Diseño y simulación de gradientes de campo magnético para IRM a 3T Público Deposited
La resonancia magnética (RM) es una técnica de diagnóstico no invasiva que produce imágenes anatómicas de muy alta calidad de las diferentes estructuras del cuerpo así como también puede realizarse RM funcional, difusión, perfusión y espectroscopia de diversos tipos de muestras (por ejemplo el concreto, fósiles, entre otras), animales, plantas ex vivo o in vivo, por mencionar algunas aplicaciones en el campo de la investigación. En términos simples, un sistema de RM consiste principalmente de cinco componentes: un imán, un sistema de gradientes, un sistema de Radio Frecuencia, un sistema electrónico y un sistema de cómputo los cuales se explican con más detalle más adelante en esta tesis. Los gradientes de campo magnético son campos magnéticos que se suman al campo magnético que es producido por el imán, varían linealmente con la posición y son requeridos para cambiar la uniformidad del campo con la finalidad de codificar espacialmente la señal de RM que proviene de la muestra cuando después de ser excitada vuelve a su estado de reposo. Tales gradientes son generados haciendo pasar corrientes a través de caminos de corriente que están ubicados alrededor de objeto al que se le obtiene la imagen. Se requieren tres bobinas gradientes a lo largo de la componente z del campo magnético para producir una variación lineal a lo largo de las direcciones de los tres ejes cartesianos x, y y z. Existen diferentes métodos de diseño de bobinas gradientes así como también diferentes geometrías. Los métodos de diseño están relacionados con la geometría por la forma del imán, que puede ser comúnmente cilíndrico y en algunas ocasiones abierto. Estos métodos de diseño deben de cumplir con los requerimientos de baja inductancia (que está relacionada con la cantidad de caminos de corriente utilizados), la eficiencia de la bobina (parámetro que mide teóricamente el desempeño de la bobina), homogeneidad del campo (depende de la aplicación a la que se destina la bobina), baja disipación de potencia (relacionada con la resistencia generada por el gradiente) y poca interacción con otras partes del sistema para evitar corrientes espurias para que el gradiente sea eficiente. Esto resulta complicado dado que los requerimientos mencionados anteriormente están íntimamente relacionados. Es decir podemos tolerar ciertos valores altos de inductancia mientras la eficiencia y la uniformidad del campo sean adecuadas para una aplicación determinada. Debido a esto, es conveniente sintetizar en el proceso de diseño las variables con la finalidad de obtener los mejores diseños de acuerdo a la aplicación dada, cuidando la máxima eficiencia y mínima inductancia. Para este propósito, se utiliza la geometría de bobinas gradientes acopladas. En este diseño, la corriente retorna de la bobina interna a la bobina de blindaje mediante alambres radiales, aquí se realiza el proceso de diseño no se centra solamente en el gradiente sino además en el blindaje. Se utiliza una variante del Target Field para permitir el diseño de bobinas gradientes de alta homogeneidad y eficiencia. Esta tesis describe el diseño y la simulación de bobinas gradientes cilíndricas y su aplicación diseñando una bobina gradiente para cabeza usando una interfaz grafica desarrollada en Matlab para el diseño de bobinas gradientes cilíndricas que tengan una FOM alta y una inductancia baja para el sistema de 3 T del CI3M. La GUI diseñada en esta tesis para diseñar gradientes de campo magnético, se puede aplicar sin ningún problema a otros sistemas de IRM de alto campo y no solo a 3T por medio de su escalamiento dimensional, esto hace más versátil nuestra interfaz y útil para su construcción en otros sistemas de RM.
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