Portable single side amplitude modulation magnetic particle imaging (AM MPI) device for breast-conserving surgery (BCS) application

Abstract

Breast cancer patients who need surgery have to weigh their social femininity and psychological stress to decide which surgical method. Patients are undergoing total mastectomy experience the pain of loss of social femininity. On the other hand, patients undergoing breast-conserving surgery (BCS) experience stress due to fear and anxiety about recurrence and metastasis. The levels of mental stress in the two groups are similar. In a nutshell, breast cancer patients suffer losses by undergoing surgery to become healthy. Therefore, breast cancer patients cannot be free from mental stress, no matter their choice. In the case of mastectomy patients, they can select breast reconstruction additionally for compensating this. However, BCS causes relatively high stress about concerns and fears from recurrence and metastasis due to whether the tumor was removed during surgery successfully or not. Therefore, unlike the existing re-examination system after surgery and suturing, it is intended to deliver objective data to the patient's family and patients and increase psychological stability quickly by performing an examination inside the operating room and completing the operation. To achieve this, propose using miniaturized amplitude-modulated magnetic particle imaging (MPI) device that can use inside the operating room. MPI devices have superior and satisfactory performance compared to existing medical imaging devices (MRI, CT, PET, SPECT) when compared based on spatial resolution, temporal resolution, and sensitivity. In addition, it is possible to make better performance than the existing MPI device through the amplitude modulation (AM) method. The angled Hal-bach arrangement could form a field-free point (FFP) outside the device. Using the cylindrical spiral combined coil (CSCC) increases the reception efficiency. Based on this, one-sided MPI is simulated using COMSOL. Simulation and concept validation are completed through the prototype. In the future, it is intended to detect tumors by increasing the sensitivity of the receiving coil.|수술이 필요한 유방암 환자들의 경우, 자신의 사회적 여성성과 정신적 스트레스를 저울질하여 어떠한 수술을 받을지 결정해야만 한다. 유방 전절제술을 시행 받는 환자들은 사회적 여성성을 상실의 아픔을 겪게 된다. 반면에 유방 보존술을 시행 받는 환자들의 경우에는 재발과 전이에 대한 공포와 불안으로 인해 스트레스를 받게 된다. 그리고 두 집단의 정신적 스트레스 레벨은 유사하다. 한마디로 유방암 환자들은 건강해지기 위해 수술을 받음으로써 상실을 겪게 된다. 이에 유방암 환자들은 어떠한 선택을 할지라도 정신적 스트레스에서 벗어날 수 없게 된다. 이를 보완하고자, 전 절제술 환자들의 경우에는 유방 재건술을 추가로 선택하여 시술 받을 수 있다. 그러나 유방 보존술을 택한 환자들은 수술 중 미처 제거하지 못한 종양으로 인한 재발과 전이에 대한 걱정과 공포로 인한 스트레스가 상대적으로 높다. 따라서 기존의 수술 및 봉합 후 재 진찰 시스템과 달리 수술실 내에서 진찰하고 수술을 완료함으로써 환자의 가족과 환자들에게 객관적인 데이터를 신속하게 전달하고 심리적 안정도를 빠르게 높이고자 하는 것이다. 이를 달성하기 위해 수술실 내부에서 사용할 수 있는 실시간 피드백 시스템을 갖춘 소형화된 진폭 변조 자기입자영상장치를 사용할 것을 제안한다. 자기입자영상장치는 공간 해상도, 시간 해상도 그리고 민감도를 기준으로 비교하였을 때, 기존의 의료영상 장치(MRI, CT, PET, SPECT)에 비해 우수하고 준수한 성능을 지니고 있다. 또한, 진폭 변조 방식을 통해 기존의 자기입자영상장치 보다 우수한 성능을 만들 수 있다. 각도를 준 할바흐 배열을 통해 기기 외부에 자기 자유구역을 형성하고, 원통형과 나선형 코일을 함께 사용함으로써 수신 효율을 증대시킨다. 이를 바탕으로 단방향 자기입자영상장치를 만들기 위해 COMSOL을 이용하여 시뮬레이션 하였다. 시제품을 통해 시뮬레이션 및 개념의 타당성 검증을 완료하였다. 추후 수신 코일의 민감도 증대를 통하여 종양을 탐지할 수 있도록 하고자 한다.