Магнитна система за магнитен резонанс томография

Магнитна система MRI се характеризира главно с основните видове магнити. Произведените MRI магнитите са три вида: резистивен, свръхпроводящи (криогенни) и константи.

Резистивни магнити са намотки от система с краен импеданс, което постоянен ток потоци. Те могат да създадат условия с относително малък индукция B0 = 0,12 - 0,3 Tesla MRI и се използват, като образ само тип "протон". Въпреки това, дори и да се създаде една сравнително малка индукция изисква голямо ток и мощност. И всичко мощност се превръща в топлина, която трябва да бъде премахната.

Ние очакваме, приблизителните стойности на ток и мощност, необходими за създаване на полета с индукция от 0.1 тесла. За простота, ние приемаме, че магнитът е изпълнен като соленоид 1 m в диаметър и 1,5 м дължина. Напрегнатостта на полето в рамките на соленоид изчисляват с помощта на връзката между интензитета на единица дължина и текущата й плътност (брой на ампернавивките на дължина 1 m) за безкрайно дълго соленоид

Ние считаме, че силата на полето

Да приемем точка тел ravnym100 mm 2 (10'10 mm) и допустимото плътност на тока в точка г = 2 / mm 2. След ток магнитния ще бъде I = 100 х 2 = 200 А, и броят на завъртанията на 1 м

w1 = 80000/200 = 400.

Общият брой на завъртанията на намотка

w = L х w1 = 1,5 х 400 = 600.

,

мед г = 0056 ома х m / mm 2. Дължината на проводника llim = PDW = 1800 м и R = 1 ома.

Напрежение в бобината на магнита е равно на U = IR = 200 V, и консумацията на мощност P = UI = 40kW.

Изчислените стойности, независимо от големия магнит приблизително съответства на действителното напрежение и мощност MRI "Image 1". За отстраняване на такъв голям капацитет изисква съответната охлаждаща система.

Дизайнът на магнитна система с резистивен MRI магнит е показана на фиг.1. Основната магнит е съставен от четири спирали на двата диаметъра, които пасват между сферата или елипсоида на въртене (Хелмхолц бобини).

Техните размери и разстояния са избрани така, че възможно най-голяма еднородност на магнитен мола. Намотките са свързани в серия. във вътрешността на магнита

Фигура 1. Магнитен MRI система с резистивен магнит

Това е градиент корекция модул (НСМ). Той има градиентни рулони и корекция на рулони да се подобри хомогенността на основното поле.

Те създават допълнителни слаби полета (съвпадат с основната сфера), които са нелинейни функции на координатите (пропорционална на техния продукт, квадрат, и т.н.). Токът в тези намотки може да се контролира и да е пропорционален на тока на големия магнит. За тази корекция намотки се подава от резистори плъзгащи включени във веригата на основната магнита. Всички бобини GCF да предостави структурна твърдост са поставени на цилиндричната ръкохватка от фибростъкло

Радиочестотни намотки са монтирани с възможност за сваляне модул, който се вписва в GCF. Те имат сравнително проста конструкция, за които няма високи изисквания. Тези бобини имат големи размери и се използват за облъчване и получаване на MR сигнали от тялото. Ето защо, те се наричат ​​противовъзпалително. Средства за получаване на (получаване само) MR сигнал от местните части (глава, обратно) се използва малък размер преносим намотка - главоболие, спинална и сътр.

Намотките на основната магнита подредени в немагнитни екрани (Фигура 2). Всяка намотка от своя страна се състои от няколко части, изработени от кухи проводници на квадратно сечение. Раздел на бобината също е свързан последователно. В долната част на екрана са интегрирани фитинги, през които водата се изпомпва чрез маркучи. Тя преминава през кухи проводници и премахва топлината. Раздел са свързани паралелно към тръбната система охлаждане. Тази система като цяло не е затворен, т.е. Отпадъчните води се заустват в канализационната мрежа. Консумация на вода достига до 3000 л / ч, а има своята цена. По този начин, на работата на ЯМР с резистивен магнит е свързано с доста голяма цена за електричество и вода.

Фигура 2. Структура на основния магнит бобината

Освен това, въпреки филтриране на чешмяна вода в тесните канали на проводници се отлага соли и фини суспензии. Следователно, те са периодично (на всеки шест месеца) трябва да бъдат почистени.

Когато основният индукция поле надвишава 0.5 тесла заявление резистивен магнит е технически или икономически невъзможно. Ето ги, идват да замени свръхпроводящ (криогенни) магнита. Бобини такъв магнит е поставен в корпус, изпълнен с течен хелий с температура от около -269 ° С (Фигура 3).

