MRI II-ის დემონტაჟი: მეტამატერია MRI-ში

ყურსასმენი მიცურავდა. ხმამაღალი ზარის ხმით გაიყინა კრიოსტატის სხეულზე. ჩემს თავს ვლანძღავდი, გადავწყვიტე შესვენება. ჭანჭიკების ამოღება მაგნიტურ ველში 1.5 ტესლა, ფოლადის ხელსაწყოს გამოყენებით, ასე იდეაა. ველი, როგორც უხილავი მტერი, გამუდმებით ცდილობს ხელსაწყოს ხელიდან ჩამორთმევას, მისი ძალის ხაზის გასწვრივ ორიენტირებას და ზეგამტარის მანკიერ წრეში გაშვებულ ელექტრონებს რაც შეიძლება ახლოს. თუმცა, თუ ძალიან აუცილებელია მრავალი წლის წინანდელი მჟავე ნაერთების დამარცხება, დიდი არჩევანი არ არის. კომპიუტერთან ჩამოვჯექი და ჩვეულებისამებრ გადავავლე საინფორმაციო გამოშვება. რუსმა მეცნიერებმა MRI 2-ჯერ გააუმჯობესეს! წაიკითხეთ საეჭვო სათაური.

დაახლოებით ერთი წლის წინ ჩვენ დემონტაჟი მაგნიტურ-რეზონანსული გამოსახულება და გაიაზრა მისი მუშაობის არსი. დაჟინებით გირჩევთ ამ სტატიის წაკითხვამდე განაახლოთ ამ მასალის მეხსიერება.

სხვადასხვა მიზეზის გამო, მათ შორის ისტორიული, დღეს რუსეთში Თითქმის არასოდეს ისეთი რთული აღჭურვილობის წარმოება, როგორიცაა მაღალი ველის მაგნიტურ-რეზონანსული ტომოგრაფი. თუმცა, თუ მეტ-ნაკლებად დიდ ქალაქში ცხოვრობთ, მარტივად შეგიძლიათ იპოვოთ კლინიკები, რომლებიც უზრუნველყოფენ ამ სახის მომსახურებას. ამავდროულად, მაგნიტურ-რეზონანსული ტომოგრაფიის სკანერების ფლოტი ხშირად წარმოდგენილია მეორადი აღჭურვილობით, რომელიც ერთხელ შემოტანილია აშშ-დან და ევროპიდან და თუ მოულოდნელად მოგიწევთ MRI კლინიკის მონახულება, არ მოგატყუოთ აპარატის მშვენიერი გარეგნობა - ეს შეიძლება კარგად იყოს მის მეორე ათწლეულში. შედეგად, ასეთი აღჭურვილობა ხანდახან ფუჭდება და დიდი ხნის განმავლობაში მე ვიყავი ერთ-ერთი იმ ადამიანთაგანი, ვინც გატეხილი ტომოგრაფები სამსახურში დააბრუნა, რათა პაციენტებმა განაგრძონ დიაგნოსტიკა, ხოლო მფლობელებს მოგება მიეღოთ.

ერთ-ერთ საუკეთესო დღეებამდე, უზარმაზარ მაგნიტურ ველებთან სახიფათო გართობას შორის შესვენების დროს, ახალი ამბების მიმოხილვაში წავაწყდი საინტერესო წარწერას: „რუსი მეცნიერები ჰოლანდიელ კოლეგებთან ერთად. მოწინავე MRI ტექნოლოგია მეტამასალის დახმარებით. ზედმეტია იმის თქმა, რომ თავად ის ფაქტი, რომ რუსეთი ატარებს კვლევებს აღჭურვილობაზე, რომლის წარმოებაც არასოდეს ყოფილა ათვისებული, ძალიან, ძალიან საკამათო მეჩვენა. მე გადავწყვიტე, რომ ეს იყო გრანტების მორიგი დალევა, გაჟღენთილი გაუგებარი მეცნიერული სიტყვით, როგორიცაა „ნანოტექნოლოგია“, უკვე ყველასთვის დაავადებული. რუსი მეცნიერების მუშაობის შესახებ ინფორმაციის ძიებამ MRI და მეტამასალები მიმიყვანა სტატიამდე, რომელიც შეიცავს უბრალო ექსპერიმენტის აღწერას, რომლის გამეორებაც მარტივად შემეძლო, რადგან MRI აპარატი ყოველთვის ხელთ არის.

