ડિસએસેમ્બલિંગ મેગ્નેટિક રેઝોનન્સ ઇમેજિંગ II: MRI માં મેટામેટરિયલ્સ

મારા કાનમાંથી એક સ્ક્રુડ્રાઈવર સીટી વાગી. જોરથી રિંગિંગ અવાજ સાથે, તે ક્રાયોસ્ટેટના શરીર પર થીજી ગઈ. મારી જાતને શાપ આપતા, મેં વિરામ લેવાનું નક્કી કર્યું. સ્ટીલ ટૂલનો ઉપયોગ કરીને 1.5 ટેસ્લાના ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં બોલ્ટને સ્ક્રૂ કાઢવા એ સારો વિચાર નથી. ક્ષેત્ર, એક અદ્રશ્ય દુશ્મનની જેમ, હાથમાંથી સાધનને છીનવી લેવાનો સતત પ્રયાસ કરે છે, તેને તેના બળની રેખાઓ સાથે દિશામાન કરે છે અને તેને સુપરકન્ડક્ટરમાંથી બંધ વર્તુળમાં ચાલતા ઇલેક્ટ્રોનની શક્ય તેટલી નજીક દિશામાન કરે છે. જો કે, જો તમારે ખરેખર ઘણા વર્ષો પહેલા એસિડિફાઇડ સંયોજનોને હરાવવાની જરૂર હોય, તો ત્યાં વધુ પસંદગી નથી. હું કોમ્પ્યુટર પર બેઠો અને આદતપૂર્વક ન્યૂઝ ફીડમાં સ્ક્રોલ કરતો હતો. "રશિયન વૈજ્ઞાનિકોએ એમઆરઆઈમાં 2 ગણો સુધારો કર્યો છે!" - શંકાસ્પદ હેડલાઇન વાંચો.

લગભગ એક વર્ષ પહેલા, અમે મેગ્નેટિક રેઝોનન્સ ઇમેજિંગ સ્કેનરને ડિસએસેમ્બલ કર્યું અને તેના કામનો સાર સમજ્યો. હું ભારપૂર્વક ભલામણ કરું છું કે તમે આ લેખ વાંચતા પહેલા તે સામગ્રીની તમારી મેમરીને તાજી કરો.

આજે રશિયામાં ઐતિહાસિક સહિત વિવિધ કારણોસર ભાગ્યે જ ક્યારેય હાઇ-ફીલ્ડ મેગ્નેટિક રેઝોનન્સ ઇમેજિંગ સ્કેનર્સ જેવા જટિલ સાધનોનું ઉત્પાદન. જો કે, જો તમે મોટા શહેરમાં રહો છો, તો તમે આ પ્રકારની સેવા પૂરી પાડતા ક્લિનિક્સ સરળતાથી શોધી શકો છો. તે જ સમયે, એમઆરઆઈ સ્કેનર્સનો કાફલો ઘણીવાર યુ.એસ.એ. અને યુરોપમાંથી આયાત કરાયેલા વપરાયેલા સાધનો દ્વારા દર્શાવવામાં આવે છે, અને જો તમારે અચાનક એમઆરઆઈ સાથે ક્લિનિકની મુલાકાત લેવી પડે, તો ઉપકરણના સુંદર દેખાવથી મૂર્ખ ન બનો - તે તેના બીજા દાયકામાં હોઈ શકે છે. પરિણામે, આવા સાધનો ક્યારેક તૂટી જાય છે, અને લાંબા સમય સુધી હું તે લોકોમાંનો એક હતો જેણે તૂટેલા ટોમોગ્રાફ્સને સેવામાં પરત કર્યા, જેથી દર્દીઓ નિદાન કરવાનું ચાલુ રાખી શકે, અને માલિકો નફો કરી શકે.

એક સરસ દિવસ સુધી, પ્રચંડ ચુંબકીય ક્ષેત્રો સાથેના ખતરનાક મનોરંજન વચ્ચેના વિરામ દરમિયાન, મને સમાચાર ફીડમાં એક રસપ્રદ શિલાલેખ મળ્યો: “રશિયન વૈજ્ઞાનિકો ડચ સાથીદારો સાથે સુધારેલ એમઆરઆઈ ટેકનોલોજી ધાતુ સામગ્રીનો ઉપયોગ કરીને." કહેવાની જરૂર નથી, રશિયા સાધનો પર સંશોધન કરી રહ્યું છે તે હકીકત, જેનું ઉત્પાદન ક્યારેય નિપુણ બન્યું નથી, તે મને ખૂબ જ વિવાદાસ્પદ લાગ્યું. મેં નક્કી કર્યું કે આ અનુદાનનો બીજો રાઉન્ડ છે, જે "નેનો ટેકનોલોજી" જેવા અગમ્ય વૈજ્ઞાનિક બઝવર્ડ્સથી ભેળવવામાં આવ્યો હતો જેનાથી દરેક પહેલેથી જ કંટાળી ગયા હતા. એમઆરઆઈ અને મેટામેટિરિયલ્સ સાથેના સ્થાનિક વૈજ્ઞાનિકોના કાર્યના વિષય પરની માહિતીની શોધ મને એક સરળ પ્રયોગનું વર્ણન ધરાવતો લેખ તરફ દોરી ગયો જે હું સરળતાથી પુનરાવર્તન કરી શકું છું, કારણ કે એમઆરઆઈ મશીન હંમેશા હાથમાં હોય છે.

