Yon tournevis te sifle pase zòrèy mwen. Avèk yon son ki byen fò, li te jele sou kò kriostat la. Madichon pou tèt mwen, mwen deside pran yon ti repo. Devlope boulon nan yon jaden mayetik 1.5 Tesla lè l sèvi avèk yon zouti asye se pa yon bon lide. Jaden an, tankou yon lènmi envizib, toujou ap eseye rache enstriman an nan men yo, oryante li sou liy fòs li yo epi dirije li pi pre ke posib nan elektwon yo kouri nan yon sèk fèmen soti nan supèkondukteur la. Sepandan, si ou reyèlman bezwen defèt konpoze asidifye soti nan anpil ane de sa, pa gen anpil chwa. Mwen te chita nan òdinatè a ak abityèlman defile nan nouvèl la. "Santis Ris yo amelyore MRI de fwa!" - li tit ki sispèk la.
Apeprè yon ane de sa, nou ak konprann sans nan travay li. Mwen rekòmande pou ou rafrechi memwa ou sou materyèl sa a anvan ou li atik sa a.
Pou plizyè rezon, ki gen ladan istorik, nan Larisi jodi a pwodiksyon ekipman konplèks tankou eskanè D 'resonans mayetik wo-field. Sepandan, si w ap viv nan yon vil ki pi gwo, ou ka fasilman jwenn klinik ki bay kalite sèvis sa a. An menm tan an, flòt la nan eskanè MRI souvan reprezante pa ekipman itilize, yon fwa enpòte soti nan USA a ak Ewòp, epi si ou toudenkou gen vizite yon klinik ak yon MRI, pa dwe twonpe pa bèl aparans nan aparèy la - li ka byen nan dezyèm deseni li yo. Kòm yon rezilta, ekipman sa yo pafwa kraze, epi pou yon tan long mwen te youn nan moun ki te retounen tomograf kase nan sèvis, pou pasyan yo ka kontinye sibi dyagnostik, ak mèt pwopriyete yo te kapab fè yon pwofi.
Jiskaske yon bon jou, pandan yon ti repo ant divètisman danjere ak gwo chan mayetik, mwen te rankontre yon inscription enteresan nan nouvèl la: "Santis Ris ansanm ak kòlèg Olandè yo. lè l sèvi avèk metamateryèl." Evidamman di, lefèt ke Larisi ap fè rechèch sou ekipman, pwodiksyon an pa janm te metrize, te sanble anpil, trè kontwovèsyal. Mwen deside ke sa a se jis yon lòt wonn nan sibvansyon, dilye ak enkonpreyansib mo syantifik tankou "nanotechnologie" ke tout moun te deja bouke ak. Yon rechèch pou enfòmasyon sou sijè travay syantis domestik yo ak MRI ak metamateryèl te mennen m 'nan yon atik ki gen yon deskripsyon yon eksperyans senp ke mwen te kapab fasilman repete, depi machin nan MRI se toujou nan men yo.
Foto soti nan , dedye a amelyore siyal la MRI lè l sèvi avèk sa yo rele "metamateryèl la". Nan yon klinik tipik 1.5 - Aparèy tèmik, olye pou yo pasyan an, metamateryèl chaje, nan fòm lan nan yon basen dlo, andedan nan ki fil paralèl nan yon longè sèten yo sitiye. Sou fil yo manti objè a nan etid - yon pwason (ki pa k ap viv). Foto yo sou bò dwat la se imaj MRI nan pwason an, ak yon kat koulè sipèpoze ki endike entansite siyal la nan nwayo idwojèn yo. Li ka wè ke lè pwason an kouche sou fil yo, siyal la pi bon pase san yo pa yo. Tan optik la se menm bagay la tou nan tou de ka yo, ki pwouve ke efikasite optik ogmante. Atik la tou ak anpil atansyon enkli
fòmil la
pou kalkile longè fil yo depann sou frekans fonksyònman tomograf la, ke mwen te itilize. Mwen te fè metamateryèl mwen an soti nan yon kivèt ak yon etalaj de fil kwiv, ki ekipe ak 3D enprime Fastener plastik:
Premye metamateryèl mwen an. Touswit apre pwodiksyon li te mete nan yon tomograf 1 Tesla. Zoranj la te aji kòm yon objè yo dwe tcheke.
