Analysis of current induction on thin conductors inside the body during mri scan
Mrg tarama sırasında vücudun içindeki ince iletkenler üzerinde oluşan akımların analizi
- Tez No: 379581
- Danışmanlar: PROF. DR. ERGİN ATALAR
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2014
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 73
Özet
Bu tezin amacı Manyetik Rezonans Görüntüleme (MRG) sırasında vücudun içindeki ince iletken yapılar üzerinde oluşan akımları analiz etmek için değiştirilmiş iletim hattı metoduna (MoTLiM) dayalı bir yöntem geliştirmektir. Vücuda yerleştirilebilen aktif tıbbi cihazlar modellenmiş ve bu cihazların radyo frekans alanları ile etkileşiminden kaynaklı doku ısınma problemi incelenmiştir. Ardından, MoTLiM kullanılarak toroidal alıcı verici anten kullanıldığında kılavuz teller üzerinde oluşan akımlar incelenmiştir. İlk olarak vücuda yerleştirilen implant tellerinin MoTLiM parametrelerini ölçmek için devre çözümletici ölçümlerinin kullanıldığı bir yöntem geliştirilmiştir. Daha sonra darbe üretgeç kılıfı ve elektrot kısımları voltaj kaynağı ve empedans olarak modellenmiştir. Voltaj kaynağı ve empedans değerleri MoTLiM ve momentler metodu (MoM) benzetimleri beraber kullanılarak bulunmuştur. Bu modelin geçerliliğini test etmek için MoM benzetimleri ve MR deneyleri kullanılmıştır. Teller üzerinde oluşan akımlar önerilen modeller ve MoTLiM kullanılarak çözülmüştür. Bu çözümler MoM benzetimlerinden elde edilen sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Sonrasında elektrot tele bir indüktör ile bağlanmıştır. Farklı indüktör değerleri için elektrot üzerinde harcanan güç MoTLiM ve önerilen model kullanılarak hesaplanmıştır. Harcanan güç sonuçları MoM benzetimlerinden elde edilen özgül soğurma hızı değerleriyle karşılaştırılmıştır. Sonrasında önerilen devre modelleri MR deneyleri ile test edilmiştir. Darbe üretgeç kılıfını test etmek için çıplak tel kılıfa bağlanarak tekdüze jelden yapılan doku modeli içerisine yerleştirilmiştir. Tel uzunluğu değiştirilerek tel ucundaki sıcaklık artışı ölçülmüştür. ölçülen durumlar için tel ucudaki güç MoTLiM ve devre modeli ile hesaplanmıştır. Elektrot modelinin testi için ise elektrot çıplak tele indüktör ile bağlanarak jel doku modelinin içerisinde MR cihazına yerleştirilmiştir. İndüktör değeri değiştirilerek elektrot ucundaki sıcaklık artışı ölçülmüştür. Aynı durumlar için elektrotta harcanan güç önerilen modelle hesaplanmıştır. İkinci olarak kılavuz telleri üzerlerinde oluşan akımların iletim hatlarındaki akımlara olan benzerliğinden faydalanarak kılavuz teller MoTLiM ile modellenmiştir. Yalıtımlı klavuz teller üzerindeki akımlar çözülmüştür ve etraflarında oluşan B1 manyetik alan hesaplanmıştir. Kılavuz tellerin uç kısmını soymanın uç görünürlüğünü üzerindeki etkisi incelenmiştir. Soyulmuş ve yalıtımlı tel sınırında manyetik alanda artış olduğu gösterilmiştir. Daha sonra kılavuz tel için karakteristik empedans tanımlanmiştir. Telin vücuda girdiği noktadaki empedans hesaplanmiştir ve bu empedansın karakteristik empedansa ulaştığı durumlarda tel görünürlüğünün yok olduğu elektromanyetik benzetimler ile gösterilmiştir. Son olarak da, eksendeş iletim hattı aparatı ile yapılan ölçümleri test etmek için MoTLiM tabanlı bir yöntem kullanılmıştır. Bu yeni yöntem doku modeli içerisindeki tellerin MR çekimi sırasında ısınmaya neden olmasından faydalanmaktadır. Bu ısınma, doku modelinin elektriksel özelliklerine bağlıdır. Tel uzunluğu ile ısınma arasında bir formül elde edilmiştir. Bu formül aynı zamanda doku modeli elektriksel özelliklerini de barındırmaktadır. Tel uzunluğu değiştirilerek yapılan ölçümlere bu formül uygulanarak doku modeli elektriksel özellikleri bulunmuştur ve iki yöntemden elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak bu tezde vücuda yerleştirilebilen aktif tıbbi cihazların radyo frekans güvenliğini incelemek için bir model geliştirilmiştir. Aynı model kılavuz tellerin güvenliği için de kullanılabilir. Ayrıca bu modelin kılavuz tellerin MRI çekimi sırasındaki görünürlürlüğünün analizinde de kullanılabilineceği gösterilmiştir. Son olarak da geliştirilen model doku modeli olarak kullanılan jellerin elektriksel özelliklerini ölçmek için kullanılmış ve daha önce geliştirilmiş olan eksendeş iletim hattı aparatı test edilmiştir.