માંથી ચિત્ર લેખ, કહેવાતા "મેટામેટરિયલ" નો ઉપયોગ કરીને MRI સિગ્નલને વધારવા માટે સમર્પિત. લાક્ષણિક ક્લિનિકલ 1.5 - થર્મલ ઉપકરણમાં, દર્દીને બદલે, મેટામેટરિયલ લોડ કરવામાં આવે છે, પાણીના બેસિનના રૂપમાં, જેની અંદર ચોક્કસ લંબાઈના સમાંતર વાયર આવેલા હોય છે. વાયર પર અભ્યાસનો હેતુ છે - એક માછલી (નિજીવ). જમણી બાજુના ચિત્રો માછલીની MRI ઇમેજ છે, જેમાં હાઇડ્રોજન ન્યુક્લીની સિગ્નલની તીવ્રતા દર્શાવતો રંગ નકશો સુપરઇમ્પોઝ્ડ છે. તે જોઈ શકાય છે કે જ્યારે માછલી વાયર પર રહે છે, ત્યારે સિગ્નલ તેમના વિના કરતાં વધુ સારું છે. બંને કિસ્સાઓમાં સ્કેનિંગનો સમય સમાન છે, જે સાબિત કરે છે કે સ્કેનિંગ કાર્યક્ષમતા બહેતર છે. લેખ પણ કાળજીપૂર્વક સમાવેશ થાય છે
સૂત્ર

ટોમોગ્રાફની ઓપરેટિંગ ફ્રીક્વન્સીના આધારે વાયરની લંબાઈની ગણતરી કરવા માટે, જેનો મેં ઉપયોગ કર્યો હતો. 3D પ્રિન્ટેડ પ્લાસ્ટિક ફાસ્ટનર્સથી સજ્જ ક્યુવેટ અને કોપર વાયરની એરેમાંથી મેં મારું મેટામેટરિયલ બનાવ્યું છે:

મારી પ્રથમ મેટામેટરીયલ. ઉત્પાદન પછી તરત જ તેને 1 ટેસ્લા ટોમોગ્રાફમાં મૂકવામાં આવ્યું હતું. નારંગીએ સ્કેન કરવા માટેના પદાર્થ તરીકે કામ કર્યું.

જો કે, વચન આપેલ સિગ્નલ એન્હાન્સમેન્ટને બદલે, મને કલાકૃતિઓનો સમૂહ મળ્યો જેણે છબીને સંપૂર્ણપણે બગાડી દીધી! મારા ક્રોધની કોઈ સીમા ન હતી! વિષય સમાપ્ત કર્યા પછી, મેં લેખના લેખકોને એક પત્ર લખ્યો, જેનો અર્થ "શું ...?" પ્રશ્નમાં ઘટાડી શકાય છે.

લેખકોએ મને એકદમ ઝડપથી જવાબ આપ્યો. તેઓ ખૂબ પ્રભાવિત થયા કે કોઈ તેમના પ્રયોગોની નકલ કરવાનો પ્રયાસ કરી રહ્યું છે. શરૂઆતમાં તેઓએ "ફેબ્રી-પેરોટ રેઝોનન્સીસ", "ઇન્ટ્રીન્સિક મોડ્સ" અને વોલ્યુમમાં તમામ પ્રકારના રેડિયો ફ્રીક્વન્સી ફીલ્ડ્સનો ઉપયોગ કરીને, મેટામેટરિયલ્સ વાસ્તવમાં કેવી રીતે કાર્ય કરે છે તે સમજાવવા માટે લાંબા સમય સુધી પ્રયાસ કર્યો. પછી, દેખીતી રીતે સમજાયું કે તેઓ જે વાત કરી રહ્યા છે તે મને બિલકુલ સમજાયું નથી, તેઓએ મને તેમની મુલાકાત લેવા આમંત્રણ આપવાનું નક્કી કર્યું જેથી હું તેમના વિકાસને જીવંત જોઈ શકું અને ખાતરી કરી શકું કે તે હજી પણ કાર્ય કરે છે. મેં મારું મનપસંદ સોલ્ડરિંગ આયર્ન મારા બેકપેકમાં નાખ્યું અને સેન્ટ પીટર્સબર્ગ, નેશનલ રિસર્ચ યુનિવર્સિટી ઑફ ઇન્ફર્મેશન ટેક્નોલોજી, મિકેનિક્સ અને ઑપ્ટિક્સમાં ગયો (જેમ કે તે બહાર આવ્યું છે, ત્યાં માત્ર પ્રોગ્રામરો જ પ્રશિક્ષિત નથી).


На месте меня радушно встретили, и внезапно, предложили работу, так как были впечатлены моей кюветой с проводами и им нужен был человек для создания новых. Взамен обещали подробно объяснить все что меня интересует и пройти курс обучения по радиофизике и МРТ, который стартовал по счастливой случайности именно в тот год. Моя тяга к знаниям победила, и далее, на протяжении года я обучался, делал проекты и работал, постепенно узнавая все новые и новые вещи об истории магнитного резонанса, а также состоянии современной науки в этой области, чем и поделюсь здесь.