სურათი დან მუხლიეძღვნება MRI სიგნალის გაძლიერებას ე.წ. "მეტამატერიალის" გამოყენებით. პაციენტის ნაცვლად მეტამასალა იტვირთება ტიპიურ კლინიკურ 1.5-ტესლას აპარატში, წყლის აუზის სახით, რომლის შიგნით არის გარკვეული სიგრძის პარალელური მავთულები. მავთულებზე დევს კვლევის ობიექტი - თევზი (არაცოცხალი). სურათები მარჯვნივ არის თევზის MRI გამოსახულებები, ფერადი რუქით, რომელიც მიუთითებს წყალბადის ბირთვებიდან სიგნალის ინტენსივობაზე. ჩანს, რომ როდესაც თევზი მავთულებზე წევს, სიგნალი ბევრად უკეთესია, ვიდრე მათ გარეშე. სკანირების დრო ორივე შემთხვევაში ერთნაირია, რაც ადასტურებს სკანირების ეფექტურობის ზრდას. სტატიაში ასევე ყურადღებით არის ციტირებული
ფორმულა

მავთულის სიგრძის გამოთვლა სკანერის მუშაობის სიხშირის მიხედვით, რომელიც მე გამოვიყენე. მე გავაკეთე ჩემი მეტამასალა უჯრედისა და სპილენძის მავთულის მასივისაგან, რომელიც აღჭურვილია 3D დაბეჭდილი პლასტმასის სამაგრებით:

ჩემი პირველი მეტამასალა. დამზადებისთანავე იგი მოთავსებულია 1-ტესლას ტომოგრაფში. ფორთოხალი მოქმედებდა როგორც ობიექტი სკანირებისთვის.

თუმცა, დაპირებული სიგნალის გაძლიერების ნაცვლად, მე მივიღე რამდენიმე არტეფაქტი, რომელიც მთლიანად აფუჭებს სურათს! ჩემს აღშფოთებას საზღვარი არ ჰქონდა! თემის ჭამის დასრულების შემდეგ, მე მივწერე წერილი სტატიის ავტორებს, რომლის მნიშვნელობა შეიძლება შემცირდეს კითხვაზე "რა ...?".

ავტორებმა საკმაოდ სწრაფად მიპასუხეს. მათ დიდი შთაბეჭდილება მოახდინა, რომ ვიღაც ცდილობდა მათი ექსპერიმენტების გამეორებას. თავიდან ისინი დიდხანს ცდილობდნენ აეხსნათ ჩემთვის, თუ როგორ მუშაობს მეტამასალები, ტერმინების „ფაბრი-პეროს რეზონანსები“, „ეიგენმოდები“ და ყველა სახის რადიოსიხშირული ველი ტომში. შემდეგ, როგორც ჩანს, მიხვდნენ, რომ საერთოდ არ მესმოდა რაში იყო საქმე, გადაწყვიტეს დამპატიჟონ მათთან, რათა პირდაპირ ეთერში მენახა მათი მოვლენები და დავრწმუნდე, რომ ის მაინც მუშაობს. ზურგჩანთაში ჩავყარე ჩემი საყვარელი გამაგრილებელი უთო და წავედი სანქტ-პეტერბურგში, საინფორმაციო ტექნოლოგიების, მექანიკისა და ოპტიკის ეროვნულ კვლევით უნივერსიტეტში (როგორც აღმოჩნდა, იქ მხოლოდ პროგრამისტებს არ ასწავლიან).


