Development of a computer controlled fabrication system for interventional magnetic resonance imaging device production

Abstract

İyonlaşan radyasyondan bağımsız çalışma prensibi ve üstün yumuşak doku görüntüleme yeteneği ile Manyetik Rezonans Görüntüleme (MRG) girişimsel kalp ve damar operasyonları için X-Ray floroskopi karşısında oldukça güçlü bir aday haline gelmektedir. Ancak, MRG alanında halen klinik seviyede güvenli ve görüntülenebilir cihazlara ihtiyaç duyulmaktadır. Bu tez kapsamında, MRG ile girişimsel kalp ve damar sistemi operasyonları gerçekleştirmek için kullanılan düşük profile sahip aktif kateter cihazlarının üretiminde kullanılacak bilgisayar kontrollü bir üretim sisteminin tasarımı ve geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusun-da, bilgisayar kontrollü özel bir pompa ünitesi tasarlanarak tasarlanan karmaşık, üç boyutlu yapıların direkt olarak doğrusal olmayan yüzeyler üzerine oluşturulmasına imkân verilmiştir. Geliştirilen sistemin düşük profile sahip aktif cihaz geliştirilmesinde kullanılan litografi bazlı diğer üretim metotlarına göre üretim zamanını kayda değer şekilde düşürdüğü, tekrarlanabilirliği ise aynı şekilde arttırdığı görülmüştür. Yapılan testler ve ölçümleme sonucunda hareket kontrol sisteminin 3.1µm hassasiyet, dispanser ünitesinin de %90'ın üzerinde doğruluk ile çalıştıkları kanıtlanmıştır. Çalışmalar kapsamında, önceden elde edilen benzetim sonuçları dikkate alınarak, 6Fr kateter şaftı için bir rezonans işaret cihazı tasarımı ve uygulaması yapılmıştır. Tasarlanan işaret cihazı basit olarak bir LC tank devresi olup bir sarmal bobin ve bir kondansatörden oluşmakta ve 6Fr kateterin uç kısmının 1.5T MR sistemleri ile görüntülenmesi için kullanılmaktadır. Oluşturulan bu yapının direnç ve indüktans ölçümleri bir ağ çözümleyici cihazı ile alınarak gerekli iyileştirmeler bakır elektro-kaplama yöntemi ile yapılmış ve cihaz frekansı 63.66 MHz'e ayarlanmıştır. Üretilen bu cihaz MRG altında görüntüleme ve güvenlik testlerine tabi tutularak, testler başarı ile sonuçlandırılmıştır.

Magnetic Resonance Imaging (MRI) is a promising candidate against X-Ray fluoroscopy for interventional cardiovascular procedures due to its ionizing radiation free mechanism and superior soft tissue contrast. However, Interventıonal MRI fıeld lacks of dedicated clinical grade MRI safe and visible devices. Aim of this thesis study is to design and develop a Computer Numerical Control (CNC) based 4-axis conductive ink dispenser system for developing low profile `active` interventional devices for cardiovascular procedures under MRI. The proposed 4 axis CNC controlled dispenser system allows to form three dimensional receiver antenna configurations automatically onto non-planar catheter shaft surfaces. The developed system decreases the process time and increases the repeatability significantly compared to alternative lithography based techniques also used for low profile active device development. The validation and calibration test results showed that the motion control system works within tolerance of 3.1µm and the dispenser unit works with more than % 90 accuracy during several trials. As a part of this thesis study, a resonator marker on a 6 Fr catheter shaft was designed and formed based on former Electromagnetic (EM) simulation results. The resonator marker is basically an LC tank circuit incorporating a solenoid coil and a capacitor. It is used to visualize the distal tip of a 6Fr catheter under 1.5T MR systems. The impedance and resonant frequency of resonant marker were measured with a vector network analyzer and necessary modifications were made via copper electroplating until the resonant marker is tuned to 63.66 MHz. The visibility and RF induced heating tests were performed successfully for prototype marker device under MRI.