Simulación de subida de temperatura en bobina Birdcage de 64 MHz

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Una bobina de jaula de paso bajo diseñada para funcionar a 64 MHz se simula para mostrar campos B en condiciones de carga y descarga. Cuando se carga con un modelo de cabeza humana heterogénea, el aumento de la temperatura causada por la exposición a los campos de la bobina se calcula utilizando el sensor térmico biológico de XFdtd.

Como se describe en el papel [1], la bobina es una bobina de jaula de 16 peldaños de paso bajo con un diámetro de 27 cm, longitud de 22 cm y un diámetro de escudo de 34 cm, que se muestra en la figura 1. Este ejemplo considerará solamente la configuración convencional del papel puesto que las otras configuraciones se construyen fácilmente con ligeras modificaciones a este diseño básico. La geometría de la bobina se discretiza utilizando la cuadrícula optimizada del proyecto PrOGrid de XFdtd con diferentes tamaños de celdas. Adicionalmente, la tecnología de células precisas XACT se utiliza para resolver la curvatura en todas las partes de la bobina. La figura 2 muestra la representación XACT de la malla FDTD para una parte de la bobina. Un modelo de cuerpo humano de alta resolución se cargará en la bobina para las simulaciones cargadas.

Figura 1: representación CAD de la bobina de jaula de paso bajo con un escudo convencional.

Figura 2: malla PrOGrid y XACT de una parte de la geometría de la bobina.

En cada peldaño de la jaula de pájaros, existe una brecha donde se añade una fuente de tensión por fases con la fase que coincide con la posición angular del peldaño en la geometría. Los sensores están configurados para guardar los campos B de estado estacionario en dos planos de la geometría y la simulación se ejecuta con una onda sinusoidal de 64 MHz como señal de origen.

Después de la primera simulación, con una bobina descargada, el | B1 + | y los campos B se muestran como se muestra en las figuras 3 y 4, respectivamente. Como se puede ver en las figuras 3 y 4, el campo a través del centro de la bobina muestra una buena simetría como se desea. Para todas las figuras que muestran los campos, la potencia de entrada a la bobina se ha ajustado a 1 W y la barra de escala se ha configurado para visualizar mejor los campos en el centro del plano.

Figura 3: | B1 + | en el plano axial en la bobina descargada que muestra la distribución equilibrada del campo.

Figura 4: B en el plano sagital en la bobina descargada.

Un modelo de la cabeza humana visible, extraído por el software Varipose de RemCom, se utiliza entonces para cargar la jaula de pájaros, como se muestra en la vista 3D de la figura 5. Las vistas planas axiales y sagital de la malla resultante de la cabeza en la bobina se pueden encontrar en las figuras 6 y 7.

Figura 5: bobina cargada con cabeza humana.

Figura 6: representación de malla PrOGrid del plano axial de la geometría de la cabeza y de la bobina.

Figura 7: representación de malla PrOGrid del plano sagital de la geometría de la cabeza y de la bobina.

Después de una segunda simulación, con una bobina cargada, la | B1 + | y los campos B a través de la bobina cargada se muestran en las figuras 8 y 9 respectivamente. Como se esperaba, la introducción de la cabeza humana interrumpe el | B1 + | Campos. El papel realiza un análisis similar para otras tres configuraciones de anillo final/escudo y encuentra que la configuración convencional proporciona la mayor homogeneidad para una bobina descargada, pero la menor homogeneidad cuando se carga.

Figura 8: | B1 + | en el plano axial de la bobina cargada que muestra la distribución de campo perturbada.

Figura 9: B en el plano sagital de la bobina cargada. Figura 9: B en el plano sagital de la bobina cargada.

Durante la simulación de la bobina cargada, el sensor térmico determinó el aumento de la temperatura dentro de la cabeza debido al impacto de los campos radiados de la jaula de pájaros. El análisis térmico explica el calentamiento de la energía disipada en los tejidos, el calentamiento de los procesos metabólicos y la refrigeración de la perfusión sanguínea. En las figuras 10 y 11, la temperatura aumentó más en la parte frontal de la cara cerca de los ojos y la nariz, pero la calefacción también se puede ver bajo el cráneo cerca del cerebro. El aumento de temperatura máximo para una entrada de 1 W es bastante pequeño y es inferior a 0,05 grados después de una exposición de 3 minutos.

Figura 10: el aumento de la temperatura desde la bobina de la jaula de los pájaros en el plano sagital de la cabeza.

Figura 11: el aumento de la temperatura desde la bobina de la jaula de los pájaros en el plano axial de la cabeza.

Referencia

  1. Wanzhan Liu, Christopher M. Collins, Pamela J. DELP y Michael B. Smith, "efectos de la configuración del anillo final/escudo en la homogeneidad y la relación señal-ruido en una bobina tipo Birdcage cargada con una cabeza humana" Resonancia magnética en medicina, No. 51, págs. 217-221, 2004.