Additive manufacturing of subject-conformal MRI hardware

Promovendus/a: Hanne Vanduffel

Promotor(en): Prof. dr. ir. Rob Ameloot, Prof. dr. Dimitrios Sakellariou

Magnetische Resonantie Beeldvorming (MRI) is een hoeksteen in medische diagnostiek en onderzoek en biedt ongeëvenaarde inzichten in het menselijk lichaam. Echter, de technologie heeft ruimte voor verbetering, met name op het gebied het aanbieden van gepersonaliseerde oplossingen op maat van de patiënt. Dit onderzoek pakt deze uitdagingen rechtstreeks aan door geavanceerde 3D-printtechnieken te gebruiken om gespecialiseerde hardware componenten voor MRI-machines te fabriceren, met name RF-spoelen en passieve shims. Deze componenten zijn cruciaal voor het verbeteren van de beeldkwaliteit door het optimaliseren van signaal-ruisverhoudingen en het waarborgen van uniforme magnetische velden.

Traditionele productiemethoden voor deze componenten hebben beperkingen. Ze maken vaak gebruik van een one-size-fits-all benadering, wat kan resulteren in een ondermaatse beeldkwaliteit door veldvervormingen en slechte signaalontvangst. Dit onderzoek streeft ernaar deze beperkingen te overwinnen door onderwerp-specifieke ontwerpen te creëren die zijn afgestemd op individuele anatomische structuren. Dit niveau van maatwerk is aangetoond significant de signaalnauwkeurigheid, beeldanalyse en diagnostische precisie te verbeteren.

De studie onderzoekt verschillende 3D-printtechnieken, zoals Stereolithografie en Poederbedfusie, voor de fabricage van op-maat-gemaakte RF-spoelen. Ook wordt er gekeken naar alternatieve materialen zoals aluminium als een potentieel substituut voor koper, met als doel de prestaties van hybride MRI-systemen te verbeteren. Een andere innovatieve benadering die wordt besproken, is het gebruik van een binder jetting printtechniek voor het creëren van passieve shims. Deze methode omvat het nauwkeurig aanbrengen van ferromagnetische nano-partikels om complexe magnetische veldvervormingen, bekend als B0-inhomogeniteiten, te corrigeren.

Dit onderzoek legt ook een sterke focus op geautomatiseerde ontwerpmethodologieën en digitale workflows. Deze geautomatiseerde processen versnellen niet alleen de overgang van ontwerp naar operationeel gebruik, maar verminderen ook aanzienlijk de productiekosten. De studie omvat ook uitgebreide kwaliteitsevaluaties en benchmarking tegen de huidige state-of-the-art hardware om ervoor te zorgen dat de 3D-geprinte componenten voldoen aan of overtreffen de bestaande normen.

Samenvattend biedt dit onderzoek een transformerende benadering van MRI-technologie door gebruik te maken van de precisie en aanpasbaarheid van 3D-printen. Het opent de deur naar ongeëvenaarde ontwerpvrijheid, waardoor de aanpassing van MRI-hardware aan individuele patiëntspecificaties mogelijk is. Hierdoor wordt een nieuwe maatstaf gezet voor nauwkeurigheid, efficiëntie en kosteneffectiviteit in MRI-diagnostiek.