Магнитно-резонансная томография 2 (стр. 3 из 3)

Многопроцессорная компьютерная система позволяет производить автоматическую диагностику всех систем томографа, контроль и оптимизацию параметров режима без участия оператора.

4 Разработка структурной схемы

Схема разработанного МРТ с постоянным магнитом представлена на рисунке 4.1

1 – экранирующая камера, 2 – постоянный магнит, 3 – градиентно-корректирующий модуль, 4 – источник питания ГКМ, 5 – стол пациента, 6 – радиочастотные катушки, 7 – блок фильтрации, 8 – предварительный усилитель, 9 – радиочастотный передатчик, 10 – крейт, 11 – ПЭВМ, 12 – дисплей ПЭВМ, 13 – черно-белый дисплей для вывода изображения, 14 – принтер

Рисунке 4.1 – Схема разработанного МРТ с постоянным магнитом

Магнитное поле главного магнита 2 и радиочастотные импульсы РЧ катушек (6), образованных двумя ортогонально расположенными парами – горизонтальной (ГК) и вертикальной (ВК), заставляют протоны атомов вращаться. Прием обратного сигнала от тела осуществляется той же РЧ катушкой. Внутри магнита также находится градиентно-корректирующий модуль 3. В нем размещены градиентные катушки, а также корректирующие катушки для улучшения однородности основного поля. Они создают дополнительно слабые поля (совпадающие с основным полем), которые являются нелинейными функциями координат.

Радиочастотные катушки монтируются в виде съемного модуля, который надевается на ГКМ.

Формирование РЧ импульсов происходит в радиочастотном передатчике 9, который представляет собой многокаскадный усилитель мощности и модулятор. Особенность его работы заключается в том, что он должен развивать большую мощность в течение действия сравнительно короткого РЧ импульса при достаточно большой скважности. ГКМ в свою очередь питается от блока 4.

Для устранения помех все силовые токи – источника питания градиентной системы и передатчика – пропускаются через блок фильтрации 7.

Предварительный усилитель 8 предназначен для усиления очень слабых РЧ откликов, а также для частичной фильтрации. Далее аналоговый РЧ сигнал поступает в главный электронный блок управления всей системы – крейт 10. Здесь он дополнительно усиливается, фильтруется, оцифровывается и далее поступает на ПЭВМ 11. Также крейт выполняет управляющую функцию работой блоков 4 и 9.

С ПЭВМ информация выводится на два монитора: цветной общего назначения 12 и полутоновый черно-белый для вывода изображения 13. Для получения твердой копии изображения применяют принтер 14.

Комнату сканирования окружает экранирующая клетка 1 (клетка Фарадея) – электрически проводящий экран (медная сетка или листы алюминия), уменьшающий влияние внешних радиоволн на работу МР-томографа и предотвращающий выход РЧ волн за пределы процедурной комнаты[4].

5 Разработка блока

Была выбрана резонансная частота 8,5 МГц. Это уровень радиочастот. Разработаем соответствующий предварительный усилитель.

Он предназначен для усиления очень слабых РЧ откликов, поэтому к нему предъявляются повышенные требования в части собственных шумов. Это требование выполняется применением во входном каскаде малошумящего полевого транзистора

. Предварительный усилитель МРС принимает узкополосный сигнал, поэтому от внешних и внутренних помех можно дополнительно избавиться с помощью селективных цепей. Одна из возможных схем предварительного усилителя МРС приведена на рисунке 5.1.

Рисунок 5.1 – Предварительный усилитель МР сигнала

Сигналы от РЧ катушек поступают на входы 1 и 2 идентичных «вертикального» и «горизонтального» каналов (канал 1 и 2). Сильные сигналы (помехи), возникающие при возбуждении катушек, ограничиваются двусторонними диодными ограничителями

, . В каждом канале сигналы усиливаются повторителем на малошумящем полевом транзисторе и простым инвертирующим усилителем напряжения . Нагрузкой повторителя служит дроссель . Его сопротивление переменному току будет большим, а сопротивление постоянному – маленьким. Поэтому напряжение затвор-исток полевого транзистора оказывается практически равным нулю. Крутизна транзистора будет при этом максимальной.

Для повышения стабильности усиления каждый канал охвачен параллельной отрицательной ОС через емкости

, , , а дроссель для повышения устойчивости схемы зашунтирован высокоомным сопротивлением .