Sepandan, olye pou yo te pwomèt amelyorasyon siyal la, mwen te resevwa yon pakèt zafè ki te konplètman gate imaj la! Endiyasyon mwen pa te konnen limit! Apre fini sijè a, mwen te ekri yon lèt bay otè atik la, siyifikasyon an ka redwi a kesyon "Ki sa ...?"
Otè yo te reponn mwen byen vit. Yo te byen enpresyone ke yon moun te ap eseye repwodui eksperyans yo. Okòmansman, yo te eseye pou yon bon bout tan eksplike m 'ki jan metamateryèl aktyèlman travay, lè l sèvi avèk tèm yo "Resonans Fabry-Perot", "mòd intrinsèques", ak tout kalite jaden frekans radyo nan volim nan. Lè sa a, aparamman reyalize ke mwen pa t 'konprann ditou sa yo t'ap pale sou yo, yo deside envite m 'al vizite yo pou mwen te kapab gade nan devlopman yo an dirèk epi asire w ke li toujou mache. Mwen jete fè soude pi renmen mwen an nan sak lekòl mwen an epi mwen te ale nan Saint Petersburg, nan National Research University of Information Technologies, Mechanics and Optics (tankou li te tounen soti, se pa sèlman pwogramasyon yo resevwa fòmasyon la).
Mwen te byen akeyi sou sit la, epi toudenkou, yo ofri m 'yon travay, paske yo te enpresyone ak twou mwen an ak fil ak yo te bezwen yon moun ki kreye nouvo. An retou, yo te pwomèt yo eksplike an detay tout sa ki enterese m 'ak pran yon kou fòmasyon nan radyofizik ak MRI, ki, pa yon konyensidans chans, te kòmanse egzakteman ane sa a. Swaf mwen an pou konesans te genyen, ak Lè sa a, pandan tout ane a, mwen etidye, te fè pwojè ak travay, piti piti aprann pi plis ak plis nouvo bagay sou istwa a nan sonorite mayetik, osi byen ke eta a nan syans modèn nan zòn sa a, ki mwen pral pataje isit la.
Metòd pwopoze amelyorasyon MRI, ak etidye nan atik syantifik mansyone yo, baze sou sa yo rele "metamateryèl". Metamateryèl, tankou anpil lòt dekouvèt, dwe aparans yo nan solisyon inatandi yo jwenn sou baz rechèch teyorik. Syantifik Sovyetik, Viktor Veselago, nan 1967, k ap travay sou yon modèl teyorik, sijere egzistans lan nan materyèl ki gen yon endèks refraktif negatif. Kòm ou deja konprann, nou ap pale de optik, ak valè a nan koyefisyan sa a, apeprè pale, vle di konbyen limyè pral chanje direksyon li lè w ap pase nan fwontyè ki genyen ant diferan medya, pou egzanp lè ak dlo. Ou ka byen fasil verifye pou tèt ou ke sa vrèman rive:
Yon eksperyans senp lè l sèvi avèk yon pointeur lazè ak yon akwaryòm pou demontre refraksyon limyè a.
Yon reyalite enteresan ki ka aprann nan yon eksperyans konsa se ke gwo bout bwa a pa ka refrakte nan menm direksyon an soti nan kote li te tonbe sou koòdone a, kèlkeswa jan esperimantè a ap eseye. Eksperyans sa a te fèt ak tout sibstans ki rive natirèlman, men gwo bout bwa a te fè tèt di refrakte nan yon sèl direksyon. Matematikman, sa vle di ke endèks la refraktif, osi byen ke kantite konstitiyan li yo, dyelèktrik ak pèmeyabilite mayetik, yo pozitif, epi li pa janm te obsève otreman. Omwen jiskaske V. Veselago deside etidye pwoblèm sa a epi li montre ke teyorikman pa gen yon sèl rezon ki fè endèks refraktif la pa ka negatif.
