Исследование МР томографии и устройство МР томографа

Прежде всего, пациента помещают внутрь большого магнита, где имеется довольно сильное постоянное (статическое) магнитное поле, ориентированное в большинстве аппаратов вдоль тела пациента. Под воздействием этого поля ядра атомов водорода в теле пациента, которые представляют собой маленькие магнитики, каждый со своим слабым магнитным полем, ориентируются определенным образом относительно сильного поля магнита. Добавляя слабое переменное магнитное поле к статическому магнитному полю, выбирают область, изображение к. надо получить.

Затем пациента облучают радиоволнами, причем частоту радиоволн подстраивают таким образом, чтобы протоны в теле пациента могли поглотить часть энергии радиоволн и изменить ориентацию своих магнитных полей относительно направления статического магнитного поля. Сразу же после прекращения облучения пациента радиоволнами протоны станут возвращаться в свои первоначальные состояния, излучая полученную энергию, и это переизлучение будет вызывать появление электрического тока в приемных катушках томографа. 1].

Зарегистрированные токи являются МР сигналами, к. преобразуются компьютером и используются для построения (реконструкции) МРТ.

Соответственно этапам исследования основными компонентами любого МР томографа являются: магнит, создающий постоянное (статическое), так называемое внешнее, магнитное поле, в которое помещают пациента градиентные катушки, создающие слабое переменное магнитное поле в центральной части основного магнита, называемое градиентным, которое позволяет выбрать область исследования тела пациент радиочастотные катушки — передающие, используемые для создания возбуждения в теле пациента, и приемные — для регистрации ответа возбужденных участков компьютер, который управляет работой градиентной и радиочастотной катушек, регистрирует измеренные сигналы, обрабатывает их, записывает в свою память и использует для реконструкции МРТ.

Всякое М поле характеризуется индукцией М поля, которую обозначают В.

Единицей измерения является 1 Тл (тесла).

В МРТ в зависимости от величины постоянного магнитного поля различают несколько типов томографов со сверхслабым полем 0,01 Тл — 0,1 Тл со слабым полем 0,1 — 0,5 Тл с средним полем 0,5 — 1.0 Тл с сильным полем 1.0 — 2,0 Тл со сверхсильным полем >2,0 Тл[2].

Отличие систем МРТ по типами главных магнитов В выпускаемых МРТ используются три типа магнитов: резистивные, сверхпроводящие (криогенные) и постоянные.

Резистивные магниты представляют собой систему катушек с конечным сопротивлением, по которым протекает постоянный ток. Они могут создать поле с относительно небольшой индукцией до 0,4 Тл и используются в МРТ, дающих изображения только «протонного» типа. Однако для создания даже такой сравнительно небольшой индукции требуются большие ток и мощность (так для магнита МРТ «ИМТТОМ» порядка 200 А и 60 кВт). Причем вся подводимая мощность превращается в тепло, которое необходимо отводить.

Именно такие томографы представляет собой наиболее сложную систему, состоящую из большого числа узлов различного назначения и размещенную на большой площади. Это связано со сложной энергетической установкой для питания главного магнита и с системой водяного охлаждения.

Структурная схема системы МРТ с резистивным магнитом представлена на рисунке 2.1.

1 — система охлаждения, 2 — экранирующая камера, 3 — резистивный магнит, 4 — источник питания резистивного магнита, 5 — градиентная катушка, 6 — радиочастотная катушка, 7 — блок фильтрации, 8 — источник питания градиентной катушки, 9 — предварительный усилитель, 10 — радиочастотный передатчик, 11 — крейт, 12 — ПЭВМ.

Рисунок 2.1 — Структурная схема МРТ с резистивным магнитом

В МРТ все субсистемы, участвующие в сборе и обработке информации, работают под управлением ЭВМ. Свои управляющие функции ЭВМ осуществляет через электронный блок управления — крейт 11. Отсюда идут аналоговые и цифровые управляющие сигналы и команды в РЧ передатчик 10 и источники питания градиентных катушек 8. В этих блоках генерируются сигналы большой мощности и выделяются значительные тепловые потери. Поэтому они оформлены в самостоятельные конструктивные узлы. Источники питания градиентной системы, по существу, представляют собой усилители мощности и размещены в шкафах в одном помещении с источником питания главного магнита. Там же находятся и основные узлы контроля системы охлаждения 1.

