квенч мрт что это

Безопасность в кабинете МРТ

МРТ – источник ЭМИ (электромагнитного излучения).

В составе МРТ есть три элемента, которые создают электромагнитное излучение:

1 – Магнит (постоянный или сверхпроводящий).

2 – Градиентные катушки, которые создают переменное поле.

3 – РЧ катушки передают и принимают радиочастотный сигнал.

Во время МРТ на пациента действует постоянное магнитное поле, переменное магнитное поле, радиочастотный импульс. Данный факт следует учитывать, чтобы исключить нежелательные биологические эффекты.

Классификация биоэффектов взаимодействия ЭМП с человеком.

1 – Прямые

А – Тепловые (нагрев ткани, ожоги).

Б – Нетепловые (кардиостимуляция, стимуляция мышц, нервов, органов чувств (головокружение или появление фосфенов)).

2 – Косвенные (притяжения ферромагнетиков, риск возникновения аварийной ситуации).

Факторы воздействия

Магнитогидродинамический эффект – это возникновение электрического поля при движении электропроводной жидкости в магнитном поле (например, кровь).

Градиентные магнитные поля способствуют возбуждению периферической нервной системы.

Особое внимание стоит уделить опасности попадания ферромагнетиков в зону постоянного магнитного поля.

Ферромагнитные частицы в неоднородном магнитном поле испытывают действие поступательной силы и крутящего момента в направлении большей величины индукции магнитного поля.

Ферромагнетики – это вещества, которые обладают таким свойством, как спонтанная намагниченность.

Основные правила

Примеры ферромагнетиков.

Так магнит всегда включен – не забывайте про кнопку аварийного отключения магнита в чрезвычайных случаях.

Область ограниченного доступа – это область эллипсоидной формы, в которой величина индукции магнитного поля равна или превышает 0,5 милли тесла.

Представлены предупреждающие и запрещающие знаки.

Зонирование кабинета

Предупреждение ситуации попадания ферромагнетиков в магнитное поле.

Радиочастотные магнитные поля.

Источник

Как уберечь МРТ от квенча

Почему следует избегать этого явления и что делать, если переход магнита из сверхпроводящего состояния в несверхпроводящее произошел

Об МРТ традиционно рассуждают, как о наиболее безопасном методе диагностирования. Тем не менее, пациентов всегда волнует вопрос, а может ли аппарат причинить вред? Теоретически можно утонуть даже в стакане воды, если не соблюдать правила приема напитков, а магнитно-резонансный томограф – сложное, но безопасное устройство, если соблюдать все правила его эксплуатации. На сегодня известен только один прецедент травмирования пациента. Относится он к 2001 году. Случилось это потому, что из-за неисправности аппарата магнитное поле притянуло баллон. При его резком движении пациент получил травму головы. За прошедшие с тех пор почти два десятилетия все резко изменилось в сфере магнитно-резонансного диагностирования. Аппараты последних поколений имеют множество степеней защиты, и они действительно безопасны, но уделять внимание их техническому состоянию необходимо всегда.

Гелий – газ инертный и нетоксичный, однако при резком его выбросе есть опасность обморожения людей.

Еще одна опасность заключается в том, что газ во время квенча вытекает интенсивно, мгновенно закипает, расширяется, начинает занимать весь объем помещения, вытесняя кислород.

Если дверь при квенче закрыта, то она блокируется из-за огромного объема газообразного гелия. Для людей, оставшихся в кабинете, существует угроза асфиксии.

Для снятия таких рисков в кабинетах, где проводится сканирование с помощью МРТ, обязательно делают технические отверстия, которые открываются наружу и служат для разгерметизации пространства.

Помимо халатного отношения к обязательной дозаправке аппарата и допуска снижения гелия ниже критического уровня, существуют и другие причины квенча. Среди них:

нажатие кнопки остановки магнита при возникновении аварийных ситуаций, например, притягивание каталки или других крупных предметов;

попадание посторонних, даже совсем мелких предметов на обмотку магнита (достаточно вывести из строя малый участок сверхпроводника);

отсутствие своевременного обслуживания или ошибки при обслуживании, которые приводят к возникновению неисправностей;

перекрытие сервисной горловины и пр.