Foto ki soti nan Wiki ki montre diferans ki genyen ant medya endèks pozitif ak negatif. Kòm nou wè, limyè a konpòte konplètman anòmal, konpare ak eksperyans chak jou nou an.
V. Veselago te eseye pou yon tan long jwenn prèv ki montre egzistans lan nan materyèl ki gen yon endèks refraktif negatif, men rechèch la pa te reyisi, ak travay li yo te bliye san merite. Li te sèlman nan kòmansman pwochen syèk la ke estrikti konpoze yo te kreye atifisyèlman ki reyalize pwopriyete yo dekri, men se pa nan optik la, men nan pi ba frekans mikwo ond lan. Ki te yon pwen vire, depi posiblite pou egzistans materyèl sa yo louvri nouvo kandida. Pou egzanp - kreyasyon , ki kapab agrandi objè menm pi piti pase longèdonn limyè a. Oswa - kouvèti envizibilite kamouflaj absoli, rèv la nan tout pèsonèl militè yo. Yo te fè gwo amannman nan teyori a pou pran an kont nouvo done yo. Kle a nan siksè te itilize nan estrikti òdone nan eleman sonan - metaatom, gwosè a nan ki pi piti anpil pase longèdonn radyasyon an ak ki yo kominike. Yon estrikti òdone nan meta-atòm se yon konpoze atifisyèl yo rele yon metamateryèl.
Aplikasyon an pratik nan metamateryèl menm jodi a se teknolojik konplèks, depi gwosè a nan patikil yo sonan dwe konparab ak mwens pase longèdonn nan radyasyon elektwomayetik. Pou ranje optik la (kote longèdonn nan nanomèt), teknoloji sa yo se nan forefront nan pwogrè. Se poutèt sa, li pa etone ke premye reprezantan yo nan konsèp metamateryèl yo te kreye pou onn elektwomayetik relativman pi long soti nan seri radyo a (ki gen yon longè ki pi abitye soti nan mm rive nan m). Karakteristik prensipal la ak an menm tan an dezavantaj nan nenpòt metamateryèl se yon konsekans nati a sonan nan eleman konstitiyan li yo. Metamateryèl ka montre pwopriyete mirak li yo sèlman nan sèten frekans.
Frekans limite.Se poutèt sa, pou egzanp, pwochen fwa ou wè yon bagay tankou yon jammer super-son ki baze sou metamateryèl, mande ki ranje frekans li aktyèlman blokis.
Egzanp tipik metamateryèl ki pèmèt entèraksyon ak onn elektwomayetik. Estrikti kondiktè yo pa gen anyen plis pase ti resonators, sikui LC ki te fòme pa pozisyon espasyal kondiktè yo.
Yon ti tan te pase depi aparisyon konsèp nan metamateryèl ak premye aplikasyon yo, ak moun ki kalkile konnen ki jan yo sèvi ak yo nan MRI. Dezavantaj prensipal la nan metamateryèl se ke ranje nan fonksyònman etwat se pa yon pwoblèm pou MRI, kote tout pwosesis rive nan prèske menm frekans nikleyè sonorite mayetik, ki bay manti nan seri a radyo. Isit la ou ka kreye meta-atòm ak pwòp men ou epi imedyatman wè sa k ap pase nan foto yo. Youn nan premye karakteristik chèchè yo te aplike nan MRI lè l sèvi avèk metamateryèl yo te superlens ak andoskop.