ადგილზე თბილად დამხვდნენ და უცებ დასაქმება შემომთავაზეს, რადგან აღფრთოვანებული იყვნენ ჩემი სადენებით და სჭირდებოდათ ადამიანი ახლის შესაქმნელად. სანაცვლოდ დაგვპირდნენ, რომ დეტალურად აგიხსნიდნენ ყველაფერს, რაც მაინტერესებს და გავივლიდი რადიოფიზიკისა და მაგნიტურ-რეზონანსული ტომოგრაფიის კურსს, რომელიც იმ წელს იღბლიანი შანსით დაიწყო. ჩემმა ცოდნის წყურვილმა გაიმარჯვა და შემდეგ, მთელი წლის განმავლობაში, ვსწავლობდი, ვაკეთებდი პროექტებს და ვმუშაობდი, თანდათან უფრო და უფრო ახალს ვსწავლობდი მაგნიტური რეზონანსის ისტორიის, ისევე როგორც თანამედროვე მეცნიერების მდგომარეობის შესახებ ამ სფეროში, რასაც ვაპირებ. გააზიარეთ აქ.

MRI-ს შემოთავაზებული გაუმჯობესების მეთოდი, რომელიც გამოკვლეულია აღნიშნულ სამეცნიერო სტატიებში, ეფუძნება ე.წ. „მეტამასალებს“. მეტამასალები, ისევე როგორც მრავალი სხვა აღმოჩენა, თავის გამოჩენას ევალება თეორიული კვლევის საფუძველზე მიღებულ მოულოდნელ გადაწყვეტილებებს. საბჭოთა მეცნიერმა ვიქტორ ვესელაგომ 1967 წელს, თეორიულ მოდელზე მუშაობისას, უარყოფითი რეფრაქციული ინდექსის მქონე მასალების არსებობა გამოთქვა. როგორც უკვე მიხვდით, ჩვენ ვსაუბრობთ ოპტიკაზე და ამ კოეფიციენტის მნიშვნელობა, უხეშად რომ ვთქვათ, ნიშნავს, თუ რამდენად შეიცვლება სინათლე მიმართულებას, როდესაც ის გაივლის საზღვარს სხვადასხვა მედიას შორის, მაგალითად, ჰაერი და წყალი. თქვენ თვითონ ხედავთ, რომ ეს მართლაც ასეა:

მარტივი ექსპერიმენტი ლაზერული მაჩვენებლით და აკვარიუმით, რომელიც აჩვენებს სინათლის რეფრაქციას.

საინტერესო ფაქტი, რომელიც შეიძლება გავიგოთ ასეთი ექსპერიმენტიდან, არის ის, რომ სხივი არ შეიძლება დაიბრუნოს იმავე მიმართულებით, საიდანაც იგი დაეცა ინტერფეისამდე, რაც არ უნდა ეცადოს ექსპერიმენტატორი. ასეთი ექსპერიმენტი ჩატარდა ყველა ბუნებრივ ნივთიერებაზე, მაგრამ სხივი ჯიუტად ირღვევა მხოლოდ ერთი მიმართულებით. მათემატიკურად, ეს ნიშნავს, რომ გარდატეხის ინდექსი, ისევე როგორც მისი კომპონენტები, დიელექტრიკული და მაგნიტური გამტარიანობა, დადებითია და სხვა არაფერი დაფიქსირებულა. ყოველ შემთხვევაში, სანამ ვ. ვესელაგომ გადაწყვიტა ამ საკითხის შესწავლა და აჩვენა, რომ თეორიულად არ არსებობს ერთი მიზეზი, რის გამოც რეფრაქციული ინდექსი არ შეიძლება იყოს უარყოფითი.

