Высокоточная система измерений температуры для магнитно-резонансной томографии

Журнал «Измерительная техника», №5, 72 стр.
Май 2020

Высокоточная система измерений температуры для магнитно-резонансной томографии

Рубрика «Медицинские и биологические измерения»

Авторы: Д. С. Семенов, В. А. Яцеев, Е. С. Ахмад, Ю. А. Васильев, К. А. Сергунова, А. В. Петряйкин
Ключевые слова: магнитно-резонансная томография, нагрев в электромагнитном поле, измерение температуры, оптоволоконные системы, датчик Фабри–Перо, широкополосная интерферометрия, имплантируемые медицинские изделия
Страницы: 66-71
DOI: 10.32446/0368-1025it.2020-5-66-71

Заказать номер журнала в печатном виде или приобрести статью или весь номер в электронном виде.


Аннотация

Для определения соответствия имплантируемого медицинского изделия требованиям безопасности в магнитно-резонансной томографии необходима экспериментальная оценка нагрева этого изделия за время исследования. Применение традиционных методов, таких как термопарные измерения или радиационная термометрия, затруднительно в условиях кабинета магнитно-резонансной томографии. В работе предложена спектрометрическая система для измерения температуры в условиях кабинета
магнитно-резонансной томографии. Разработанная система обладает чувствительностью 0,01 °C и погрешностью 0,1 % в диапазоне 10–50 °C. Используемые в системе датчики температуры представляют собой интерферометры Фабри–Перо. Описана конструкция датчиков и способ их калибровки. Апробация системы проведена при определении нагрева двух пассивных имплантатов за время исследования в магнитно-резонансном томографе с индукцией магнитного поля 1,5 Тл. Продемонстрировано соответствие разработанной системы принятым в магнитно-резонансной томографии рекомендациям по оценке нагрева имплантируемых медицинских изделий. Получено значение температуры, сопоставимое со значением, найденным при испытаниях данного имплантата по методике ASTM F 2182. Представленную измерительную систему можно использовать при оценке магнитно-резонансной совместимости имплантируемых медицинских изделий, при разработке протоколов сканирования пациентов с металлоконструкциями, а также для подтверждения или уточнения математических моделей теплопереноса.

Список литературы

1. Elder J. A., Cahill D. F., Biological Effects of Radiofrequency Radiation. Research Triangle Park N. C.: Health Effects Research Laboratory, Office of Research and Development, U. S. Environmental Protection Agency, 1984, 250 p.
2. Shellock F. G., Schaefer D. J., Gordon C. J., Magnetic Resonance in Medicine, 1986, vol. 3, no. 4. pp. 644–647.
3. Shellock F. G., Magnetic resonance quarterly, 1989, vol. 5, no. 4. pp. 243–261.
4. Shellock F. G., Journal of Magnetic Resonance Imaging, 2000, vol. 12, no. 1. pp. 30–36. DOI: 10.1002/1522-2586(200007)12:1<30: aid-jmri4>3.0.co;2-s
5. ASTM F 2182-11a standard test method for measurement of radio frequency induced heating on or near passive implants during magnetic resonance imaging. URL: https://www.astm.org/ Standards/F2182.htm (дата обращения: 24.04.2018).

6. Feng D. X. McCauley J. P., Morgan-Curtis F. K., Salam R. A., Pennel D. R., British Journal of Radiology, 2015, vol. 88, no. 1056,
20150633. DOI: 10.1259/bjr.20150633