Sou bò gòch anba lèt a) yo montre yon superlens, ki fòme ak yon etalaj twa dimansyon nan resonator sou tablo sikwi enprime. Chak resonator se yon bag metal louvri ak yon kondansateur soude, fòme yon sikwi LC branche sou frekans MRI a. Anba la a se yon egzanp mete estrikti metamateryèl sa a ant janm yon pasyan ki sibi yon pwosedi tomografi ak, kòmsadwa, imaj yo ki kapab lakòz. Si ou pa te deja meprize konsèy pou li atik anvan mwen an sou MRI, Lè sa a, ou deja konnen ke yo nan lòd yo jwenn yon imaj nan nenpòt ki pati nan kò pasyan an, li nesesè kolekte fèb, siyal nikleyè rapidman pouri lè l sèvi avèk yon byen ki sitiye. antèn - yon bobin.
Lantiy super metamateryèl la pèmèt ou ogmante seri aksyon yon bobin estanda. Pa egzanp, vizyalize tou de janm pasyan an nan yon fwa olye pou yo sèlman youn. Move nouvèl la se ke pozisyon nan superlens la dwe chwazi nan yon sèten fason pou efè a pi bon, ak superlens nan tèt li se byen chè pou fabrike. Si ou toujou pa konprann poukisa lantiy sa a rele yon super-prefiks, Lè sa a, estime gwosè li nan foto a, ak Lè sa a, reyalize ke li travay ak yon longèdonn apeprè senk mèt!
Lèt b) montre konsepsyon andoskop la. Esansyèlman, yon andoskop MRI se yon etalaj de fil paralèl ki aji kòm yon gid ond. Li pèmèt ou separe espasyalman rejyon kote bobin la resevwa siyal la nan nwayo yo ak bobin nan tèt li pa yon distans konsiderab - nan pwen ke antèn k ap resevwa a ka sitiye konplètman deyò kriostat la nan tomograf la, byen lwen soti nan mayetik la konstan. jaden. Foto ki pi ba yo nan tab b) montre imaj yo jwenn pou yon veso espesyal ki plen likid - yon fantom. Diferans ki genyen ant yo se ke imaj ki make "endoskòp" yo te jwenn lè bobin la te nan yon distans desan ak fantom lan, kote san andoskop la siyal yo nan nwayo yo ta konplètman enposib detekte.
Si nou pale sou youn nan zòn ki pi pwomèt nan aplikasyon metamateryèl nan MRI, ak pi pre aplikasyon pratik li yo (ki mwen evantyèlman patisipe nan) se kreyasyon an bobin san fil. Li vo klarifye ke nou pa pale sou Bluetooth oswa lòt teknoloji san fil transfè done isit la. "San fil" nan ka sa a vle di prezans nan kouple endiktif oswa kapasitif nan de estrikti sonan - yon antèn transceiver, osi byen ke yon metamateryèl. Nan konsèp li sanble sa a:
Sou bò gòch la montre ki jan yon pwosedi MRI anjeneral pran plas: pasyan an kouche andedan yon kriostat nan yon zòn nan yon jaden inifòm estatik mayetik. Yon gwo antèn ki rele yon "birdcage" monte nan tinèl tomograf la. Yon antèn nan konfigirasyon sa a pèmèt ou vire vektè a nan jaden an mayetik frekans radyo ak frekans nan presesyon nan nwayo idwojèn (pou machin klinik sa a anjeneral soti nan 40 a 120 MHz depann sou grandè a nan jaden an estatik mayetik soti nan 1T a 3T, respektivman), sa ki lakòz yo absòbe enèji ak Lè sa a, emèt enèji an repons. Siyal repons ki soti nan am yo trè fèb ak lè li rive nan kondiktè yo nan yon gwo antèn, li pral inevitableman fennen. Pou rezon sa a, MRI itilize bobin lokal byen espace pou resevwa siyal yo. Foto ki nan sant la, pou egzanp, montre yon sitiyasyon jenou tipik eskanè. Lè l sèvi avèk metamateryèl, li posib pou fè yon resonator ki pral endiktif makonnen ak yon kalòj. Li se ase yo mete yon bagay konsa tou pre zòn nan vle nan kò pasyan an ak siyal la soti nan yo pral resevwa pa pi mal pase ak yon bobin lokal! Si konsèp la aplike avèk siksè, pasyan yo p ap gen anmele nan fil ankò, epi pwosedi dyagnostik MRI an ap vin pi alèz.