એમઆરઆઈની સૂચિત સુધારણાની પદ્ધતિ, અને ઉલ્લેખિત વૈજ્ઞાનિક લેખોમાં અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો છે, તે કહેવાતા "મેટામેટરિયલ્સ" પર આધારિત છે. અન્ય ઘણી શોધોની જેમ મેટામેટરીયલ્સ પણ સૈદ્ધાંતિક સંશોધનના આધારે મેળવેલા અણધાર્યા ઉકેલોને આભારી છે. સોવિયેત વૈજ્ઞાનિક, વિક્ટર વેસેલાગો, 1967 માં, સૈદ્ધાંતિક મોડેલ પર કામ કરતા, નકારાત્મક રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સ સાથે સામગ્રીના અસ્તિત્વનું સૂચન કર્યું. જેમ તમે પહેલાથી જ સમજો છો, અમે ઓપ્ટિક્સ વિશે વાત કરી રહ્યા છીએ, અને આ ગુણાંકનું મૂલ્ય, આશરે કહીએ તો, તેનો અર્થ એ છે કે જ્યારે વિવિધ માધ્યમો, ઉદાહરણ તરીકે હવા અને પાણી વચ્ચેની સીમામાંથી પસાર થશે ત્યારે પ્રકાશ તેની દિશા કેટલી બદલશે. તમે સરળતાથી તમારા માટે ચકાસી શકો છો કે આ ખરેખર થાય છે:

પ્રકાશના રીફ્રેક્શનને દર્શાવવા માટે લેસર પોઇન્ટર અને માછલીઘરનો ઉપયોગ કરીને એક સરળ પ્રયોગ.

એક રસપ્રદ તથ્ય જે આવા પ્રયોગમાંથી શીખી શકાય છે તે એ છે કે બીમ જ્યાંથી તે ઈન્ટરફેસ પર પડ્યો હતો તે જ દિશામાં રીફ્રેક્ટ કરી શકાતો નથી, પછી ભલે તે પ્રયોગકર્તા ગમે તેટલો પ્રયત્ન કરે. આ પ્રયોગ કુદરતી રીતે બનતા તમામ પદાર્થો સાથે કરવામાં આવ્યો હતો, પરંતુ બીમ હઠીલા રીતે માત્ર એક જ દિશામાં વક્રીવર્તી હતી. ગાણિતિક રીતે, આનો અર્થ એ છે કે રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સ, તેમજ તેના ઘટક જથ્થાઓ, ડાઇલેક્ટ્રિક અને ચુંબકીય અભેદ્યતા, હકારાત્મક છે, અને તે અન્યથા ક્યારેય જોવામાં આવ્યું નથી. ઓછામાં ઓછા જ્યાં સુધી વી. વેસેલાગોએ આ મુદ્દાનો અભ્યાસ કરવાનું નક્કી કર્યું અને દર્શાવ્યું કે સૈદ્ધાંતિક રીતે રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સ નકારાત્મક ન હોઈ શકે તેવું એક પણ કારણ નથી.

સકારાત્મક અને નકારાત્મક ઇન્ડેક્સ મીડિયા વચ્ચેનો તફાવત દર્શાવતું વિકીનું ચિત્ર. જેમ આપણે જોઈએ છીએ, પ્રકાશ આપણા રોજિંદા અનુભવની તુલનામાં સંપૂર્ણપણે અકુદરતી રીતે વર્તે છે.

વી. વેસેલાગોએ નકારાત્મક રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સ સાથે સામગ્રીના અસ્તિત્વના પુરાવા શોધવા માટે લાંબા સમય સુધી પ્રયાસ કર્યો, પરંતુ શોધ અસફળ રહી, અને તેમનું કાર્ય અયોગ્ય રીતે ભૂલી ગયું. તે પછીની સદીની શરૂઆતમાં જ સંયુક્ત રચનાઓ કૃત્રિમ રીતે બનાવવામાં આવી હતી જે વર્ણવેલ ગુણધર્મોને સમજે છે, પરંતુ ઓપ્ટિકલમાં નહીં, પરંતુ નીચલા માઇક્રોવેવ આવર્તન શ્રેણીમાં. જે એક વળાંક હતો, કારણ કે આવી સામગ્રીના અસ્તિત્વની સંભાવનાએ નવી સંભાવનાઓ ખોલી. ઉદાહરણ તરીકે - સર્જન સુપરલેન્સ, પ્રકાશની તરંગલંબાઇ કરતાં પણ નાની વસ્તુઓને બૃહદદર્શક કરવામાં સક્ષમ. અથવા - સંપૂર્ણ છદ્માવરણ અદ્રશ્ય આવરણ, તમામ લશ્કરી કર્મચારીઓનું સ્વપ્ન. નવા ડેટાને ધ્યાનમાં લેવા માટે સિદ્ધાંતમાં મુખ્ય સુધારા કરવામાં આવ્યા હતા. સફળતાની ચાવી એ રેઝોનન્ટ એલિમેન્ટ્સ - મેટાટોમ્સના ઓર્ડર્ડ સ્ટ્રક્ચર્સનો ઉપયોગ હતો, જેનું કદ રેડિયેશનની તરંગલંબાઇ કરતા ઘણું નાનું છે જેની સાથે તેઓ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે. મેટા-અણુઓનું ક્રમબદ્ધ માળખું એ કૃત્રિમ સંયોજન છે જેને મેટામેટરિયલ કહેવાય છે.

