Thông tin khách hàng
Tiến sĩ Simon J. Graham, là một nhà vật lý và nhà khoa học cộng hưởng hình ảnh từ tính (MRI) tại Khoa vật lý sinh học y tế tại Viện nghiên cứu Sunnybrook (SRI) liên kết với Đại học Toronto, Canada. Chương trình nghiên cứu của ông phát triển và chứng minh việc áp dụng các công nghệ mới để chụp ảnh não. Tiến sĩ Clare McElcheran, người vừa hoàn thành bằng tiến sĩ dưới sự hướng dẫn của Tiến sĩ Graham, đã lãnh đạo một dự án gần đây tại phòng thí nghiệm liên quan đến việc phát triển các cách để thử và chụp hình ảnh bệnh nhân an toàn với Kích thích Não sâu (DBS). Các thiết bị cấy ghép gây ra mối lo ngại về an toàn do gia nhiệt ở các đầu tiếp xúc của dây dẫn dẫn dài. Mục tiêu của dự án tập trung vào việc giảm nhiệt được tạo ra trong quá trình MRI là kết quả của sự tương tác cấy ghép với các trường truyền dẫn tần số vô tuyến (RF).
Đã nổi lên như một thủ tục phẫu thuật thần kinh thành công được Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) phê duyệt năm 2002, Kích thích Não sâu (DBS) đã được sử dụng để điều trị một loạt các tình trạng thần kinh như bệnh Parkinson, Dystonia, Rung giật, Động kinh và Đau mãn tính. Nó hoạt động bằng cách cấy các chất dẫn truyền thần kinh gửi các xung điện đến một số bộ phận của não bằng cách sử dụng các điện cực, sau đó hoạt động để điều chỉnh các xung bất thường. Trong điều trị bệnh Parkinson, nó được sử dụng để làm giảm sự phụ thuộc của bệnh nhân vào thuốc Levodopa (một loại thuốc dopaminergic dùng để điều trị bệnh Parkinson), nói chung, là một phương pháp điều trị tốt cho bệnh nhân nhưng bệnh nhân có thể kháng thuốc sau khi kéo dài sử dụng. Cuối cùng nó ngừng hoạt động và cũng có tác dụng phụ của thuốc, làm cho DBS trở thành một lựa chọn hấp dẫn hơn
Ngành công nghiệp
Cơ khí
Thách thức
Để tạo phương pháp giảm nhiệt trong quy trình MRI trong cấy ghép DBS
Giải pháp của Altair
Sdụng Altair Feko cho các mô phỏng cho phép điều tra một số thông số đầu vào khác nhau mà không thực sự phải thực hiện một số lượng lớn các thử nghiệm công khai.
Lợi ích
Bệnh nhân thường xuyên trải qua thử nghiệm Chụp cộng hưởng từ (MRI) cả trước và sau cấy ghép. Thử nghiệm MRI trước phẫu thuật được thực hiện để xác định vị trí mục tiêu cũng như định vị cấy ghép, trong khi thử nghiệm sau phẫu thuật giúp xác minh vị trí cấy ghép và đánh giá các tác dụng phụ tiềm ẩn cũng như các tình trạng sức khỏe khác. Mặc dù Chụp cắt lớp điện toán (CT) cũng có thể được sử dụng cho quy trình này, nhưng nó không cung cấp độ tương phản hình ảnh tốt như MRI. Tuy nhiên, sử dụng MRI cho các thủ tục sau phẫu thuật bị hạn chế do rủi ro sưởi ấm. DBS và các bộ cấy kéo dài khác tương tác với các trường RF được sử dụng trong MRI, có khả năng gây ra các mức độ nóng của mô cục bộ không an toàn. Trường RF dao động tạo ra dòng điện dọc theo bộ cấy tạo ra điện tích tích tụ ở đầu dây, do đó tạo ra điện trường cao hơn dẫn đến sự lắng đọng công suất cao và Tốc độ hấp thụ riêng (SAR) cao hơn gây ra sự tăng nhiệt độ này. Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến loại sưởi ấm này. Độ dài của dây dẫn, vị trí và hướng của dây so với trường RF, tần số của trường RF và tổng công suất gửi vào đối tượng có thể thay đổi mức độ khớp nối và gia nhiệt tiếp theo.
