चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग II को अलग करना: एमआरआई में मेटामटेरियल्स

एक पेचकस ने मेरे कान के पास से सीटी बजाई। तेज़ आवाज़ के साथ, वह क्रायोस्टेट बॉडी पर जम गई। खुद को कोसते हुए मैंने ब्रेक लेने का फैसला किया। स्टील उपकरण का उपयोग करके 1.5 टेस्ला के चुंबकीय क्षेत्र में बोल्ट खोलना एक अच्छा विचार नहीं है। क्षेत्र, एक अदृश्य दुश्मन की तरह, लगातार उपकरण को हाथों से छीनने की कोशिश कर रहा है, इसे अपनी बल की रेखाओं के साथ उन्मुख करता है और इसे सुपरकंडक्टर से एक बंद सर्कल में चलने वाले इलेक्ट्रॉनों के जितना संभव हो उतना करीब निर्देशित करता है। हालाँकि, अगर आपको वास्तव में कई साल पहले के अम्लीय यौगिकों को हराना है, तो ज्यादा विकल्प नहीं है। मैं कंप्यूटर पर बैठ गया और आदतन समाचार फ़ीड स्क्रॉल करने लगा। "रूसी वैज्ञानिकों ने एमआरआई में 2 गुना सुधार किया है!" - संदिग्ध शीर्षक पढ़ें.

लगभग एक साल पहले, हम चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग स्कैनर को अलग कर दिया और उसके काम का सार समझा। मैं दृढ़तापूर्वक अनुशंसा करता हूं कि आप इस लेख को पढ़ने से पहले उस सामग्री की अपनी याददाश्त को ताज़ा कर लें।

आज रूस में ऐतिहासिक सहित विभिन्न कारणों से लगभग कोई नहीं उच्च-क्षेत्र चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग स्कैनर जैसे जटिल उपकरणों का उत्पादन। हालाँकि, यदि आप किसी बड़े शहर में रहते हैं, तो आपको इस प्रकार की सेवा प्रदान करने वाले क्लीनिक आसानी से मिल सकते हैं। साथ ही, एमआरआई स्कैनर के बेड़े को अक्सर इस्तेमाल किए गए उपकरणों द्वारा दर्शाया जाता है, जो एक बार संयुक्त राज्य अमेरिका और यूरोप से आयात किए जाते थे, और यदि आपको अचानक एमआरआई के साथ क्लिनिक का दौरा करना पड़ता है, तो डिवाइस की सुंदर उपस्थिति से मूर्ख मत बनो - यह अपने दूसरे दशक में हो सकता है। नतीजतन, ऐसे उपकरण कभी-कभी टूट जाते हैं, और लंबे समय तक मैं उन लोगों में से एक था जो टूटे हुए टोमोग्राफ को सेवा में लौटाते थे, ताकि मरीजों का निदान जारी रह सके, और मालिक लाभ कमा सकें।

एक दिन पहले तक, विशाल चुंबकीय क्षेत्र वाले खतरनाक मनोरंजनों के बीच एक ब्रेक के दौरान, मुझे समाचार फ़ीड में एक दिलचस्प शिलालेख मिला: "रूसी वैज्ञानिक डच सहयोगियों के साथ मिलकर बेहतर एमआरआई तकनीक मेटामटेरियल्स का उपयोग करना।" कहने की जरूरत नहीं है, यह तथ्य कि रूस उन उपकरणों पर अनुसंधान कर रहा है, जिनके उत्पादन में कभी महारत हासिल नहीं हुई है, मुझे बहुत, बहुत विवादास्पद लगा। मैंने फैसला किया कि यह अनुदानों का एक और दौर था, जिसमें "नैनोटेक्नोलॉजी" जैसे समझ से बाहर वैज्ञानिक शब्द शामिल थे, जिससे हर कोई पहले से ही तंग आ चुका था। एमआरआई और मेटामटेरियल्स के साथ घरेलू वैज्ञानिकों के काम के विषय पर जानकारी की खोज से मुझे एक लेख मिला जिसमें एक सरल प्रयोग का वर्णन था जिसे मैं आसानी से दोहरा सकता था, क्योंकि एमआरआई मशीन हमेशा हाथ में होती है।

