スペクトラムアナライザを使用したMRIにおけるEMパルスの時間領域測定

2023-9-24

 

MRI の安全性

ファントム内の MRI 装置によって生成される電磁 (EM) パルスの測定は、比吸収率(SAR)の測定によるMRI の安全性評価にとって非常に重要です。SAR は、ファントムの局所的な温度上昇または局所的な電界 (E) の RMS 値のいずれかに関連します。実際、適切な非干渉電界プローブを使用することで、電界の評価がはるかに簡単になります。

MRI で使用されるEM パルス(10 ~ 700 kHz)の超狭帯域 (UNB) の性質により、デジタル サンプリング オシロスコープ (DSO) はこれらのEM パルスの時間的形状の測定にはあまり適していません。実際、DSO の帯域幅が広いと、有用な信号の 1 つと比較して、巨大な DSO 帯域幅にわたるノイズ スペクトル密度が統合されるため、信号対ノイズ比 (SNR) が低下します。つまり、これら 2 つの帯域幅の比です。通常は 1000 程度です。

実際、 UNB​​ EM パルスの測定には自動スペクトラム アナライザー(ASA) がより良い選択肢となります。

実験のセットアップ

実験セットアップの最適な構成は、ASA の次のパラメータとともに上の図に示されています。

  • 「ゼロ スパン」構成、
  • MRI EM パルスの放射と ASA によるデータ収集の両方をトリガーするための任意波形発生器 (AWG) の使用。
  • MRI の動作周波数に設定された中心周波数 (3T MRI の場合は ~ 128 MHz)
  • EM パルスのスペクトル帯域幅に対応する RBW 、
  • 掃引時間はEM パルスの 2 ~ 3 周期に相当します。
  • 数十の信号を平均したEM パルスの数 (AVG) 。

実用化

上で説明した構成は、前臨床 7T MRI のボア内に配置されたポリビニルピロリドン(PVP) 液体ファントム内の電界測定に使用されています 。300 MHz での水平電界成分Exの測定に使用される非干渉電界プローブは、光電コンバータ eoSense MF-1S に関連付けられたプローブ eoProbe ET5-bio です。RARE 2D MRI シーケンスの場合、ASA によって配信される生の信号が反対側に示されています。

測定ダイナミクスは 30 dB をわずかに上回り、RBW が 200 kHz の場合、ノイズ フロアは -67 dBm です。同じ PVP 液体ファントム内の電界プローブの校正のおかげで、アンテナ係数 AF が得られ、その値は 10 000/m です。

E フィールドと SAR の評価

電界プローブ のアンテナ係数がわかれば、電界成分Exの実際の RMS 値を簡単に計算でき、逆の時間曲線が得られます。

電界強度のピーク値は 385 Vrms/m に達します。電界成分Exの時間的変化から、SAR への寄与は、正確に 1 周期にわたる RMS 値を計算することで直接評価できます。したがって、3 W/kg の値が得られます。

MRI の安全性を確保するための非磁性電界プローブの主な特長

  • 単一プローブで既存および将来のすべての MRI 装置をカバー: 23.4 MHz (0.55T)→ 500 MHz (11.7T)
  • 超高直交電界成分除去比: > 50 dB
  • 超高空間分解能: < 1 mm
  • 高い測定再現性: < 0.2 dB
    超小型非磁界電界プローブ∅=4mm
  • 完全誘電体、高誘電率、非磁性電界プローブ: ε r ~ 30
  • 高感度: < 0.32 Vrms/m√Hz ノイズフロア
  • 超高ダイナミックレンジ: > 130 dB

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