Wieloczynnikowa optymalizacja w celu poprawy jakości obrazowania
MRI to nieinwazyjna metoda obrazowania, w której nie wykorzystuje się promieniowania jonizującego. Narzędzia MRI stały się niezbędne w diagnozie wielu schorzeń i umożliwiły wgląd w tkanki zdrowe i chore. Aktualnie, nowy projekt cewek magnetycznych dla zastosowań specjalistycznych skupia się wyłącznie na właściwościach elektromagnetycznych, które poddawane są wielu testom doświadczalnym, czego efektem są nieoptymalne cewki gradientowe. Dzięki finansowanemu przez UE projektu MCODE (Multiphysics coil design: Applications in novel magnetic resonance imaging systems), przygotowano grunt pod wykorzystanie zasad termodynamiki wraz z aspektami elektromagnetycznymi. Oczekuje się, że okoliczności multifizyczne zmniejszą temperaturę, drgania i hałas. Wynikiem będzie wyższa rozdzielczość obrazu, krótszy czas skanowania i co ważne zwiększona możliwość zastosowania nawet bardziej nowatorskich i specjalistycznych systemów. Członkowie zespołu najpierw opracowali kod, który z założenia miał być kompatybilny z kodem metody odwrotnej elementów brzegowych (IBEM) dla projektu cewki. Metoda IBEM symuluje temperaturę cewek elektromagnetycznych i została wykorzystana do rozwiązania problemów związanych ze wzrostem natężenia pola gradientów stosowanych w MRI. Przewidywane temperatury (symulacja postępowa) były idealnie zbieżne z temperaturami mierzonymi doświadczalnie przy pomocy kamery termowizyjnej. Kolejnym etapem było odwrotne zagadnienie: wykorzystanie przewidywań temperatur do tworzenia projektów charakteryzujących się niższą (a w rzeczywistości najniższą lub minimalną) temperaturę maksymalną, aby umożliwić wyższe cykle pracy wymagane w nowatorskich metodach MRI. Naukowcy stworzyli oprogramowanie do optymalizacji minimalnej temperatury maksymalnej w cewce pod wpływem danego pola magnetycznego. Następnie zastosowali to oprogramowanie na standardowej cewce MRI, przeprowadzając symulacje przy zastosowaniu różnych parametrów termodynamicznych. Cewki przeprojektowano, stosując optymalizację minimalnej temperatury maksymalnej, i przewidziano dużo niższą temperaturę szczytową. Projekt MCODE stworzył i ukazał korzyści zastosowania oprogramowania do optymalizacji matematycznej uwzględniającego termodynamikę w projektowaniu cewek MRI do zastosowań specjalistycznych. Wykorzystanie technologii przez producentów MRI powinno otworzyć nowe rynki dla wysokowydajnych systemów MRI umożliwiających lepszą diagnozę ważnych urazów i chorób.
Słowa kluczowe
Obrazowanie, obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego, cewki gradientowe, właściwości elektromagnetyczne, termodynamiczne