चित्र से लेख, तथाकथित "मेटामेट्री" का उपयोग करके एमआरआई सिग्नल को बढ़ाने के लिए समर्पित। एक विशिष्ट क्लिनिकल 1.5 - थर्मल उपकरण में, रोगी के बजाय, पानी के एक बेसिन के रूप में मेटामटेरियल लोड किया जाता है, जिसके अंदर एक निश्चित लंबाई के समानांतर तार स्थित होते हैं। तारों पर अध्ययन की वस्तु है - एक मछली (निर्जीव)। दाईं ओर की तस्वीरें मछली की एमआरआई छवियां हैं, जिसमें एक रंगीन मानचित्र लगाया गया है जो हाइड्रोजन नाभिक की सिग्नल तीव्रता को दर्शाता है। यह देखा जा सकता है कि जब मछली तारों पर लेटती है, तो सिग्नल उनके बिना की तुलना में बहुत बेहतर होता है। दोनों मामलों में स्कैनिंग का समय समान है, जो साबित करता है कि स्कैनिंग दक्षता में सुधार हुआ है। आलेख भी सावधानी से सम्मिलित किया गया है
सूत्र

टोमोग्राफ की ऑपरेटिंग आवृत्ति के आधार पर तारों की लंबाई की गणना करने के लिए, जिसका मैंने उपयोग किया था। मैंने अपना मेटामटेरियल एक क्यूवेट और तांबे के तारों की एक श्रृंखला से बनाया, जो 3डी मुद्रित प्लास्टिक फास्टनरों से सुसज्जित है:

मेरी पहली मेटामटेरियल. उत्पादन के तुरंत बाद इसे 1 टेस्ला टोमोग्राफ में डाल दिया गया। नारंगी ने स्कैन की जाने वाली वस्तु के रूप में कार्य किया।

हालाँकि, वादा किए गए सिग्नल संवर्द्धन के बजाय, मुझे कलाकृतियों का एक समूह प्राप्त हुआ जिसने छवि को पूरी तरह से खराब कर दिया! मेरे आक्रोश की कोई सीमा नहीं थी! विषय समाप्त करने के बाद, मैंने लेख के लेखकों को एक पत्र लिखा, जिसका अर्थ "क्या...?" प्रश्न तक कम किया जा सकता है।

लेखकों ने मुझे काफी शीघ्रता से उत्तर दिया। वे इस बात से काफी प्रभावित हुए कि कोई उनके प्रयोगों को दोहराने की कोशिश कर रहा है। सबसे पहले उन्होंने लंबे समय तक मुझे यह समझाने की कोशिश की कि "फैब्री-पेरोट अनुनाद", "आंतरिक मोड" और वॉल्यूम में सभी प्रकार के रेडियो आवृत्ति क्षेत्रों का उपयोग करके मेटामटेरियल्स वास्तव में कैसे काम करते हैं। फिर, जाहिरा तौर पर यह महसूस करते हुए कि मुझे बिल्कुल समझ नहीं आया कि वे किस बारे में बात कर रहे थे, उन्होंने मुझे उनसे मिलने के लिए आमंत्रित करने का फैसला किया ताकि मैं उनके विकास को लाइव देख सकूं और सुनिश्चित कर सकूं कि यह अभी भी काम करता है। मैंने अपने पसंदीदा सोल्डरिंग आयरन को अपने बैकपैक में फेंक दिया और सेंट पीटर्सबर्ग चला गया, नेशनल रिसर्च यूनिवर्सिटी ऑफ इंफॉर्मेशन टेक्नोलॉजीज, मैकेनिक्स एंड ऑप्टिक्स (जैसा कि बाद में पता चला, न केवल प्रोग्रामर वहां प्रशिक्षित होते हैं)।


साइट पर मेरा गर्मजोशी से स्वागत किया गया, और अचानक, उन्होंने मुझे नौकरी की पेशकश की, क्योंकि वे तारों वाली मेरी खाई से प्रभावित थे और उन्हें नई तारों वाली खाई बनाने के लिए एक व्यक्ति की आवश्यकता थी। बदले में, उन्होंने मेरी रुचि की हर चीज़ को विस्तार से समझाने और रेडियोफिजिक्स और एमआरआई में एक प्रशिक्षण पाठ्यक्रम लेने का वादा किया, जो कि, एक भाग्यशाली संयोग से, ठीक उसी वर्ष शुरू हुआ। ज्ञान के लिए मेरी प्यास जीत गई, और फिर, पूरे वर्ष, मैंने अध्ययन किया, परियोजनाएं बनाईं और काम किया, धीरे-धीरे चुंबकीय अनुनाद के इतिहास के साथ-साथ इस क्षेत्र में आधुनिक विज्ञान की स्थिति के बारे में अधिक से अधिक नई चीजें सीखीं, जो मैं करूंगा यहां साझा करें.