Так как сигналы каналов 1 и 2 находятся в квадратуре, то при их простом объединении на входе суммирующего усилителя

амплитуда результирующего сигнала была бы только в раз больше амплитуды одного из них. Во избежание потери усиления их фазы сдвигаются соответственно на -45^о и +45^о с помощью фазосдвигающей цепочки , , , поскольку, напряжение в канале 2 отстает от напряжения в канале 1. Таким образом, на входе усилителя они оказываются в одной фазе. Как правило, общее усиление предварительного усилителя составляет около 2000. При этом его выходное напряжение получается равным примерно 40 мВ, что косвенным образом свидетельствует об очень малой величине МРС (»20 мкВ)[4, 5, 15].

Заключение

В ходе проведения работы была разработана структурная схема магнитно-резонансного томографа, описан принцип его работы.

В разделе медико-биологического обоснование были подробно описаны основы магнитно-резонансной томографии; процессы, происходящие в организме при воздействии на него магнитным полем; как зависит качество изображения от параметров магнита и создаваемого им поля, а также возможные подострые опасности, которые могут возникнуть при проведении томографии.

В обзоре приведены общие принципы построения трех типов томографов с рассмотрением отличий их друг от друга. Приведены технические характеристики и принцип их работы. Выделены основные преимущества и недостатки каждого вида.

В результате обзора известных аналогов были сформулированы медико-технические требования (МТТ).

Заключительным этапом курсовой работы стала разработка структурной схемы магнитно-резонансного томографа, на основе выбранного прототипа, наиболее подходящего под указанные в задании технические характеристики, а также разработка одного из блоков с описанием его работы.

Были изучены теоретические основы такого метода получения изображения различных отделов организма как магнитно-резонансная томографиия, получены практические навыки по анализу известных технических решений в области медицинской техники, разработке предложений по принципиальному улучшению функциональных, эксплуатационных, технических и других характеристик объекта разработки.

Список использованных источников

1.Верещагин Н.В., Борисенко В.В., Власенко А.Г. Мозговое кровообращение. Современные методы исследования в клинической неврологии М.: Интер-Весы. 1993. С. 87-143

2. Галайдин П.А., Замятин А.И., Иванов В.А. Основы магниторезонансной томографии. Учебное пособие. – СПб: СпбГИТМО (ТУ), 1998. – 24с.

3. Коновалов А.Н., Корниенко В.Н., Пронин И.Н. Магнитно-резонансная томография в нейрохирургии. – М.: Видар, 1997. – 472с.: ил.

4. Марусина М.Я., Казначеева А.О. Современные виды томографии. Учебное пособие. – СПб: СПбГУ ИТМО, 2006. – 132с.

5. Ринкк П.А. Магнитный резонанс в медицине. Основной учебник Европейского Форума по магнитному резонансу. – М.: Геотар-Мед, 2003.

6. Тютин Л.А., Рохлин Г.Д., Неронов Ю.И.. «Протонная Магнитно-Резонансная Спектроскопия головного мозга», Сб. «Магнитно-Резонансная томография в клинической практике» // Изд. ЦНИРРИ. С-Петербург, 1996.C. 67-71.

7. ГОСТ 2.105-95. Единая система конструкторской документации. Общие требования к текстовым документам. – Введ. 8 августа 1995 г. – М.: Изд-во стандартов.

8. ГОСТ 2.106-96. Единая система конструкторской документации. Текстовые документы. – Взамен ГОСТ 2.106-68* ЕСКД; ГОСТ 2.108-68; ГОСТ 2.112-70*; Введ. 13 ноября 1996 г. – М.: Изд-во стандартов.

9. ГОСТ 2.109-73. Единая система конструкторской документации. Основные требования к чертежам. – Введ. 01.07.1974. – М.: Изд-во стандартов. – 29с.

10. ГОСТ Р 15.013-94. Система разработки и постановки продукции на производство. Медицинские изделия. – Введ. 01.01.1995. – М.: Изд-во стандартов. – 28с.

11.ГОСТ Р 50267.33-99. Изделия медицинские электрические. Часть 2. Частные требования безопасности к медицинскому диагностическому оборудованию, работающему на основе явления магнитного резонанса – Введ. 29.12.1999. – М.: Изд-во стандартов. – 41с.

12. ГОСТ 12.1.006-84. Система стандартов безопасности труда. Электромагнитные поля радиочастот. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля – М.: Изд-во стандартов.

13. ГОСТ 12.1.006-84. Система стандартов безопасности труда. Методы измерения шума на рабочих местах – М.: Изд-во стандартов.

14. ПДУ 1742-77. Санитарные нормы и правила работы в условиях воздействия постоянных магнитных полей.

15. MRI: Magnetic Resonance maging. Режимдоступа: [http://focus.ti.com/docs/solution/folders/print/275.html]