სურათი ვიკიდან, რომელიც აჩვენებს განსხვავებას პოზიტიურ და უარყოფით რეფრაქციულ მაჩვენებლებს შორის. როგორც ვხედავთ, სინათლე სრულიად არაბუნებრივად იქცევა, ჩვენს ყოველდღიურ გამოცდილებასთან შედარებით.

ვ. ვესელაგო დიდი ხნის განმავლობაში ცდილობდა ეპოვა მასალების არსებობის მტკიცებულება უარყოფითი რეფრაქციული ინდექსით, მაგრამ ძიება წარუმატებელი აღმოჩნდა და მისი ნამუშევარი დაუმსახურებლად მივიწყებული იყო. მხოლოდ მომდევნო საუკუნის დასაწყისში შეიქმნა ხელოვნურად კომპოზიციური სტრუქტურები, რომლებიც აცნობიერებენ აღწერილ თვისებებს, მაგრამ არა ოპტიკურ, არამედ ქვედა მიკროტალღური სიხშირის დიაპაზონში. რაც გარდამტეხი იყო, რადგან ასეთი მასალების არსებობის შესაძლებლობა ახალ პერსპექტივებს ხსნიდა. მაგალითად, შექმნა სუპერლინზი, რომელსაც შეუძლია სინათლის ტალღის სიგრძეზე პატარა ობიექტების გადიდება. ან - აბსოლუტური შენიღბვა-უხილავი საფარი, ყველა სამხედროს ოცნებები. ახალი მონაცემების გათვალისწინებით თეორიაში სერიოზული ცვლილებები შევიდა. წარმატების გასაღები იყო რეზონანსული ელემენტების - მეტატომების მოწესრიგებული სტრუქტურების გამოყენება, რომელთა ზომა გაცილებით მცირეა იმ რადიაციის ტალღის სიგრძეზე, რომელთანაც ისინი ურთიერთქმედებენ. მეტატომების მოწესრიგებული სტრუქტურა არის ხელოვნური კომპოზიტი, რომელსაც მეტამასალა ეწოდება.

მეტამასალის პრაქტიკული განხორციელება დღესაც ტექნოლოგიურად რთულია, ვინაიდან რეზონანსული ნაწილაკების ზომა უნდა შეედრება ელექტრომაგნიტური გამოსხივების ტალღის სიგრძეზე ნაკლებს. ოპტიკური დიაპაზონისთვის (სადაც ტალღის სიგრძე არის ნანომეტრი), ასეთი ტექნოლოგიები პროგრესის წინა პლანზეა. ამიტომ, გასაკვირი არ არის, რომ მეტამასალის კონცეფციის პირველი წარმომადგენლები შექმნეს შედარებით გრძელი ელექტრომაგნიტური ტალღებისთვის რადიო დიაპაზონიდან (რომლებსაც ჩვენთვის უფრო ნაცნობი სიგრძე აქვთ მმ-დან მ-მდე). ნებისმიერი მეტამასალის მთავარი მახასიათებელი და ამავე დროს მინუსი არის მისი შემადგენელი ელემენტების რეზონანსული ბუნების შედეგი. მეტამასალას შეუძლია გამოავლინოს თავისი სასწაულებრივი თვისებები მხოლოდ გარკვეულ სიხშირეზე.
შეზღუდული სიხშირეები.ამიტომ, მაგალითად, როდესაც კიდევ ერთხელ ხედავთ მეტამასალებზე დაფუძნებულ სუპერ ხმის ჩამკეტის მსგავს რამეს, ჰკითხეთ, რა სიხშირის დიაპაზონი აჩერებს მას.

მეტამასალების ტიპიური მაგალითები, რომლებიც ელექტრომაგნიტურ ტალღებთან ურთიერთქმედების საშუალებას იძლევა. გამტარების სტრუქტურები სხვა არაფერია თუ არა მცირე რეზონატორები, LC სქემები, რომლებიც წარმოიქმნება გამტარების სივრცითი პოზიციით.

