Celem pracy doktorskiej było zastosowanie wysokotemperaturowej taśmy nadprzewodzącej do konstrukcji nadawczo-odbiorczej cewki wysokiej częstości do obrazowania magnetyczno-rezonansowego w niskim polu magnetycznym w celu uzyskiwania obrazów o wyższej jakości, a w szczególności do wzrostu stosunku sygnału do szumu (SNR) w porównaniu z identyczną cewką z tradycyjnego przewodnika.
W pracy zaprezentowano kolejne kroki analizy numerycznej, prowadzące do konstrukcji prototypu cewki wykonanej z komercyjnie dostępnych taśm wykazujących nadprzewodnictwo II typu (taśmy HTS) oraz referencyjnej cewki miedzianej. Kolejne etapy analizy dotyczyły kriostatu, ewaluacji strat elektrycznych w taśmie HTS 1. oraz 2. generacji w zależności od orientacji zewnętrznego pola magnetycznego, optymalizacji ułożenia zwojów cewki na podstawie zdefiniowanej funkcji celu, a także symulacji schematu strojenia oraz dopasowania cewki do impedancji systemu MR. W przypadku cewek wykonanych z taśm HTS zaobserwowano poprawę SNR o 80-130% podczas pracy w ciekłym azocie, w porównaniu z temperaturą pokojową oraz 2-3 krotny większy przyrost SNR niż dla referencyjnej cewki miedzianej. Zastosowanie prototypowej cewki przedstawiono na przykładzie obrazowania nadgarstka ochotnika, uzyskując analogiczne wnioski ilościowe dotyczące SNR.
Superconducting transceiver coil for low field magnetic resonance imaging
For low field MRI systems, the thermal noise of the RF coil is predominant. Lowering the resistance of the coil should benefit the signal to noise ratio (SNR). This can be achieved using high temperature superconducting (HTS) materials. The dissertation describes steps followed to prepare the final prototype of a superconducting MRI coil made of commercially available HTS tapes. Numercial analysis was used to evaluate AC losses in HTS tapes in an external magnetic field, optimize the cryostat and the RF coil windings and matching sheme. A prototype has been built using HTS tapes of the 1. and 2. generation (tapes supplied by American Superconductor Company) and additionally a reference copper coil. Quality factors of these coils were measured using a spectrum analyzer. Temperature and humidity in the sample region were monitored to evaluate the safety of the cryogenic operation of the RF coils and cryostat setup, prior to imaging experiments. Phantom imaging was carried out in order to quantify the RF coil performance. The HTS tape coils operating in liquid nitrogen had a 80-130% SNR increase, relative to room temperature operation. This was 2-3 times better compared to the reference copper coil. Based on phantom images a mean SNR gain of 2.75-times was achieved. As an example of biomedical application wrist imaging had been done, showing similar improvement in SNR. __
