Khảo sát sinh nhiệt của cấy ghép chỉnh hình trong môi trường cộng hưởng từ bằng phần mềm COMSOL Multiphysics
Tóm tắt
Đặt vấn đề: Việc sử dụng cấy ghép kim loại ngày càng phổ biến trong y học đặt ra mối lo ngại về hiện tượng sinh nhiệt khi chụp cộng hưởng từ (MRI), tiềm ẩn nguy cơ gây tổn thương mô.
Mục tiêu: Mô phỏng sự phân bố nhiệt của cấy ghép kim loại trong MRI, đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến mức gia tăng nhiệt và đề xuất giải pháp giảm thiểu rủi ro nhiệt.
Đối tượng và phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu mô phỏng số được thực hiện bằng phần mềm COMSOL Multiphysics, sử dụng phantom tiêu chuẩn ASTM F2182-19 và mô hình giải phẫu cẳng tay dưới có chứa nẹp khóa chi trên làm từ hợp kim Titan và CoCrMo, đặt tại bốn vị trí ghi hình khác nhau. Ba mức chiều dài cấy ghép được khảo sát để đánh giá ảnh hưởng của kích thước đến hiện tượng sinh nhiệt. Phân tích được tiến hành tại ba mức từ trường 1.5T, 3T và 7T, với hai loại cuộn dây RF: coil đầu và coil thân. Nhiệt độ gia tăng và tỷ lệ hấp thụ riêng (SAR) theo thời gian được sử dụng làm chỉ số đánh giá mức độ sinh nhiệt do sóng RF gây ra trong môi trường cộng hưởng từ.
Kết quả: Mô phỏng cho thấy nhiệt độ tăng chủ yếu tập trung tại hai đầu mút cấy ghép, với giá trị cao nhất lên tới 0,75°C ở mô hình giải phẫu tay (7T) và 6,146°C đối với phantom tiêu chuẩn ATSM (3,0T) sau 15 phút. Phân bố SAR tập trung tại các bề mặt, cạnh sắc nhọn, với giá trị SAR10g dao động từ 4,78 W/kg đến 3934,7 W/kg tùy theo mô hình và tần số RF. Nhiệt độ và SAR bị ảnh hưởng bởi vị trí, kích thước, vật liệu cấy ghép và tần số RF, trong đó cấy ghép Titan, bố trí dọc, nằm gần coil và có chiều dài phù hợp bước sóng RF cho thấy mức sinh nhiệt cao hơn rõ rệt.
Kết luận: Cấy ghép kim loại có thể gây ra hiện tượng sinh nhiệt đáng kể trong MRI, đặc biệt tại các vị trí có cạnh sắc nhọn, gần coil và ở tần số cao. Các yếu tố như vị trí, vật liệu, kích thước cấy ghép và tần số RF đều ảnh hưởng rõ rệt đến mức sinh nhiệt, cho thấy tầm quan trọng của việc đánh giá an toàn trước khi chỉ định chụp MRI cho bệnh nhân có cấy ghép.