ცოტა დრო გავიდა მას შემდეგ, რაც გაჩნდა მეტამატერიალების კონცეფცია და მათი პირველი განხორციელება, როგორ გამოიცანით ადამიანები მათ MRI-ში გამოყენებაზე. მეტამასალების მთავარი მინუსი არის ის, რომ ვიწრო ოპერაციული დიაპაზონი არ წარმოადგენს პრობლემას MRI-სთვის, სადაც ყველა პროცესი ხდება თითქმის იმავე ბირთვული მაგნიტურ-რეზონანსული სიხშირით, რომელიც დევს რადიო დიაპაზონში. აქ შეგიძლიათ შექმნათ მეტატომები საკუთარი ხელით და დაუყოვნებლივ ნახოთ რა ხდება სურათებში. ერთ-ერთი პირველი ფუნქცია, რომელიც მკვლევარებმა განახორციელეს MRI-ში მეტამასალის გამოყენებით, იყო სუპერლინზა და ენდოსკოპები.

ა) ასოს ქვეშ მარცხენა მხარეს ნაჩვენებია სუპერლინზა, რომელიც შედგება ბეჭდური მიკროსქემის დაფებზე რეზონატორების სამგანზომილებიანი მასივისაგან. თითოეული რეზონატორი არის ღია ლითონის რგოლი შედუღებული კონდენსატორით, რომელიც ქმნის LC წრეს, რომელიც მორგებულია MRI სიხშირეზე. ქვემოთ მოცემულია ამ სტრუქტურის მოთავსების მაგალითი ტომოგრაფიის პროცედურის გავლისას პაციენტის ფეხებს შორის მეტამასალისგან და, შესაბამისად, მიღებული სურათის შემდეგ. თუ მანამდე არ უარყავით ჩემი ბოლო სტატიის წაკითხვის რჩევა MRI-ზე, მაშინ უკვე იცით, რომ პაციენტის სხეულის რომელიმე ნაწილის გამოსახულების მისაღებად აუცილებელია სუსტი, სწრაფად დაშლილი ბირთვული სიგნალების შეგროვება მჭიდროდ დაშორებული. ანტენა - კოჭა.

მეტამატერიალური სუპერლინზა იძლევა სტანდარტული კოჭის უფრო დიდი დაფარვის ზონის საშუალებას. მაგალითად, ერთის ნაცვლად პაციენტის ორივე ფეხი ერთდროულად წარმოიდგინეთ. ცუდი ამბავი ის არის, რომ სუპერლინზის პოზიცია უნდა შეირჩეს გარკვეული გზით ეფექტის საუკეთესო გამოვლინებისთვის და თავად სუპერლინზის დამზადება საკმაოდ ძვირია. თუ ჯერ კიდევ არ გესმით, რატომ ჰქვია ამ ლინზას პრეფიქსი სუპერ-, შეაფასეთ მისი ზომა ფოტოდან და შემდეგ გააცნობიერეთ, რომ ის მუშაობს დაახლოებით ხუთი მეტრის ტალღის სიგრძეზე!

ბ) ასოს ქვეშ ნაჩვენებია ენდოსკოპის დიზაინი. არსებითად, MRI ენდოსკოპი არის პარალელური მავთულის მასივი, რომელიც მოქმედებს როგორც ტალღა. ეს საშუალებას გაძლევთ სივრცულად გამოყოთ რეგიონი, საიდანაც ხვეული იღებს სიგნალს ბირთვებიდან და თავად ხვეული ღირსეულ მანძილზე - იქამდე, რომ მიმღები ანტენა შეიძლება განთავსდეს მთლიანად ტომოგრაფის კრიოსტატის გარეთ, მუდმივისაგან შორს. მაგნიტური ველი. ჩანართის ქვედა სურათებზე ბ) ნაჩვენებია სითხით სავსე სპეციალური ჭურჭლისთვის - ფანტომისთვის მიღებული გამოსახულებები. მათ შორის განსხვავება ისაა, რომ გამოსახულებები, სახელწოდებით „ენდოსკოპი“, მიიღეს მაშინ, როდესაც ხვეული ფანტომიდან კარგ მანძილზე იყო, სადაც ენდოსკოპის გარეშე, ბირთვებიდან სიგნალების აღმოჩენა სრულიად შეუძლებელი იქნებოდა.

