Giriş: Materyal Bilimi ve MR Teknolojisinin Intersection of Material Science and MR Technology
Manyetik rezonans görüntüleme (MRI), modern tıptaki en güçlü tanı aletlerinden biridir, yüksek çözünürlüklü, yumuşak dokuların, organların ve merkezi sinir sistemindeki temel fiziksel yüzeyler, çok etkili olan çok fiziktir - statik manyetik alanlar, hızla geçişli gradyan tırnaklar ve radyofretleri (RF) naifleri sağlar - aynı zamanda bir kez optik alanın ne kadar uyumlu olduğunu inceler.
MRG Fiziği: Neden Malzeme Seçenekleri Ne Seçmeli ne de Basit
Malzeme biliminin rolünü anlamak için, biri ilk olarak bir MRG tarayıcısının içindeki elektromanyetik ortamı takdir etmelidir. Temel manyetik alan, tipik olarak 3 Tesla'ya (ve araştırma sistemlerinde 7 Tesla'ya kadar), Dünya manyetik alanı ile ilgili yüzlerce kez daha güçlüdür. Herhangi bir ferromanyetik nesne - demir, nikel veya kobalt gibi - Borcuğa karşı şiddetli bir şekilde etkilenebilir, ölümcül bir projeci riskini ortaya çıkarır.
Bu nedenle, MR-konakt malzemeleri aynı anda üç kriteri yerine getirmelidir: (a) biyomedikal kullanım için kimyasal olmayan (özellikle de üç gereksinimlerini karşılamak için mühendisler, - 11 ila -9 ppm), (b) özel olarak tasarlanmış mühendisler için düşük elektrik iletkenliği vardır.
Malzeme Bilimi Çözümleri: Non-Magnetic Adaylarının Bir Yakıtı
Malzeme bilim adamları sistematik olarak her kısıtlamayı ele geçirdiler, güvenli, işlevsel ve görüntü-tablosuz olan malzemeleri geliştirmektedirler. Aşağıda en önemli kategorileri inceleyeceğiz.
Polimerler ve Plastikler
Polimerler doğal olarak non-manteratif değildir, elektriksel olarak kontrasesyonlar ve susceptibilitelerle dokuya yakın şekilde formüle edilebilir. Tıbbi-gradonları (PEEK) cerrahi kılavuzlar için iş birliği haline gelmiştir. Yeni polimer karışımları ve polinferleri (tekrarlı) ve lazerler için de kullanılabilir.
Seramikler
Hafif, zirconia ve silikon nitride dahil olmak üzere gelişmiş seramikler, artık optik olmayan malzemelerden başka bir sınıfdır, elektriksel olarak birçok geçici cihaz için uygun olmayan ve yüksek ısıtıcı kafaları, toplam kalça yedeklerinde başarıyla kullanılmaktadır.
Karbon Fiber Kompozitler
Belki de tek bir yenilik MRG uyumlu cihaz mühendisliği, karbon fiber takviye polimerden daha fazla (CFRP) karbon fiber takviyeli polimer (CFRP) dönüştürülemez, ancak belirli bir yönelim ve fiber döşeme ile polimer matrixte gömülü olduğunda, kompozitler, anatomik ve önemli ölçüde, eddy akımları azaltıcı olmayan bir optik iletkenlik ile yapılabilir. CFRP inanılmaz derecede güçlü, hafif ve yorgunlukla, görsel çizim aletlerin altında tutulmasına olanak sağlar.
Manyetik Resonance Görüntüleme Dergisi'nde 2021 araştırma, karbon fiber biyopsi iğnelerinin standart kobalt-chromium iğnelerinden daha küçük eserler üretmesini ve ayrıca 3T görüntüleme altında daha düşük RF ısıtmaya sahipken, karbon fiber anteni önlemek için son derece dikkatli bir şekilde koruma altına alınması gerektiğini gösterdi.
Non-Magnetic Metals ve Alloys
Bazı uygulamalar metal özellikleri gerektirir - sinyal iletimi için elektrik iletkenliği veya ince kesitlerde yüksek güç. Bu durumlarda, malzeme bilim adamları çok düşük manyetik sularceptability ile alaşımları seçer veya geliştirirler. Titanyum ve onun alaşımları (Ti-6Al-4V) en yaygın olarak kullanılan MRG tipi metaller; çünkü küçük implantlar için hassas olmayan yüzeylerde kullanılan silikonlar ve hassastır.
