Modeling RF heating of active implantable medical devices during MRI using safety index
Vücuda takılabilen tıbbi elektronik üreteçlerin MR görüntülenmesinin güvenlik indeksi kullanılarak radyo frekans modellendirilmesi
- Tez No: 199472
- Danışmanlar: PROF. DR. ERGİN ATALAR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: MR Görüntüleme, RF Isınma, Elektronik Üreteçler, RFGüvenlik, Güvenlik İndeksi, Çeyrek Evre Kuş Kafesi Sargısı.vi, MRI, RF heating, Active Implants, RF Safety, Safety Index, Quadrature Birdcage Coiliv
- Yıl: 2007
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 87
Özet
5MR görüntüleme güvenli bir görüntüleme tekniği olarak bilinmektedir. Fakatkalp pili ve derin beyin uyarıcıları gibi tıbbi elektronik üreteçler taşıyan hastalariçin tehlikeli olabilir. Bunun temel nedeni elektronik üreteçlerin kablolarındabulunan elektrotların radyo frekans (RF) dalgalar nedeniyle ısınmasıdır.Geçmişte bu problem insan modelleri, hayvanlar ve insanlar üzerinde yapılandeneylerle analiz edilmiştir. Ancak bu üreteçlerin elektrotlarında meydana gelensıcaklık artışı teorik olarak analiz edilmemiştir. Bu tezde, üreteçlerin güvenlikindeks'ini yaklaşık olarak hesaplayan basit bir formül türetilmiştir. Güvenlikindeks'i vücutta üreteç varken meydana gelen sıcaklık artışının, üreteç olmadığızaman dokuda depolanan birim enerjiye oranı olarak tanımlanmaktadır.Bu amaçla, analitik çeyrek evre kuş kafesi sargı modeli geliştirilmiş vevücuda boylamsal düşen elektrik alan dağılımı aşağıdaki gibiformülleştirilmiştir:E z ( R) = â Ï Âµ H â Rbu formülde Ï açısal frekansı, µ dokunun manyetik geçirgenliğini, H- RFmanyetik alanın sol el kuralına göre dönen bileşenini ve R vücudunmerkezinden olan radyal uzaklığı simgelemektedir. Bu formül simulasyonlar vevinsan modeli deneyleriyle sorgulanmıştır. Bu modelin analitik, simulasyon vedeney sonuçları büyük oranda uyuşmaktadır.Bu formülasyona dayanarak kısa kablolu elektronik üreteçlerin Güvenlikİndeks (Gİ) formülü aşağıdaki gibi türetilmiştir:âTmax 1 2Rl + Ae jθSI = = f ( Dv)SARpeak 2α ct Rb2Bu formülde âTmax dokudaki maksimum sıcaklık artışını, SARpeak vücutta üreteçyokken biriken maksimum gücü, α dokudaki yayılma gücünü, ct dokununsıcaklık kapasitesini, Rb vücudun yarı çapını, R vücudun merkezinden olanradial uzaklığı, l üretecin kablo uzunluğunu, A kablonun eğrilik alanını, θüretecin kablo eğrisinin radyal eksenle yaptığı açıyı ve f(Dv) elektrot çapına veperfüzyona bağlı olan perfüzyon düzeltme faktörünü simgelemektedir. Güvenlikindeks formülü simulasyonlarla test edilmiştir. Simulasyon sonuçları teorikgüvenlik indeks formülünün yaklaşık olarak kısa kablolu üreteçlerin RF ısınmaproblemini açıkladığını göstermiştir.Bu tezde türetilen güvenlik indeks formülü kısa kablolar için geçerlidir.Uzun kablolar için olan formül üzerinde çalışmalar devam etmektedir. Kısakablolarla elde edilen sonuçlar üreteçleri olan hastaların güvenliği içingenellenemese de, inanıyoruz ki bu çalışma bu hastaların güvenliği içinyapılacak olan çalışmalara öncü nitelik taşımaktadır. Güvenlik indeksinigüvenlik ölçütü olarak kullanmak, MR tarayıcının tahmin ettiği vücutta üreteçyokken depolanan gücü kullanarak hesaplandığı için elektronik üreteçleri olanhastaların güvenliğini sağlamak açısından oldukça faydalıdır. Bu formülasyongüvenlik indeksini güvenlik ölçütü olarak almanın ne kadar faydalı olduğunugöstermek açısından elektronik üreteçlerin RF ısınması üzerine yapılan ilkçalışmadır.