თუ ვსაუბრობთ მეტამასალის გამოყენების ერთ-ერთ ყველაზე პერსპექტიულ სფეროზე MRI-ში და ყველაზე ახლოს მის პრაქტიკულ განხორციელებასთან (რომელშიც საბოლოოდ ჩავერთე), არის უკაბელო ხვეულების შექმნა. უნდა განვმარტოთ, რომ ეს საერთოდ არ ეხება Bluetooth ან სხვა უკაბელო მონაცემთა გადაცემის ტექნოლოგიას. "უკაბელო" ამ შემთხვევაში ნიშნავს ინდუქციური ან ტევადობითი შეერთების არსებობას ორი რეზონანსული სტრუქტურის - გადამცემის ანტენის, ასევე მეტამასალის. კონცეფციაში ასე გამოიყურება:

მარცხნივ ნაჩვენებია ტიპიური MRI პროცედურა: პაციენტი წევს კრიოსტატის შიგნით ერთიანი სტატიკური მაგნიტური ველის ზონაში. სკანერის გვირაბში დამონტაჟებულია დიდი ანტენა, რომელსაც „ჩიტების გალიას“ უწოდებენ. ამ კონფიგურაციის ანტენა საშუალებას გაძლევთ დაატრიალოთ რადიოსიხშირული მაგნიტური ველის ვექტორი წყალბადის ბირთვების პრეცესიის სიხშირით (კლინიკური მანქანებისთვის ეს ჩვეულებრივ 40-დან 120 MHz-მდეა, რაც დამოკიდებულია სტატიკური მაგნიტური ველის სიდიდეზე. 1T-დან 3T-მდე, შესაბამისად), რის გამოც ისინი შთანთქავენ ენერგიას და შემდეგ ასხივებენ პასუხად. ბირთვებიდან საპასუხო სიგნალი ძალიან სუსტია და სანამ არ მიაღწევს დიდი ანტენის გამტარებს, ის აუცილებლად გაქრება. ამ მიზეზით, MRI იყენებს მჭიდროდ განლაგებულ ადგილობრივ კოჭებს სიგნალების მისაღებად. სურათზე ცენტრში, მაგალითად, ნაჩვენებია ტიპიური მუხლის სკანირების სიტუაცია. მეტამასალის გამოყენებით, შეგიძლიათ გააკეთოთ რეზონატორი, რომელიც ინდუქციურად შეერთდება ფრინველის გალიაში. საკმარისია ასეთი ნივთის განთავსება პაციენტის სხეულის სასურველ ზონასთან და იქიდან სიგნალი მიიღება არა უარესი, ვიდრე ადგილობრივი ხვეული! თუ კონცეფცია წარმატებით განხორციელდება, პაციენტებს აღარ მოუწევთ მავთულხლართებში ჩახლართული და MRI დიაგნოსტიკური პროცედურა უფრო კომფორტული გახდება.

ზუსტად ასეთი რამის შექმნას ვცდილობდი თავიდან, მავთულხლართების წყლით დატბორვა და ფორთოხლის სკანირება. ამ სტატიის პირველივე სურათიდან წყალში ჩაძირული მავთულები სხვა არაფერია თუ არა მეტატომები, რომელთაგან თითოეული არის ნახევრად ტალღოვანი დიპოლი - ანტენის ერთ-ერთი ყველაზე ცნობილი დიზაინი, რომელიც ყველა რადიომოყვარულს იცნობს.
ისინი ჩაძირულნი არიან წყალში არა იმისთვის, რომ MRI-ზე ცეცხლი არ დაიწვას (თუმცა ამისთვისაც)), არამედ იმისათვის, რომ შეამცირონ მათი რეზონანსული სიგრძე წყლის დიელექტრიკული მუდმივის ზუსტად კვადრატული ფესვით წყლის მაღალი დიელექტრიკული მუდმივის გამო. .