Фигура 3. криогенно дизайн магнит

Корпусът е покрит с течност обвивка хелий да се пълни с течен азот при температура от -196 ° С Проводниците на намотките на ниобий-титан, които са в течен хелий стават свръхпроводници, т.е. тяхното съпротивление става нула.

Ето защо, за да започне магнита трябва да представи неговото прекратяване токов импулс и след късо към външна верига. След това, на тока в намотките на магнит може да се разпространява през годините. Въпреки това, работата на криогенно магнита има и други проблеми. С течение на времето, количеството на течен хелий и азот се намалява и те трябва да зареждане. Например, в криогенна MRI магнит "Siemens" Magnetom63 обем течен хелий е 865 л и течен азот - 500 литра. При работа на хелий може да бъде намалена до 30 обемни% и азот - до 20% от първоначалната.

При скорост "вари-изключено" хелий и азот от 0,4 и 1,0 л / ч, те трябва зареждане съответно след 52 и 16 дни. Това изисква допълнителни (и значителни) разходи, което обяснява високата такса за скрининг за томографско cryomagnet. Интервали течен хелий и азот разширяване, т.е. намалят потреблението си, като прилага допълнителен външен охладител вода с затворен цикъл. Въпреки това, тази система е сложна, и се появява допълнителна консумация на енергия.

Повечето изследователи и практици диагностични възможности на ядрено-магнитен резонанс с резистивен магнит подредени приключи, ако не и за огромно му енергия и потреблението на вода за охлаждане. Следователно, постоянни магнити се използват като относително малък индукция (0.1 - 0.15 T), но не консумира енергия (без HCM и RF бобини).

Тези магнити обикновено са събрани от индивидуалните магнитни "тухли" или пръти. Те могат да се състоят от няколко пръстенни магнити (Фигура 4А). Подбор и MRI сканиране слой в такива магнити, подредени по същия начин, както с бобината в магнитите ядрено-магнитен резонанс. също се използват постоянни магнити и желязо ядро ​​вертикална област (Фигура 4, б) индуциране на 0,1 до 0,6 Тесла. На равно индуциращ пристрастия ток и енергията, потребявана в електромагнита е много по-малка от тази на резистивен магнита.

Последователността на градиент импулси на вертикалната поле магнита е различна от тази за поле хоризонтална магнит. По този начин, за да изберете сагитален или аксиална (напречна) слой трябва първо да се прилагат Gxili градиент импулс Gy.

Фигура 4. За редовните MRI магнити.

"Плати" за енергийна ефективност на постоянни магнити е голямото им тегло. По този начин, постоянните магнити с индукция на 0.1 T той достига 10 m.

Това тегло е впечатляващ и те кара да се чудя къде единица магнита. Монтаж и привеждане в съответствие на постоянните магнити (получаване на необходимата степен на еднаквост поле) са слугинска работа.

Теченията и коригиране на градиент бобини много по-малки, отколкото на тока на големия магнит. Ние очакваме, че тяхната стойност въз основа на честотата компенсира с координатите х и у в ± 15 кХц. Като се има предвид, че

, и като х = 0,5 м, получаваме

0,35 х 10 -3 Тесла.

Сравняване на тази стойност с индукция сърцевина Магнитът от 0,1 Т от рано пример, ние получаваме приблизителния размер на тока в намотката градиент приблизително 2 A.

В действителност, тъй като броят на завъртанията на намотките на градиента е малък, максималния си ток е по-голяма от тази стойност и до 10 А. Въпреки това, импулсите на градиента са много кратки и имат голям работен цикъл, така че загубите на топлина в намотките на градиента са малки и не изисква съхранение в хладилник.

бобини Design градиент са показани на фигура 5. Gz градиент е образувана от две намотки, разположени в краищата на магнита. токове, които текат в тях имат различни посоки. В един момент на Z ос на полеви бобини са взаимно компенсирани. Намотка, създаващи градиенти Gx и Gy. Те имат форма на седалката и се състои от две части. Всяка точка от своя страна се състои от две половини, които течения в същата посока.

Също RF компоненти насочени по оста Z, и техните граници са напречните елементи, но техният принос към промяната на областта на земята е незначително. Например, когато B0 = 0.2 Т и G = 5 т / т, като се използва формула Питагор "и приблизително изчисляване, ние откриваме, приносът на компонентите на напречните в дължина 1 m: DB0 = B 2 х, у / 2B0 = 6 х 10 -5 T че два порядъка по-малък от принос Z-градиент.

