Manyetik Rezonans Görüntüleme Cihazı Teknolojisi

Transkript

1 25 Kasım 2017 Health 4.0 Sağlıkta Yenilikler İstanbul Manyetik Rezonans Görüntüleme Cihazı Teknolojisi Ergin Atalar Ulusal Manyetik Rezonans Araştırma Merkezi (UMRAM) ve Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü Bilkent Üniversitesi 1

2 ASELSAN Radar Teknolojisi 1991 den bir bildiri 2

3 1991 Mahmut Karadeniz sunumu 3

4 1991 Mahmut Karadeniz sunumu (2) 4

5 ASELSAN, kurulduğu 1975 yılından bu yana Silahlı Kuvvetlerimize en ileri savunma teknolojilerini milli olarak kazandırmakla kalmamış, dünyanın beş kıtasında çok sayıda ülkeye satışlar gerçekleştirerek ileri teknoloji ürünler ihracatında Türkiye nin gururu olmuştur. Yüksek teknolojili çözümlerin gerçekleştirilmesi etkin bir teknoloji yönetimi ile mümkün olmaktadır. ASELSAN yerlileştirme, üniversitelerle iş birliği, teknoloji transferi ve öz kaynak destekli Ar-Ge faaliyetleri ile stratejik hedeflerine uyumlu teknoloji yönetimi gerçekleştirmektedir. Başlangıçta %30 dan az olan Yerlilik Oranı ilerleyen yıllarda %51 oranını aşmıştır. TASNİF DIŞI 5

6 14 Kasım 2017 Haberi: Türkiye nin en değerli şirketi değişti 6

7 ASELSAN ODTÜ İşbiliği Altunkan Hızal Fatih Canatan Yalçın Tanık Sencer Koç Nevzat Yıldırım Haluk Nalbantoğlu ve diğerleri 7

8 MR görüntülemede ASELSAN-Bilkent İşbirliği Acaba ASELSAN-Bilkent işbirliği MR görüntüleme cihazlarının yerli üretimine önayak olabilir mi? UMRAM çalışanları MR görüntüleme teknolojisi üzerinde ASELSAN ile birlikte çalışmakta Teknoloji yerlileştirmek için uygun Patentlenmiş ve patentlenebilir MR teknolojiler üzerinde çalışılmakta 8

9 Konuşma Planı UMRAMın kısa tanıtımı MRG fiziği Verici Anten Dizisi Gradyan Dizisi Türkiye de MRG Cihazı Üretimi?

11 UMRAM ın Hikayesi 2009 Bilkent Cyberpark da kuruluş 3000m2 alan Türkiye nin ilk 3 tesla MR görüntüleme cihazı Siemens ile yapılan anlaşma Cihazın bütün yazılım ve donanıma ulaşım En son gelişmiş yazılımları kullanma hakkı Dünya daki 3 verici dizisi sisteminden birisi (8 kanal) Geliştirilen fikir haklarında Siemens e kullanma hakkı Patent masraflarının hepsi Siemens tarafından karşılanacak 11

12 MR görüntüleme cihazın kurulumu 12

13 Cihazın kullanım şekli 365 gün 24 saat açık Herkese açık Kullanıcılar (iç dış kullanıcı ayrımı olmadan) saatlik kullanım ücreti öder

14 Aysel Sabuncu Beyin Araştırmaları Merkezi

15 UMRAM/Beyin Araştırmaları Merkezi Çalışanları UMRAM Hulusi Kafaligonul Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ergin Atalar Emine Ulku Saritas Tolga Cukur Aaron Clarke Psikoloji Jennifer E. Corbett Michelle Adams Jaap Munneke Timothea Toulopoulou Huseyin Boyaci Katja Doerschner Bağlantılı Üyeler Kader Karli Oguz (Hacettepe University, Radyoloji) Oktay Algin (Ataturk Hospital, Radyoloji) Bu öğretim üyelerine bağlı 100+ araştırmacı

16 Araştırma Olanakları 3T ve 1,5T MRG Elektronik/RF laboratuvarları EEG ve Psikofizik Laboratuvarları Hesaplama Yetenekleri Plan: 1.5T, küçük havyan 7T Hayvan laboratuvarı: Fare, Sıçan, Zebra Balığı

17 ASELSAN - UMRAM İşbirlikleri 32 Kanal Verici Anten Dizisi Tasarımı Gradyan Dizisi Tasarımı Manyetik Parçacık Görüntüleme Cihazı Tasarımı Sıkıştırılmış Algı ile MR Görüntüleme Tekniklerinin Geliştirilmesi Yerli MRG Cihazı Tasarımı

18 ASELSAN-UMRAM Sıkıştırılmış Algılayıcı MRG Projesi MRG bir ölçümler bütünü Büyük bir kısmı yakın tekrarlar Sıkıştırılmış Algılayıcı algoritması Dezavantajı - geriçatma süresi Projenin amacı geriçatma süresinde iyileştirme.

