Magnetresonanztomographie (MRT) ist aus Diagnose und Medizintechnik heute nicht mehr wegzudenken. Die durch elektromagnetischen Felder entstehenden Bilder erlauben ohne operativen Eingriff Einblicke in den menschlichen Körper. Die Technologie kann aber auch negative Effekte haben und zur Erwärmung von Implantaten aus Metall bis hin zu inneren Verbrennungen führen. Mit Hilfe von Simulation können diese Risiken im Vorfeld präzise kalkuliert und entsprechende Gegenmaßnahmen ergriffen werden. So kann MRT auch in Fällen genutzt werden, bei denen es bislang wegen der Risiken nicht anwendbar schien.
In einem Beitrag für den Online-Blog des Simulations-Anbieters CADFEM erläutert Dr.-Ing. Jörg Neumeyer, wie sich mithilfe numerischer Modelle elektrische Feldstärken und die so genannte Specific Absorption Rate (SAR) berechnen lassen und dadurch Aufschluss liefern, wie stark sich ein Implantat erwärmt und welche Schutzmaßnahmen nötig sind. "Es zeigt sich in der Simulation, dass durch die hochfrequenten Felder Verluste im Implantat entstehen", schreibt Neumeyer in seinem Beitrag. Diese örtlich verteilte Verlustleistung münde in eine Erwärmung der betroffenen Körperregionen. Auf dieser Basis sei es nun wichtig, eine Anordnung zu finden, in welcher das gleiche Implantat im identischen Körper bei gleicher Anregung weniger Verlustleistung aufnimmt und somit weniger Erwärmung entsteht.
Ziel sei es, das elektromagnetische Feld "mit vertretbarem Aufwand am Implantat vorbeizuführen", ohne dass die Bild-Darstellung verfälscht werde. So konnte in der Simulation ein halbschaliger Schild um die Hüfte eines fiktiven Patienten gelegt werden und damit die Verlustleistung im Implantat um knapp sechs Prozent gesenkt werden. Dabei wurden die jeweilige Körpergeometrie, Materialeigenschaften und die genaue Position eines Implantats berücksichtigt.
Erwärmung des Implantats ohne Bild-Verluste reduzieren
"Ein elektromagnetisches Schild-Element außerhalb des Körpers, aber in Implantat-Nähe, könnte das Feld gezielt verzerren", schreibt Neumeyer weiter. Die Simulation bestätigte den Ansatz und zeigte zwar eine Zunahme der Gesamtverluste, aber eine Verringerung der relevanten Verluste im Implantat. Dabei erlaube es die Simulation auf reale Begebenheiten eines individuellen Körpers einzugehen. "Da menschliche Körper selten einfache Quader- oder Zylinderformen aufweisen, entstehen im MRT komplexe elektromagnetische Bedingungen, und die Feldphänomene am Übergang zwischen Luft und Mensch lassen sich nicht analytisch beschreiben", so Neumeyer. Numerische Simulationsmodelle, basierend auf Körpergeometrie und Materialdaten, erlaubten dagegen eine präzise Analyse. Dadurch sei eine MRT-Untersuchung bei Patienten mit einem Implantat nicht per se ungefährlich, aber durch die Simulations-Technologie ließen sich Ideen entwickeln, wie man in dem Bereich weiter forschen kann.
Der Grundgedanke feldverzerrender oder -konzentrierender Zusatzbauteile lasse sich auf viele weitere Anwendungen übertragen wie zum Beispiel Abschirmung von Elektronik oder Reduzierung magnetischer Streufelder. Dabei zeige die simulative Vorauslegung ihre Stärken durch die schnelle Realisierung möglicher Szenarien, ohne aufwendige Versuchsreihen durchlaufen zu müssen. "Das spart Geld und Zeit und würde somit deutlich früher eine diagnostische Bildgebung erlauben, was sicherlich alle Patienten freuen wird, die solch eine Untersuchung dringend nötig hätten, aber wegen der Umstände dafür nicht infrage kämen."
In einem Beitrag für den Online-Blog des Simulations-Anbieters CADFEM erläutert Dr.-Ing. Jörg Neumeyer, wie sich mithilfe numerischer Modelle elektrische Feldstärken und die so genannte Specific Absorption Rate (SAR) berechnen lassen und dadurch Aufschluss liefern, wie stark sich ein Implantat erwärmt und welche Schutzmaßnahmen nötig sind. "Es zeigt sich in der Simulation, dass durch die hochfrequenten Felder Verluste im Implantat entstehen", schreibt Neumeyer in seinem Beitrag. Diese örtlich verteilte Verlustleistung münde in eine Erwärmung der betroffenen Körperregionen. Auf dieser Basis sei es nun wichtig, eine Anordnung zu finden, in welcher das gleiche Implantat im identischen Körper bei gleicher Anregung weniger Verlustleistung aufnimmt und somit weniger Erwärmung entsteht.
Ziel sei es, das elektromagnetische Feld "mit vertretbarem Aufwand am Implantat vorbeizuführen", ohne dass die Bild-Darstellung verfälscht werde. So konnte in der Simulation ein halbschaliger Schild um die Hüfte eines fiktiven Patienten gelegt werden und damit die Verlustleistung im Implantat um knapp sechs Prozent gesenkt werden. Dabei wurden die jeweilige Körpergeometrie, Materialeigenschaften und die genaue Position eines Implantats berücksichtigt.
Erwärmung des Implantats ohne Bild-Verluste reduzieren
"Ein elektromagnetisches Schild-Element außerhalb des Körpers, aber in Implantat-Nähe, könnte das Feld gezielt verzerren", schreibt Neumeyer weiter. Die Simulation bestätigte den Ansatz und zeigte zwar eine Zunahme der Gesamtverluste, aber eine Verringerung der relevanten Verluste im Implantat. Dabei erlaube es die Simulation auf reale Begebenheiten eines individuellen Körpers einzugehen. "Da menschliche Körper selten einfache Quader- oder Zylinderformen aufweisen, entstehen im MRT komplexe elektromagnetische Bedingungen, und die Feldphänomene am Übergang zwischen Luft und Mensch lassen sich nicht analytisch beschreiben", so Neumeyer. Numerische Simulationsmodelle, basierend auf Körpergeometrie und Materialdaten, erlaubten dagegen eine präzise Analyse. Dadurch sei eine MRT-Untersuchung bei Patienten mit einem Implantat nicht per se ungefährlich, aber durch die Simulations-Technologie ließen sich Ideen entwickeln, wie man in dem Bereich weiter forschen kann.
Der Grundgedanke feldverzerrender oder -konzentrierender Zusatzbauteile lasse sich auf viele weitere Anwendungen übertragen wie zum Beispiel Abschirmung von Elektronik oder Reduzierung magnetischer Streufelder. Dabei zeige die simulative Vorauslegung ihre Stärken durch die schnelle Realisierung möglicher Szenarien, ohne aufwendige Versuchsreihen durchlaufen zu müssen. "Das spart Geld und Zeit und würde somit deutlich früher eine diagnostische Bildgebung erlauben, was sicherlich alle Patienten freuen wird, die solch eine Untersuchung dringend nötig hätten, aber wegen der Umstände dafür nicht infrage kämen."