Как не дойти до квенча и что делать после него

Для предотвращения квенча, а это процесс лавинообразный и необратимый, все кабинеты с аппаратами МРТ содержатся в идеальном состоянии. Допуски туда имеют только подготовленные сотрудники и особый технический персонал.

Если модель относится к категории дозаправляемых, а такие сегодня установлены в большинстве клинических и поликлинических учреждений, необходимо вызывать дозаправщиков своевременно.

Нельзя допускать понижения уровня жидкого гелия ниже 50%. Оптимально проводить дозаправку при снижении уровня хладагента на 20-30%

Сервисное обслуживание криогенной системы – обязательное условие эксплуатации аппаратов. Специалист криосервиса:

периодически меняет адсорбер в компрессоре, криоголовку или дисплейсер;

обслуживает внешнюю криосистему;

следит за состоянием масла в компрессоре, дозаправляет его;

промывает линии жидкого гелия или меняет их и так далее.

Если были допущены ошибки в работе диагностов и технического персонала или вообще отсутствовали обязательные проверки томографа, квенч практически неизбежен. При его возникновении необходимо:

эвакуировать людей из кабинета и окружающих помещений;

дождаться окончания процесса, не предпринимая никаких попыток его остановить (он необратим);

отогреть клапаны сброса гелия, стабилизировать давление в криостате;

установить новую предохранительную мембрану или две мембраны (в зависимости от модели), которые всегда должны быть в наличии, если в учреждении есть МРТ;

провести полную диагностику аппарата, устранить возможные неисправности, заправить гелием.

Стоимость услуг в компании «Медстрой» невысока. Мы оказываем круглосуточный сервис по заправке МРТ. Наши цены одни из самых низких на профильном рынке столичного региона. Условия обслуживания постоянных заказчиков еще более лояльные. Обсуждаем договоры персонально, предоставим скидки. Звоните или пишите нам, заказывайте дозаправку аппаратов и не допускайте квенча!

Источник

Квенч мрт что это

На этой странице мы постарались подробно ответить на вопросы, которые наиболее часто задавают нам наши клиенты. Если Вы не нашли здесь ответ на свой вопрос, напишите нам.

В кабинете магнитно-резонансной томографии (МРТ) сверхпроводящий магнит устанавливается в центре экранированной комнаты, клетки Фарадея, защищающей аппарат от помех со стороны внешних электромагнитных полей. Обычно это заземленная клетка, изготавливается из хорошо проводящего материала, например, медной фольги.

Жидкий гелий имеет самую низкую температуру из всех существующих веществ, поэтому любые другие газы, попавшие в объем с гелием будут находиться в твердом состоянии, превратятся в «лёд», что крайне опасно. Для того, чтобы сбалансировать скорости испарения и сжижения гелия в криостате устанавливается автоматически управляемый нагреватель, который повышает скорость испарения гелия. Со временем производительность рефрижератора может снижаться, соответственно будет снижаться и мощность нагревателя. В некоторых моделях МРТ предусмотрено автоматическое отключение рефрижератора при снижении давления в магните ниже установленного уровня, что позволяет предотвратить образование льда.

В криостате МРТ с помощью нагревателя поддерживается избыточное давление в гелиевом объеме для предотвращения образования льда. Однако за длительный срок эксплуатации все же возможно образование льда внутри криостата. Наледь на теплообменнике криоголовки приводит к уменьшению скорости ожижения в сравнении со скоростью испарения, т.е. избыточный газ не ожижается и спускается через предохранительные клапаны, система начинает терять жидкий гелий.

Более опасна полная закупорка льдом сервисной горловины, через которую заливается жидкий гелий, сбрасывается избыточное давление, вставляются токовводы. В данном случае система подержания избыточного давления, при помощи датчика давления, измеряет недостоверные значения в объеме, расположенном наверху сервисной горловины (выше уровня льда). При этом в основном гелиевом объеме может образоваться избыточное давление выше предельного, что в конечном счете приведет к квенчу. При этом, существенна вероятность повреждения магнита, поскольку линия сброса испарившегося жидкого гелия закупорена льдом. К сожалению, закупорка горловины нередкое явление, поэтому некоторые модели МРТ снабжаются дополнительным аварийным сбросом давления (с дополнительной защитной мембраной), расположенным ниже уровня сервисной горловины.