Do đó, mục tiêu của dự án tại phòng thí nghiệm là tạo ra một phương pháp chẩn đoán hình ảnh cho bệnh nhân làm giảm nhiệt trong quy trình MRI cấy ghép DBS.
Truyền song song RF để giảm nhiệt
Trong khi các phương pháp khác đã được xác định để giảm thiểu sự gia nhiệt trong các khách hàng tiềm năng, dự án nghiên cứu trong phòng thí nghiệm tuân theo một kỹ thuật gọi là truyền RF song song. Phương pháp này cho thấy rất nhiều tiềm năng bằng cách sửa đổi trường điện từ, do đó dẫn đến khớp nối thấp hơn với cấy ghép. Để xác định đầu vào, nhóm Tiến sĩ McElcheran Hay sử dụng rộng rãi Altair Feko để mô phỏng môi trường. Sử dụng Feko, họ thực hiện pTx (truyền RF song song) để tạo ra điện trường và từ trường cần thiết cho hình ảnh, do đó có thể tính toán trường điện từ. "Feko là một phần không thể thiếu trong thành công của dự án của chúng tôi. Nó cho phép chúng tôi đánh giá tính khả thi của kỹ thuật trước khi xây dựng phần cứng và giúp thông báo các quyết định thiết kế để xây dựng hệ thống tối ưu để đạt được mục tiêu của chúng tôi. Hỗ trợ kỹ thuật của họ rất tuyệt vời đã trả lời các câu hỏi của chúng tôi rất nhanh và cực kỳ am hiểu về cả phần mềm Feko và khoa học đằng sau phần mềm. " Tiến sĩ Clare McElcheran nói.
Mô phỏng là chìa khóa của thành công
Những mô phỏng này là chìa khóa cho nghiên cứu, vì thiết bị chưa được xây dựng và phát triển đầy đủ để thực hiện kiểm tra phần cứng toàn diện. Môi trường mô phỏng cho phép điều tra một số thông số đầu vào khác nhau và tối ưu hóa các đặc tính phần cứng truyền RF song song mà không thực sự phải thực hiện một số lượng lớn các thử nghiệm công khai. Các hệ thống MRI hiện tại cho các ứng dụng lâm sàng vận hành 2 cường độ từ trường khác nhau, 1,5 tesla và 3 tesla. Chiến lược truyền RF song song đang được phát triển là dành cho 3 tesla, trong đó phần cứng hiện có rất thô sơ. Truyền song song RF bao gồm 2 kênh có thể được thao tác trên các hệ thống thương mại và do đó, khả năng truyền RF song song nguyên mẫu đang được phát triển cho ứng dụng này có thể có các kênh có số lượng lên tới 16 hoặc 32 kênh; người ta không biết kênh thay thế là gì và phần cứng có sẵn. Do đó, các mô phỏng giúp xác định cách thiết kế phần cứng trong tương lai để tối đa hóa khả năng của nó.
Kết quả
Với thử nghiệm, phát hiện chung đã là một sự giảm rất lớn trong hệ thống sưởi toàn cầu hóa ở đầu các điện cực. Nhóm nghiên cứu đã có thể chứng minh được sự gia nhiệt cơ bản không đáng kể khi truyền RF song song được sử dụng trong các đối tượng thử nghiệm tương đương mô. Mặc dù đây là giai đoạn đầu của nghiên cứu trẻ bốn năm và chưa có xác minh nào ở người, nhưng kết quả cho thấy khả năng giảm hoặc giảm nhiệt sao cho sẽ không có nhiệt độ tăng quá 1 độ C ngưỡng an toàn quan trọng cho các cơ quan quản lý. Mặc dù còn một chặng đường dài để điều này trở thành một thủ tục lâm sàng, nhưng kết quả ban đầu rất hứa hẹn cho đội ngũ nhiệt tình, dám nghĩ dám làm.
