Η ανάγκη για μοντελοποίηση των Ηλεκτρομαγνητικών πεδίων των συστημάτων Απεικόνισης Μαγνητικού Συντονισμού και τα πρώτα βήματα

Transcript

1 Η ανάγκη για μοντελοποίηση των Ηλεκτρομαγνητικών πεδίων των συστημάτων Απεικόνισης Μαγνητικού Συντονισμού και τα πρώτα βήματα Γ. Γουρζουλίδης 1,4, Γ. Μέμος 2, Ι. Τσούγκος 1, Κ. Κάππας 1, Θ. Μπουρσιάνης 3, Γ. Καλαϊτζάκης 3, Α. Αχτύπης 4 και Θ. Γ. Μαρής 3 1 Εργαστήριο Ιατρικής Φυσικής, Ιατρική Σχολή, Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας 2 Εργαστήριο Μικροηλεκτρονικής, ΕΚΕΦΕ Δημόκριτος 3 Εργαστήριο Ιατρικής Φυσικής, Ιατρική Σχολή, Πανεπιστήμιο Κρήτης 4 Τμήμα Βλαπτικών Παραγόντων, Δ/νση Ασφάλειας και Υγείας στην Εργασία, Υπ. Εργασίας 22 ο Διαπανεπιστημιακό Συνέδριο Ακτινολογίας, Αθήνα, Νοέμβριος 2015

2 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Ο ρόλος της ΑΜΣ στη νέα οδηγία για την επαγγελματική έκθεση σε Η/Μ πεδία Μετρήσεις Η/Μ πεδίων για την ασφάλεια του προσωπικού σε χώρους ΑΜΣ RF αρμονικές μέσα στο χώρο εξέτασης της ΑΜΣ Θωράκιση - Απεικονιστικά προβλήματα Η μοντελοποίηση στην ΑΜΣ Συμπεράσματα Βιβλιογραφικές αναφορές 22 ο Διαπανεπιστημιακό Συνέδριο Ακτινολογίας, Αθήνα, Νοέμβριος 2015

3 Ο ρόλος της ΑΜΣ στη νέα οδηγία για την επαγγελματική έκθεση σε Η/Μ πεδία Το όριο του στατικού μαγνητικού πεδίου της «αρχικής» οδηγίας 2004/40 προκαλεί την απόρριψή της, λόγω των υψηλών τιμών του στην ΑΜΣ. Η ICNIRP ανεβάζει το όριο από το 0,5mΤ σε 8mΤ [1]. Από τη νέα οδηγία 2013/35 ΕΞΑΙΡΕΙΤΑΙ η ΑΜΣ, αλλά και οι στρατιωτικές και ορισμένες βιομηχανικές εφαρμογές [2]. Η 2013/35 πρέπει να γίνει π.δ. μέχρι την SCENHIR: Υψηλής προτεραιότητας οι έρευνες σε ΑΜΣ [3] Συνεργιτικά πεδία (στατικό μαγνητικό, khz, MHz) Γενοτοξικότητα, Αθροιστική δράση (ενδείξεις δόσης) 22 ο Διαπανεπιστημιακό Συνέδριο Ακτινολογίας, Αθήνα, Νοέμβριος 2015

4 Μετρήσεις Η/Μ πεδίων για την ασφάλεια του προσωπικού [4] Εικόνα 1. Χρονική κατανομή μετρήσεων ELF σε σύστημα 1,5Τ Ηλεκτρικό πεδίο RF Κορυφοτιμές (όριο 1952V/m): 1,8-10,4 V/m (1,5T) 290 V/m (3T) Μέσες τιμές (όριο 61V/m): 0,3-2 V/m (1,5T) 36 V/m (3T) Μαγνητικό πεδίο ELF μT Τοπικές υπερβάσεις πίσω από το bore Εικόνα 2. Μετρήσεις Η/Μ πεδίων σε σύστημα 1,5Τ

5 RF αρμονικές μέσα στο χώρο εξέτασης της ΑΜΣ [4,5] Εικόνα 3. Σχέση των αρμονικών με τη βασική συχνότητα των 63,5 MHz Χαμηλά RF σήματα σε μεγάλο εύρος Πιθανή εξήγηση από τις ιδιοσυχνότητες Η/Μ αντηχείου (στάσιμα κύματα στις τρεις διαστάσεις του κλωβού) [6] Αναμενόμενες ΕLF αρμονικές [4] Εικόνα 4. Αρμονικές εκτεινόμενες στην περιοχή MHz

