Magnetic resonance imaging with the use of an atomic magnetometer

Tematem niniejszej pracy licencjackiej jest przeprowadzenie eksperymentu obrazowania metodą rezonansu magnetycznego z użyciem magnetometru atomowego w niskim polu magnetycznym. Część eksperymentalna pracy została poprzedzona wstępem teoretycznym, w której przybliżono najpierw podstawowe informacje na temat jądrowego rezonansu magnetycznego jako techniki eksperymentalnej oraz jego znaczenia w świecie nauki oraz medycyny. Następnie wprowadzono początkowe informacje o przeprowadzeniu eksperymentu w niskim polu magnetycznym oraz opisano krótką historię rezonansu magnetycznego wraz ze zwięzłym wyjaśnieniem poszczególnych, pionierskich eksperymentów. Część teoretyczna zawiera również opis najważniejszych fizycznych procesów zachodzących w trakcie pomiaru jądrowego rezonansu magnetycznego oraz opis w jaki sposób jądrowy rezonans magnetyczny służy do uzyskania obrazu. W końcu, opisano metodę obrazowania przy pomocy rezonansu magnetycznego w niskim polu magnetycznym, gdzie wyjaśniono sposób na przemierzenie trudności związanych z obrazowaniem w niskim polu magnetycznym oraz metody analizy danych. W części eksperymentalnej przedstawiono konstrukcje układu eksperymentalnego, który znajduje się w Zakładzie Fotoniki IF Uniwersytetu Jagiellońskiego, wraz z charakterystyką przeprowadzanych tam pomiarów. Zaprezentowano wyniki wykonanych doświadczeń począwszy od kalibracji układu a skończywszy na obrazowaniu metodą rezonansu magnetycznego. W podsumowaniu zawarto informacje o wynikach pomiarów, ograniczeniach tej metody obrazowania i jej perspektywach na przyszłość.

The subject of this bachelor thesis is to conduct a magnetic resonance imaging experiment in a low magnetic field with the use of an atomic magnetometer. The experimental part of the work is preceded by a theoretical introduction, beginning with the basic knowledge about nuclear magnetic resonance as an experimental technique and its importance in the world of science and medicine. This is followed by introductory information on the conduct of NMR experiments in low magnetic field and a short historical part of NMR in general along with a brief explanation of some pioneering experiment. The theoretical part also describes the most important physical processes taking place during the measurement of nuclear magnetic resonance and a description of how nuclear magnetic resonance is used to obtain an image. Finally, the low-field magnetic resonance imaging method is described, which explains how to overcome the difficulties associated with low magnetic field imaging and how to analyze the data. The experimental part presents the construction of the experimental system, which is located in the Department of Photonics IF of the Jagiellonian University, along with the characteristics of measurements carried out there. Subsequently, the results of the experiments, beginning with the calibration of the system and ending with the magnetic resonance imaging are presented.The conclusion provides information about outcome of the experiment, the technical limits of the technology and its prospects for the future.