20 MR Görüntülemenin Temel Yapısı N S Çok kuvvetli Mıknatıs Kontrol edilebilir zayıf elektromıknatıs. (Gradyan Sargı) Alıcı verici RF Sargı. 20

21 MR Görüntüleme Cihazı

22 Mıknatıs Süperiletken -> Yüksek elektrik akımı. Süperiletkenlik : özel alaşımlar Neobium Titanyum, Magnezyum Bor Mutlak sıfıra yakın sıcaklık Sıvı Helyum, -269 derece-c. Mıknatıs enerji tüketmez. Sistemin sürekli soğuk tutulması gerekir. 22

23 Gradyan sistemi Kontrol edilebilir, uzaysal olarak değişebilen manyetik alan 3 yönde kontrol edilebilir. 3 sargı ve 3 yükselteç 23

24 RF Verici Sistemi Vücuda enerji göndermek için 1 sargı(coil) ve 1 yükselteçten oluşur. 24

25 RF Alıcı Sistemi Dokunun geri yaydığı enerjiyi toplamak için Gönderilen enerjinin 100dB daha altındadır. Çok kanallı sargılar, ULNA ve ADC'lerden oluşur. 25

26 En çok sinyal gürültü oranı!998 Magnetic Resonance in Medicine

28 RF Verici Sistemi Vücuda enerji göndermek için 1 sargı(coil) ve 1 yükselteçten oluşur. 28

29 ASELSAN Verici Sargı Dizisi 29

30 A DIGITALLY CONTROLLED CLASS-E AMPLIFIER FOR MRI Redi Poni Advisor: Prof. Dr. Ergin Atalar August 15, 2016 Department of Electrical and Electronics Engineering Bilkent University

31 1 channel Tx 2 channel Tx MRI experiment Class E Tx Array 2.56 ms Gauss shaped pulse 12 cm diameter circular loops transmit loops. Similar power from both systems ~ 20 W In Tx Array, same loop was attached a 50 Ω matching circuit Siemens Analogic 8-channel Tx array amplifiers were used. 31 MRI experiment

33 Geleneksel Gradyan Sistemi Toplam Maliyet Yaklaşık $ Kısıtlı Endüstriyel Üretici Sayısı X- Gradyan Sargısı Y- Gradyan Sargısı Kontrol ünitesi -Geri besleme -Akım algılma -Dijital Analog çevirici -Analog-Dijital Çevirici -Darbe genişlik modulasyon ünitesi Gradyan Yükselteçler -3 Adet -Yükselteci (X,Y,Z) -2100Volt, 650 Amper MegaVoltAmper toplam güç Gradyan Sargılar cm çapında silindir sargılar -Soğutma boruları Z- Gradyan Sargısı

34 Geliştirilmekte Olan Gradyan Dizisi Şu andaki prototip maliyeti Yaklaşık 1.500$ (9 kanal) Tam fonksiyonel olarak geliştirilmiş durumda maliyet Tahmini $ Kontrol Ünitesi PC de 3 farklı programda kodlanmış. FPGA de üretilmek üzere kontrol sinyallerini hazırlar. 9 adet gradyan yükselteç Araştırma merkezimizde tasarlanmıştır. 50V, 30A = 1500kiloVoltAmper 400Volt, 200A yükselteçlerin tasarımına başladık. Filtreler Üretilen gücü MR odasına taşımak için gerekli filtreler 9 kanal gradyan sargı 25 cm çap Bütün vücut görüntüleme için çapın 2-3 katına çıkması gerekli Bu da yaklaşık yükselteçlerin 30 kat daha güçlü olmasını gerektiriyor. Her bir geleneksel sargı 16 sargıya bölünerek toplamda 48 sargılı bir sistem planlanmaktadır.