Магнитная система МРТ, помещается в специальной комнате, пол, стены и потолок которой обтягиваются тонкой металлической сеткой 2. Она служит для защиты от помех. Тем не менее, помехи проникают и вносят искажения в МР-томограммы. И это объяснимо — РЧ сигналы, получаемые от тканей организма, сравнимы по величине с электромагнитными колебаниями, приходящими из эфира и составляют десятки микровольт. Помехи могут проникать также из электросети. Для их подавления все силовые токи — источников питания главного магнита, градиентной системы и передатчика — пропускаются через фильтры 7. Этой же цели служит применение предварительного усилителя РЧ сигнала 9, расположенного в непосредственной близости от РЧ катушки. Предварительно усиленный РЧ сигнал с минимальной примесью помех, поступает в крейт, где дополнительно усиливается.

Системе водяного охлаждения 1 в МРТ такого типа отводится важная роль. Вода используется для отвода тепла не только от катушек главного магнита, но и от нагруженных силовых элементов источников питания главного магнита и градиентных систем. [3].

При индукции основного поля свыше 0,5 Тл применение резистивного магнита технически и экономически становится невозможным. Здесь им на смену приходят сверхпроводящие магниты. Катушки такого магнита помещают в кожух, заполненный жидким гелием, имеющим температуру -269оС.

Кожух с жидким гелием охвачен кожухом, заполняемым жидким азотом с температурой -196о С. Проводники катушек из ниобия-титана, находящиеся в жидком гелии, становятся сверхпроводниками, т. е. их сопротивление становится равным нулю.

1- экранирующая камера, 2 — кожух с жидким азотом, 3 — кожух с жидким гелием, 4 — сверхпроводящий магнит, 5 — источник первичного импульса, 6 — градиентная катушка, 7 — радиочастотная катушка, 8 — блок фильтрации, 9 — источник питания градиентной катушки, 10 — предварительный усилитель, 11 — радиочастотный передатчик, 12 — крейт, 13 — ПЭВМ.

Рисунок 2.2 — Структурная схема МРТ со сверхпроводящим магнитом

Поэтому для запуска магнита достаточно подать в его обмотку импульс тока и затем замкнуть накоротко внешнюю цепь. После этого ток в катушках магнита может циркулировать годами. Однако при эксплуатации криогенного магнита возникают другие проблемы. С течением времени количество криогенного вещества уменьшается и их приходится дозаправлять[3]. Примером может служить МРТ «MAGNETOM Harmony».

Структурная схема системы МРТ со сверхпроводящим магнитом представлена на рисунке 2.2.

Диагностические возможности МРТ с резистивным магнитом устроили бы вполне, если бы не его колоссальное энергопотребление и расход воды для охлаждения. Поэтому применяют постоянные магниты, имеющие сравнительно небольшую индукцию (0,2 — 0,35 Тл), но зато не потребляющих никакого тока (не считая ГКМ и РЧ катушек).

Такие магниты обычно собирают из отдельных магнитных «кирпичиков» или стержней. Они могут состоять из нескольких кольцевых магнитов. Выбор и сканирование слоя в МРТ с такими магнитами организуется точно так же, как в МРТ с катушечными магнитами. Используют также постоянные электромагниты с вертикальным полем и стальным сердечником с индукцией от 0,1 до 0,6 Тл. При одинаковой индукции ток подмагничивания и расходуемая мощность у электромагнита намного меньше, чем у резистивного магнита[Марусина]. Пример, МРТ «Hitachi AIRIS Mate». Структурная схема системы МРТ с постоянным магнитом представлена на рисунке 2.3.

1- экранирующая камера, 2 — постоянный магнит, 3 — градиентная катушка, 4 — источник питания градиентной катушки, 5 — радиочастотная катушка, 6 — блок фильтрации, 7 — предварительный усилитель, 8 — радиочастотный передатчик, 9 — крейт, 10 — ПЭВМ.

Рисунок 2.3 — Структурная схема МРТ с постоянным магнитом