Магнитно-резонансная томография 2 (стр. 2 из 3)
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. [4].
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.
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[4]. Примером может служить МРТ «MAGNETOM Harmony».
Структурная схема системы МРТ со сверхпроводящим магнитом представлена на рисунке 2.2.
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
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[4]. 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
Технические характеристики представленных моделей приведены в таблице 2.1.
Таблица 2.1 – Технические характеристики МР-томографов
| Технические характеристики | Постоянный магнит:«Hitachi AIRIS Mate» | Резистивный магнит:«ИМТТОМ» | Сверхпроводящий магнит:«MAGNETOM Harmony» |
| Напряженность поля, Тл | 0,2 | 0,25 | 1,0 |
| Частота, МГц | 8 | 5 – 6 | 80 |
| Максимальные градиенты, мТл/м | 15 | 10 | 30 |
| Минимальная толщина среза, мм | 0,5 | 0,85 | 0,05 |
| Матрица сканирования | 512х512 | от 126х64 до 512х512 | 256х256 |
| Время реконструкции слоя, с | около 1 | 30 | 0,4 |
| Потребляемая мощность, кВт | 3 | около 60 | - |
Проведем сравнительную характеристику рассмотренных видов магнитов. Она представлена в таблице 2.2.
Таблица 2.2 – Преимущества и недостатки магнитов МРТ
| Тип магнита | Преимущества | Недостатки |
| 1 | 2 | 3 |
Постоянный | Низкое энергопотребление | Ограниченная напряженность поля (< 0.2Тл) |
| Низкие эксплуатационные расходы | Очень тяжелый | |
| Маленькое поле неуверенного приема | Нет быстрого охлаждения | |
| Без криогена | Нет аварийного снижения магнитного поля |
| 1 | 2 | 3 |
Резистивный | Низкая стоимость | Высокое энергопотребление |
| Легкий вес | Ограниченная напряженность поля (< 0.3 Тл) | |
| Может быть отключен | Требуется водяное охлаждение | |
| Большое поле неуверенного приема | ||
Сверхпроводящий | Высокая напряженность поля | Высокая стоимость |
| Высокая однородность поля | Высокие расходы на криогенное обеспечение | |
| Низкое энергопотребление | Артефакты движения | |
| Быстрое сканирование | Техническая сложность |
В современных МРТ системах используются в основном постоянные и сверхпроводящие магниты. Это объясняется тем, что у них достаточно малое энергопотребление и они не требуют дорогостоящей, а также энергоемкой системы охлаждения.
Напряженность поля постоянного магнита ограничена, но с развитием новых технологий, таких как, например, Tim-технология (Total imaging matrix), которая представляет собой революционное развитие радиочастотного тракта, РЧ-катушек и алгоритмов реконструкции с использованием методов параллельной визуализации, получаемые изображения ни в чём не уступают изображениям со сверхпроводящего МРТ. Также неоспоримым плюсом является то, что постоянные магниты могут быть так называемой «открытой» конфигурации, что позволяет проводить исследования в движении, в положении стоя, а также осуществлять доступ врачей к пациенту во время исследования и проведение манипуляций (диагностических, лечебных) под контролем МРТ – так называемая интервенционная МРТ.
Таким образом, рассмотрев три основных вида МРТ, их достоинства и недостатки и исходя из задания на курсовую работу, в дальнейшем будет разрабатываться МРТ с постоянным магнитом.
3 Медико-технические требования [10]
1 Наименование и область применения изделия
1.1 Магнитно-резонансный томограф
1.2 Применения: анатомическая и функциональная диагностика.
Томограф предназначен для получения изображения различных отделов организма, которые позволяют исследовать не только структурные и патологические изменения, но и оценить физико-химические, патофизиологические процессы всего обследуемого органа или его отдельной структуры, проводить функциональные исследования и т.д.
2 Основание для разработки
Задание на курсовую работу по дисциплине «Медицинские приборы, аппараты, системы и комплексы».
3 Исполнитель разработки
Студент группы 31-ИД факультета УНИИ ИТ ФГОУ ВПО «Госуниверситет – УНПК» Дрёмин В.В.
4 Цель и назначение разработки
4.1 Магнитно-резонансный томограф предназначен для получения диагностического изображения для выявления различных патологических изменений исследуемой области.
6 Медицинские требования
6.1 Томограф предназначен для подведения к пациенту с помощью магнитной системы магнитного поля с целью вызова энергетических изменений в теле и последующей их регистрации. МРТ полностью безопасен.
6.2 В основу принципа действия томографа положен следующее физическое явление: ядерно-магнитный резонанс.
6.3 Число одновременно обслуживаемых пациентов – 1 (один).
6.4 Режим работы устанавливается с помощью средств ввода ПЭВМ и контролируется с помощью электронного блока управления – крейта.
6.5 Исследование проводят пациенту в условиях покоя.
7 Технические требования
7.1 Состав изделия
- постоянный магнит;
- градиентно-корректирующий модуль (ГКМ);
- радиочастотные катушки;
- предварительный усилитель;
- источник питания ГКМ;
- радиочастотный передатчик;
- блок фильтрации;
- крейт;
- ПЭВМ;
- принтер;
- экранирующая камера;
- стол пациента.
7.2 Показатели назначения
7.2.1 Постоянный магнит с напряженностью 0.3 Тл.
7.2.2 Резонансная частота 8.5 МГц.
7.2.3 Максимальное значение градиентов 15 мТ/м; скорость подъёма градиентов: до 30 мТ/м/мсек.
7.2.4 Толщина среза: от 0,5 до 100 мм.
7.2.5 Матрица сбора информации: 512 Х 512.
7.2.6 Среднее потребление энергии 5кВт.
7.3 Условия эксплуатации
7.3.1 Рабочие условия эксплуатации
- атмосферное давление – 750±50 мм.рт.ст;
- окружающая температура – +5…+40 °С;
- относительная влажность – до 60% при температуре +24°С [11].
7.4 Требования безопасности по стандартам на виды изделий
7.4.1 Требования к уровням шума: защита органов слуха должна быть достаточной, чтобы уменьшить это значение до уровня ниже 99дБА. При необходимости следует использовать антифоны или аналогичные по назначению устройства.
7.4.2 Напряженность магнитного поля, скорость изменения поля
и удельная поглощенная мощность (УПМ) должны определяться требованиями текущей научной литературы.7.4.3 За пределами области контролируемого доступа магнитная индукция полей рассеяния не должна превышать 0,5 мТл.
7.4.4 Защита от прочих опасностей ( от поражения электрическим током, от механических опасностей и пр.) осуществляется пунктам общих стандартов [13].
8 Метрологическое обеспечение
8.1 Специальных средств поверки не требуется.
8.2 Оценка работы МР-томографа и представление практических методов тестирования производится с помощью специальных устройств для контроля качества изображения, называемых фантомами.