एमआरआई के प्रस्तावित सुधार की विधि, और उल्लिखित वैज्ञानिक लेखों में अध्ययन किया गया, तथाकथित "मेटामेट्रीज़" पर आधारित है। मेटामटेरियल्स, कई अन्य खोजों की तरह, सैद्धांतिक अनुसंधान के आधार पर प्राप्त अप्रत्याशित समाधानों के कारण अपनी उपस्थिति का श्रेय देते हैं। सोवियत वैज्ञानिक विक्टर वेसेलागो ने 1967 में एक सैद्धांतिक मॉडल पर काम करते हुए नकारात्मक अपवर्तक सूचकांक वाली सामग्रियों के अस्तित्व का सुझाव दिया था। जैसा कि आप पहले से ही समझते हैं, हम प्रकाशिकी के बारे में बात कर रहे हैं, और इस गुणांक का मूल्य, मोटे तौर पर बोलते हुए, इसका मतलब है कि विभिन्न मीडिया, उदाहरण के लिए हवा और पानी के बीच की सीमा से गुजरते समय कितना प्रकाश अपनी दिशा बदल देगा। आप स्वयं आसानी से सत्यापित कर सकते हैं कि वास्तव में ऐसा होता है:

प्रकाश के अपवर्तन को प्रदर्शित करने के लिए लेजर पॉइंटर और एक्वेरियम का उपयोग करने वाला एक सरल प्रयोग।

एक दिलचस्प तथ्य जो इस तरह के प्रयोग से सीखा जा सकता है वह यह है कि किरण को उसी दिशा में अपवर्तित नहीं किया जा सकता है जहां से वह इंटरफ़ेस पर गिरी थी, चाहे प्रयोगकर्ता कितनी भी कोशिश कर ले। यह प्रयोग सभी प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले पदार्थों के साथ किया गया था, लेकिन किरण केवल एक ही दिशा में दृढ़ता से अपवर्तित हुई थी। गणितीय रूप से, इसका मतलब है कि अपवर्तक सूचकांक, साथ ही इसकी घटक मात्राएं, ढांकता हुआ और चुंबकीय पारगम्यता, सकारात्मक हैं, और इसे अन्यथा कभी नहीं देखा गया है। कम से कम जब तक वी. वेसेलागो ने इस मुद्दे का अध्ययन करने का निर्णय नहीं लिया और दिखाया कि सैद्धांतिक रूप से ऐसा एक भी कारण नहीं है कि अपवर्तक सूचकांक नकारात्मक नहीं हो सकता।

विकी से प्राप्त चित्र सकारात्मक और नकारात्मक सूचकांक मीडिया के बीच अंतर दिखाता है। जैसा कि हम देखते हैं, प्रकाश हमारे रोजमर्रा के अनुभव की तुलना में पूरी तरह से अप्राकृतिक व्यवहार करता है।

वी. वेसेलागो ने नकारात्मक अपवर्तक सूचकांक वाली सामग्रियों के अस्तित्व का प्रमाण खोजने के लिए लंबे समय तक प्रयास किया, लेकिन खोज असफल रही, और उनके काम को अवांछनीय रूप से भुला दिया गया। अगली शताब्दी की शुरुआत में ही कृत्रिम रूप से समग्र संरचनाएं बनाई गईं, जो वर्णित गुणों को महसूस करती थीं, लेकिन ऑप्टिकल में नहीं, बल्कि निचली माइक्रोवेव आवृत्ति रेंज में। जो एक महत्वपूर्ण मोड़ था, क्योंकि ऐसी सामग्रियों के अस्तित्व की संभावना ने ही नई संभावनाएं खोल दीं। उदाहरणार्थ - सृजन सुपरलेंस, प्रकाश की तरंग दैर्ध्य से भी छोटी वस्तुओं को बड़ा करने में सक्षम। या - पूर्ण छलावरण अदृश्यता आवरण, सभी सैन्य कर्मियों का सपना। नए डेटा को ध्यान में रखने के लिए सिद्धांत में प्रमुख संशोधन किए गए। सफलता की कुंजी गुंजयमान तत्वों की क्रमबद्ध संरचनाओं का उपयोग था - मेटाटोम्स, जिसका आकार विकिरण की तरंग दैर्ध्य से बहुत छोटा है जिसके साथ वे बातचीत करते हैं। मेटा-परमाणुओं की एक क्रमबद्ध संरचना एक कृत्रिम सम्मिश्रण है जिसे मेटामटेरियल कहा जाता है।

