 MR microscopy의 경우 피사체의 부피가 매우 작기 때문에 보어가 작고 경사가 빠른 전임상 스캐너에서 수행된다. 반면에 임상 스캐너의 큰 보어에서의 MR microscopy를 수행한다면 조직과 RF코일을 동시적인 회전과 같은 조작을 할 수 있는 반경이 커지기에 STI 실험과 같이 회전을 필요로 하는 MR특성 측정에서 유리하다. 또한 MRI 보어내부에 in-vitro 조직실험을 위한 히터, 온도계 및 영양 순환선과 같은 실험실 장비의 사용을 가능하게 할 수 있다. 그러나 임상 MRI의 body 코일과 미세 조직 간의 볼륨 차이는 SNR의 원인이며, 임상 MRI에서 MR 현미경 검사를 수행하려면 histology coil보다 최적화된 SNR을 가진 새로운 송 수신용 RF 코일설계가 필요하다. 인간 임상 MRI 시스템은 하드웨어 안정성과 신뢰성이 뛰어나지만 특수한 목적에 초점을 둬 개발된 RF 코일을 MRI 시스템에서 사용하기 위해서는 추가적인 장치의 제작과 특수한 프로그램이 필요하다. 판매 회사가 공개하지 않는 몇몇 정보가 없다면 시스템과의 정상적인 상호작용이 불가능 하기 때문에 장치와 프로그램을 사용자가 제작하는 것은 매우 소모적인 과정이다.
본 연구에서는 조직 코일에 비해 SNR이 상당히 높은 MR microscopy전용 multi turn histology coil의 디자인을 제안한다. 또한 맞춤형 RF 조직 코일을 판매회사가 제공한 RF 코일(송수신 모두)과 유도적으로 연결하여 임상 스캐너의 시스템 수정이 필요하지 않도록 하는 방법을 시연한다

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Magnetic resonance(MR) microscopy can provide high-resolution measurement of MR properties of biological and artificial tissues that can be compared with optical imaging. In such experiments, low signal-to-noise ratios (SNR) of a common clinical RF coil with a low filling factor will be a challenge. For this reason, a novel coil design which called the histology coil was proposed by M. Meadowcroft in 2006. In most cases, microscopic tissue imaging is carried out in a preclinical scanner with a small bore and fast gradients. On the other hand, the large bore of a clinical scanner facilitates mechanical manipulation (e.g., rotation) of the tissue and the RF coil which can be important for measurement of certain MR properties such as relaxation anisotropy. In addition, it facilitates use of physical laboratory equipment such as heaters, thermometers, and nutrition circulation lines for engineered or live tissue during the imaging process. However, the volume difference between the body coil of clinical MRI and microscopic tissue will cause a decrease in SNR. In order to perform MR microscopy in clinical MRI, a new RF coil (both transmission and reception) design that optimizes the SNR rather than the histology coil is required. While human clinical MRI system has a good hardware stability and reliability, interfacing a highly specialized custom RF coil can be complicated. It can require proprietary hardware information from the vendor as well as potentially modifying the scanner's safety monitoring features. Such knowledge may not always be available on a clinical scanner in many hospitals and imaging centers.
In this work, we propose a novel, multi-turn histology coil for imaging microscopic tissue histology slices with substantially higher SNR compared to the histology coil. Also, we demonstrate inductively coupling a custom-made RF histology coil with the vendor provided RF coils (both transmit and receive) so that no system modification of the clinical scanner is needed.

목차 (Table of Contents)

• Abstract 9
• Chapter 1. Introduction 11
• Chapter 2. Theory 14
• 1. Magnetic Resonance Imaging 14
• A. The Signal Magnitude of MRI 14
• B. The Noise of MRI 15
• C. The Basic of RF coil for MRI 15
• 2. Multi -turn Histology Coil 19
• Chapter 3. Material and Method 21
• 1. Multi-turn Histology Coil Design and Fabrication 21
• 2. Inductively Coupled Imaging Method 30
• 3. MRI scan 35
• A. Sample preparation 35
• B. Multi-turn histology coil 38
• C. Inductively coupled Method 39
• Chapter 4. Result 40
• 1. Multi-turn histology coil 40
• A. The Bench Test 40
• B. 𝐵1+ Field Distribution 42
• C. SNR Evaluation of Multi-turn coil 44
• 2. Inductively coupled Method 47
• A. 𝐵0 Field and 𝐵1+ Field Distribution 47
• B. SNR Evaluation 49
• Chapter 5. Discussion 51
• Reference 57
• 국문초록 62