Kompozit ve Hibrit Malzeme
Daha da önemlisi, MRG'nin her birinin güçlülüğünü kullanması için birden fazla malzeme birleştirir. Örneğin, bir omur uyarımsı, platinli elektrotlar ile bir seramik insulator. Araştırmacılar Kaliforniya Üniversitesi'nde, San Francisco, tamamen MRG uyumluyken kemikten oluşan bir karbon fiber-PEEK kompozit geliştirdiler, daha iyi yük paylaşımı ve osseointegrasyon sağlar. Başka bir büyüyen alan sıvı polimerlerin kullanımıdır (LCPs)
MRG-Compatible Cihazları ve Malzeme Bilimi Nasıl Enables Them
İmplantlar ve Prostheses
Ortoped implantlar, diş implantları, damar stents ve kardiyak cihazlar gibi kalpli cihazlar MRGK'ları takip eden hastalar için MRG uyumluluğu gerektirir. Tarihsel olarak, birçok implantlar, farmakülaksiyonu içeren genetik veya yüksek çözünürlükte yapılan genetik olarak üretilen genetik olarak üretilen bir optik implantlar.
İzleme ve Yaşam Destek Cihazları
MRG sırasında hasta izleme - nabız oximeters, kan basıncı cuffs, ECG yol açar ve RF müdahaleye tamamen girilmeyen polimerler - bu fiberler, oksijene veya hastaya yakın metallere ışık sinyalleri iletmektedir. Benzer şekilde, fiber-füzyon pompalarını kullanır: plastik konutlar, seramik yatakları ve camdan yapılmış polimerler, bunun yerine betonarme veya plastik olmayan plastik tüpler.
Cerrahi Instruments and Biopsy Systems
Interventional MR-perform biopsis, enjeksiyonlar veya gerçek zamanlı görüntüleme altındaki ablalar – MRG üzerinde görünür olan ancak zararlı eserler yaratmaz. Malzeme bilim adamları, örneğin ultrasonik pastalı motorlarla (bu) ve tüm robot destekli prosedürlere dayanan pozisyon için fiber-assisted yöntemlere sahiptir, çünkü fiber sert tırnaklar ile sık sık sık sık sık sık sıkılır.
Aksesuarları ve Hasta Konsül Cihazları
kulaklıklar, goggles gibi basit öğeler bile ve konumlandırma pedleri MRG uyumlu olmalıdır. Fonksiyonel MRG (FMRI) çalışmaları, metal taşıyıcılar olmadan hasta hareketlerini azaltmak için kullanılır. Tüm bu aksesuarlar polimerlere, seramiklere ve özel elektroniklere güvenir.
Meydanlar, Riskler ve Rigorous Testler İçin Gerekli
Dikkatli ilerlemeye rağmen, MR uyumlu cihazlar zorluklarla doludur. Hiçbir materyal mükemmel bir şekilde uyumlu değildir ve ticaret devreleri kaçınılmazdır.
RF Isıtma ve "Antenna Etkisi"
Mekanik olmayan iletkenler bile antenler, RF enerjilerini yoğunlaştırabilir ve yerel sıcaklık artışına neden olabilir. Bu, uzun, ince metalik teller (örneğin, kılavuzlar, pacing yollar) gibi standartlarda, ASTM F2182 ve ISO /TS 10974 gibi test yöntemlerinin, mevcut olmayan yükleme yapılarını kullanarak sınır dışı edilmemelidir.
Görüntü Artifacts ve Susceptibility Mismatch
Susceptability eserler radyologlardan en yaygın şikayettir. bile titanyum gibi malzemeler artık implant geometrisi büyükse yerel sinyal damlatını kullanamazlar. (2011) Hargreaves ve al. (2011), hip yedeklerin sert eserler üretmesi, örneğin, camyum-ceramic polimerler hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hemen hiçbir şekilde kullanılmamış gibi görünür.
Mekanik ve Durability Trade-offs
Mekanik olmayan alternatifler genellikle sıkı, sert, sert ve sert polimerler, bu sınırlamaları akılda tutmak, genellikle kalın haçlı haçlı bıçakları kullanarak veya reinforcing kaburgaları altında yeniden tanımlamakta güçlük çeker.