При частичной закупорке сервисной горловины часто наблюдается значительное снижение эффективности перелива жидкого гелия при заправке МРТ, количество % уровня жидкого гелия с полного транспортного сосуда Дьюара.

Потеря жидкого гелия может быть связана со следующими факторами:

— Недостаточная эффективность работы криоголовки (несвоевременная замена и её износ, наледь на рефрижераторе/ теплообменнике, недостаточное охлаждение компрессора рефрижератора).

— Утечка газообразного гелия

— Периодические отключения рефрижератора

— Избыточный теплоприток к гелию за счет ухудшения вакуума

При первых симптомах снижения уровня жидкого гелия следует незамедлительно провести диагностику магнита специалистами. При снижении уровня до критического, около 40% (зависит от модели МРТ) высока вероятность квенча, при дальнейшем снижении уровня гелия – квенч неизбежен.

Следует помнить, что при неработающем рефрижераторе скорость испарения жидкого гелия составляет 3-6% в день, т.е. время, за которое магнит достигнет критического уровня измеряется днями.

Квенч ( quench ) – это переход магнита из сверхпроводящего состояния в несверхпроводящее, сопровождающийся превращением энергии запасенной в магните в тепло. Т.е. магнитного поля после квенча нет. При этом происходит интенсивное испарение жидкого гелия (сотни литров), приводящее к резкому увеличению давления в криостате с последующим разрывом предохранительной мембраны ( burst disk ). В некоторых моделях МРТ предохранительная мембрана может остаться целой за счет использования специализированного сбросного клапана.

Возможные причины квенча :

— Нажатие кнопки аварийного вывода поля

— Уровень гелия ниже критического

— Неисправность (или подключение посторонних потребителей) в цепь заземления МРТ

— Полная закупорка сервисной горловины

— Посторонние предметы, попавшие на обмотку магнита (кусочек льда или изоляции).

Можно оценить, что в магните с индуктивностью 15 Гн и рабочим током 600 А запасено 2.7 МДж энергии. Учитывая теплоту парообразования гелия (20.2 кДж/кг), этой энергии достаточно для испарения 1070 литров жидкого гелия. Однако часть энергии расходуется на разогрев обмотки и элементов криостата, часть абсорбируется в защитной системе, поэтому при квенче испаряется меньшее количество гелия, но оно измеряется в сотнях литров.

Для того чтобы произошел квенч, достаточно чтобы небольшой участок сверхпроводника, порядка миллиметра, перешел в несверхпроводящее состояние. Далее процесс будет лавинообразным и необратимым. Порядок величины энергии, необходимой для перевода участка сверхпроводника в несверхпроводящее состояние составляет 10 мДж. Чтобы понять, что такое 10 мили Джоуль достаточно вспомнить, что такой энергией обладает тело массой 0.1 г (швейная игла), поднятое на 1 см над поверхностью земли. Т.е. падение швейной иглы с высоты 1 см на обмотку магнита достаточно для того, чтобы вызвать квенч. В магните МРТ обмотка защищена слоем бандажа, для перевода её в несверхпроводящее состяние требуется несколько большая энергия, однако кусочек льда, упавший на обмотку вполне может стать причиной квенча магнита.

В большинстве случаев после квенча разрушается предохранительная мембрана ( burst disk ). Необходимо всегда иметь запасную мембрану в наличии на объекте. В некоторых магнитах устанавливаются мембраны сразу двух типов: графитовая и металлическая. Новую мембрану крайне желательно установить сразу при нормализации давления после квенча. Следует отогреть все клапана сброса гелия и добиться стабильного положительного давления в криостате.