Özet (Çeviri)
Magnetic Resonance Imaging (MRI) is known as a safe imagingmodality that can be hazardous for patients with active implantable medicaldevices, such as a pacemakers or deep brain stimulators. The primary reason forthat is the radio frequency (RF) heating at the tips of the implant leads. In thepast, this problem has been analyzed with phantom, animal and humanexperiments. The amount of temperature rise at the lead tip of these implants,however, has not been theoretically analyzed. In this thesis, a simpleapproximate formula for the safety index of implants, which is the temperatureincrease at the implant lead tip per unit deposited power in the tissue without theimplant in place, was derived.For that purpose, an analytical quadrature birdcage coil model wasdeveloped and the longitudinal incident electric field distribution inside the bodywas formularized as follows:E z ( R) = â Ï Âµ H â Rin which Ï is the angular frequency, µ is the magnetic permeability of the tissue,H- is the left hand rotating component of the RF magnetic field and R is theradial distance from the center of the body. This formula was examined bysimulations and phantom experiments. The analytical, simulation andexperimental results of that model are in good agreement.iiiThen, depending on the quadrature birdcage coil model safety index (SI)formula for active implants with short leads was derived as shown below:âTmax 1 2Rl + Ae jθSI = = f ( Dv)SARpeak 2α ct Rb2where âTmax is the maximum temperature increase in the tissue, SARpeak is themaximum deposited power in the body when there is no implant in the body, αis the diffusivity of the tissue, ct is the heat capacity of the tissue, Rb is radius ofthe body, R is the radial distance from the center of the body, l is the length ofthe implant lead, A is the area of the curvature of the lead, θ is the angle thatcurvature of the implant makes with the radial axis, and f(Dv) is the perfusioncorrection factor, which is function of the diameter of the electrode andperfusion. The safety index formula was tested by simulations. Simulationresults showed that the theoretical safety index formula approximates andidentifies the RF heating problem of active implants with short leads accurately.The safety index formula derived in this thesis is valid for only shortwires. However, the formulation for long wires is currently under investigation.Despite the fact that the results obtained for short leads can not be generalizedfor the safety of patients with active implants, it is believed that this study is thefirst step towards safety of these patients. Using safety index as a measure ofsafety is very beneficial to ensure the safety of patients with active implants.Because, it uses the MR scanner-estimated deposited power that does not takethe existence of the implant in the patient body into account. This formulation isthe first study illustrating the advantage of the safety index metric for RFheating studies of active implants.
Benzer Tezler
- Analysis of current induction on thin conductors inside the body during mri scan
Mrg tarama sırasında vücudun içindeki ince iletkenler üzerinde oluşan akımların analizi
VOLKAN AÇIKEL
Doktora
İngilizce
2014
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERGİN ATALAR
- Self-organized network management model for next generation wireless heterogeneous systems
Yeni nesil kablosuz çoktürel sistemlerde kendini düzenleyen ağ yönetim modeli
ÖZGÜR UMUT AKGÜL
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. BERK CANBERK
- Multiscale electro-thermal modeling of AlGaN/GaN heterostructure field effect transistors
Başlık çevirisi yok
FATMA NAZLI DÖNMEZER
- İnsan kafası modeli üzerinden elektromagnetik limitlerin belirlenmesi
Determination of electromagnetic limits on human head
SELÇUK YILDIRIM
Yüksek Lisans
Türkçe
2003
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. SELÇUK PAKER
- Comprehensive investigation of plasma behavior in diverse gas discharge phenomena: Fluid modeling, chaotic dynamics, and synchronization
Çeşitli gaz deşarj olaylarında plazma davranışlarının kapsamlı incelemesi: Akışkan modelleme, kaotik dinamikler ve senkronizasyon
CİHAN YEŞİL
Doktora
İngilizce
2023
Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL RAFATOV