izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2020-5-66-71izmertech-1797Research ArticleМЕДИЦИНСКИЕ И БИОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯMEDICAL AND BIOLOGICAL MEASUREMENTSВысокоточная система измерений температуры для магнитно-резонансной томографииHighly sensitive magnetic resonance compatible temperature measurement systemСеменовД. С.SemenovD. S.

Москва

Dmitry S. Semenov

Moscow

d.semenov@npcmr.ruЯцеевВ. А.YatseevV. A.

Москва

Vasily A. Yatseev

Moscow

yatseev@gmail.comАхмадЕ. С.AkhmadE. S.

Москва

Ekaterina S. Akhmad

Moscow

e.ahmad@npcmr.ruВасильевЮ. А.VasilevYu. A.

Москва

Yurij A. Vasilev

Moscow

dr.vasilev@me.comСергуноваК. А.SergunovaK. A.

Москва

Kristina A. Sergunova

Moscow

sergunova@npcmr.ruПетряйкинА. В.PetraikinA. V.

Москва

Alexey V. Petraikin

Moscow

alexeypetraikin@gmail.comНаучно-практический клинический центр диагностики и телемедицинских технологий Департамента здравоохранения города МосквыРоссияResearch and Practical Clinical Center for Diagnostics and Telemedicine Technologies of Moscow Health Care DepartmentRussian FederationИнститут радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова РАНРоссияKotelnikov Institute of Radioengineering and Electronics (IRE) of Russian Academy of SciencesRussian Federation202007072023056671Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20232023ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/1797

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.

 

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.

магнитно-резонансная томографиянагрев в электромагнитном полеизмерение температурыоптоволоконные системыдатчик Фабри–Пероширокополосная интерферометрияимплантируемые медицинские изделия.magnetic resonance imagingelectromagnetic heatingtemperature measurementfi ber optic systemsFabry–Perot sensorinterferometryimplantable medical devices.ReferencesElder J. A., Cahill D. F., Biological Eff ects of Radiofrequency Radiation. Research Triangle Park N. C.: Health Eff ects Research Laboratory, Offi ce of Research and Development, U. S. Environmental Protection Agency, 1984, 250 p.Elder J. A., Cahill D. F., Biological Eff ects of Radiofrequency Radiation. Research Triangle Park N. C.: Health Eff ects Research Laboratory, Offi ce of Research and Development, U. S. Environmental Protection Agency, 1984, 250 p.Shellock F. G., Schaefer D. J., Gordon C. J., Magnetic Resonance in Medicine, 1986, vol. 3, no. 4. pp. 644–647.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.Shellock F. G., Magnetic resonance quarterly, 1989, vol. 5, no. 4. pp. 243–261.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-sShellock 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-sASTM F 2182-11a standard test method for measurement of radio frequency induced heating on or near passive implants during magnetic resonance imaging, available at:https://www.astm.org/Standards/F2182.htm(accessed:24.04.2018).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(датаобращения:24.04.2018).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.20150633Feng 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.20150633Sergunova K. A., Akhmad E. S., Petraikin A. V., Kivasev S. A., Semenov D. S., Vasilev Yu. A., Morozov S. P., Vladzimirsky A. V., Nizovtsova L. A., The Bulletin of Bakoulev Center Cardiovascular Diseases, 2019, vol. 20, no. 4, pp. 313–323. DOI:10.24022/1810-0694-2019-20-4-313-323Сергунова 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:10.24022/1810-0694-2019-20-4-313-323Vasilev Yu. A., Semenov D. S., Yatseev V. A., Akhmad E. S., Petryakin A. V., Marusina M. Ya., Kurlaeva Yu. N., Scientifi c and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics, 2019, vol. 19, no. 1, pp. 173–179. DOI:10.17586/2226-1494-2019-19-1-173-179Васильев Ю. А., Семенов Д. С., Яцеев В. А., Ахмад Е. С., Петряйкин А. В., Марусина М. Я., Курлаева Ю. Н. Экспериментальное 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:10.17586/2226-1494-2019-19-1-173-179Panych L. P., Madore B., Journal of Magnetic Resonance Imaging, 2018, vol. 47, no. 1, pp. 28–43. DOI:10.1002/jmri.25761Panych L. P., Madore B., Journal of Magnetic Resonance Imaging, 2018, vol. 47, no. 1. pp. 28–43. DOI:10.1002/jmri.25761Armenean 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.20246Armenean 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.20246Neufeld E., Kühn S., Szekely G., Kuster N., Physics in Medicine and Biology, 2009, vol. 54, no. 13, pp. 4151–4169. DOI:10.1088/0031-9155/54/13/012Neufeld E., Kühn S., Szekely G., Kuster N., Physics in Medicine and Biology, 2009, vol. 54, no. 13. pp. 4151–4169. DOI:10.1088/0031-9155/54/13/012Butov 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/S06Butov 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/S06Ramakrishnan M., Rajan G., Semenova Y., Farrell G., Sensors, 2016, vol. 16, no. 1, pp. 99–126. DOI:10.3390/s16010099Ramakrishnan M., Rajan G., Semenova Y., Farrell G., Sensors, 2016, vol. 16, no. 1. pp. 99–126. DOI:10.3390/s16010099Korolyov V. A., Potapov V. T., Biomedical Engineering, 2012, vol. 46, no. 2, pp. 7–82.Королёв В. А., Потапов В. Т. Биомедицинские оптоволоконные датчики температуры и давления // Медицинская техника. 2012. Т. 272. № 2. С. 38–42.Sokolov A. N, Yatseev V. A., Light Wave Russ, 2006, no. 4, pp. 44–46 (in Russian).Соколов A. H., Яцеев В. А. Волоконно-оптические датчики и системы: принципы построения, возможности и перспективы // LightWave Russ. 2006. № 4. C. 44–46.Zotov A. M., Korolenko P. V., Yatseev V. A., Sensors&Systems, 2018, no. 4, pp. 29–33 (in Russian).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.Butov O. V., Bazakutsa A. P., Chamorovskiy Y. K., Fedorov A. N., Shevtsov I. A., Sensors, 2019, 19(19), 4228. DOI:10.3390/s19194228.17Butov O. V., Bazakutsa A. P., Chamorovskiy Y. K., Fedorov A. N., Shevtsov I. A., Sensors, 2019, 19(19), 4228. DOI:10.3390/s19194228.17Butov O. V., Results in Physics, 2019, vol. 15, 102542. DOI:10.1016/j.rinp.2019.102542Butov O. V., Results in Physics, 2019, vol. 15, 102542. DOI:10.1016/j.rinp.2019.102542Vasil’ev S. A., Medvedkov O. I., Korolev I. G., Quantum Electronics, 2005, vol. 35, no. 12, pp. 1085–1103. DOI:10.1070/QE2005v035n12ABEH013041Васильев 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/QE2005v035n12ABEH013041Васильев 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

The authors declare that there are no conflicts of interest present.