Для стабильной работы криогенной системы МРТ требуется её своевременное и профессиональное обслуживание, включающее в себя:

— Замену адсорбера в гелиевом компрессоре

— Замена криоголовки или её дисплейсера

— Дозаправка компрессора маслом и газообразным гелием марки 6.0.

— Промывка или замена гелиевых линий,

— Обслуживание внешней системы охлаждения, чиллера

Источник

Разбираем магнитно-резонансный томограф

Квантовая физика, математика, биология, криогеника, химия и электроника сплелись единым узором, чтобы воплотиться в железе и показать настоящий внутренний мир человека, и даже, ни много ни мало, прочитать его мысли. Электроника таких аппаратов, по надежности и сложности может сравниться разве что с космической. Эта статья посвящается оборудованию и принципам работы магнитно-резонансных томографов.

В области современного томографостроения лидируют мастодонты электронного мира: Siemens, General Electric, Philips, Hitachi. Только такие крупные компании могут позволить себе разработку столь сложного оборудования, стоимость которого как правило составляет десятки (почти сотни) миллионов рублей. Разумеется, ремонт такой дорогущей техники у официального представителя влетает в огромную копеечку владельцу аппарата (а они к слову в основном частные, а не государственные). Но не стоит отчаиваться! Также как и сервис-центры по ремонту ноутбуков, телефонов, чпу-станков, да собственно любой электроники существуют фирмы, занимающиеся ремонтом медицинского оборудования. В одной из таких фирм я и работаю, поэтому продемонстрирую вам интересную электронику и постараюсь описать ее функционал понятными словами.

Магнитно-резонансный томограф фирмы GE Healthcare с полем 1.5 Тесла. Стол отсоединяется от томографа и может быть использован как обычная каталка.

Вся магия МРТ начинается с квантовой физики, откуда берет свое начало термин «спин», применяемый к элементарным частицам. Можно встретить кучу определений, что такое спин, общепринято — это момент количества движения частицы, что бы это не значило. В моем понимании частицы как-бы постоянно вращаются (упрощенно) создавая при этом возмущения в магнитном поле. Так как элементарные частицы в свою очередь образуют ядра атомов, считается, что их спины при этом складываются и ядро обладает собственным спином. При этом, если мы хотим как-то взаимодействовать с ядрами атомов с помощью магнитного поля, нам будет очень важно, чтобы спин ядра был ненулевой. Совпадение или нет, но самый распространенный в нашей вселенной элемент — водород имеет ядро в виде одного единственного протона, который имеет спин равный 1/2.

Иллюстрация из книги Эверта Блинка «Основы МРТ». Протоны с черными стрелками, символизирующими стрелку компаса вращаются в направлении синей стрелки.

Приложив внешнее магнитное поле, можно вывести эту систему из равновесия и протоны (не все конечно) поменяют свою пространственную ориентацию в соответствии с направлением силовых линий поля.

Иллюстрация из книги Lars G. Hanson Introduction to Magnetic Resonance
Imaging Techniques. Спины протонов в теле человека показаны в виде векторов-стрелочек. Слева отражена ситуация когда все протоны находятся в магнитном равновесии. Справа — когда приложено внешнее магнитное поле. Нижние визуализации показывают тоже самое в трехмерном варианте, если построить все векторы из одной точки. При всем этом, происходит вращение (прецессия) вокруг силовых линий магнитного поля, которая показана круглой красной стрелкой.

Прежде чем протоны сориентируются в соответствии с внешним полем, они будут какое-то время колебаться (прецессировать) около положения равновесия, как и стрелка компаса, что колебалась бы возле отметки «север», если бы производитель предусмотрительно не добавил бы демпфирующую жидкость внутрь циферблата. Примечательно, что частота таких колебаний различается для разных атомов. На измерении этой частоты например, основаны методы резонансного определения состава исследуемого вещества.

Для ядер атомов водорода в поле величиной 1 Тесла эта частота составляет 42,58 МГц, ну или простыми словами, колебания протонов вокруг силовых линия поля такой напряженности происходят около 42 миллионов раз в секунду. Если мы облучим протоны радиоволной с соответствующей частотой, то возникнет резонанс, и колебания усилятся, вектор общей намагниченности при этом сместится на определенный градус относительно линий внешнего поля.

