UMRAM‘da Koray Ertan 3 Ocak 2019 tarihi itibariyle doktora tez sunumunu başarılı bir şekilde gerçekleştirdi. Bilkent Üniversitesi Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü‘nde doktora çalışmalarını Ergin Atalar ile birlikte sürdürdü. Önümüzdeki dönem Stanford Üniversitesi‘nde post-doc çalışmalarına devam edecektir.
Tez Başlığı: Z-Gradyan Dizisinin Tasarımı ve Manyetik Rezonans Görüntülemedeki Uygulamaları
Abstract: Bağımsız gradyan güç yükselteçleri tarafından sürülen gradyan sargı dizileri dinamik olarak ayarlanabilen manyetik alan profilleri yaratabilirler. Bu doğrultuda, 25 cm çapında 9 kanallı bir gradyan sargı dizisi tasarlanmış ve üretilmiştir. Daha önceden tasarlanan, 50 V voltaj ve 20 A akım sağlama kapasitesine sahip güç yükselteçleri, sargıları bağımsız olarak beslemek için kullanılmıştır. Gradyan sarımlardaki yüksek akım hassasiyetini sağlayabilmek için bu sargılardaki karşılıklı kuplaj değerlendirilmistir. Karşılıklı kuplaj etkisini de içeren birinci dereceden bir devre modeli önerilmiştir. Bu model, verilen bir gradyan akım seti ve güç yükselteç limitleri için gerekli olan voltajları ve elde edilebilecek minimum çıkıs süresini analitik olarak hesaplanmasını sağlamaktadır. Karşılıklı kuplaj ve kanallar arasındaki empedanslar ölçülmüş ve önerilen birinci devre modeli ile güç yükselteçlerinin çalışma bandı içerisinde (<10kHz) uyumluluk gözlenmiştir. Örnek bir z-gradyan alanı için eniyileştirme yapılmış ve bu alan Manyetik Rezonans Görüntüleme (MRG) deneylerinde frekans kodlayıcı gradyan olarak kullanılmıştır. Gradyan dizisi donanımının uygun bir şekilde çalıstığı akım ölçümleri ve MRG deneyleri ile tasdiklendikten sonra dinamik olarak ayarlanabilen alan profillerinden kaynaklı avantajlar araştırılmıştır.
İlk olarak, farklı boyutlardaki hedef hacimlerde oluşturulan doğrusal gradyanlar, değişken doğrusallık hataları belirlenerek dört parametre için eniyileştirme yapılmıştır. Bu parametreler birim yükselteç akımı ile oluşturulabilecek maksimum gradyan gücü, birim yükselteç voltajı ile oluşturulabilecek olan maksimum çıkış hızı (slew rate), birim gradyan gücü için gerekli olan minimum akım normu ve minimum manyetik alan tepe değeridir. Daha küçük hacimlerde ve daha yüksek doğrusallık hataları ile bu parametrelerinde her birinde simulasyonlarda süpürülen değerler arasında 5 kattan fazla artış gözlenmiştir. Buradan kaynaklanan avantaj difüzyon ağırlıklı görüntülemeye uygulanmıştır. Doğrusal gradyan alanı yalnızca ilgili kesit içerisinde eniyileştirildiğinde, sargının bütün hacminde yapılan eniyileştirmeye oranla, gradyan gücünde 4 kat artış elde edilmiştir. Bu difüzyon gradyan süresini 3 kat azaltmıştır ve eko zamanını yarıya indirmiştir. Artan sinyal gürültü oranı sayesinde fantom için hesaplanan ADC haritalarında daha iyi tahminler yapılmıştır.
İkinci olarak, gradyan dizileri doğrusal olmayan gradyanlar üretebilirler. Doğrusal olmayan gradyanlar sayesinde iki yenilikçi uygulama geliştirilmiştir. İlk uygulamada, doğrusal olmayan gradyanlar birden çok kesit pozisyonunu tek bir frekansa şifrelemek için kullanılmıştır. Bu sayede, tek bantlı bir RF darbe ile çoklu kesit seçimi gerçekleştirilmiştir. Geleneksel çoklu kesit seçimlerinde kullanılan RF darbelerinden kaynaklanan SAR ve RF tepe gücü artısı gibi dezavantajlar engellenmiştir. Bu tekniği gerçekleştirebilmek için iki farklı tasarım yöntemi önerilmiştir. İki yöntem de kesit kalınlığı hatası, merkez nokta kayması, gradyan gücü ve güç tüketimi açısından incelenmiş ve karşılastırılmıştır. Fantom MRG deneylerinde, tek bantlı RF darbe ile iki ve üç kesit uyarımı sağlanmıstır. İkinci uygulamada, tek kanallı bir doğrusal olmayan gradyan, doğrusal gradyanlar ile spoke uyarımı sırasında eşzamanlı kullanılarak B+1 düzensizliklerinden kaynaklı uzaysal uyarım düzensizliklerini azaltmak için kullanılmıştır. Doğrusal olmayan gradyanlar için bağımsız bir k-uzay değişkeni tanımlanarak, problem bir boyut genişlemiş uyarım k-uzayında tekrar ifade edilmiştir. Tek boyutlu, iki boyutlu, RF güç limitli ve RF güç limitsiz olmak üzere simulasyonlar yapılmıştır. Önerilen yöntem MRG deneylerindeki uyarım düzensizliklerini sadece doğrusal gradyanların kullanıldığı duruma oranla 2.3 kat daha fazla azaltmıştır.