64MHzで動作するように設計されたローパスバードケージコイルをシミュレートし、無負荷と負荷の両方の状態におけるB磁場を示す。異質な人体頭部モデルで負荷をかけた場合、XFdtdの生体温度センサーを使用して、コイルの磁場にさらされることによる温度上昇を計算。
論文[1]に記載されているように、コイルは図1に示す直径27cm、長さ22cm、シールド直径34cmの16段低域通過バードケージコイルである。他の構成はこの基本設計に若干の変更を加えることで容易に構築できるため、この例では論文にある従来の構成のみを検討する。コイル形状は、XFdtdのPrOGrid Project Optimized Griddingを使用して、セルサイズを変えながら離散化しています。さらに、XACT Accurate Cell Technologyを使用して、コイルのすべての部分の曲率を分解しています。図 2 は、コイルの一部の FDTD メッシュを XACT で表現したものです。高解像度の人体モデルは、負荷シミュレーションのためにコイルにロードされます。
図1：従来のシールドを用いたローパスバードケージコイルのCAD図。
図2：コイル形状の一部のPrOGridとXACTメッシュ。
鳥かごの各段にはギャップがあり、そこに位相が形状内の段の角度位置に一致する位相電圧源が追加される。センサは、形状の2つの平面における定常状態のB磁場を保存するように設定され、シミュレーションは64MHzの正弦波をソース信号として実行される。
最初のシミュレーションに続いて、無負荷コイルを使用した場合の｜B1+｜と｜B｜磁場をそれぞれ図3と図4に示します。図 3 と図 4 からわかるように、コイルの中心を通る磁場は、望ましい対称性を示しています。磁場を表示するすべての図において、コイルへの入力電力を1Wに調整し、平面中央の磁場をよりよく可視化するためにスケールバーを設定した。
図3：|無負荷コイルの軸方向平面上のB1+と平衡磁場分布。
図4：無負荷コイルにおける矢状面のB。
次に、Remcom社のVariposeソフトウェアで抽出された可視人頭のモデルが、図5の3Dビューに示されているように、鳥かごをロードするために使用される。図6と図7に、コイル内の頭部のメッシュの軸方向と矢状方向の平面図を示します。
図5：人間の頭部を載せたコイル。
図6：ヘッドの軸方向平面とコイル形状のPrOGridメッシュ表現。
図7：頭部矢状面のPrOGridメッシュ表現とコイル形状。
図8と図9にそれぞれ、負荷コイルを用いた2回目のシミュレーションと、負荷コイルを通過した｜B1+｜磁場とB磁場を示す。予想通り、人間の頭部が入ることでB1+フィールドが乱れる。この論文では、他の3つのエンドリング／シールド構成について同様の解析を行い、従来の構成が無負荷コイルでは最も均質性が高いが、負荷がかかると最も均質性が低くなることを見出している。
図8：妨害磁場分布を示す負荷コイルの軸平面上の｜B1+｜。
図9：負荷コイルの矢状面のB。
負荷コイルのシミュレーション中、熱センサーは鳥かごからの放射磁場の影響による頭部内の温度上昇を測定した。熱解析では、組織内の散逸電力による発熱、代謝過程による発熱、血液の灌流による冷却を考慮しています。図10と11では、顔の前面の目と鼻の付近で最も温度が上昇しているが、頭蓋骨の下の脳の付近でも加熱が見られる。1Wの入力に対する最大温度上昇は非常に小さく、3分間の照射で0.05度未満である。
図10：頭部の矢状面における鳥かご型コイルからの温度上昇。
図11：ヘッド軸方向のバードケージコイルからの温度上昇。
参考
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Wanzhan Liu, Christopher M. Collins, Pamela J. Delp, and Michael B. Smith, "Effects of End-Ring/Shield Configuration on a Homogeneity and Signal-to-Noise Ratio in a Birdcage-Type Coil Loaded With a Human Head,"Magnetic Resonance in Medicine,no.51, pp.217-221, 2004.
