Магнитные системы магнитно-резонансных томографов (стр. 2 из 2)
Рисунок 5. Градиентные катушки.
Линейно поляризованном поле пары РЧ катушек можно представить суммой двух противоположно вращающихся магнитных полей. Из них только одно будет эффективным. На практике такое эффективное вращающееся поле создают с помощью двух пар ортогонально расположенных РЧ катушек, токи которых сдвинуты по фазе на 90о. Они имеют также седлообразную форму и взаимно перекрываются (рис.6).
 |
Рисунок 6. РЧ катушки.
РЧ антенна состоит из двух пар катушек 1 и 2. Их токи равны
и. 
Результирующее поле Нр будет иметь вид Нр = 
. Таким образом, результирующее поле вращается с угловой скоростью w и имеет амплитуду Н1. Отсюда следует, что для создания одинаковой эффективной напряженности в системе с вращающимся полем требуется в 2 раза меньший ток катушек, чем в системе с линейной поляризацией. Это означает, что РЧ система с круговой поляризацией, требует для возбуждения в 2 раза меньшей мощности (учитывая, что Р ~I2).Ввиду того, что размеры РЧ катушек достаточно велики, а частоты питающих токов – высокие (5 МГц и более), их выполняют с небольшим числом витков и даже одновитковыми. Это дает уменьшение паразитных межвитковых емкостей. Одновитковую катушку выполняют из толстого провода, а на очень высоких частотах (более 20 МГц), где сказывается поверхностный эффект, из полого посеребренного проводника.
Следует иметь в виду, что при частотах, на которых работает большинство МР томографов, РЧ катушки практически не излучают электромагнитные колебания в пространство, так как их размеры намного больше длины волны. Действительно, при индукции В0 = 0,15 Тл и частоте 6,3 МГц длина волны будет равна примерно 50 м. Даже при большой индукции в 1,5 Тл длина волны равна 5 м, что намного больше размеров РЧ катушек. И только при очень большой индукции до 4 Тл, которая используется в исследовательских целях, может проявляться эффект излучения электромагнитной энергии. Поэтому можно считать, что поле РЧ катушек имеет только магнитную составляющую.
Для оценки напряжения на катушке нужно знать ее реактивное сопротивление XL= wL. Индуктивность кругового витка можно определить по формуле
,где D– диаметр витка, d– диаметр провода. Приd= 1 см получим L= 1,6 мкГн. На частоте 5 МГц реактивное сопротивление витка будет равно 50 Ом. Так как катушки одной пары включаются последовательно, то их общее сопротивление будет равно 100 Ом. Напряжение, подводимое к катушкам, составит ХLI= 140 В, а для возбуждения двух пар катушек потребуется мощность 2×0,5UI= 200 Вт. Таким образом, генератор РЧ импульсов должен обладать достаточно большой мощностью. В МРТ с сильными полями эти проблемы обостряются. Так, при индукции основного поля 1 Тл частота МР будет равна 42,6 МГц. Сопротивление тех же катушек на этой частоте будет уже в 8 раз больше, а напряжение на них при том же токе превысит 1000 В. Для возбуждения РЧИ потребуется мощность уже в несколько кВт. Очевидно, что здесь нужен другой подход к конструкции катушек.
Магнитно-резонансные томографы выпускают практически все развитые страны. Признанными лидерами в этой области считаются фирмы «Сименс», «Брукер», «Филипс», «Хитачи». Достаточно надежные и относительно недорогие МРТ производит Россия. По ходу рассмотрения устройства и принципа действия магнитных систем МРТ приводились их отдельные параметры. Эти и некоторые дополнительные параметры, характеризующие уровень МРТ, даны в табл.1. Таблица охватывает весь спектр МРТ. Все они выпускаются и эксплуатируются и, как видно из сказанного ранее, имеют свои достоинства и недостатки. Выпускаются и совершенствуются даже энергоемкие МРТ с резистивным магнитом. Они показали себя надежными, относительно простыми в обслуживании и в настройке.
Из табл.1 видна тенденция к уменьшению времени реконструкции одного слоя с увеличением индукции главного магнита. Это объясняется возможностью применения при большой индукции «быстрых» последовательностей, например, последовательности «градиентное эхо» и малоугловых. Следует добавить, что при индукции свыше 1,5 Тл появляется возможность кроме ядер водорода (протонов) «вовлечь» в сбор данных об организме тяжелые ядра натрия и фосфора, которые несут очень важную информацию о метаболизме. При более низкой индукции магнитный резонанс ядер этих атомов невозможен.
Таблица 1. Сравнительные характеристики томографов
| Тип томографа | Фирма,страна | Типмагнита | Индукция,Тл | Частота,Мгц | Минимальное время реконструкции слоя с |
| «Образ-1,2,3»«Икона»Magnetom P8Magnetom63 SPTomikon S200QUAD 12000 | РоссияТо жеSiemens,ФРГТо жеBrukerСШАFonarСША | РезистивныйПостоянныйПостоянный(феррит)Криомагнит(гелий, азот)То жеЭлектро-магнит | 0,12 – 0,140,120,21,520,6 | 5 – 658,363,685,224,9 | 30 – меньше 1 с0,72 0,40,7 |