આજે પણ મેટામેટિરિયલ્સનું વ્યવહારિક અમલીકરણ તકનીકી રીતે જટિલ છે, કારણ કે રેઝોનન્ટ કણોનું કદ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિયેશનની તરંગલંબાઇ કરતાં ઓછી તુલનાત્મક હોવું જોઈએ. ઓપ્ટિકલ શ્રેણી માટે (જ્યાં તરંગલંબાઇ નેનોમીટર છે), આવી તકનીકો પ્રગતિમાં મોખરે છે. તેથી, તે આશ્ચર્યજનક નથી કે મેટામેટરીયલ ખ્યાલના પ્રથમ પ્રતિનિધિઓ રેડિયો શ્રેણીમાંથી પ્રમાણમાં લાંબા ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગો માટે બનાવવામાં આવ્યા હતા (જેની લંબાઈ mm થી m સુધી વધુ જાણીતી છે). મુખ્ય લક્ષણ અને તે જ સમયે કોઈપણ મેટામેટરીયલનો ગેરલાભ એ તેના ઘટક તત્વોની પ્રતિધ્વનિ પ્રકૃતિનું પરિણામ છે. મેટામેટરીયલ તેના ચમત્કારિક ગુણધર્મોને ચોક્કસ ફ્રીક્વન્સીઝ પર જ પ્રદર્શિત કરી શકે છે.
મર્યાદિત ફ્રીક્વન્સીઝ.તેથી, ઉદાહરણ તરીકે, આગલી વખતે જ્યારે તમે મેટામેટરિયલ્સ પર આધારિત સુપર-સાઉન્ડ જામર જેવું કંઈક જોશો, ત્યારે પૂછો કે તે ખરેખર કઈ ફ્રીક્વન્સી રેન્જને જામ કરે છે.

ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગો સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરવાની મંજૂરી આપતા મેટામેટરિયલ્સના લાક્ષણિક ઉદાહરણો. કંડક્ટર સ્ટ્રક્ચર્સ એ નાના રેઝોનેટર, LC સર્કિટ કરતાં વધુ કંઈ નથી જે કંડક્ટરની અવકાશી સ્થિતિ દ્વારા રચાય છે.

મેટામેટરીયલ્સની વિભાવના અને તેમના પ્રથમ અમલીકરણના ઉદભવથી થોડો સમય પસાર થઈ ગયો છે, અને લોકોએ એમઆરઆઈમાં તેનો ઉપયોગ કેવી રીતે કરવો તે શોધી કાઢ્યું. મેટામેટરિયલ્સનો મુખ્ય ગેરલાભ એ છે કે સાંકડી ઓપરેટિંગ રેન્જ એમઆરઆઈ માટે કોઈ સમસ્યા નથી, જ્યાં બધી પ્રક્રિયાઓ લગભગ સમાન પરમાણુ ચુંબકીય રેઝોનન્સ આવર્તન પર થાય છે, જે રેડિયો શ્રેણીમાં રહે છે. અહીં તમે તમારા પોતાના હાથથી મેટા-પરમાણુ બનાવી શકો છો અને તરત જ ચિત્રોમાં શું થાય છે તે જોઈ શકો છો. સંશોધકોએ એમઆરઆઈમાં મેટામેટરિયલ્સનો ઉપયોગ કરીને અમલમાં મૂકેલી પ્રથમ વિશેષતાઓમાંની એક સુપરલેન્સ અને એન્ડોસ્કોપ હતી.

લેટર હેઠળ ડાબી બાજુએ) એક સુપરલેન્સ બતાવવામાં આવે છે, જેમાં પ્રિન્ટેડ સર્કિટ બોર્ડ પર રિઝોનેટરની ત્રિ-પરિમાણીય શ્રેણીનો સમાવેશ થાય છે. દરેક રેઝોનેટર એ સોલ્ડર કરેલ કેપેસિટર સાથેની એક ખુલ્લી ધાતુની રીંગ છે, જે એમઆરઆઈ આવર્તન સાથે જોડાયેલ એલસી સર્કિટ બનાવે છે. નીચે ટોમોગ્રાફી પ્રક્રિયામાંથી પસાર થતા દર્દીના પગ વચ્ચે આ મેટામેટરિયલ સ્ટ્રક્ચર મૂકવાનું ઉદાહરણ છે અને તે મુજબ, પરિણામી છબીઓ. જો તમે અગાઉ એમઆરઆઈ પરના મારા અગાઉના લેખને વાંચવાની સલાહને અણગમતી ન હોય, તો તમે પહેલાથી જ જાણો છો કે દર્દીના શરીરના કોઈપણ ભાગની છબી મેળવવા માટે, નજીકથી સ્થિત એકનો ઉપયોગ કરીને નબળા, ઝડપથી ક્ષીણ થતા પરમાણુ સંકેતો એકત્રિત કરવા જરૂરી છે. એન્ટેના - એક કોઇલ.