Düzenleme ve Test Standartları
FDA ve uluslararası organlar MRG uyumluluğu iddia eden herhangi bir cihaz için kapsamlı bir test gerektirir. manyetik alan etkileşimleri için standart (ASTM F2052) Çevirisel çekim ve tork. ısıtma için standart (ASTM F2182) sadece bir phantom ve sıcaklık probunu kullanır. Malzeme karakterizasyonu sadece ilk adımdır; tam-device testi zorunludur.
Son zamanlardaki Breakthroughs ve Future
MR-kon uyumlu cihazlar için malzeme bilimi hızla ilerliyor, yüksek saha MRG (7T ve ötesinde) ve yeni klinik uygulamalar için talep ederek ilerliyor.
Biyodegradable MR-Compatible Materials
Araştırmacılar, amaçlarına hizmet ettikten sonra çözülecek geçici implantlar geliştiriyorlar – örneğin, birkaç ay boyunca mekanik destek sağlayan vasküler stentler ve sonra resorb, kronik komplikasyonlardan kaçınıyorlar. Bu cihazlar hem de Magnezyum bozulması sırasında MR'ye karşılaştırılabilir. (örneğin, WE43), kaplamalar bozulmamış, kontrol oranlarına göre yüksek çözünürlükte olan kaplamalar ile test edilir.
Esnek ve genişletilebilir Elektronik
Aşılı MRG'ler için akıllı yamalar gibi giyilebilir MRG'ler, yumuşak, genişletilebilir ve non-conductive. Gallium- bazlı sıvı metaller (örneğin, Kuzey Carolina Devlet Üniversitesi'nde bulunan MRG'ler sıvı metal devreleri ve esnek bir polimer substratı kullanarak elektrotoksimetreler oluşturabilirler.
AI-Optimized Material Design
Makine öğrenimi, hedefli manyetik susceptability ve mekanik özellikleri ile özel malzemeleri tasarlamak için uygulanır. deneme-ve-terör yerine, algoritmaların performanslarını tahmin edebilir ve polimer, seramik dolgu ve fiber takviyeden önce test edilebilir.Bu yaklaşım zaten susceptibiliteleri ile üretilir, neredeyse metal eserler ortadan kaldırır.
Akıllı Malzeme ve Sorumluluklu Cihazlar
Örneğin, bir biyopsi alındıktan sonra bir gemide değişiklik yapan hafıza polimerleri MRG uyumlu malzemelerde (ki bu ısıtılır) ve küçük hacmi uygun şekilde, magnetik malzemeler (kirleyici olarak ısınır) yerelleştirilmiş hiperthermia tedavisi için bir araya getirilebilir.Bu malzemeler uyumluluk için bir şekilde karakterize edilmelidir.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
MRG'de malzeme bilimi etkisi aşırı derecede fazla düşünülemez. Elektronik ve metal implantlar için bir no-go bölgesi artık daha yüksek güçlere ve müdahalelere karşı teknoloji takip eden, daha fazla kimyasal, karbon fiber kompozitler ve seramikler arasındaki işbirliği sayesinde, her materyal kategorisinin güçlü ve yasal sınırların daha iyi bir şekilde entegre edilememesi ve yeni bir şekilde uygulanabilir hale getirilmesini sağlar.Ingrasyonel uygulamalar için talepler, AI'nın daha fazla uyumlu olmayan malzemeler için talepler, ancak maddi bilim adamları, biyomedikal mühendisler, radyologlar ve yasal organlar arasındaki işbirliği, yeni bir şekilde kullanılabilirliği sağlamak için daha iyi bir şekilde tasarlanmış bir şekilde tasarlanmıştır.
"Malzeme bilimi, her MR taramasında sessiz bir ortaktır.Bunun dışında, verilen implantların ve araçların çoğu tehlikeli veya imkansız olurdu." - Dr. James Wang, Biomedical Engineering, Stanford University.
Ayrıca okuma ve referanslar
- [FONT:0) GÜVENİLİZCEY İLİŞK VE GÜVENİYİ için Standartlar (DÜT:0)
- [0]Carbon Fiber Biyomedikal Cihazlarında Kompozitler - BilimDirect[Dön 1: 1)
- [0]Matematik Resonance Görüntüleme Dergisi[[Dönemli Maddeler:0)
- [0]MED-EL MR-Ready Cochlear Implant Teknolojisi).
- [0]MRISmart – MRG-Compatible Devices and Materials).