मेटामटेरियल्स का व्यावहारिक कार्यान्वयन आज भी तकनीकी रूप से जटिल है, क्योंकि गुंजयमान कणों का आकार विद्युत चुम्बकीय विकिरण की तरंग दैर्ध्य से कम तुलनीय होना चाहिए। ऑप्टिकल रेंज (जहां तरंग दैर्ध्य नैनोमीटर है) के लिए, ऐसी प्रौद्योगिकियां प्रगति में सबसे आगे हैं। इसलिए, यह आश्चर्य की बात नहीं है कि मेटामटेरियल्स अवधारणा के पहले प्रतिनिधियों को रेडियो रेंज से अपेक्षाकृत लंबी विद्युत चुम्बकीय तरंगों के लिए बनाया गया था (जिनकी लंबाई मिमी से मीटर तक अधिक परिचित है)। किसी भी मेटामटेरियल की मुख्य विशेषता और साथ ही नुकसान उसके घटक तत्वों की गुंजयमान प्रकृति का परिणाम है। मेटामटेरियल केवल कुछ आवृत्तियों पर ही अपने चमत्कारी गुण प्रदर्शित कर सकता है।
सीमित आवृत्तियाँ.इसलिए, उदाहरण के लिए, अगली बार जब आप मेटामटेरियल्स पर आधारित सुपर-साउंड जैमर जैसा कुछ देखें, तो पूछें कि यह वास्तव में किस आवृत्ति रेंज को जाम करता है।

मेटामटेरियल्स के विशिष्ट उदाहरण जो विद्युत चुम्बकीय तरंगों के साथ बातचीत की अनुमति देते हैं। कंडक्टर संरचनाएं कंडक्टरों की स्थानिक स्थिति द्वारा गठित छोटे रेज़ोनेटर, एलसी सर्किट से ज्यादा कुछ नहीं हैं।

मेटामटेरियल्स की अवधारणा के उद्भव और उनके पहले कार्यान्वयन के बाद से थोड़ा समय बीत चुका है, और लोगों को पता चल गया है कि एमआरआई में उनका उपयोग कैसे किया जाए। मेटामटेरियल्स का मुख्य नुकसान यह है कि संकीर्ण ऑपरेटिंग रेंज एमआरआई के लिए कोई समस्या नहीं है, जहां सभी प्रक्रियाएं लगभग समान परमाणु चुंबकीय अनुनाद आवृत्ति पर होती हैं, जो रेडियो रेंज में होती है। यहां आप अपने हाथों से मेटा-परमाणु बना सकते हैं और तुरंत देख सकते हैं कि चित्रों में क्या होता है। शोधकर्ताओं ने मेटामटेरियल्स का उपयोग करके एमआरआई में जिन पहली विशेषताओं को लागू किया उनमें से एक सुपरलेंस और एंडोस्कोप थे।

बाईं ओर अक्षर a के नीचे एक सुपरलेंस दिखाया गया है, जिसमें मुद्रित सर्किट बोर्डों पर अनुनादकों की त्रि-आयामी सरणी शामिल है। प्रत्येक अनुनादक एक सोल्डर कैपेसिटर के साथ एक खुली धातु की अंगूठी है, जो एमआरआई आवृत्ति के अनुरूप एक एलसी सर्किट बनाती है। नीचे टोमोग्राफी प्रक्रिया से गुजरने वाले रोगी के पैरों के बीच इस मेटामटेरियल संरचना को रखने का एक उदाहरण दिया गया है और, तदनुसार, परिणामी छवियां। यदि आपने पहले एमआरआई पर मेरे पिछले लेख को पढ़ने की सलाह का तिरस्कार नहीं किया है, तो आप पहले से ही जानते हैं कि रोगी के शरीर के किसी भी हिस्से की छवि प्राप्त करने के लिए, बारीकी से स्थित एक का उपयोग करके कमजोर, तेजी से क्षय होने वाले परमाणु संकेतों को इकट्ठा करना आवश्यक है। एंटीना - एक कुंडल.