મેટામેટરિયલ સુપર લેન્સ તમને પ્રમાણભૂત કોઇલની ક્રિયાની શ્રેણી વધારવા માટે પરવાનગી આપે છે. ઉદાહરણ તરીકે, દર્દીના બંને પગને માત્ર એકને બદલે એક સાથે વિઝ્યુઅલાઈઝ કરો. ખરાબ સમાચાર એ છે કે શ્રેષ્ઠ અસર માટે સુપરલેન્સની સ્થિતિ ચોક્કસ રીતે પસંદ કરવી આવશ્યક છે, અને સુપરલેન્સ પોતે ઉત્પાદન માટે ખૂબ ખર્ચાળ છે. જો તમે હજી પણ સમજી શકતા નથી કે આ લેન્સને શા માટે સુપર-પ્રીફિક્સ કહેવામાં આવે છે, તો પછી ફોટો પરથી તેના કદનો અંદાજ કાઢો, અને પછી સમજો કે તે લગભગ પાંચ મીટરની તરંગલંબાઇ સાથે કામ કરે છે!

પત્ર b) એન્ડોસ્કોપની ડિઝાઇન દર્શાવે છે. અનિવાર્યપણે, એમઆરઆઈ એન્ડોસ્કોપ એ સમાંતર વાયરની શ્રેણી છે જે વેવગાઈડ તરીકે કામ કરે છે. તે તમને તે પ્રદેશને અવકાશી રીતે અલગ કરવાની મંજૂરી આપે છે કે જ્યાંથી કોઇલ ન્યુક્લીમાંથી સિગ્નલ મેળવે છે અને કોઇલ પોતે નોંધપાત્ર અંતરથી - તે બિંદુ સુધી કે પ્રાપ્ત કરનાર એન્ટેના ટોમોગ્રાફના ક્રાયોસ્ટેટની બહાર સંપૂર્ણપણે સ્થિત હોઈ શકે છે, સતત ચુંબકીયથી દૂર. ક્ષેત્ર ટેબની નીચેની તસવીરો b) ખાસ પ્રવાહીથી ભરેલા જહાજ - એક ફેન્ટમ માટે મેળવેલી છબીઓ દર્શાવે છે. તેમની વચ્ચેનો તફાવત એ છે કે જ્યારે કોઇલ ફેન્ટમથી યોગ્ય અંતરે હતી ત્યારે "એન્ડોસ્કોપ" લેબલવાળી છબીઓ મેળવવામાં આવી હતી, જ્યાં એન્ડોસ્કોપ વિના ન્યુક્લીમાંથી સંકેતો શોધવાનું સંપૂર્ણપણે અશક્ય હશે.

જો આપણે એમઆરઆઈમાં મેટામેટરિયલ્સના ઉપયોગના સૌથી આશાસ્પદ ક્ષેત્રોમાંના એક વિશે વાત કરીએ, અને તેના વ્યવહારુ અમલીકરણની સૌથી નજીક (જેમાં હું આખરે સામેલ થયો) એ વાયરલેસ કોઇલની રચના છે. તે સ્પષ્ટ કરવા યોગ્ય છે કે અમે અહીં બ્લૂટૂથ અથવા અન્ય વાયરલેસ ડેટા ટ્રાન્સફર ટેક્નોલોજી વિશે વાત નથી કરી રહ્યા. આ કિસ્સામાં "વાયરલેસ" નો અર્થ છે બે રેઝોનન્ટ સ્ટ્રક્ચર્સના ઇન્ડક્ટિવ અથવા કેપેસિટીવ કપ્લિંગની હાજરી - એક ટ્રાન્સસીવર એન્ટેના, તેમજ મેટામેટરિયલ. ખ્યાલમાં તે આના જેવો દેખાય છે:

ડાબી બાજુએ MRI પ્રક્રિયા સામાન્ય રીતે કેવી રીતે થાય છે તે બતાવવામાં આવ્યું છે: દર્દી એક સમાન સ્થિર ચુંબકીય ક્ષેત્રના વિસ્તારમાં ક્રાયોસ્ટેટની અંદર રહે છે. ટોમોગ્રાફ ટનલમાં “બર્ડકેજ” નામનો મોટો એન્ટેના લગાવવામાં આવ્યો છે. આ રૂપરેખાંકનનો એન્ટેના તમને હાઇડ્રોજન ન્યુક્લીની પ્રિસેશન આવર્તન સાથે રેડિયો ફ્રીક્વન્સી મેગ્નેટિક ફિલ્ડના વેક્ટરને ફેરવવાની મંજૂરી આપે છે (ક્લિનિકલ મશીનો માટે આ સામાન્ય રીતે 40 થી 120 મેગાહર્ટઝ સુધીનું હોય છે જે 1T થી 3T સુધીના સ્ટેટિક મેગ્નેટિક ફિલ્ડની તીવ્રતાના આધારે હોય છે, અનુક્રમે), જેના કારણે તેઓ ઉર્જાનું શોષણ કરે છે અને પછી પ્રતિભાવમાં ઊર્જા ઉત્સર્જન કરે છે. કોરોમાંથી પ્રતિભાવ સિગ્નલ ખૂબ જ નબળો હોય છે અને જ્યારે તે મોટા એન્ટેનાના વાહક સુધી પહોંચે છે, ત્યારે તે અનિવાર્યપણે ઝાંખું થઈ જાય છે. આ કારણોસર, MRI સિગ્નલ પ્રાપ્ત કરવા માટે નજીકના અંતરે સ્થાનિક કોઇલનો ઉપયોગ કરે છે. કેન્દ્રમાંનું ચિત્ર, ઉદાહરણ તરીકે, એક લાક્ષણિક ઘૂંટણની સ્કેનિંગ પરિસ્થિતિ દર્શાવે છે. મેટામેટરિયલ્સનો ઉપયોગ કરીને, એક રેઝોનેટર બનાવવું શક્ય છે જે પક્ષીના પાંજરા સાથે પ્રેરક રીતે જોડવામાં આવશે. દર્દીના શરીરના ઇચ્છિત વિસ્તારની નજીક આવી વસ્તુ મૂકવા માટે તે પૂરતું છે અને ત્યાંથી સિગ્નલ સ્થાનિક કોઇલ કરતાં વધુ ખરાબ પ્રાપ્ત થશે નહીં! જો આ ખ્યાલ સફળતાપૂર્વક અમલમાં મૂકવામાં આવે તો, દર્દીઓને હવે વાયરોમાં ગૂંચવવું પડશે નહીં, અને MRI નિદાન પ્રક્રિયા વધુ આરામદાયક બનશે.

આ બરાબર તે પ્રકારનું છે જે મેં શરૂઆતમાં બનાવવાનો પ્રયાસ કર્યો હતો, વાયરને પાણીથી ભરીને અને નારંગીને સ્કેન કરવાનો પ્રયાસ કરીને. આ લેખમાંના પ્રથમ ચિત્રમાંથી પાણીમાં ડૂબેલા વાયરો મેટા-અણુ કરતાં વધુ કંઈ નથી, જેમાંથી દરેક અડધા-તરંગ દ્વિધ્રુવનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે - સૌથી પ્રખ્યાત એન્ટેના ડિઝાઇનમાંની એક, જે દરેક રેડિયો કલાપ્રેમી માટે પરિચિત છે.
તેઓ પાણીમાં ડૂબી જાય છે જેથી કરીને તેઓ એમઆરઆઈમાં આગ ન પકડે (જોકે આ હેતુ માટે પણ)), પરંતુ ક્રમમાં, પાણીના ઉચ્ચ ડાઇલેક્ટ્રિક સ્થિરતાને કારણે, તેમની રેઝોનન્ટ લંબાઈ બરાબર ચોરસ જેટલી રકમથી ઓછી કરો. પાણીના ડાઇલેક્ટ્રિક સ્થિરાંકનું મૂળ.

આ ચિપ લાંબા સમયથી રેડિયો રીસીવરોમાં ઉપયોગમાં લેવાય છે, ફેરાઇટના ટુકડા પર વાયરને વિન્ડિંગ કરે છે - કહેવાતા. ફેરાઇટ એન્ટેના. માત્ર ફેરાઇટમાં ઉચ્ચ ચુંબકીય અભેદ્યતા હોય છે, અને ડાઇલેક્ટ્રિક નથી, જે, તેમ છતાં, તે જ રીતે કાર્ય કરે છે અને એન્ટેનાના રેઝોનન્ટ પરિમાણોને તે મુજબ ઘટાડવાની મંજૂરી આપે છે. કમનસીબે, તમે MRI માં ફેરાઈટ મૂકી શકતા નથી, કારણ કે... તે ચુંબકીય છે. પાણી એક સસ્તો અને સુલભ વિકલ્પ છે.

તે સ્પષ્ટ છે કે આ બધી વસ્તુઓની ગણતરી કરવા માટે, તમારે જટિલ ગાણિતિક મોડલ્સ બનાવવાની જરૂર છે જે પ્રતિધ્વનિ તત્વો, પર્યાવરણીય પરિમાણો અને રેડિયેશન સ્ત્રોતો વચ્ચેના સંબંધને ધ્યાનમાં લે છે... અથવા તમે પ્રગતિના ફળનો લાભ લઈ શકો છો અને સંખ્યાત્મક ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક માટે સોફ્ટવેર મોડેલિંગ, જે એક શાળાનો બાળક પણ સરળતાથી સમજી શકે છે (સૌથી આકર્ષક ઉદાહરણો - CST, HFSS). સૉફ્ટવેર તમને રેઝોનેટર, એન્ટેના, ઇલેક્ટ્રિકલ સર્કિટના 3D મોડલ બનાવવા, તેમાં લોકોને ઉમેરવાની મંજૂરી આપે છે - હા, હકીકતમાં, કંઈપણ, એકમાત્ર પ્રશ્ન તમારી કલ્પના અને ઉપલબ્ધ કમ્પ્યુટિંગ શક્તિનો છે. બાંધવામાં આવેલા મૉડલોને ગ્રીડમાં વિભાજિત કરવામાં આવે છે, જેના ગાંઠો પર જાણીતા મેક્સવેલ સમીકરણો ઉકેલાય છે.
અહીં, ઉદાહરણ તરીકે, અગાઉ ઉલ્લેખિત બર્ડકેજ એન્ટેનાની અંદર રેડિયો આવર્તન ચુંબકીય ક્ષેત્રનું સિમ્યુલેશન છે:

તે તરત જ સ્પષ્ટ થઈ જાય છે કે ક્ષેત્ર કેવી રીતે ફરે છે. જ્યારે એન્ટેનાની અંદર પાણીનું બોક્સ હોય ત્યારે ડાબી બાજુની પરિસ્થિતિ બતાવવામાં આવે છે, અને જમણી બાજુએ - જ્યારે સમાન બોક્સ રેઝોનન્ટ લંબાઈના વાયરથી બનેલા રેઝોનેટર પર હોય છે. તમે જોઈ શકો છો કે વાયર દ્વારા ચુંબકીય ક્ષેત્ર કેવી રીતે નોંધપાત્ર રીતે ઉન્નત થાય છે. CSTમાં નિપુણતા મેળવ્યા પછી અને ત્યાં મારી ડિઝાઇનને ઑપ્ટિમાઇઝ કર્યા પછી, મેં ફરી એક વખત મેટામેટરિયલ બનાવ્યું, જેણે પ્રમાણભૂત ક્લિનિકલ 1.5T MRI ટોમોગ્રાફમાં સિગ્નલને વિસ્તૃત કરવાનું શક્ય બનાવ્યું. તે હજી પણ એક બોક્સ હતું (જોકે વધુ સુંદર, પ્લેક્સિગ્લાસથી બનેલું), પાણીથી ભરેલું અને વાયરની હારમાળા. આ વખતે, માળખું રેઝોનન્ટ પરિસ્થિતિઓના સંદર્ભમાં ઑપ્ટિમાઇઝ કરવામાં આવ્યું હતું, એટલે કે: વાયરની લંબાઈ, તેમની સ્થિતિ અને પાણીની માત્રાની પસંદગી. ટામેટાં સાથે શું થયું તે અહીં છે:

ટામેટાંનું પ્રથમ સ્કેન મોટા એન્ટેનાથી કરવામાં આવ્યું હતું. પરિણામ ભાગ્યે જ દૃશ્યમાન રૂપરેખા સાથે માત્ર અવાજ હતો. બીજી વખત મેં ફળને તાજી બેકડ રેઝોનન્સ સ્ટ્રક્ચર પર મૂક્યું. મેં રંગીન નકશા અથવા એવું કંઈ બનાવ્યું નથી, કારણ કે અસર સ્પષ્ટ છે. આમ, મારા પોતાના અનુભવથી, મેં ઘણો સમય પસાર કર્યો હોવા છતાં, મેં સાબિત કર્યું કે ખ્યાલ કામ કરે છે.

તે સ્પષ્ટ છે કે તમે શું વિચારી રહ્યાં છો - નારંગી, ટામેટાં - તે બધું ખોટું છે, માનવ અજમાયશ ક્યાં છે?
તેઓ ખરેખર હતા યોજાયેલ:

MRI કરાવતા સ્વયંસેવકનો હાથ એ જ બોક્સ પર રહેલો છે. બોક્સમાંનું વાસ્તવિક પાણી, કારણ કે તેમાં હાઇડ્રોજન છે, તે પણ સ્પષ્ટપણે દૃશ્યમાન છે. રેઝોનેટર પર પડેલા કાંડાના વિસ્તારમાં સિગ્નલ વિસ્તૃત થાય છે, જ્યારે શરીરના અન્ય તમામ ભાગો નબળી રીતે દેખાતા હોય છે. તે સ્પષ્ટ છે કે સમાન અસર, અને કદાચ વધુ સારી, પ્રમાણભૂત ક્લિનિકલ કોઇલનો ઉપયોગ કરીને પ્રાપ્ત કરી શકાય છે. પરંતુ તમે પાણી અને વાયરને અવકાશી રીતે સંયોજિત કરીને, તેમને યોગ્ય રીતે જોડીને આવી વસ્તુઓ કરી શકો છો તે હકીકત આશ્ચર્યજનક છે. તેનાથી પણ વધુ આશ્ચર્યજનક રીતે, આ વિશેનું જ્ઞાન પ્રકાશના વક્રીભવન જેવી દેખીતી અસંબંધિત ઘટનાના અભ્યાસ દ્વારા મેળવી શકાય છે.