Иллюстрация из книги Lars G. Hanson Introduction to Magnetic Resonance Imaging Techniques. Показано как смещается общий вектор намагниченности, после воздействия радиоволны с частотой, которая вызывает резонанс в системе. Не забываем, что все это продолжает вращаться относительно силовой линии магнитного поля (на рисунке она расположена вертикально).

Тут и начинается самое интересное — после взаимодействия радиоволны с протонами и резонансного усиления колебаний, частицы снова стремятся придти к равновесному состоянию, при этом, излучая фотоны (из которых и состоит радиоволна). Это и называется эффектом ядерного магнитного резонанса. По сути, все исследуемое тело превращается в огромный массив миниатюрных радиопередатчиков, сигнал с которых можно поймать, локализовать и построить картину распределения атомов водорода в веществе. Так что, как вы уже догадались, по сути МРТ показывает картину распределения воды в организме. Чем сильнее напряженность поля, тем большее число протонов можно использовать для получения сигналов, поэтому разрешающая способность сканера напрямую зависит от этого.

Сей эффект проявляется не только в сильных магнитных полях — каждый день, даже по пути в магазин за хлебом, протоны нашего тела испытывают влияние магнитного поля Земли. Исследователи из Словении например, построили экспериментальную систему МРТ, использующую лишь магнитное поле нашей планеты.

Иллюстрация из научной статьи «Magnetic Resonance Imaging System Based on
Earth’s Magnetic Field» Авторы: Ales Mohoric, Gorazd Planins и др. Демонстрирует снимки, полученные с использованием экспериментальной системы. Слева яблоко, справа — апельсин. Показательно не то, что получаются снимки с плохим качеством, а сама принципиальная возможность использования МР в слабых полях.

Разумеется, в коммерческих медицинских сканерах, напряженность магнитного поля многократно выше земного. Наиболее часто используют сканеры с полем 1, 1.5 и 3 Тесла, хотя есть как более слабые (0.2, 0.35 Тесла), так и суровые монстры в 7 и даже 10 тесла. Последние используют в основном для исследовательской деятельности, и в нашей стране насколько мне известно, таких нет.

Конструктивно поле в сканере может создаваться по разному — это и постоянные магниты, и электромагниты, и погруженные в кипящий гелий сверхпроводники по которым текут огромные токи. Последние широко распространены, и представляют наибольший интерес, так как позволяют добиться несравненно большей напряженности поля по сравнению с другими вариантами.

Типичная конструкция аппарата МРТ, поле в котором создается током, текущим через сверхпроводники. Источник — интернет.

Температура сверхпроводящих обмоток поддерживается благодаря постепенному испарению хладагента — жидкого гелия, кроме того в системе работает криокулер, на жаргоне медтехников называемый «холодной головой». Он издает характерные чавкающие звуки, которые вы наверняка слышали если хоть раз видели аппарат вблизи. Ток в сверхпроводниках течет постоянно, а не только во время работы аппарата, соответственно магнитное поле есть всегда. На незнании этого факта часто попадаются киношники (например в последнем сезоне сериала «Черное зеркало» был подобный ляп).

На панели управления аппаратов такого типа есть большая красная кнопка, позволяющая отключить магнитное поле (Rundown magnet). Она не без иронии называется «Кнопка увольнения».

Одна из панелей управления томографом фирмы Siemens

Нажатие этой кнопки включает аварийные нагреватели в емкости с хладагентом, которые поднимают температуру обмоток до критической точки, после которой процесс идет лавинообразно: после приобретения обмотками сопротивления, ток через них моментально разогревает их и все вокруг, приводя к выбросу гелия через специальную трубу. Этот процесс называется «квенч», и это наверное самое грустное, что может случится с аппаратом, так как восстановление его работоспособности после такого занимает очень много времени и денег.