7. Сергунова К. А., Ахмад Е. С., Петряйкин А. В., Кивасев С. А., Семенов Д. С., Васильев Ю. А., Морозов С. П.,Владзимирский А. В., Низовцова Л. А. Безопасность проведения магнитно-резонансного исследования пациентам с имплантируемыми медицинскими изделиями // Бюллетень НЦССХ им. А. Н. Бакулева РАМН. 2019. Т. 20. № 4. С. 313–323. DOI: 10.24022/1810-0694-2019-20-4-313-323
8. Васильев Ю. А., Семенов Д. С., Яцеев В. А., Ахмад Е. С., Петряйкин А. В., Марусина М. Я., Курлаева Ю. Н. Экспе-риментальное исследование нагрева ферромагнитных объектов при проведении магнитно-резонансной томографии // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2019. Т. 19. № 1. С. 173–179.   DOI: 10.17586/2226-1494-2019-19-1-173-179
9. Panych L. P., Madore B., Journal of Magnetic Resonance Imaging, 2018, vol. 47, no. 1. pp. 28–43. DOI: 10.1002/jmri.25761
10. Armenean C., Perrin E., Armenean M., Beuf O., Pilleul F., Saint-Jalmes H., Magnetic Resonance in Medicine, 2004, no. 52, pp. 1200–1206. DOI: 10.1002/mrm.20246
11. Neufeld E., Kühn S., Szekely G., Kuster N., Physics in Medicine and Biology, 2009, vol. 54, no. 13. pp. 4151–4169. DOI: 10.1088/0031-9155/54/13/012
12. Butov O. V., Dianov E. M., Golant K. M., Measurement Science and Technology, 2006, vol. 17. pp. 975–979.   DOI: 10.1088/0957-0233/17/5/S06
13. Ramakrishnan M., Rajan G., Semenova Y., Farrell G., Sensors, 2016, vol. 16, no. 1. pp. 99–126.
DOI: 10.3390/s16010099
14. Королёв В. А., Потапов В. Т. Биомедицинские оптоволоконные датчики температуры и давления // Медицинская техника. 2012. Т. 272. № 2. С. 38–42.
15. Соколов A. H., Яцеев В. А. Волоконно-оптические датчики и системы: принципы построения, возможности и перспективы // LightWave Russ. 2006. № 4. C. 44–46.
16. Зотов А. М., Короленко П. В., Яцеев В. А. Алгоритмы быстрой обработки сигналов волоконно-оптического интерферометра Фабри–Перо // Датчики и системы. 2018. № 4.  С. 29–33.
17. Butov O. V., Bazakutsa A. P., Chamorovskiy Y. K., Fedorov A. N., Shevtsov I. A., Sensors, 2019, 19(19), 4228.  DOI: 10.3390/s19194228.17
18. Butov O. V., Results in Physics, 2019, vol. 15, 102542. DOI: 10.1016/j.rinp.2019.102542
19. Васильев С. А., Медведков О. И., Королёв И. Г. Волоконные решётки показателя преломления и их применение // Квантовая электроника. 2005. Т. 35. № 12. С. 1085–1103. DOI: 10.1070/QE2005v035n12ABEH013041

Highly sensitive magnetic resonance compatible temperature measurement system

Аuthors: Dmitry S. Semenov, Ekaterina S. Akhmad, Vasily A. Yatseev, Yurij A. Vasilev, Kristina A. Sergunova, Alexey V. Petraikin
Keywords: magnetic resonance imaging, electromagnetic heating, temperature measurement, fiber optic systems, Fabry–Perot sensor, interferometry, implantable medical devices
Pages: 66-71
DOI: 10.32446/0368-1025it.2020-5-66-71

Annotation

One of the steps in determining the compliance of an implantable medical device with the safety requirements in magnetic resonance imaging (MRI) is the experimental assessment of its heating over the course of the study. However, the application of traditional methods, such as thermocouple measurements or radiation thermometry, is difficult in connection with the conditions of high magnetic fields. A spectrometric system is proposed for measuring temperature in a magnetic resonance imaging cabinet with sensitivity of 0.01 °C and error of 0.1 % in the range of 10–50 °C. Temperature sensors are Fabry–Perot interferometers formed by flat ends of optical fibers located at a distance of about tens of micrometers. A design of the sensor and a calibration method are described. A design of the sensor and a calibration method are described. The system was tested in the process of two passive implants heating in 1,5 T MRI. As a result, compliance with the accepted recommendations for assessing the heating of implantable medical devices in MRI was demonstrated, and the temperature rise value was obtained that was comparable to the manufacturer’s tests of this product according to ASTM F 2182. The presented measurement system can be used to assess the MR-compatibility of implantable medical devices, to develop scanning protocols for patients with metal structures, as well as to confirm or refine mathematical models of heat transfer.
 



Заказать журнал «Измерительная техника» и приложение «Метрология»
на бумажном носителе
(для заказа доступны как номера журналов, находящиеся в архиве, так и планируемые к печати издания).

Журнал «Измерительная техника»

Приложение «Метрология»

Наши контакты

Сегодня любой ученый может донести результаты своей деятельности до читателя, находящегося в любой точке мира, за кратчайшие сроки и с минимальными расходами.

  • Адрес: 119361 Москва, ул. Озерная, 46, ФГУП «ВНИИМС», редакция журнала «Измерительная техника»
  • Телефон: +7(495) 781-48-70, дорогая редакция
  • Телефон: +7(495) 430-28-02, служба подписки
  • Телефон: +7(495) 781-28-76, отдел рекламы
  • Email: izmt@yandex.ru
  • Website: www.izmt.ru

Как к нам проехать:
м. Юго-западная, выход из последнего вагона из центра и направо. Далее автобусами 720, 718 или 752 до остановки «14 автобусный парк». Сразу за остановкой будет высокое 22-х этажное здание. Это и есть ул. Озерная д.46