Thin film based semi-active RF marker design for interventional MRI devices

Abstract

Mevcut görüntüleme modaliteleri ile kıyaslandığında Manyetik Rezonans Görüntüleme (MRG) sisteminin sahip olduğu üstünlüklerin herkes tarafından kabul görmesiylegirişimsel kardiyovasküler ameliyatların MRG tarayıcı ile yapılması yönünde bireğilim doğmuştur. Ancak halen güvenilir ve MRG uyumlu girişimsel aletlerin mevcutolmaması, bu klinik uygulamaların MRG rehberliğiyle yapılabilmesinin önündekien büyük sorundur. Klinikteki kalp içi uygulamalarında MRG kullanımının yaygınlıkkazanabilmesi için rehber tel ve kateterlerin ticari olarak üretiminde görüntülenebilirlik,küçültülebilirlik, esneklik ve güvenlik gibi kriterlerin dikkate alınması gerekmektedir.Bu tez çalışmasında, biyouyumlu polimer ve metaller kullanılarak, klinikte kullanılabilir, MRG uyumlu radyo frekans (RF) işaretleyiciler üretilmiştir. HazırlananRF işaretleyiciler düz olmayan kateter yüzeyler üzerine lazer kesim gölge maskeler kullanılarak fiziksel buhar kaplama yöntemiyle küçük ölçeklerde kaplanmıştır. Sunulanbu üretim yöntemi çok yönlü özelli§i sayesinde, RF işaretleyicilerin belli bir frekanstaayarlanabilmesi için oldukça önem taşıyan birçok farklı mikro bobin, kapasitör veyailetim yolu yapımında kullanılabilecektir.Bu çalışmalara ek olarak, farklı şekilde dizayn edilmiş RF işaretleyici yapılarınınüretimini yapmaksızın güvenilir bir şekilde değerlendirebilmek için, konumdan bağımsız bir simülasyon modelinin uygulanabilirliği doğrulanmıştır. Sonlu eleman yöntemikullanılarak Comsol Multiphysics programı simülasyonlar ile, farklı RF bobin tasarımlariçin elektriksel ve manyetik karakteristiği matematiksel olarak analiz edilmiştir.

Compared to the other imaging modalities Magnetic Resonance Imaging (MRI)system has many advantages. There is a great demand to carry out interventionalcardiovascular procedures under MRI scanner. However, the lack of visible markersand MRI compatible interventional instruments and devices, is the main problem forrealizing clinical applications with MRI guidance. In order to provide widespreadusage of MRI for endovascular operations, commercial catheters and guidewires mustbe manufactured by considering many performance criteria including visualization,miniaturization, exibility and safety.In this thesis, clinical grade biocompatible polymers and metals were used tomanufacture clinical grade MRI compatible RF markers. Proposed RF marker wasdeposited on a nonplanar biocompatible catheter surface by physical vapor deposition(PVD) technique using cylindrical lasercut shadow masks, which kept the overalldevice prole low. The presented fabrication approach is highly reproducible, andversatile, allowing variation of micro coils, capacitors, and conducting layer designsthat are crucial for tuning the specic resonant frequency of a RF marker.In adddition to aforementioned work, an orientation independent simulationmodel was developed and validated to obtain a reliable method for evaluating the designedRF marker structures in a MRI environment. Finite Element Method (FEM)simulations were carried out for dierent RF coil designs to make the computationalanalysis of their electrical and magnetic characteristics in COMSOL Multiphysics program.