TARIFNAME BIR MANYETIK REZONANS GORUNTULEME CIHAZI IÇIN ÇOK KANALLI, TUMLESIK MRG VERICI SISTEMI Teknik Alan Bu bulus, manyetik rezonans görüntüleme (MRG) cihazlarinda görüntüleme ainaçli olarak vücut içerisindeki hidrojen atomlariiiiii manyetik spin vektörlerini uyarmak için kullanilaii RF verici sargi sistemleri ile ilgilidir. Bulus ile konvansiyonel RF verici sisteminde kullanilan tek kanalli pasif sargi yerine sargi üzerinde aktif elektronik modüller olan, çok kanalli, yenilikçi bir aktif MRG verici sargi dizisi anlatilmaktadir. Onceki Teknik Teknigin bilinen durumunda yer alan uygulamalarda 1.5T (Tesla) ve 3T konvansiyonel MRG sistemlerinde RF verici sargi olarak kus-kafesi sargisi kullanilmaktadir. Bu sargi silindirik bir yapida olup, üzerinde fiziksel olarak 90 derece açi bulunan iki besleme kanali mevcuttur. Bu iki kanal, aralarinda 90 derece faz olan RF sinyalleri ile beslenmektedir. MR sinyalleri önce bir sinyal üreteci ile üretildikten sonra tek bir yüksek güçlü analog RF güç yükselteci ile kuvvetlendirilip MRG cihazinin içinde bulundugu Faraday kafesine analog iletiin hatlari üzerinden tasinmaktadir. Bu kuvvetlendirilmis MR sinyali, MR odasi içinde 90 derece es faz yollu RF bölücü devresinden geçirilerek kus-kafesi antene iletilmektedir. Bu sistemde, iki kanal arasindaki faz degistirilememekte ve birbirinden bagimsiz olarak frekans ve genlik ayarlainasi yapilamainaktadir. 1.5T ve 3Tiden daha yüksek DC inaiiyetik alana sahip cihazlarda ise verici dizileri kullanilmaya baslanmistir. Bu verici dizilerinin genel olarak kullanilmaya baslanmasindaki amaç, 3Tsden sonra görüntülenen hedef üzerinde ortaya çikan RF manyetik alan dokusunun degisimindeki artistir. Bu RF manyetik alan degisiminin en az indirgenmesi ile manyetik alanin RF sargi içinde homojen olabilmesi kritiktir. Bu homojeniteyi saglamak için çok kanalli RF verici sargi dizileri yüksek DC manyetik alana sahip MRG sistemlerinde kullanilmaya baslanmistir. Mevcut durumda RF verici sargi dizileri klinik kullanima giris asamasindadir. Literatürde bu verici diziler 32 kanala kadar çikabilmekte ve her bir kanalin kendisine ait bir RF güç yükselteci bulunmaktadir. Bu durum mevcut RF güç yükselteç modüllerinin istenilen kanal sayisi kadar artirilmasi ile elde edilmektedir. Yeni dizi mimarisinde MR güç yükselteçlerinin genlik, faz ve frekans degerleri birbirinden bagimsiz sekilde ayarlanabilmesine ragmen MR sinyali MRG cihazinin bulundugu Faraday kafesinin disinda kuvvetlendirilip oda içine analog olarak tasinmaktadir. Bu durumda da içeri tasinan kanal ve dolayisiyla RF kablo sayisi arttigi için kablolar arasi kuplaj ve RF girisim nedeniyle MR görüntü performansinda kayip yasanmaktadir. Literatürde bu probleme çözüm olarak sargi üzeri anahtarlamali güç yükselteçler ve üretilen sinyalin faraday kafesi disindan içeriye optik olarak tasinmasi önerilmistir. Bu çalisinalarda ise her kanal için tasiyici ve zarf sinyali optik olarak tasinmakta ve her kanal için iki adet optik kablo gerekmektedir. Bulus ile Çözülen Sorunlar Bu bulus, mevcut MRG cihazlarinin vücut içerisindeki manyetizasyon vektörlerini uyarmak için kullanilan radyo frekans (RF) sargilara alternatif olarak tasarlanmistir. Yapilan sargi dizisinde her bir elemanin üzerine sayisal girisli ve analog çikisli birer RF güç yükselteç modülü yerlestirilmistir. RF güç yükselteç modülü, girisinden diferansiyel veya tek uçlu