Блок схема МР томографа и краткое описание его основных узлов.

Более подробно https://www.cis.rit.edu/htbooks/mri/chap-9/chap-9-r.htm (блок схема)

Http://www.techexternal.ru/ewona-898.html (блок схема)

Блок схема МР томографа и краткое описание его основных узлов.

МР-томограф состоит из следующих основных блоков: магнита, градиентных, шиммирующих и РЧ-катушек, охлаждающей системы, систем приема, передачи, обработки и хранения данных, системы экранирования.    

Магнит обеспечивает однородное, постоянное и стабильное магнитное поле. Величина напряженности поля измеряется в Теслах и является основной характеристикой мощности прибора, т.е. от нее зависит качество и скорость получения изображения.

Внутри магнита расположены градиентные катушки, предназначенные для создания контролируемых изменений главного магнитного поля В₀ по осям X, Y и Z и пространственной локализации сигнала. Градиентные катушки благодаря своей конфигурации создают управляемое, однородное и линейное изменение поля в определенном направлении, имеют высокую эффективность, низкую индуктивность и сопротивление.

Градиентные катушки имеют различные размеры и конфигурацию и бывают следующих видов:

1) катушка в форме «8»;

2) катушка Голея, создающая градиенты магнитного поля перпендикулярно главному полю;

3) катушка Гельмгольца - пара катушек с током, создающих однородное магнитное поле в центре между ними;

4) катушка Максвелла, создающая градиенты поля по направлению главного магнитного поля;

5) сдвоенная седлообразная катушка, создающая градиент в направлении осей X и Y.

Для пространственного возбуждения выбранного объема используются три совмещенные ортогональные катушки, создающие требуемые градиентные поля, добавляемые к главному полю (В₀). Например, при кодировании сигнала для создания градиента по оси Z может использоваться пара Гельмгольца или катушка Максвелла, а по осям X и Y - парные седлообразные катушки. В ряде методов быстрого отображения градиенты также используются для создания обратного импульса.

Шиммирующие катушки - это катушки с малым током, создающие вспомогательные магнитные поля для компенсации неоднородности главного магнитного поля томографа, вызванной дефектами магнита или присутствием внешних ферромагнитных объектов.

РЧ-катушка представляет собой одну или несколько петель проводника, создающих магнитное поле В_х, необходимое для поворота спинов на 90°или 180° во время импульсной последовательности, и регистрирующих сигнал поперечной намагниченности от спинов внутри тела. Совершенная катушка создает однородное магнитное поле без существенного излучения.

В компьютере, контролирующем все компоненты томографа, можно выделить центральный блок обработки, состоящий из блока приема и передачи данных, реконструкции изображений, хранения данных и оперативной памяти, и периферийные устройства, к которым можно отнести блок хранения данных и устройства ввода/вывода. Компьютер управляет программатором градиентов, определяющим вид и амплитуду каждого из трех градиентных полей, необходимых для получения данных, а также обработкой данных для отображения изображений. Градиентный усилитель увеличивает мощность градиентных импульсов до уровня, достаточного для управления градиентными катушками. Источник РЧ-импульсов (генерирующий синусоиду нужной частоты) и программатор импульсов (придающий им форму sinc импульсов) являются РЧ-компонентами, находящимися под контролем компьютера. РЧ-усилитель увеличивает мощность импульсов от милливатт до киловатт. Выбор и модификация отображающей последовательности, ввод данных в компьютер осуществляются через консоль управления.                      

Пациент располагается на управляемом компьютером столе, точность установки позиции которого составляет 1 мм.

Процедурную комнату сканирования окружает клетка Фарадея - электрически проводящий экран (медная сетка или листы алюминия), уменьшающий влияние внешних радиоволн на работу томографа и предотвращающий выход РЧ-волн за пределы процедурной комнаты.

Дополнение (схемы)

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.

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

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. [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 –269^оС.

Кожух с жидким гелием охвачен кожухом, заполняемым жидким азотом с температурой –196^о 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