Özet (Çeviri)
The aim of this thesis is to develop a method to analyze currents on thin conductor structures inside the body during Magnetic Resonance Imaging (MRI) scan based on Modified Transmission Line Method (MoTLiM). In this thesis, first, Active Implantable Medical Devices (AIMDs) are modeled and the tissue heating problem, which is a result of coupling between AIMD and incident Radio Frequency (RF) fields, is examined. Then, usage of MoTLiM to analyze the currents on the guidewires is shown by solving currents on guidewire when a toroidal transmit receive coil is used with guidewire. At first, a method to measure MoTLiM parameters of leads using a network analyzer is shown. Then, IPG case and electrode are modeled with a voltage source and impedance. Values of these parameters are found using the Modified Transmission Line Method (MoTLiM) and the Methods of Moments (MoM) simulations. Once the parameter values of an electrode/IPG case model are determined, they can be connected to any lead, and tip heating can be analyzed. To validate these models, both MoM simulations and MR experiments are used. The induced currents on the leads with the IPG case or electrode connections are solved using the proposed models and MoTLiM. These results are compared with the MoM simulations. In addition, an electrode is connected to a lead via an inductor. The dissipated power on the electrode is calculated using MoTLiM by changing the inductance and the results are compared with the specific absorption rate results that are obtained using MoM. Then, MRI experiments are conducted to test the IPG case and the electrode models. To test the IPG case, a bare lead is connected to the case and placed inside a uniform phantom. During a MRI scan the temperature rise at the lead is measured by changing the lead length. The power at the lead tip for the same scenario is also calculated using the IPG case model and MoTLiM. Then an electrode is connected to a lead via an inductor and placed inside a uniform phantom. During a MRI scan the temperature rise at the electrode is measured by changing the inductance and compared with the dissipated power on the electrode resistance. Second, based on the similarity between currents on guidewires and transmission lines, currents on the catheter are solved with MoTLiM. Current distributions on an insulated guidewire are solved and $B_1$ distribution along the catheter is calculated. Effect of stripping the tip on the tip visibility is analyzed. It is shown that there is an increase in the $B_1$ at the insulation and bare guidewire boundary. Then, a characteristic impedance is defined for the guidewires and impedance seen at the point where guidewire is inserted into the body is calculated. It is shown with EM simulations that if the impedance converges to the characteristic impedance of the guidewire, tip visibility of the guidewire is lost. At last, a new method to measure electrical properties of a phantom material is proposed. This method is used for validation of the coaxial transmission line measurement (CTLM) fixture, which is designed for measurement of electrical properties of viscous phantom materials at MRI frequencies, and which is previously presented by our group. The new method depends on the phenomena of the lead tip heating inside a phantom during MRI scan. Electrical properties of a phantom are influential on the relationship between tip temperature increase and the lead length. MoTLiM is used and the relationship between the lead length and the tip temperature increase is formulated as a function of conductivity and permittivity of the phantom. By changing the lead length, the tip temperature increase is measured and the MoTLiM formulation is fitted to these data to find the electrical properties of the phantom. Afterwards the electrical properties of the phantom are measured with the CTLM fixture and the results that are obtained with both methods are compared for an error analysis. To sum, electrical models for the IPG case and electrode are suggested, and the method is proposed to determine the parameter values. The effect of the IPG case and electrode on tip heating can be predicted using the proposed theory. An analytical analysis of guidewire with toroidal transceiver is shown. This analysis is helpful for better usage and improvements of toroidal transceiver. Also, MoTLiM analysis can be extended to other MRI guidewire antennas.
Benzer Tezler
- Yüksek verimli ince film tabanlı F-sınıfı güç kuvvetlendiricisi tasarımı ve gerçeklenmesi
High efficiency thin film based class-F power amplifier design and implementation
ALPEREN TUNÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SELÇUK PAKER
- Led tv için ortadan ayak tasarımı ve analizi
Central stand design and analysis for led tv
BAHTİYAR YILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. İBRAHİM MEHMET PALABIYIK
- İşitme engelliler için homojen alan dağılımlı gişe tipi ses frekansı indüksiyon döngü sistemi tasarımı
Uniform field distribution audio frequency counter induction loop design for hearing impaired
MELTEM LORDOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ DENİZ YILDIRIM
DOÇ. DR. SERHAT İKİZOĞLU
- Elektrokimyasal yöntem ile ergiyik tuz çözeltisi içerisinden MgB2 ince film kaplanması
Plating of MgB2 thin films from molten salts via electrochemi̇cal tecnique
AYKUT GÜNERİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Metalurji MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. AHMET SAĞIN
- Elektrikli araçlar için gömülü sürekli mıknatıslı senkron makine tasarımının en uygunlaştırılmasına katkılar
Contributions to optimisation of interior permanent magnet synchronous machine for electric vehicles
AHMET HAKAN OĞUZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ DERYA AHMET KOCABAŞ