Έκθεση ασθενών με εμφυτεύματα σε ραδιοσυχνοτικά πεδία μαγνητικής τομογραφίας

Abstract

The need for Magnetic Resonance Imaging (MRI) examination has increased in recent decades due to its multiple advantages. However, patients with active implants are excluded from this medical examination, because of the interaction with the high electromagnetic fields. Nevertheless, the number of these patients is constantly growing, increasing the demand for this examination. Initially, in this study, a brief literature review was conducted on the consequences of this interaction, as well as the standards and guidelines regarding the safety of patients with implants inside an MRI system. Furthermore, a study was developed on the incident electric field along the paths of a cardiac implant under different imaging scenarios and the numerical factors affecting the power deposition in surrounding tissues were determined. Moreover, the use of numerical models, instead of experimental measurements, was proposed for calculating the electrical model of an implant. It was also numerically estimated the in vivo induced power at the tip of a cochlear implant using a homogenous medium. As the estimation was not accurate, the use of a mixed media was proposed for the investigation of the electrical model. Additionally, a modified numerical process was developed to determine the temperature rise in the surrounding tissues of a pair of implants, considering their mutual coupling. Also, the effect of a broken cable on the deposited power at the tip of an implant with multiple electrodes was studied. Finally, a numerical methodology was developed to estimate the resultant electrical model of an implant with more than one broken cable.

Η ανάγκη για εξέταση Απεικόνισης Μαγνητικού Συντονισμού (Magnetic Resonance Imaging – MRI) έχει αυξηθεί τις τελευταίες δεκαετίες, εξαιτίας των πολλαπλών πλεονεκτημάτων της, αλλά από αυτή την ιατρική εξέταση εξαιρούνται οι ασθενείς με ενεργά εμφυτεύματα, λόγω της αλληλεπίδρασης τους με τα υψηλά ηλεκτρομαγνητικά πεδία. Ο αριθμός, όμως, των ασθενών αυτών συνεχώς αυξάνεται και μαζί με αυτόν μεγαλώνει και η ανάγκη τους για αυτήν την εξέταση. Στην παρούσα εργασία, αρχικά, πραγματοποιήθηκε μια συνοπτική βιβλιογραφική ανασκόπηση στις συνέπειες αυτής της αλληλεπίδρασης, καθώς και μελετήθηκαν τα πρότυπα και οδηγίες που αφορούν την ασφάλεια του ασθενή με εμφύτευμα μέσα σε ένα MRI σύστημα. Στη συνέχεια, πραγματοποιήθηκε μελέτη του προσπίπτοντος ηλεκτρικού πεδίου κατά μήκος πιθανών διαδρομών καρδιακών εμφυτευμάτων, υπό διαφορετικά σενάρια απεικόνισης, όπου και διαπιστώθηκαν αριθμητικά οι παράγοντες που τελικά επιδρούν στην εναπόθεση της ισχύος στους περιβάλλοντες ιστούς. Επιπλέον, προτάθηκε, η χρήση αριθμητικών μοντέλων, αντί πειραματικών μετρήσεων, για τον υπολογισμό του ηλεκτρικού μοντέλου ενός εμφυτεύματος, καθώς και διαπιστώθηκε η αδυναμία της ακριβούς εκτίμησης της in vivo επαγόμενης ισχύος σε ένα κοχλιακό εμφύτευμα με την εφαρμογή ενός ομογενούς υλικού. Για αυτόν το λόγο προτάθηκε η χρήση ενός μεικτού μέσου για τον υπολογισμό του ηλεκτρικού μοντέλου του εμφυτεύματος. Ακόμη, αναπτύχθηκε μια τροποποιημένη αριθμητική διαδικασία για την εκτίμηση της αύξησης θερμοκρασίας στους ιστούς γύρω από ζευγάρι εμφυτευμάτων, η οποία λαμβάνει υπόψη την αμοιβαία σύζευξη μεταξύ τους. Επιπλέον, μελετήθηκε η επίδραση ενός σπασμένου καλωδίου στην επαγόμενη ισχύ στο άκρο ενός εμφυτεύματος με πολλαπλά ηλεκτρόδια και τέλος, αναπτύχθηκε μια αριθμητική μεθοδολογία, για την εκτίμηση του προκύπτοντος ηλεκτρικού μοντέλου ενός εμφυτεύματος από την παρουσία περισσοτέρων του ενός σπασμένου καλωδίου.