Томограф Siemens Espree, с полем 1.5. Тесла, обратите внимание на металлические ключи, которые спокойно лежат на столе — магнитного поля тут больше нет. Был закуплен для некоторых государственных клиник у компании Siemens. Имеет сравнительно малые размеры емкости и большой диаметр апертуры. Есть мнение, что подобное укорочение конструкции вылилось в то, что он любит часто пускать гелий на ветер сам по себе (по крайней мере аппарат на фото делает это с завидной регулярностью).

Тем временем после небольшого отступления, снова вернемся к теории. Если просто принимать радиоволны испускаемые протонами тела в ответ на резонансные радиоимпульсы, картинку не построить не выйдет. Как же локализовать сигнал, который идет сразу со всех частей тела? В свое время исследователи Пол Лотербур и Питер Мэнсфилд получили за решение этой проблемы нобелевскую премию по медицине. Если вкратце, их решение состоит в применении дополнительных обмоток в аппарате, создающих практически линейное изменение напряженности магнитного поля вдоль выбранного направления — градиент поля. Так как наше пространство вроде как трехмерное, то и обмоток используется три — оси X, Y и Z.

Иллюстрация из книги Эверта Блинка «Основы МРТ». Примерно так выглядят дополнительные градиентные обмотки внутри аппарата — реальные обмотки имеют конечно более сложную структуру.

Если напряженность магнитного поля изменяется по линейному закону, то при активации одного из градиентов протоны вдоль этого направления будут иметь различную резонансную частоту.

Иллюстрация с сайта howequipmentworks.com. Символически нарисованы градиентные обмотки (синим) и радиочастотная обмотка (зеленым). Показано что при создании градиента поля вдоль стола в точке А резонансная частота протонов будет отличатся от частоты в точке B

Использование градиентов позволяет манипулировать полем так, чтобы сигнал приходил только из конкретно определенных областей. В зависимости от амплитуды полученного сигнала выбирается яркость пикселя на картинке. Чем больше концентрация протонов в области — тем ярче результат.

Чтобы создать градиент магнитного поля, нужно пропустить через градиентные обмотки большой ток, причем импульс должен быть довольно кратковременным, и с крутым фронтом, а для некоторых программ и вовсе требуется, чтобы направление тока в градиентной обмотке мгновенно менялось на противоположное для перемагничивания. Этим занимаются мощные импульсные преобразователи, они занимают целую стойку в аппаратной.

Градиентные усилители аппарата Siemens Harmony 1T. Рабочие характеристики — до 300 Ампер и до 800 Вольт, при использовании шести модулей — на фото представлено три модуля.

В аппаратах Siemens традиционно используется водяное охлаждение силовых компонентов — трубки видно на фото. Это нередко выливается (интересный каламбур) в хороший салют при любой течи. Несмотря на хваленое немецкое качество, никто не озаботился установкой датчиков протечки ( в этом плане им стоило бы поучиться у GE). Но справедливости ради, конкретно градиентные блоки текут редко, чаще они выходят из строя без видимой причины.

Внутренности градиентного модуля от Siemens Harmony старого типа.

Модуль вроде тех, что показан на фото тяжело поддается ремонту — транзисторы приклеены к медной трубке на что-то вроде холодной сварки, и горят они там сразу десятками. Чтобы снять плату, требуется отпаять одновременно несколько десятков ножек! Лучше забудем этот кошмар, и посмотрим на более свежее решение от немецкого производителя.

Градиентный усилитель от Siemens Harmony. Более новая версия. Две симметричные платы прикручиваются болтами к очень мощным полевым транзисторам. Транзисторы работают группами по шесть штук параллельно, горят конечно тоже не по одному. Модель на фото уже слегка «отколхожена», вместо родных разъемов между платами впаяны медные пластины. Обратите внимание на верхний правый угол фото — это оптические кабели по которым идет сигнал на открытие ключей. Если перепутать их подключение — блок тут же сгорает с громким хлопком, никакой защиты «от дурака» в такой технике не предусмотрено.

Одной из главных проблем при ремонте является отсутствие какой-либо документации, тем более, оборудование весьма специализированное. Поэтому порой приходится набить немало шишек и пожечь довольно много недешевых компонентов, чтобы понять что же было не так. Конечно, за деньги можно купить и сервисные мануалы, но как правило, они весьма поверхностные. Крутые фирмы надежно хранят свои секреты.