olarak gelen sayisal modülasyonlu RF sinyali alan ve modül içinde analog sinyale dönüstürüp kuvvetlendirerek modül çikisina veren birimdir. RF güç yükselteç modülü RF sargi üzerine yerlestirilmistir. Her bir RF güç yükselteç modülü birbirinden bagimsiz olarak DSM (Delta Sigma Modulasyon) temelli genlik, faz ve frekans modülasyonlu sayisal sinyallerle beslenmektedir. Böylece, yeni nesil MRG verici sistemlerinde bir adet yüksek güçlü RF güç yükselteci yerine dagitik iniinaride yerlestirilmis kanal sayisi kadar RF güç yükselteci kullanilmaktadir. Onerilen sistemde RF güç yükselteç modüllerini kontrol eden birim de Faraday kafesinin içerisine tasinmistir. Bu sayede kullanicidan alinan bilgiler ile birlikte MRG cihazindan gelen MR sinyali sayisal olarak faraday kafesi içerisine tek bir fiber optik kablo ile tasinmaktadir. Uretilecek sinyale dair bilgiler isiginda faraday kafesi içersinde bulunan sinyal modülatörü her kanal için gerekli sinyali üretir ve RF güç yükselteç modüllerine dagitir. Bu sayisal RF güç yükselteç inodüllerinin çikis genlik, faz ve frekans bilgileri birbirlerinden bagimsiz ve sayisal olarak kontrol edilebilmekte ve degerleri degistirilebilmektedir. Bunun yani sira her bir RF güç yükselteç modülü tarafindan sargilara uygulanan RF sinyalleri ve sargilardan geri yansimalar hasta güvenligi ve hata kontrolü için modül içerisine yerlestirilmis kuplörler vasitasiyla analogtan sayisala çeviricilere (ASÇ) aktarilarak sinyal modülatörü ve koiitrol birimine aktarilir. Bu birimden ise yine optik olarak faraday kafesi disarisina iletilir. Bulusun bir diger 'Özelligi ise her bir sargi elemaninin girisinde uygulanan sinyalleri ve geri beslemeleri ölçebilen yapi sayesinde sargi dizisi sisteminin aktif S- parainetreleri dinamik olarak ölçülebilmektedir. Sargi sistemlerinde içeriye giren hastaya bagli olarak s-parametreleri degismektedir. S-parametrelerindeki bu degisiklikler sargi dizilerinde her bir elemana uygulanacak voltajin her seferinde düzeltilmesini gerektirmektedir. Onerilen sistemde ise her hasta için yapilacak bir s-parametresi ölçümü ardindan sargi elemanlari üzerinde istenilen akimlarin olusmasi için gerekli düzeltmeler yapilabilmektedir. Bunun yani sira kuplörler kullanilarak sargi dizisi elemanlarina uygulanan RF sinyalin gücü ve her bir dizi elemaniiidan geri yansiyan sinyal gücü Ölçülerek operasyon boyunca sürekli Sentetik Emilme Orani (Synthetic Absorptioii Rate) 'Ölçümü yapilarak güvenlik taramasi yapilabilmektedir. Bulusun mevcut uygulamalardan en önemli farki RF verici sargisina kadar tüin yapinin sayisal olmasina bagli olarak mevcut uygulamalardaki kanal sayisi kadar RF kablonun oda içine tasinmasi nedeniyle ortaya çikan RF kupla j ve oda disindaki gürültü kaynaklarinin oda içine tasinmasindan ötürü olusan girisim kaynakli bozucu etkilerinin optik seri iletim hatti kullanilarak en aza indirgenmesidir. Sistemde sinyal üretici modülatörlerinin de oda içerisine tasinmasi sayesinde bir çok kanal tek bir fiber optik hat ile kontrol edilebilmektedir. Sistemin tamamen sayisal olmasi, sisteme yüksek bir programlanabilme esnekligi katmaktadir. Delta sigina modülasyonu kullanilarak tek bir RF darbesi birden fazla farkli frekansta tasiyici sinyal ile inodüle edilebilmekte, bu da MRG sirasinda tek darbe ile çok sayida kesit seçiini yapilarak hizlanma saglamaktadir. Ayrica konvansiyonel sistemlerdeki yüksek maliyetli ve yüksek