Sa a se egzakteman kalite bagay mwen te eseye kreye nan kòmansman an, pa ranpli fil yo ak dlo epi eseye eskane yon zoranj. Fil yo benyen nan dlo soti nan foto an premye nan atik sa a pa gen anyen plis pase meta-atòm, chak nan yo ki reprezante yon dipol mwatye onn - youn nan desen yo antèn ki pi popilè, abitye nan chak amatè radyo.
Yo plonje nan dlo pa pou yo pa pran dife nan MRI (byenke pou objektif sa a tou)), men yo nan lòd yo, akòz gwo konstan dyelèktrik dlo a, redwi longè sonans yo nan egzakteman yon kantite ki egal a kare a. rasin konstan dyelèktrik dlo a.
Sa a chip ki depi lontan te itilize nan reseptè radyo, likidasyon fil sou yon moso nan ferit - sa yo rele an. antèn ferit. Se sèlman ferit ki gen yon pèmeyabilite mayetik segondè, epi li pa yon sèl dyelèktrik, ki, sepandan, travay menm jan an epi ki pèmèt dimansyon yo sonorite nan antèn la dwe redwi kòmsadwa. Malerezman, ou pa ka mete ferit nan yon MRI, paske... li mayetik. Dlo se yon altènatif bon mache ak aksesib.
Li klè ke pou kalkile tout bagay sa yo, ou bezwen bati modèl matematik konplèks ki pran an kont relasyon ki genyen ant eleman sonan, paramèt anviwònman ak sous radyasyon ... oswa ou ka pran avantaj de fwi yo nan pwogrè ak lojisyèl pou elektwomayetik nimerik. modèl, ki menm yon timoun lekòl ka byen konprann (egzanp ki pi frape yo - CST, HFSS). Lojisyèl la pèmèt ou kreye modèl 3D nan resonators, antèn, sikui elektrik, ajoute moun yo - wi, an reyalite, anyen, kesyon an sèlman se imajinasyon ou ak pouvwa enfòmatik ki disponib. Modèl yo konstwi yo divize an kadriyaj, nan nœuds yo ki byen koni ekwasyon Maxwell yo rezoud.
Isit la, pou egzanp, se yon simulation nan chan mayetik frekans radyo andedan antèn zwazo ki mansyone deja:
Li imedyatman vin byen klè ki jan jaden an wotasyon. Sitiyasyon an sou bò gòch la montre lè gen yon bwat dlo andedan antèn la, ak sou bò dwat la - lè bwat la menm se sou yon resonator ki fèt ak fil ki gen longè sonan. Ou ka wè ki jan chan mayetik siyifikativman amelyore pa fil yo. Apre metrize CST ak optimize konsepsyon mwen an la, mwen yon lòt fwa ankò te fè yon metamateryèl, ki aktyèlman te fè li posib pou anplifye siyal la nan yon estanda klinik 1.5T tomograf MRI. Li te toujou yon bwat (menm si pi bèl, te fè nan plexiglass), plen ak dlo ak yon etalaj de fil. Fwa sa a, estrikti a te optimize an tèm de kondisyon sonan, sètadi: seleksyon nan longè fil yo, pozisyon yo, ak kantite dlo. Men sa ki te pase ak tomat la:
Premye eskanè tomat la te fèt ak yon gwo antèn. Rezilta a se te jis bri ak deskripsyon apèn vizib. Dezyèm fwa mwen mete fwi a sou yon estrikti sonorite ki fèk kwit. Mwen pa t 'bati kat ki gen koulè pal oswa nenpòt bagay tankou sa, depi efè a se evidan. Kidonk, nan pwòp eksperyans mwen, byenke mwen te pase anpil tan, mwen pwouve ke konsèp la ap travay.
Li klè sa w ap panse - zoranj, tomat - sa a tout sa ki mal, ki kote esè imen yo?