Чем сильнее магнитное поле в аппарате, тем соответственно более мощными должны быть и градиентные преобразователи. В аппаратах с полем 1.5 Т и 3 Т куча параллельных полевых транзисторов, которые нужно набрать для обеспечения необходимой мощности, становится чересчур огромной, в дело вступают IGBT сборки, подобные тем, что ставят в промышленные преобразователи частоты для управления двигателями.

Градиентный усилитель Quantum Cascade в разборе, ток до 500 Ампер, выходное напряжение до 2000 В. В его составе работают 20 мощных IGBT сборок. Здесь есть интересный момент — сама по себе сборка не выдержит 2 киловольта, это напряжение получается путем использования пяти независимых источников по 400В каждый. Моя мечта — собрать из этого агрегата катушку Тесла.

За создание радиочастотных импульсов нужной частоты отвечает блок синтезатора (в аппаратах Siemens) или же эксайтер (в случае аппаратов GE). Несмотря на разные названия, их функции примерно одинаковы. Эти блоки как правило надежны и редко требуют ремонта, если с ними аккуратно обращаться. Сигнал формируется путем цифро-аналогового синтеза, и представляет собой sinc-функцию.

Слева продемонстрированы два вида радиочастотных импульсов — гауссиан и sinc, он же так называемый кардинальный синус. Справа показан профиль возбуждения при их использовании в качестве радиочастотного возбуждающего сигнала — то есть примерно показана форма области, где протоны войдут в резонанс, вид сбоку. Разумеется нижняя версия более предпочтительна для создания изображений (слайсов), особенно когда они расположены близко друг к другу, чтобы уменьшить влияние сигналов за пределами выбранной области сканирования.

Наконец, мы подошли без преувеличения, к самому интересному по моему мнению блоку во всем томографе — радиочастотный усилитель мощности, который преобразует слабый сигнал с синтезатора в мощный, подаваемый на передающую антенну в аппарате.

Мощность усилителя для томографа с полем 1Т составляет 10кВт, для поля 1.5Т уже 15 кВт, соответственно для более высокопольных аппаратов требуются большие мощности в плане радиочастотного излучения. Это одна из причин, почему высокопольные аппараты еще прочно не вошли в клиническую практику. Но давайте без фанатизма — постоянно разговаривая по мобильнику вы пооблучаетесь побольше чем за один сеанс в аппарате МРТ.
Как правило этот блок совмещает в себе сложные запутанные схемы управления и защиты, радиочастотные фишки, большие напряжения, а также проблемы с охлаждением.

В томографах General Electric и Hitachi ставят усилители мощности, изготавливаемые фирмой Analogic. Отличаются красивой компоновкой компонентов на плате, высокой живучестью — как правило в их усилителях несколько транзисторных каскадов работают параллельно, причем выходной сумматор устроен так, что при отказе одного каскада усиления, блок продолжит работать, хоть и не на полную мощность.

Плата усилителя из аппарата GE. Красивая и эффектная конструкция!

К сожалению, не могу сказать того же про продукцию Siemens. Очевидно, что перед инженерами, проектировавшими устройство радиочастотного усилителя поставили задачу во чтобы то ни стало использовать производимый компанией дешевый транзистор Buz103. Это хилый компонент в плане допустимой для него мощности, и чтобы выкрутится из положения, в итоговую конструкцию усилителя с красивым именем «Dora» вставили 177 транзисторов, все они стоят на двух огромных радиаторах, которые при работе находятся под высоким напряжением и контактируют через термопрокладку с радиатором водяного охлаждения, а тот уже в свою очередь постоянно течет, причем прямо на плату, что на фото далее.

Плата усилителя Siemens усилителя мощности 10кВт. Сплошные электротехнические понты: индуктивности из дорожек, идущие через несколько слоев, сложнейшая схема управления транзисторами на 10-слойной плате, резонаторы из полигонов и прочие малоприятные вещи.