मेटामटेरियल सुपर लेंस आपको एक मानक कॉइल की कार्रवाई की सीमा को बढ़ाने की अनुमति देता है। उदाहरण के लिए, रोगी के केवल एक के बजाय दोनों पैरों की एक साथ कल्पना करें। बुरी खबर यह है कि सर्वोत्तम प्रभाव के लिए सुपरलेंस की स्थिति को एक निश्चित तरीके से चुना जाना चाहिए, और सुपरलेंस का निर्माण स्वयं काफी महंगा है। यदि आप अभी भी यह नहीं समझ पाए हैं कि इस लेंस को सुपर-प्रीफिक्स क्यों कहा जाता है, तो फोटो से इसके आकार का अनुमान लगाएं, और फिर महसूस करें कि यह लगभग पांच मीटर की तरंग दैर्ध्य के साथ काम करता है!

पत्र बी) एंडोस्कोप का डिज़ाइन दिखाता है। अनिवार्य रूप से, एक एमआरआई एंडोस्कोप समानांतर तारों की एक श्रृंखला है जो एक वेवगाइड के रूप में कार्य करता है। यह आपको उस क्षेत्र को स्थानिक रूप से अलग करने की अनुमति देता है जहां से कॉइल नाभिक और कॉइल से सिग्नल को काफी दूरी से प्राप्त करता है - इस बिंदु पर कि प्राप्त करने वाला एंटीना निरंतर चुंबकीय से दूर, टॉमोग्राफ के क्रायोस्टेट के बाहर पूरी तरह से स्थित हो सकता है मैदान। टैब बी की निचली तस्वीरें एक विशेष तरल से भरे बर्तन - एक प्रेत - के लिए प्राप्त छवियां दिखाती हैं। उनके बीच अंतर यह है कि "एंडोस्कोप" लेबल वाली छवियां तब प्राप्त की गईं जब कुंडल प्रेत से एक सभ्य दूरी पर था, जहां एंडोस्कोप के बिना नाभिक से संकेतों का पता लगाना पूरी तरह से असंभव होगा।

अगर हम एमआरआई में मेटामटेरियल्स के अनुप्रयोग के सबसे आशाजनक क्षेत्रों में से एक के बारे में बात करते हैं, और इसके व्यावहारिक कार्यान्वयन के सबसे करीब (जिसमें मैं अंततः शामिल हो गया) वायरलेस कॉइल्स का निर्माण है। यह स्पष्ट करने योग्य है कि हम यहां ब्लूटूथ या अन्य वायरलेस डेटा ट्रांसफर तकनीक के बारे में बात नहीं कर रहे हैं। इस मामले में "वायरलेस" का अर्थ है दो गुंजयमान संरचनाओं के आगमनात्मक या कैपेसिटिव युग्मन की उपस्थिति - एक ट्रांसीवर एंटीना, साथ ही एक मेटामेट्री। अवधारणा में यह इस तरह दिखता है:

बाईं ओर दिखाया गया है कि एमआरआई प्रक्रिया आमतौर पर कैसे होती है: रोगी एक समान स्थैतिक चुंबकीय क्षेत्र के क्षेत्र में क्रायोस्टेट के अंदर रहता है। टोमोग्राफ सुरंग में एक बड़ा एंटीना लगा होता है जिसे "बर्डकेज" कहा जाता है। इस कॉन्फ़िगरेशन का एक एंटीना आपको हाइड्रोजन नाभिक की पूर्ववर्ती आवृत्ति के साथ रेडियो फ्रीक्वेंसी चुंबकीय क्षेत्र के वेक्टर को घुमाने की अनुमति देता है (नैदानिक ​​​​मशीनों के लिए यह आमतौर पर 40T से 120T तक स्थिर चुंबकीय क्षेत्र की परिमाण के आधार पर 1 से 3 मेगाहर्ट्ज तक होता है, क्रमशः), जिससे वे ऊर्जा को अवशोषित करते हैं और फिर प्रतिक्रिया में ऊर्जा उत्सर्जित करते हैं। कोर से प्रतिक्रिया संकेत बहुत कमजोर है और जब तक यह बड़े एंटीना के कंडक्टरों तक पहुंचता है, तब तक यह अनिवार्य रूप से फीका पड़ जाएगा। इस कारण से, एमआरआई सिग्नल प्राप्त करने के लिए निकट दूरी वाले स्थानीय कॉइल का उपयोग करता है। उदाहरण के लिए, केंद्र में दी गई तस्वीर घुटने की सामान्य स्कैनिंग स्थिति को दर्शाती है। मेटामटेरियल्स का उपयोग करके, एक अनुनादक बनाना संभव है जो पक्षी पिंजरे से प्रेरक रूप से जुड़ा होगा। ऐसी चीज़ को रोगी के शरीर के वांछित क्षेत्र के पास रखना पर्याप्त है और वहां से सिग्नल स्थानीय कुंडल से भी बदतर नहीं होगा! यदि यह अवधारणा सफलतापूर्वक लागू हो जाती है, तो मरीजों को तारों में उलझना नहीं पड़ेगा और एमआरआई निदान प्रक्रिया अधिक आरामदायक हो जाएगी।

यह ठीक उसी तरह की चीज़ है जिसे मैंने शुरुआत में बनाने की कोशिश की थी, तारों में पानी भरकर और एक संतरे को स्कैन करने की कोशिश करके। इस लेख में पहली तस्वीर से पानी में डूबे हुए तार मेटा-परमाणुओं से ज्यादा कुछ नहीं हैं, जिनमें से प्रत्येक एक आधे-तरंग द्विध्रुव का प्रतिनिधित्व करता है - सबसे प्रसिद्ध एंटीना डिजाइनों में से एक, जो हर रेडियो शौकिया से परिचित है।
उन्हें पानी में डुबाया जाता है, इसलिए नहीं कि वे एमआरआई में आग न पकड़ लें (हालांकि इस उद्देश्य के लिए भी)), बल्कि पानी के उच्च ढांकता हुआ स्थिरांक के कारण, उनकी गुंजयमान लंबाई को वर्ग के बराबर मात्रा में कम करने के लिए डुबोया जाता है। पानी के ढांकता हुआ स्थिरांक की जड़.

इस चिप का उपयोग लंबे समय से रेडियो रिसीवर, फेराइट के टुकड़े पर तार घुमाने में किया जाता रहा है - तथाकथित। फेराइट एंटीना. केवल फेराइट में उच्च चुंबकीय पारगम्यता होती है, ढांकता हुआ नहीं, जो, हालांकि, उसी तरह काम करता है और एंटीना के गुंजयमान आयामों को तदनुसार कम करने की अनुमति देता है। दुर्भाग्य से, आप एमआरआई में फेराइट नहीं डाल सकते, क्योंकि... यह चुंबकीय है. पानी एक सस्ता एवं सुलभ विकल्प है।

यह स्पष्ट है कि इन सभी चीजों की गणना करने के लिए, आपको बहुत जटिल गणितीय मॉडल बनाने की आवश्यकता है जो गुंजयमान तत्वों, पर्यावरणीय मापदंडों और विकिरण स्रोतों के बीच संबंधों को ध्यान में रखते हैं... या आप संख्यात्मक के लिए प्रगति और सॉफ्टवेयर के फल का लाभ उठा सकते हैं विद्युत चुम्बकीय मॉडलिंग, जिसे एक स्कूली बच्चा भी आसानी से समझ सकता है (सबसे महत्वपूर्ण उदाहरण - सीएसटी, एचएफएसएस)। सॉफ्टवेयर आपको रेज़ोनेटर, एंटेना, इलेक्ट्रिकल सर्किट के 3डी मॉडल बनाने, उनमें लोगों को जोड़ने की अनुमति देता है - हां, वास्तव में, कुछ भी, एकमात्र सवाल आपकी कल्पना और उपलब्ध कंप्यूटिंग शक्ति का है। निर्मित मॉडल को ग्रिड में विभाजित किया गया है, जिसके नोड्स पर प्रसिद्ध मैक्सवेल समीकरण हल किए जाते हैं।
उदाहरण के लिए, यहां पहले उल्लिखित बर्डकेज एंटीना के अंदर रेडियो फ्रीक्वेंसी चुंबकीय क्षेत्र का अनुकरण है:

यह तुरंत स्पष्ट हो जाता है कि क्षेत्र कैसे घूमता है। बाईं ओर की स्थिति तब दिखाई जाती है जब एंटीना के अंदर पानी का एक बॉक्स होता है, और दाईं ओर - जब वही बॉक्स अनुनाद लंबाई के तारों से बने अनुनादक पर होता है। आप देख सकते हैं कि तारों द्वारा चुंबकीय क्षेत्र को किस प्रकार उल्लेखनीय रूप से बढ़ाया जाता है। सीएसटी में महारत हासिल करने और वहां अपने डिजाइन को अनुकूलित करने के बाद, मैंने एक बार फिर एक मेटामटेरियल बनाया, जिसने वास्तव में एक मानक क्लिनिकल 1.5T एमआरआई टोमोग्राफ में सिग्नल को बढ़ाना संभव बना दिया। यह अभी भी एक बक्सा था (हालांकि अधिक सुंदर, प्लेक्सीग्लास से बना), पानी और तारों की एक श्रृंखला से भरा हुआ। इस बार, संरचना को गुंजयमान स्थितियों के संदर्भ में अनुकूलित किया गया था, अर्थात्: तारों की लंबाई, उनकी स्थिति और पानी की मात्रा का चयन। यहाँ टमाटर के साथ क्या हुआ:

टमाटर का पहला स्कैन एक बड़े एंटीना से किया गया। नतीजा यह हुआ कि बमुश्किल दिखाई देने वाली रूपरेखाओं के साथ केवल शोर ही हुआ। दूसरी बार मैंने फल को ताजा पके हुए अनुनाद संरचना पर रखा। मैंने रंगीन मानचित्र या उस जैसा कुछ भी नहीं बनाया, क्योंकि प्रभाव स्पष्ट है। इस प्रकार, अपने स्वयं के अनुभव से, हालांकि मैंने बहुत समय बिताया, मैंने साबित कर दिया कि यह अवधारणा काम करती है।

यह स्पष्ट है कि आप क्या सोच रहे हैं - संतरे, टमाटर - यह सब गलत है, मानव परीक्षण कहाँ हैं?
वे वास्तव में थे किया गया:

एमआरआई कराने वाले स्वयंसेवक का हाथ उसी डिब्बे पर होता है। चूँकि डिब्बे में हाइड्रोजन है, इसलिए वास्तविक पानी भी स्पष्ट रूप से दिखाई देता है। सिग्नल गुंजयमान यंत्र पर पड़ी कलाई के क्षेत्र में प्रवर्धित होता है, जबकि शरीर के अन्य सभी हिस्से खराब दिखाई देते हैं। यह स्पष्ट है कि समान प्रभाव, और शायद इससे भी बेहतर, मानक नैदानिक ​​कॉइल्स का उपयोग करके प्राप्त किया जा सकता है। लेकिन यह तथ्य कि आप पानी और तारों को स्थानिक रूप से जोड़कर, उन्हें सही तरीके से जोड़कर ऐसी चीजें कर सकते हैं, आश्चर्यजनक है। इससे भी अधिक आश्चर्यजनक बात यह है कि इसके बारे में ज्ञान प्रकाश के अपवर्तन जैसी प्रतीत होने वाली असंबद्ध घटनाओं के अध्ययन के माध्यम से प्राप्त किया जा सकता है।

उन लोगों के लिए जो अभी तक थके नहीं हैंफिलहाल वॉटर बॉक्स के डिजाइन में पहले से सुधार किया गया है। अब यह सिर्फ एक फ्लैट मुद्रित सर्किट बोर्ड है जो आपको अपने नजदीक एक बाहरी बड़े एंटीना के चुंबकीय क्षेत्र को स्थानीयकृत करने की अनुमति देता है। इसके अलावा, इसका कार्य क्षेत्र पिछले डिज़ाइन की तुलना में बड़ा है:

रंगीन रिबन विद्युत चुम्बकीय तरंगों के बाहरी स्रोत द्वारा उत्तेजित होने पर संरचना पर चुंबकीय क्षेत्र की ताकत का संकेत देते हैं। फ्लैट संरचना रेडियो इंजीनियरिंग में ज्ञात एक विशिष्ट ट्रांसमिशन लाइन है, लेकिन इसे एमआरआई के लिए मेटामटेरियल के रूप में भी माना जा सकता है। यह "वायरलेस कॉइल" स्कैन की गई वस्तु में एक निश्चित गहराई पर उत्पन्न क्षेत्र की एकरूपता के मामले में पहले से ही मानक कॉइल्स के साथ प्रतिस्पर्धा कर सकता है:

एनीमेशन एमआरआई में पानी के एक बॉक्स के अंदर सिग्नल का परत-दर-परत रंग मानचित्र दिखाता है। रंग हाइड्रोजन नाभिक से संकेतों की तीव्रता को इंगित करता है। ऊपरी बाएँ कोने में, एक मानक बैक स्कैनिंग कॉइल का एक खंड रिसीवर के रूप में उपयोग किया जाता है। निचला बायां कोना तब होता है जब बॉक्स को मुद्रित सर्किट बोर्ड के रूप में एक अनुनादक पर रखा जाता है। नीचे दाईं ओर - सिग्नल टोमोग्राफ़ सुरंग में बने एक बड़े एंटीना द्वारा प्राप्त होता है। मैंने आयत द्वारा उल्लिखित क्षेत्र में सिग्नल एकरूपता की तुलना की। कुछ ऊंचाई पर, सिग्नल एकरूपता के मामले में मेटामटेरियल कॉइल से बेहतर प्रदर्शन करता है। नैदानिक ​​उद्देश्यों के लिए, यह बहुत महत्वपूर्ण उपलब्धि नहीं हो सकती है, लेकिन जब वैज्ञानिक एमआरआई प्रतिष्ठानों की बात आती है जहां चूहों को स्कैन किया जाता है, तो यह सिग्नल में वृद्धि और रोमांचक रेडियो पल्स की आवश्यक शक्ति में कमी हासिल करने में मदद कर सकता है।

लेख की शुरुआत में "2 गुना सुधार" के बारे में - बेशक, यह वैज्ञानिकों के लिए पत्रकारों के एकतरफा प्यार का एक और फल है, हालांकि, यह कहना भी गलत है कि यह खाली शोध है, जो रुचि द्वारा समर्थित है यह विषय दुनिया भर के वैज्ञानिक समूहों में है। आश्चर्य की बात है कि यहां रूस में भी काम किया जा रहा है, हालांकि मेरे विशुद्ध व्यक्तिगत अनुभव के आधार पर, यह एक दुर्लभ अपवाद है। एमआरआई में मेटामटेरियल्स के उपयोग से जुड़ी अभी भी कई अनसुलझी समस्याएं हैं। एक अच्छी तस्वीर प्राप्त करने के लिए चुंबकीय क्षेत्रों को स्थानीयकृत करने के अलावा, विद्युत क्षेत्रों के बारे में मत भूलिए जो ऊतक हीटिंग का कारण बनते हैं, साथ ही परीक्षण के दौर से गुजर रहे रोगियों के ऊतकों द्वारा रेडियोफ्रीक्वेंसी क्षेत्र ऊर्जा का अवशोषण भी करते हैं। इन चीजों के लिए, नैदानिक ​​​​उपयोग में, एक विशेष नियंत्रण होना चाहिए, जो फ़ील्ड-स्थानीयकरण अनुनादकों का उपयोग करते समय बहुत अधिक जटिल हो जाता है। अभी के लिए, एमआरआई के लिए मेटामटेरियल्स वैज्ञानिक अनुसंधान के दायरे में हैं, लेकिन प्राप्त परिणाम पहले से ही बहुत दिलचस्प हैं और शायद भविष्य में, उनके लिए धन्यवाद, एमआरआई प्रक्रिया बेहतर के लिए बदल जाएगी, तेज और सुरक्षित हो जाएगी।

स्रोत: www.habr.com