çikis güçlü tek bir analog RF güç yükselteci yerine daha düsük güçte ve dagitik mimaride yerlestirilmis sayisal RF güç yükselteçleri kullanmak, hem maliyet hem de güç yükselteci arizasi durumunda yeterli performansta çalisinaya devam edebilme avantaji getirmektedir. Bulusun Ayrintili Açiklamasi Bu bulusun amacina ulasmak için gerçeklestirilen bir manyetik rezonans görüntüleme cihazi için çok kanalli RF verici sargi dizisi sistemi, ekli sekillerde gösterilmis olup bu sekiller; Sekil 1. Manyetik rezonans görüntüleme cihazi için RF verici sisteminin sematik görünüsüdür. Sekil 2. RF güç yükselteç modülünün iç yapisinin sematik görünüsüdür. Sekillerdeki parçalar tek tek numaralandirilmis olup, bu numaralarin karsiligi asagida verilmistir. Çok kanalli RF verici sistemi Manyetik rezonans görüntüleme cihazi Sargi dizisi 9959!" Kontrol cihazi 4.1. Arayüz kontrol bilgisayari 4.2. MRG kontrol bilgisayari Arayüz kontrol modülü Sinyal modülatörü ve kontrol modülü Fiber optik hat Güç/veri dagitim modülü RF sürücü modülü . Güç yükselteç modülü .1. Güç yükselteç blogu .2. Kuplör .2.1. Iletilen güç ölçüm kanali 11. Geri besleme hatti 11.1. RF anahtarlama modülü 11.2. Demodülatör modülü 12. Güç kaynagi F. Faraday kafesi N. Görüntülenecek obje Bir manyetik rezonans görüntüleme cihazi (2) için çok kanalli RF verici sistemi (1), en temel halinde; - bir manyetik rezonans görüntüleme cihazi (2) içerisinde bulunan, N adet elemana sahip, çok kanalli bir RF sargi dizisi (3), - kullanici tarafindan manyetik rezonans görüntüleme cihazinin (2) kontrol edilmesini saglayan, kullanicidan gerekli sistem parametrelerinin alinmasi için bir veri giris arayüzüne sahip olan, manyetik rezonans görüntüleme cihazinin (2) tüin birimlerinin es zamanli olarak çalismasi için gerekli olan tetik ve saat sinyallerini üretmesi ve gerçeklestirilecek görüntüleme senaryosuna göre kullanici ya da bir algoritma tarafindaii seçilmis RF sargi dizisinin (3) her bir kanali için gerekli giris verilerini sentezlemesi için uyarlanmis bir kontrol cihazi kontrol cihazinda (4) kullanici tarafindan olusturulan görüntüleme senaryosuna göre temel bant MRG sinyal sekansini üretmesi için uyarlaninis bir arayüz kontrol modülü (5), kontrol cihazindan (4) gelen tetik ve saat sinyallerini kullanarak manyetik rezonans görüntüleme cihazi (2) ile senkron çalisan, arayüz kontrol modülünde (5) üretilen temel bant MRG sinyal sekansini alarak sayisal modülasyon teknigi ile daha önce belirlenmis bir RF tasiyici frekansa yükseltmesi ve bu sayisal RF modülasyonlu sinyali RF sargi kanallarina iletmesi için uyarlanmis bir sinyal modülatörü ve kontrol modülü (6), arayüz koiitrol modülünden (5) sinyal modülatörü ve kontrol modülüne (6) iletilecek sinyallerin tasinmasini saglayan bir fiber optik hat (7), sinyal modülatörü ve kontrol modülü (6) tarafindan olusturulan sayisal RF modülasyonlu MRG sinyal sekaiisiiii tamponlayarak bir RF sürücü modülü (9) üzerinden RF sargi dizisi (3) üzerindeki bir RF güç yükselteç modülüne (10) ileten ve RF sargi dizisi (3) üzerindeki bu RF güç yükselteç modülü (10) için gerekli DC gücü filtreleyerek bu modüle aktaran bir güç/veri dagitiin modülü güç/veri dagitiin modülünden (8) gelen istenilen modülasyon, faz ve genlik degerlerini tasiyan sayisal RF modülasyonlu MRG sinyal sekansini bir filtre kullanarak analog sinyale çeviren; ve güç verimliligini artirmak için bir dinamik zarf