Ремонтопригодность усилителя этой фирмы практически никакая. Имея в своем распоряжении производство транзисторов Siemens может позволить себе собрать близкие по параметрам детали из партии, путем отбора, а это очень критично когда параллельно работает сразу сотня транзисторов. И самое обидное, что даже если купить нужное количество на замену, то выяснится что то, что находятся в продаже оказывается не тем чем кажется.

Вскрытие транзисторов — снаружи все подписаны и выглядят одинаково, внутри — все разные. Оригинал — крайний справа. Те, что с меньшей площадью кристалла чем у оригинала — горят как спички, второй справа хоть и имеет близкую площадь, но отвратительно работает в режиме усиления.

Вероятно у кого нибудь может возникнуть вопрос, почему в описанных усилителях применяют транзисторы, а как же лампы? Действительно, в старых агрегатах фирмы Siemens, а также во вполне современных аппаратах Philips с полем в 3Т применяют именно лампы. Увы, фото данного железа у меня нет, но могу сказать что срок службы у этих элементов составляет всего год-два, а цена у них немалая. Вообще, как то в статье обделил вниманием Philips, нехорошо вышло. Исправлюсь немного:

МРТ нового типа — Philips Panorama. Как правило аппараты открытого типа основаны на использовании постоянных магнитов или электромагнитов, что автоматом означает низкое поле и качество картинки. Но не в этом случае. Поле этого аппарата 1 Тесла, и здесь также применяется сверхпроводник. Огромное по сравнению с обычным томографом пространство позволяет проводить исследование крупных пациентов, либо тех кто боится замкнутого пространства, например детей.

Мощность радиочастотного сигнала контролируется в самом блоке усилителя мощности, в измерительном блоке, осуществляющем подстройку передающей антенны (катушки) и еще в приемнике. Таким образом, аппарат МРТ имеет троекратную защиту от превышения допустимых норм радиоизлучения. Так что не бойтесь, и смело проходите обследование.

Несмотря на всю мощь усилителей, описанную выше, сигнал, получаемый в ответ на резонансное возбуждение довольно мал. Поэтому передающую антенну (Body coil), описанную ранее и находящуюся в корпусе томографа редко используют в режиме приема сигнала. Вместо этого, существует большой набор катушек (coils) для любых частей тела — голова, спина, колено, плечи и.т.п. Они находятся гораздо ближе к объекту исследования и позволяют добиться лучшего качества изображения. Но я думаю вы уже устали от кучи информации, поэтому я просто засуну в томограф арбуз.

Арбуз готовится к исследованию. На нем сверху лежит катушка, предназначенная для грудной области, под ним — катушка для спинного отдела и позвоночника. Справа на полу — шар для предсказаний специальный объект для калибровки систем аппарата, так называемый «фантом»

Мало кто режет арбузы в поперечном направлении. Аппарат МРТ позволяет сделать это без ножа. Знали ли вы об интересной фрактальной структуре внутри? Обратите внимание, что верхняя часть, которая ближе к приемным элементам катушки светлее, так как амплитуда сигнала, получаемого из этой области выше, чем снизу ягоды.

Продольный разрез уже знаком всем. Думаю, арбуз спелый, можно брать.

Сигнал с катушек поступает в блок приемника в виде аналоговых сигналов, где перерабатываются в цифровую форму. В новейшем оборудовании на острие прогресса, приемник с аналогово-цифровым преобразователем встроен прямо внутрь катушки, а к компьютеру идет оптическая линия передачи данных. Это сделано для того чтобы максимально убрать помехи. Компьютер, занимающийся построением изображения из этих данных обычно стоит отдельно и называется реконструктором. Полученные изображения печатают на пленку, которая кстати хорошо подходит для фоторезиста.

В заключение еще хотел добавить, что в России прямо сейчас проводят интересные исследования по улучшению качества изображения в аппаратах МРТ. Этим занимается кафедра нанофотоники и метаматериалов университета ИТМО. Если простыми словами — метаматериалы это композиты, имеющие специальную структуру. Они позволяют создавать антенны и резонаторы, с очень малыми размерами по сравнению с длинной волны излучения, что идеально подходит для магнитно-резонансной томографии.

Источник