Yo te reyèlman :
Men yon volontè k ap sibi yon MRI kouche sou menm bwat la. Dlo aktyèl la nan bwat la, paske li gen idwojèn, vizib klèman tou. Siyal la anplifye nan zòn ponyèt la kouche sou resonator la, pandan tout lòt pati nan kò a mal vizib. Li klè ke efè a menm, e petèt menm pi bon, ka reyalize lè l sèvi avèk bobin klinik estanda. Men, lefèt ke ou ka fè bagay sa yo tou senpleman pa espasyal konbine dlo ak fil, konbine yo nan bon fason, se etonan. Menm plis etonan, konesans sou sa a ka jwenn nan etid la nan fenomèn w pèdi gen rapò, tankou refraksyon nan limyè.
Pou moun ki poko fatigeNan moman sa a, konsepsyon bwat dlo a te deja amelyore. Koulye a, li se jis yon tablo sikwi enprime plat ki pèmèt ou lokalize jaden an mayetik nan yon antèn ekstèn gwo tou pre ou. Anplis, zòn travay li yo pi gwo pase konsepsyon anvan an:
Riban ki gen koulè yo endike fòs chan mayetik sou estrikti a lè eksite pa yon sous ekstèn onn elektwomayetik. Estrikti plat la se yon liy transmisyon tipik li te ye nan jeni radyo, men li ka konsidere tou kòm yon metamateryèl pou MRI. "Bobin san fil" sa a ka deja fè konpetisyon ak bobin estanda an tèm de inifòmite nan jaden an pwodwi nan yon pwofondè sèten nan objè a tcheke:
Animasyon an montre yon kat koulè kouch pa kouch nan siyal la andedan yon bwat dlo nan yon MRI. Koulè endike entansite siyal ki soti nan nwayo idwojèn. Nan kwen siperyè agòch, se yon segman nan yon bobin estanda eskanè tounen yo itilize kòm yon reseptè. Anba kwen gòch la se lè bwat la mete sou yon resonator nan fòm yon tablo sikwi enprime. Anba adwat - se yon gwo antèn ki te resevwa siyal la nan tinèl tomograf la. Mwen konpare inifòmite siyal la nan zòn ki dekri nan rektang lan. Nan kèk altitid, metamateryèl la fè pi bon pase bobin la an tèm de inifòmite siyal. Pou rezon klinik, sa a ka pa yon reyalizasyon trè enpòtan, men lè li rive enstalasyon syantifik MRI kote rat yo analize, li ka ede reyalize yon ogmantasyon nan siyal ak yon diminisyon nan pouvwa ki nesesè nan pulsasyon radyo enteresan.
Konsènan "amelyore pa 2 fwa" nan kòmansman atik la - nan kou, sa a se yon lòt fwi nan renmen san rejis jounalis pou syantis yo, sepandan, li se tou mal di ke sa a se rechèch vid, ki sipòte pa enterè nan. sijè sa a nan gwoup syantifik atravè mond lan. Surprenante, travay yo te fèt tou isit la nan Larisi, byenke baze sou eksperyans piman pèsonèl mwen, sa a se pito yon eksepsyon ki ra. Genyen toujou anpil pwoblèm ki pako rezoud ki asosye ak itilizasyon metamateryèl nan MRI. Anplis lokalize jaden mayetik pou jwenn yon bon foto, pa bliye sou jaden elektrik ki mennen nan chofaj tisi, osi byen ke absòpsyon nan enèji jaden radyofrekans pa tisi pasyan yo sibi egzamen an. Pou bagay sa yo, nan itilizasyon klinik, dwe gen yon kontwòl espesyal, ki vin pi konplike lè w ap itilize resonator lokalizasyon jaden. Pou kounye a, metamateryèl pou MRI rete nan sijè ki abòde lan rechèch syantifik, men rezilta yo jwenn yo deja trè enteresan e petèt nan lavni an, gras a yo, pwosedi a MRI pral chanje pou pi bon an, vin pi vit ak pi an sekirite.
Sous: www.habr.com