modülatör devresi kullanarak MRG sinyal sekansini kuvvetlendiren; verimli sekilde kuvvetlendirilmis analog MRG sinyalini RF sargi dizisinin (3) elemaninlarina ileten, sargi dizisine (3) tümlesik ve sargi dizisinin (3) kanal sayisi kadar güç yükselteç blogundan (10.1) olusan bir RF güç yükselteç RF güç yükselteç modülü (10) girisindeki sinyal seviyesini istenilen güç seviyesine getirip RF güç yükselteç modülünü (10) süren bir RF sürücü modülü her bir RF güç yükselteç blogu (10.1) çikisinda bulunan ve hem kuvvetlendirilip herbir sargi dizisi elemanina iletilen; hem de herbir sargi dizisi elemanindan geri dönen gücü geri besleme hatti üzerinden demodülatör modülündeki (11.2) analog sayisal çeviricilere gönderen bir adet RF kuplör (10.2), - güç yükselteç modülü (10) tarafindan sargi dizisine (3) verilen RF sinyalde olusabilecek hatalarin izlenmesi ve düzeltilmesi için verisi okunacak kanallari seçen bir RF anahtarlama modülü (1 1 .1) ve seçilen kanallardan alinan sinyalleri bir analog sayisal çevirici ile temel banda indirerek sinyal modülatörü ve kontrol modülüne (6) gönderen bir demodülatör modülünden (1 1.2) olusan bir geri besleme hatti (1 l), - güç/veri dagitim modülü (8) tarafiiidaii dagitilacak gücü saglayan bir güç kaynagi (12) içerinektedir. Sekil 1,de manyetik rezonans görüntüleme cihazi (2) için RF sargi dizisi (3) üzerine yerlestirilmis çok kanalli RF verici donanimini içeren yenilikçi sistemin blok semasi verilmistir. Bu sistemde, bir faraday kafesi (F) içerisinde bir manyetik rezonan görüntüleme cihazi (2) ve sinyal modülatörü ve kontrol modülü (6) bulunmaktadir. Söz konusu manyetik rezonans görüntüleme cihazi (2); çok kanalli RF sargi dizisi (3); bu RF sargi dizisi (3) ile tümlesik bir güç yükselteç modülü (10); güç yükselteç modülüne (10) bagli bir RF sürücü modül (9); sinyal modülatörü ve koiitrol modülü (6) ve RF sürücü modülüne (9) bagli bir güç/veri dagitim modülü (8); ve sinyal niodülatörü ve kontrol modülü (6) ile güç yükselteç modülüne (10) bagli bir geri besleme hattindan (1 l) olusmaktadir. Söz konusu faraday kafesinin (F) disinda ise, sinyal modülatörü ve kontrol modülüne (6) bagli bir arayüz kontrol modülü (5); arayüz kontrol modülüne (5) bagli bir kontrol cihazi (4); ve güç/veri dagitim modülüne (8) bagli bir güç kaynagi (12) bulunmaktadir. Bulusun tercih edilen bir uygulamasinda manyetik rezonans görüntüleme cihazi (2) için gelistirilmis çok kanalli sargi dizisinin (3) her bir elemani, kendisini sürecek olan sayisal girisli ve analog çikisli bir RF güç yükselteç bloguna (10.1) sahiptir. Güç yükselteç inodülündeki (10) söz konusu her bir RF güç yükselteç blogu (10.1), birbirinden bagimsiz olarak DSM tabanli genlik, faz ve frekans modülasyonlu sayisal sinyallerle sürülebilmektedir. RF sargi dizisine (3) gönderilmek istenen RF sinyalleri, güç yükselteç modülüne (10) kadar sayisal olarak modüle gelmekte ve güç yükselteç modülü (10) tarafindan söz konusu sayisal modüle edilmis sinyal, analog RF sinyaline çevrilerek kuvvetlendirilip, iletilen güç ölçüm kanali (102]) üzerinden RF sargi dizisinin (3) elemanlarina gönderilmektedir. Manyetik rezonans görüntüleme cihazinda (2) kullanilan sargilar, yüksek Q faktörüne sahip dar bantli olduklarindan çikis sinyalinin Sinyal Gürültü Orani°n1 iyilestirmektedir. Yeni çok kanalli RF verici sisteminin (1) manyetik rezonans görüntüleme cihazi (2) ile senkron olabilmesi için gerekli