Фигура 5. намотки градиент.

Линейно поляризирана поле, чифт RF бобини могат да бъдат представени като сумата от два противоположно въртящи се магнитни полета. От тях само един е ефективна. На практика като ефективен въртящ поле се генерира от две двойки ортогонално разположени намотки RF течения, които са изместени по фаза на 90 °. Те също имат форма на седалката и се припокриват един с друг (Фигура 6).

Фигура 6. RF намотка.

RF антена се състои от две двойки намотки 1 и 2. Тези токове са равни

Получената областта ще изглежда Hp Hp =

. По този начин, областта получената се върти с ъглова скорост w и има амплитуда H1. От това следва, че за създаване на еднаква напрежение в ефективна система с въртящ поле изисква 2 пъти по-малко ток бобини, отколкото в системата с линейна поляризация. Това означава, че системата за RF е кръгово поляризирана, възбуждане изисква 2 пъти по-малък капацитет (приемайки, че P

Тъй като размерите на RF винтови са достатъчно големи и честотата на захранващия ток - високи (5 MHz и повече), които работят с малък брой навивки, и дори един ред. Това дава намаляване на паразитен капацитет interturn. Единична своя намотка е направен от дебел проводник, и при много високи честоти (над 20 MHz), което влияе върху повърхност ефект, кух проводник посребрени.

Трябва да се има предвид, че при честоти, където повечето от скенерите произведения MR, RF бобини почти не излъчват електромагнитни вълни в пространството, тъй като техните размери са много по-големи от дължината на вълната. Наистина, в индукционна B0 = 0.15 Т и честота от 6,3 MHz, дължина на вълната ще бъде равен на около 50 м. Дори при висока индукция на 1.5 Т. дължина на вълната е от 5 м, което е много по-голям от намотки RF. Само при много висока индукция на 4 T, които се използват за изследователски цели, може да се прояви ефекта на електромагнитно лъчение. Ето защо можем да приемем, че областта на RF бобината има само магнитен компонент.

За оценка на стреса върху бобината трябва да знае своето съпротивление XL = WL. Индуктивност на кръгова намотка може да бъде определена от формула

,

където D- диаметър намотка, d- диаметър на телта. Prid = 1 cm получат L = 1,6 МЗ. През интервал от 5 MHz съпротивление съпротивление намотка е 50 ома. От една двойка намотки са свързани в серия, тяхната устойчивост е равен на 100 ома. Напрежението прилага към бобините, се XL I = 140 V, и за задвижване на двете двойки бобини необходими мощност 2 х 0,5UI = 200 вата. По този начин, RF импулсен генератор трябва да има достатъчно голям капацитет. Най-магнитен резонанс със силни полета, тези проблеми се изострят. По този начин, при индуциране на земята поле 1 Тесла MR честота ще бъде 42.6 MHz. Устойчивост на една и съща намотка при тази честота ще има 8 пъти, а напрежението върху тях в същото ток надвиши 1000 V. За силата на задвижване изисква RFID има няколко кВт. Очевидно е, че се нуждаем от по-различен подход към дизайна на бобините.

Магнитен резонанс принтери произвеждат почти всички развити страни. От признатите лидери считат за "Сименс" в тази област, "Brooker", "Филипс", "Hitachi". Достатъчно надежден и сравнително евтин MRI произвежда България. В хода на разглеждането на принципа на ядрено-магнитен резонанс апарат и магнитна задвижваща система действа индивидуалните им параметри. Тези и някои допълнителни параметри, които характеризират ниво MRI, са дадени в таблица 1. Таблица покрива целия спектър MRI. Всички те са произведени и се управлява и, както е видно от това, което беше казано по-рано, имат своите предимства и недостатъци. Произведени и усъвършенства дори енергийно MRI с резистивен магнит. Те са показали, че са надеждни, относително лесна за поддръжка и конфигуриране.

От Таблица 1 виждаме тенденция да се намали времето за реконструкция на един слой с по-голяма индукция на главния магнита. Това се дължи на възможността за използване в голяма индукция на "бързо" последователности, например, последователности "градиент ехо" и ниско ъгъл. Трябва да се добави, че индукцията над 1,5 Т е възможно изключение на водород ядра (протони) "участват" в тежката натрий за събиране на данни тяло и фосфор ядрото, които носят важна информация за метаболизъм. При по-ниска индукция на магнитен резонанс на ядрата на атомите невъзможно.

Таблица 1. Сравнителни Характеристики Томографи