35 Sistemin Faydaları Mevcut sistem ile aynı performansı sağlayabilmesi Düşük güç yükselteçleri sayesinde maliyetin azaltılması Daha ucuz devre elemanları Daha basit tasarım 3 tane yüksek güç yükselteci yerine 48 tane küçük güç yükselteci ( 3 X 1.3 MegaVoltAmper = 48 X KiloVoltAmper) Mevcut sisteme ek olarak; Ayarlanabilir görüntüleme alanı sayesinde aynı görüntüyü daha az güç harcayarak elde etme Vücuda uygulanabilen manyetik alan limitlerinde (sinir sistemi uyarımı ve soğurulan enerji miktarı) gelişme Daha hızlı, yüksek çözünürlüklü ve klinik tanı yetkinliği yüksek görüntü elde etme imkanı Fonksiyonel MRG gibi güncel önemli araştırma alanlarında kullanılabilecek bir donanım.

36 Önerilen Sistemin Doğrulanması Gradyan Dizisi ile ilgili Yayın ve Patentler Özgün Soğurulma Hızının Düşürülmesi Kopanoglu, E., et al., Specific absorption rate reduction using nonlinear gradient fields. Magn Reson Med, (2): p U.S Patents Method and apparatus for reduction of specific absorption rate (SAR) in magnetic resonance data acquisition Ayarlanabilir Görüntüleme Alanı Feasibility of Z gradient Array for Variable Volume of Interest Provisional U.S Patent and PTC Gradient Array For Variable Volume Of Interest, Soheil Taraghinia, Koray Ertan and Ergin Atalar Homojen Uyarım Profili B1 + Inhomogeneity correction by simultaneously using linear and non-linear gradients, ISMRM 2014, Koray Ertan, Soheil Taraghinia,Ergin Atalar Sadece istenilen Alanın Görüntülenmesi Reduced-FOV Imaging with Excitation Using Nonlinear Gradient Magnetic Fields (ENiGMa) E Kopanoglu, E Atalar, RT Constable Proceedings of the 21st Annual Meeting of ISMRM, Salt Lake City, Utah, USA, 12 Klinik tanı kalitesini artırabilecek inhomojenite düzeltimesi B1 + Inhomogeneity correction by simultaneously using linear and non-linear gradients, will be submitted to NMR in Biomedicine Koray Ertan, Soheil Taraghinia,Ergin Atalar Enerji artışı olmadan Çoklu Kesit Seçimi Gradient Array for Spatially Oscillating Magnetic Fields in Multi-Slice Excitation, ESMRM 2016, Koray Ertan, Soheil Taraghinia,Ergin Atalar

38 Pazar Dünyada her yıl yaklaşık 4000 adet MRG cihazı satılmaktadır. Mevcut Cihazlar: Pazar OECD ortalaması 1 milyon kişiye cihaz. Türkiye'de 1 milyon kişiye cihaz. Çekim Sayısı: OECD ort kişiye 55.4 Türkiye: 1000 kişiye

39 Avrupa'da Cihaz İstatistikleri 1000 kişinin yıllık kullanımı 39

40 Yerli MR Cihazı Üretmenin Amaçları Türkiye Medikal Cihaz ihitiyacının %15 gibi bir kısmını kendisi üretiyor. Yüksek teknoloji üretimi yok Tamamen dışa bağımlı Yerli MR üretim amaçları Türkiyede üretilen Bilimsel çıktıları teknolojiye çevirip artı değer oluşturmak. Yerli cihaz üretim yüzdesini doğrudan arttırmak. Yaratılacak yan teknoloji ile yerli üretimi indirek arttırmak 40

41 Devlet desteği gerekli

42 Şu anki durum. Prototip 1,5 tesla MR cihazı üretimi Amaç montajı öğrenmek ve yetkinlik kazanma Proje başlamış durumda Bir yıl içerisinde ilk prototip çıkartılacak RF sistemi SANTEZ ve TEYDEB projeleri bitti ASELSAN ortaklığında proje devam etmekte. Gradient sistemi TEYDEB projesi değerlendirme aşamasında İç kaynak ile proje devam etmekte 42