tetik ve saat sinyalleri kontrol cihazindan (4) sinyal modülatörü ve koiitrol modülüne (6) aktarilir. Arayüz kontrol modülü (5) araciligiyla kullanici tarafindan kontrol cihazi (4) üzerinde bir veri giris arayüzü (örnegin fare, klavye ve/veya dokunmatik ekran...) kullanilarak belirlenen sistem parametreleri (örnegin kanal seçimi, seçilen kanallarin faz, genlik, frekans ve RF darbe zarf sekli bilgileri vb. kullanici tarafindan girilen kanallar arasi ayarlamalar) de toplanarak önce arayüz kontrol modülüne (5); orada aktarilan bilgilere göre olusturulan temel bant MRG sinyali fiber optik hatlarla (7) sinyal niodülatörü ve kontrol modülüne (6) gönderilir. Sinyal modülatörü ve kontrol modülü (6), arayüz kontrol modülünden (5) gelen modülasyon, genlik, faz, frekans ve darbe zarf sekli verisini radyo frekaiisa modüle ederek her kanala uygulanacak sinyali olusturur ve güç/veri dagitim modülüne (8) aktarir. Güç/veri dagitiin modülü (8) gelen sayisal sinyalleri tainponlayarak ilgili RF sürücü modülüne (9) dagitmaktadir. RF sürücü modülü (9) tarafindan sürülen güç yükselteç modülü (10) istenilen modülasyon, faz ve genlik degerlerini tasiyan sinyali sargi dizisinin (3) elemanlarina ulastirir ve bu sekilde görüntülenecek bölgede istenilen uyariin dagilimi olusturulur. Yukarida bahsedilen islemler sürerken, RF anahtarlama modülü (1 1.1) ve demodülatör modülünden (1 1.2) olusan geri besleme hattindaki (l 1) her bir RF güç yükselteç modülü (10) çikisindan bir kuplör (10.2) ile dönen güç ölçüm kanali (102.2) üzerindeii aliiian MRG sinyal örnegi, geri besleme hattindaki demodülatör modülü (1 1.2) içindeki analog sayisal çeviriciler vasitasiyla sayisal sinyale çevrilip, sinyal modülatörü ve kontrol modülü (6) tarafindan islenerek hem MRG sirasinda hasta güvenligini kontrol etmek için hem de verilen MRG sinyalinde olusabilecek hatalarin izlenmesi/düzeltilmesi için, arayüz kontrol modülü (5) üzerinden kontrol bilgisayarina (4) iletilir. Kontrol bilgisayari (4) da, gelen bu veriler dogrultusunda sargi dizisinin (3) S-parametrelerini hesaplamakta ve sargi dizisinin (3) elemanlarinin üzerinde istenilen akimlarin olusmasi için sinyal üretebilmektedir. Bulusuii bir uygulamasinda koiitrol cihazi (4) tek bir bilgisayar olarak tasarlanmistir. Bulusun bir diger uygulamasinda ise söz konusu kontrol cihazi (4) tek bir bilgisayar yerine, bir arayüz kontrol bilgisayarindaii (4.1) ve bu arayüz kontrol bilgisayarina (4.1) bagli olan, halihazirda mevcut inaiiyetik rezonans görüntüleme cihazlarinda (2) kullanilan MRG kontrol bilgisayarindan (4.2) olusmaktadir. Bulusuii bu uygulamasinda, MRG kontrol bilgisayari (4.2), manyetik rezonans görüntüleme cihaziniii (2) tüni birimlerinin es zamaiili olarak çalismasi için gerekli olan tetik ve saat sinyallerini üreten ve kullanici tarafindan manyetik rezonans görüntüleme cihazinin (2) kontrol edilmesi için bir veri giris arayüzüne sahip olan birimdir. Arayüz kontrol bilgisayari (4.1) ise, kullanicidan gerekli sistem parametrelerinin alinmasi için bir veri giris arayüzüne, MRG koiitrol bilgisayarina (4.2) baglanmasi için bir veri arayüzüne sahip olan, gerçeklestirilecek görüntüleme seiiaryosuna göre kullanici ya da bir algoritma tarafindan seçilmis RF sargi dizisinin (3) her bir kaiiali için gerekli giris verilerini sentezleyen, bir diger ifadeyle her bir sargi kanalini ayri ayri programlayan birimdir. TR TR TR TR TR TR TR TR