Developent of an improved B0-shim method on the 7 tesla Magnetom Terra MRI scanner

Abstract

Magnetresonanstomografi avhenger av et svært homogent og statisk magnetfelt for å unngå bildeforvrenginger og tap av signalstyrke. Prosedyren som retter opp små variasjoner i skannerens hovedmagnetfelt kalles B0-shimming, og kan gjennomføres ved å optimalisere strømmen som gis til skannerens shim-spoler. Disse shim-spolene generer magnetfelt som kan kombineres for å motvirke de underliggende B0-inhomogenitetene. Målet med dette prosjektet var å erstatte leverandørens shim-metoden på Siemens’ 7 tesla Magnetom Terra skanner, som har vist seg å ikke være optimalisert. Vi har utviklet en dobbel-ekko gradient-ekko sekvens for å måle variasjonene i B0-feltet, med det underliggende målet om å gjøre utlesningen av de to ekkoene så like som mulige. Repetisjonstiden og endringshastigheten til gradientene ble justert for å minimalisere bidraget av eddy-strømmer i den resulterende B0-kartet. Etter at skannerens shim-spoler var kalibrert, ble optimaliseringskoder fra et annet prosjekt benyttet for å beregne den optimale shim-strømmen til hver spole. Kalibreringen ble gjort ved å representere feltet fra hver shim-spole som en lineærkombinasjon av sfærisk-harmoniske funksjoner opp til 4. orden. Den endelige shim-prosedyren ble sammenlignet med metoden til leverandøren ved å teste dem på hjernen til to uparede grupper av frivillige og så utføre en Wilcoxon rank-sum test på spredningen i det resulterende B0-kartet. Resultatet fra testen konstaterer tydelig at den nye shim metoden er signifikant bedre en metoden fra leverandøren.

Magnetic Resonance Imaging relies on a highly homogeneous static magnetic field in order to avoid image distortion and signal loss. The process of correcting for small magnetic field variations is called B0-shimming and can be performed by optimizing the currents given to the scanner's shim coils. These coils can superimpose a magnetic field that counteracts the underlying B0-inhomogeneities. The aim of this project was to replace the vendor provided shim method on the Siemens' 7 tesla Magnetom Terra scanner, that have been found to be non-optimized. We developed a dual-echo gradient echo sequence to measure the underlying B0-distribution, with the aim of making the conditions for each readout as similar as possible. The repetition time and gradient slew rate was adjusted to minimize the contribution of eddy currents occurring in the map. After the shim coils were calibrated, optimization codes from another project were availed to calculate the optimized shim current given to each coil. The calibration were done by representing each coil field by a linear sum of solid spherical harmonic functions up to 4th order. The finished shim procedure was compared against the vendor provided method by testing them on the brain of two unpaired groups of volunteers and conducting a Wilcoxon rank-sum test on the spread in the resulting B0-map. The test results clearly states that the new shim method provided a significantly better shim than the one provided from the vendor.