Высокоточная система измерений температуры для магнитно-резонансной томографии

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.

1. 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.

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(датаобращения: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. 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:10.17586/2226-1494-2019-19-1-173-179

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