43 UMRAMın kuruluşundan sonra kabul edilen Amerikan patentleri 1. Ozen, A.C. and Atalar, E., Magnetic resonance apparatus and data acquisition method with decoupling between transmit and receive coils, US patent no: , 18/Apr/ Fichtinger, G., Atalar, E., Whitcomb, L.L., Susil, R.C., Krieger, A. and Tanacs, A., Apparatus for insertion of a medical device during a medical imaging process, US patent no: , 7/Mar/2017 Assigned to The Johns Hopkins University 3. Halperin, H.H., Berger, R.D., Atalar, E., McVeigh, E.R., Lardo, A.C., Calkins, H. and Lima, J.A.C., System and method for magnetic-resonance-guided electrophysiologic and ablation procedures, US patent no: , 5/Apr/2016 Assigned to Johns Hopkins University 4. Atalar, E., Susil, R., Lardo, A. and Halperin, H.H., MRI compatible medical leads, US patent no: , 26/1/2016 Assigned to MRI Interventions Inc. and Greatbatch Ltd. 5. Aksit, P., Sathyanarayana, S., Solaiyappan, M. and Atalar, E., System and method for image-based interventional device tracking and scan plane guidance, US patent no: , 7/April/2015 Assigned to General Electric Company (Schenectady, NY) and John Hopkins University School of Medicine (Baltimore, MD) 6. Kopanoglu, E. and Atalar, E., Method and apparatus for reduction of specific absorption rate (SAR) in magnetic resonance data acquisition, US patent no: , 6/Jan/ Celik, H. and Atalar, E., Magnetic resonance method and apparatus to separate depiction of a tracked item from surrounding anatomy of a patient, using a transmit array system, US patent no: , 5/Aug/ Fichtinger, G., Atalar, E., Whitcomb, L.L., Susil, R.C., Krieger, A. and Tanacs, A., Apparatus for insertion of a medical device during a medical imaging process, US patent no: , 22/Apr/2014 Assigned to The Johns Hopkins University 9. Atalar, E., Allen, J., Bottomley, P.A., Eldelstein, W. and Karmarkar, P., MRI-safe high impedance lead systems, US patent no: , 1/Apr/2014 Assigned to Boston Scientific Neuromodulation Corporation (Valencia, CA) and MRI Interventions Inc (Memphis, TN) 10. Atalar, E. and Ferhanoglu, O., Electrical lead for an electronic device such as an implantable device, US patent no: , 11/Feb/2014 Assigned to Boston Scientific Neuromodulation Corporation (Valencia,CA) and MRI Interventions Inc (Memphis, TN) 11. Atalar, E. and Visksenko, N.V., Magnetic resonance RF coil assembly for imaging of the cervical region, US patent no: , 8/Oct/ Whitcomb, L.L., Krieger, A., Susil, R.C., Fichtinger, G., Atalar, E. and Iordachita, I.I., Apparatus for insertion of a medical device within a body during a medical imaging process, US patent no: , 27/August/2013 Assigned to The Johns Hopkins University 13. Atalar, E., Allen, J., Bottomley, P., Eldelstein, W. and Karmarkar, P.V., MRI-safe high impedance lead systems, US patent no: , 30/4/2013 Assigned to Boston Scientific Neuromodulation Corporation (Valencia, CA) and MRI Interventions, Inc. (Memphis, TN) 14. Atalar, E. and Ferhanoglu, O., Electrical Lead for An Electronic Device Such As Implantable Device, US patent no: , 19/2/2013 Assigned to MRI Interventions, Inc and Boston Scientific Neuromodulation 15. Eryaman, Y. and Atalar, E., Magnetic Resonance Method and Apparatus For Reducing RF Heating In Patients, US patent no: , 27/11/ Karmarkar, P.V. and Atalar, E., Active MRI intramyocardial injeciton catheter with deflectable distal section, US patent no: , 4/9/2012 Assigned to Johns Hopkins University 17. Fichtinger, G., Atalar, E., Whitcomb, L.L., Susil, R.C., Tanacs, A. and Krieger, A., Apparatus for Insertion of a Medical Device During a Medical Imaging Process, US patent no: , 14/8/2012 Assigned to Johns Hopkins University 18. Halperin, H.R., Berger, R.D., Atalar, E., McVeigh, E.R., Lardo, A., Calkins, H. and Lima, J., System and Method For Magnetic-Resonance-Guided Electrophysiology and Ablation Procedures, US patent no: , 17/01/2012 Assigned to Johns Hopkins University 19. Atalar, E., Allen, J., Bottomley, P., Eldelstein, W. and Karmarkar, P.V., MRI-safe high impedance lead systems, US patent no: , 8/11/2011 Assigned to Boston Scientific Neuromodulation Corporation (Valencia, CA) and MRI Interventions, Inc. (Memphis, TN) 20. Atalar, E. and Ferhanoglu, O., Electrical lead for an electronic device such as an implantable device, US patent no: , 7/6/2011 Assigned to Boston Scientific Neuromedulation Corporation (Valencia, CA) and Surgivision, Inc. (Memphis, TN) 21. Tulley, S., Lardo, A.C., Karmarkar, P., McVeigh, E., Halperin, H.R., McNamara, C.E., Bottomley, P.A., Atalar, E. and Yang, X., Magnetic resonance imaging probe, US patent no: , 07/12/2010 Assigned to The Johns Hopkins University (Baltimore, MD, US) and SurgiVision, Inc. (Marietta, GA, US) 22. Susil, R.C., Susil, G., Atalar, E., Atalar, E., Lardo, A.C., Halperin, H.R., Berger, R.D., Calkins, H. and Bottomley, P., Systems and methods for magnetic-resonance-guided interventional procedures, US patent no: , 30/11/ Halperin, H.R., Berger, R.D., Atalar, E., McVeigh, E.R., Lardo, A., and Calkins, H. and Lima, J., MRI-guided therapy methods and related systems, US patent no: , 26/10/2010 Assigned to Surgi-Vision, Inc. (Memphis, TN, US) 24. Kumar, A., Atalar, E. and Ocali, O., Biopsy and sampling needle antennas for magnetic resonance imaging-guided biopsies, US patent no: , 17/08/2010 Assigned to Johns Hopkins University (Baltimore, MD, US) 25. Karmarkar, P.V. and Atalar, E., Active MRI intramyocardial injeciton catheter with a deflectable distal section, US patent no: , 25/05/2010 Assigned to John Hopkins University 26. Atalar, E., Quick, H.H. and Karmarkar, P., Evaluating the urethra and the periurethral tissues, US patent no: , 06/11/2009 Assigned to The Johns Hopkins University (Baltimore, MD, US) and SurgiVision, Inc. (Memphis, TN, US) 27. Atalar, E. and Ferhanoglu, O., Electrical lead for an electronic device such as an implantable device, US patent no: , 14/07/2009 Assigned to Boston Scientific Neuromodulation Corporation (Valenica, CA, US) and SurgiVision, Inc. (Memphis, TN, US) 28. Yang, X., Atalar, E. and Yeung, C., Device, systems and methods for localized heating of a vessel and/or in combination with MR/NMR imaging of the vessel and surrounding tissue, US patent no: , 09/09/2008 Assigned to The Johns Hopkins University (Baltimore, MD, US)