જેઓ હજુ થાક્યા નથી તેમના માટેઆ ક્ષણે, વોટર બોક્સની ડિઝાઇન પહેલાથી જ સુધારી દેવામાં આવી છે. હવે તે માત્ર એક ફ્લેટ પ્રિન્ટેડ સર્કિટ બોર્ડ છે જે તમને તમારી નજીકના બાહ્ય મોટા એન્ટેનાના ચુંબકીય ક્ષેત્રને સ્થાનિકીકરણ કરવાની મંજૂરી આપે છે. તદુપરાંત, તેનો કાર્યક્ષેત્ર અગાઉની ડિઝાઇન કરતા મોટો છે:

રંગીન ઘોડાની લગામ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગોના બાહ્ય સ્ત્રોત દ્વારા ઉત્તેજિત થાય ત્યારે બંધારણ પર ચુંબકીય ક્ષેત્રની મજબૂતાઈ દર્શાવે છે. સપાટ માળખું એ એક લાક્ષણિક ટ્રાન્સમિશન લાઇન છે જે રેડિયો એન્જિનિયરિંગમાં જાણીતી છે, પરંતુ તેને MRI માટે મેટામેટરિયલ તરીકે પણ ગણી શકાય. આ "વાયરલેસ કોઇલ" પહેલાથી જ સ્કેન કરેલ ઑબ્જેક્ટમાં ચોક્કસ ઊંડાણ પર જનરેટ કરેલ ફીલ્ડની એકરૂપતાના સંદર્ભમાં પ્રમાણભૂત કોઇલ સાથે સ્પર્ધા કરી શકે છે:

એનિમેશન એમઆરઆઈમાં પાણીના બોક્સની અંદર સિગ્નલનો સ્તર-દર-સ્તર રંગ નકશો દર્શાવે છે. રંગ હાઇડ્રોજન ન્યુક્લીમાંથી સંકેતોની તીવ્રતા દર્શાવે છે. ઉપલા ડાબા ખૂણામાં, પ્રમાણભૂત બેક સ્કેનિંગ કોઇલના સેગમેન્ટનો ઉપયોગ રીસીવર તરીકે થાય છે. નીચેનો ડાબો ખૂણો એ છે જ્યારે બૉક્સને રિઝોનેટર પર પ્રિન્ટેડ સર્કિટ બોર્ડના સ્વરૂપમાં મૂકવામાં આવે છે. નીચે જમણે - ટોમોગ્રાફ ટનલમાં બનેલા મોટા એન્ટેના દ્વારા સિગ્નલ પ્રાપ્ત થાય છે. મેં લંબચોરસ દ્વારા દર્શાવેલ વિસ્તારમાં સિગ્નલ એકરૂપતાની સરખામણી કરી. અમુક ઊંચાઈએ, મેટામેટરિયલ સિગ્નલ એકરૂપતાના સંદર્ભમાં કોઇલ કરતાં વધુ સારું પ્રદર્શન કરે છે. ક્લિનિકલ હેતુઓ માટે, આ બહુ મહત્વની સિદ્ધિ ન હોઈ શકે, પરંતુ જ્યારે વૈજ્ઞાનિક એમઆરઆઈ ઇન્સ્ટોલેશનની વાત આવે છે જ્યાં ઉંદરોને સ્કેન કરવામાં આવે છે, ત્યારે તે સંકેતમાં વધારો અને ઉત્તેજક રેડિયો સ્પંદનોની આવશ્યક શક્તિમાં ઘટાડો હાંસલ કરવામાં મદદ કરી શકે છે.

લેખની શરૂઆતમાં "2 ગણો સુધારેલ" વિશે - અલબત્ત, આ વૈજ્ઞાનિકો માટે પત્રકારોના અપૂરતા પ્રેમનું બીજું ફળ છે, જો કે, તે કહેવું પણ ખોટું છે કે આ ખાલી સંશોધન છે, જે રસ દ્વારા સમર્થિત છે. વિશ્વભરના વૈજ્ઞાનિક જૂથોમાં આ વિષય. આશ્ચર્યજનક રીતે, અહીં રશિયામાં પણ કાર્ય હાથ ધરવામાં આવે છે, જો કે મારા સંપૂર્ણ વ્યક્તિગત અનુભવના આધારે, આ એક દુર્લભ અપવાદ છે. MRI માં મેટામેટરિયલ્સના ઉપયોગ સાથે સંકળાયેલી ઘણી વણઉકેલાયેલી સમસ્યાઓ હજુ પણ છે. સારું ચિત્ર મેળવવા માટે ચુંબકીય ક્ષેત્રોને સ્થાનીકૃત કરવા ઉપરાંત, ઈલેક્ટ્રિક ફિલ્ડ વિશે ભૂલશો નહીં જે પેશીને ગરમ કરે છે, તેમજ તપાસ કરી રહેલા દર્દીઓના પેશીઓ દ્વારા રેડિયો ફ્રીક્વન્સી ફીલ્ડ ઊર્જાનું શોષણ થાય છે. આ વસ્તુઓ માટે, ક્લિનિકલ ઉપયોગમાં, ત્યાં એક વિશેષ નિયંત્રણ હોવું જોઈએ, જે ક્ષેત્ર-સ્થાનિક રેઝોનેટરનો ઉપયોગ કરતી વખતે વધુ જટિલ બની જાય છે. હમણાં માટે, એમઆરઆઈ માટે મેટામેટરીયલ્સ વૈજ્ઞાનિક સંશોધનના અવકાશમાં રહે છે, પરંતુ પ્રાપ્ત પરિણામો પહેલેથી જ ખૂબ જ રસપ્રદ છે અને કદાચ ભવિષ્યમાં, તેમના માટે આભાર, એમઆરઆઈ પ્રક્રિયા વધુ સારી રીતે બદલાશે, ઝડપી અને સુરક્ષિત બનશે.

સોર્સ: www.habr.com