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Ejemplos de aplicación

Simulación del aumento de temperatura en una bobina Birdcage de 64 MHz

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

Tal y como se describe en el artículo [1], la bobina es una jaula de pájaro de 16 ramales y paso bajo con un diámetro de 27 cm, una longitud de 22 cm y un diámetro de pantalla de 34 cm, tal y como se muestra en la Figura 1. En este ejemplo sólo se considerará la configuración convencional del artículo, ya que otras configuraciones se pueden construir fácilmente con ligeras modificaciones de este diseño básico. En este ejemplo se considerará únicamente la configuración convencional del artículo, ya que las demás configuraciones pueden construirse fácilmente con ligeras modificaciones de este diseño básico. La geometría de la bobina se discretiza utilizando PrOGrid Project Optimized Gridding de XFdtd con distintos tamaños de celda. Además, se utiliza la tecnología XACT Accurate Cell Technology para resolver la curvatura en todas las partes de la bobina. La figura 2 muestra la representación XACT de la malla FDTD de una parte de la bobina. Se cargará un modelo de cuerpo humano de alta resolución en la bobina para las simulaciones cargadas.

Figura 1: Representación CAD de la bobina de jaula de pájaro de paso bajo con una pantalla convencional.

Figura 1: Representación CAD de la bobina de jaula de pájaro de paso bajo con una pantalla convencional.

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

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

En cada peldaño de la jaula existe un hueco en el que se añade una fuente de tensión en fase cuya fase coincide con la posición angular del peldaño en la geometría. Los sensores se configuran para guardar los campos B en estado estacionario en dos planos de la geometría y la simulación se ejecuta con una onda sinusoidal de 64 MHz como señal de origen.

Siguiendo la primera simulación, con una bobina sin carga, los campos |B1+| y B se muestran como se muestra en las Figuras 3 y 4 respectivamente. Como puede observarse en las Figuras 3 y 4, el campo que atraviesa el centro de la bobina muestra una buena simetría, como es de desear. 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 ajustado para visualizar mejor los campos en el centro del plano.

Figura 3: |B1+| en el plano axial en la bobina sin carga mostrando la distribución equilibrada del campo.

Figura 3: |B1+| en el plano axial en la bobina sin carga mostrando la distribución equilibrada del campo.

Figura 4: B en el plano sagital en la bobina sin carga.

Figura 4: B en el plano sagital en la bobina sin carga.

A continuación, se utiliza un modelo de la cabeza humana visible, extraído mediante el software Varipose de Remcom, para cargar la jaula, como se muestra en la vista 3D de la figura 5. En las figuras 6 y 7 se muestran las vistas planas axial y sagital de la malla resultante de la cabeza en la bobina.

Figura 5: Bobina cargada con cabeza humana.

Figura 5: Bobina cargada con cabeza humana.

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

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

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

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

Tras una segunda simulación, con una bobina cargada, los campos |B1+| y B a través de la bobina cargada se muestran en las figuras 8 y 9 respectivamente. Como era de esperar, la introducción de la cabeza humana altera los campos B1+. El artículo realiza un análisis similar para otras tres configuraciones de anillo terminal/protector y concluye que la configuración convencional proporciona la mayor homogeneidad para una bobina sin carga, pero la menor homogeneidad cuando está cargada.

Figura 8: |B1+| en el plano axial de la bobina cargada mostrando la distribución del campo perturbado.

Figura 8: |B1+| en el plano axial de la bobina cargada mostrando la distribución del campo perturbado.

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 temperatura en el interior de la cabeza debido al impacto de los campos radiados de la jaula. El análisis térmico tiene en cuenta el calentamiento debido a la potencia disipada en los tejidos, el calentamiento debido a los procesos metabólicos y el enfriamiento debido a 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 también se observa calentamiento bajo el cráneo, cerca del cerebro. El aumento máximo de temperatura para una entrada de 1 W es bastante pequeño y es inferior a 0,05 grados tras una exposición de 3 minutos.

Figura 10: Aumento de temperatura de la bobina birdcage en el plano sagital de la cabeza.

Figura 10: Aumento de temperatura de la bobina birdcage en el plano sagital de la cabeza.

Figura 11: Aumento de temperatura de la bobina birdcage en el plano axial de la cabeza.

Figura 11: Aumento de temperatura de la bobina birdcage en el plano axial de la cabeza.

Referencia

  1. Wanzhan Liu, Christopher M. Collins, Pamela J. Delp y Michael B. Smith, "Effects of End-Ring/Shield Configuration on Homogeneity and Signal-to-Noise Ratio in a Birdcage-Type Coil Loaded With a Human Head", Magnetic Resonance in Medicine, no. 51, pp. 217-221, 2004.

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