44 Sonuç

45 1991 Mahmut Karadeniz sunumu (2) 45

46 UMRAM ve ASELSAN Görüntüleme teknolojilerinin özellikle de MR görüntüleme teknolojilerinin yurdumuza kazandırılması için görev verilirse, bunu en iyi bir şekilde gerçekleştirmeye çalışacaktır. 46

47 MR cihazının bilşenlerinin üretimi? Şirket kaynakaları açısından üretim oranları Siemens Philips GE Mıknatıs % % % Gradyan % 40.00% 40.00% RF 60.00% 30.00% 30.00% Kontrol 60.00% 60.00% 30.00% Diğer 10.00% 10.00% 10.00% Toplam 73.81% 58.10% 52.38% 47

48 Yerli MR Üretimi: Güçlü Yönler Yetkinlik UMRAM Yaklaşık 1000 kişilik kadro MR teknolojilerini bilen kadro ASELSAN MR cihazında kullanılan birçok bileşeni yapabilecek yetkinlikte kadro ve alt yapı Yazılım sektöründe Türkiye'nin gücü. İhtiyaç Hızlı büyüyen nüfus, kullanımın hızlı yaygınlaşması, mevcut ihtiyacın karşılanamaması 48

49 Yerli MR Üretimi: Zayıf yönler Magnet: Süperiletken, sanayi ürünü olarak yapılmıyor. Bilgi az veya yok. Adet olarak üretim miktarı az maliyet yüksek. MR çekim ücreti düşük: devletin çekim başına ödediği ücret gelişmiş ülkelerle kıyaslanamaz seviyede. 49