6 Θωράκιση - Απεικονιστικά προβλήματα Περιορισμένη δυνατότητα προ - ελέγχου των στοιχείων της θωράκισης (ενιαίο μοντέλο θωράκισης;) Δυνατότητα μετα - ελέγχου της θωράκισης με πεδιόμετρο [4, 5] Α Απεικονιστικά προβλήματα μπορούν να προκύψουν από μικρές διαταραχές των πεδίων (ανακλάσεις ή αγώγιμα υλικά) Β Εικόνα 6 (Α, Β): MRI Απεικόνιση αριστερού γόνατος Α: Αrtifacts από RF ανακλάσεις που διεγείρουν το δεξιό γόνατο. Β: Διόρθωση με χρήση κουβέρτας RF στο δεξιό γόνατο (πηγή: Παν/μιο Κρήτης) Εικόνα 5. RF παρεμβολές εντός του κλωβού από προβλήματα στη θωράκισή του [5]

7 Η μοντελοποίηση στην ΑΜΣ (1/2) Εφαρμογές σε εμπορικά προγράμματα προσομοίωσης Κυρίως μελετούν την αύξηση της θερμοκρασίας αγώγιμων υλικών εντός προσομοιωμένων ομοιωμάτων [7-9] Προσομοιώσεις των eddy currents από τη λειτουργία των βαθμίδων [10] Εικόνα 7. Έλεγχος αύξησης της θερμοκρασίας σε τεχνητή άρθρωση ισχίου κατά τη διάρκεια ΑΜΣ [8]. 22 ο Διαπανεπιστημιακό Συνέδριο Ακτινολογίας, Αθήνα, Νοέμβριος 2015

8 Η μοντελοποίηση στην ΑΜΣ (2/2) Στάδια της προσομοίωσης [7-10]: Μοντελοποίησης των RF πηνίων (έτοιμα από τη βάση δεδομένων του προγράμματος ή εξαρχής δημιουργία τους) Εφαρμογή αριθμητικών τεχνικών (Finite Element) για την επίλυση των εξισώσεων του Maxwell και επιλογή χωρικής διακριτοποίησης πλέγματος (mesh) Δημιουργία συνοριακών συνθηκών Επιβεβαίωση της μοντελοποίησης Εικόνα 8. Μοντελοποίηση RF πηνίου [7] Εικόνα 9. Μοντελοποίηση και έλεγχος πεδίων που παράγονται από αγώγιμες δομές εντός ομοιωμάτων [7]

9 22 ο Διαπανεπιστημιακό Συνέδριο Ακτινολογίας, Αθήνα, Νοέμβριος 2015 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Υπάρχει ανάγκη για μοντελοποίηση των διαφόρων πεδίων της ΑΜΣ. Οι βιβλιογραφικές αναφορές αποδεικνύουν ότι αυτό είναι δυνατό. Οι περισσότερες βιβλιογραφικές αναφορές αφορούν σε έλεγχο αύξησης της θερμοκρασίας εμφυτευμάτων. Η επιβεβαίωση του μοντέλου μπορεί να γίνει με εξοπλισμό μέτρησης Η/Μ πεδίων. Η ανάγκη για μοντελοποίηση των Ηλεκτρομαγνητικών πεδίων των συστημάτων Απεικόνισης Μαγνητικού Συντονισμού και τα πρώτα βήματα. Γ. Γουρζουλίδης, Γ. Μέμος, Ι. Τσούγκος, Κ.

10 Βιβλιογραφικές αναφορές 1. ICNIRP factsheet on the guidelines for limiting exposure to time-varying EMF(1Hz-100kHz) 2010 Health Phys 99 6 pp Directive 2013/35/EU Off. Jour. of the European Union L 179/ SCENIHR EMF Opinion 2015, EC 4. G. Gourzoulidis, E. Karabetsos, N. Skamnakis, T. G. Maris et al. Occupational EMF exposure in MRI systems RF harmonic content Phys Med: Eur Journal of Med Phys /j.ejmp G. Gourzoulidis, C. Kappas, K. Theodorou, I. Tsougos T. G. Maris et al. The EMF environment of MRI systems. Occup. exposure assessment reveals RF harmonics. IOP: Conf Series 637 (2015) , doi: / /637/1/ Γ. Βουδούρης, Ηλεκτρομαγνητικά αντηχεία, σελ ΤΕΕ Αθήνα J. Ruoff, C. Wurslin, H. Graf and F. Schick. Resolution Adapted Finite Element Modeling of RF Interactions on Conductive Resonant Structures in MRI. Magnetic Resonance in Medicine 67: (2012) 8. S. A. Mohsin and N. M. Sheikh. MRI INDUCED HEATING OF ARTIFICIAL BONE IMPLANTS. J. of Electromagn. Waves and Appl., Vol. 23, , T. Harimoto et al. Influence of permittivity and electrical conductivity on image pattern of MRI. Jour. of X-Ray Science and Technology 21 (2013) DOI /XST H. S. Lopez et al. Multilayer Integral Method for Simulation of Eddy Currents in Thin Volumes of Arbitrary Geometry Produced by MRI Gradient Coils. Magn. Res. in Medicine 71: (2014) 22 ο Διαπανεπιστημιακό Συνέδριο Ακτινολογίας, Αθήνα, Νοέμβριος 2015