ეს ჩიპი დიდი ხანია გამოიყენება რადიოებში, ახვევს მავთულს ფერიტის ნაჭერის გარშემო - ე.წ. ფერიტის ანტენა. მხოლოდ ფერიტს აქვს მაღალი მაგნიტური გამტარიანობა და არა დიელექტრიკულს, რომელიც, თუმცა, მუშაობს იმავე გზით და ანტენის რეზონანსული ზომების შესაბამისად შემცირების საშუალებას იძლევა. სამწუხაროდ, ფერიტის ჩასმა არ შეიძლება MRI-ში, რადგან ეს არის მაგნიტური. წყალი იაფი და ხელმისაწვდომი ალტერნატივაა.

გასაგებია, რომ ამ ყველაფრის გამოსათვლელად აუცილებელია ყველაზე რთული მათემატიკური მოდელების აგება, რომლებიც ითვალისწინებენ რეზონანსულ ელემენტებს, გარემო პარამეტრებსა და რადიაციის წყაროებს შორის ურთიერთობას… ან შეგიძლიათ გამოიყენოთ პროგრესისა და პროგრამული უზრუნველყოფის ნაყოფი. ციფრული ელექტრომაგნიტური მოდელირებისთვის, რომელსაც სკოლის მოსწავლეც კი ადვილად ესმის (ყველაზე ნათელი მაგალითები - CST, HFSS). პროგრამული უზრუნველყოფა საშუალებას გაძლევთ შექმნათ რეზონატორების, ანტენების, ელექტრული სქემების 3D მოდელები, დაამატოთ ხალხი იქ - დიახ, სინამდვილეში, ყველაფერი, ერთადერთი კითხვა არის ფანტაზია და ხელმისაწვდომი გამოთვლითი ძალა. აგებული მოდელები იყოფა ბადეებად, რომელთა კვანძებში შესრულებულია ცნობილი მაქსველის განტოლებების ამოხსნა.
აქ, მაგალითად, არის RF მაგნიტური ველის სიმულაცია ფრინველის გალიის ადრე ნახსენები ანტენის შიგნით:

მაშინვე ცხადი ხდება, თუ როგორ ბრუნავს ველი. სიტუაცია ნაჩვენებია მარცხნივ, როდესაც ანტენის შიგნით არის ყუთი წყლით, ხოლო მარჯვნივ, როდესაც იგივე ყუთი არის რეზონანსული სიგრძის მავთულისგან დამზადებულ რეზონატორზე. ჩანს, როგორ ძლიერდება მაგნიტური ველი მავთულხლართებით. CST-ის დაუფლებისა და იქ ჩემი დიზაინის ოპტიმიზაციის შემდეგ, მე კიდევ ერთხელ გავაკეთე მეტამასალა, რამაც მართლაც შესაძლებელი გახადა სიგნალის გაძლიერება სტანდარტულ კლინიკურ 1.5T MRI ტომოგრაფში. ეს მაინც ყუთი იყო (თუმცა უფრო ლამაზი, პლექსიგლასისგან), წყლითა და მავთულის მასივით სავსე. ამჯერად, სტრუქტურა ოპტიმიზებულია რეზონანსული პირობების, კერძოდ, მავთულის სიგრძის, მათი პოზიციის, ასევე წყლის რაოდენობის არჩევისას. აი რა მოხდა პომიდორთან:

პომიდვრის პირველი სკანირება განხორციელდა დიდ ანტენაზე. შედეგი იყო მხოლოდ ხმაური ძლივს შესამჩნევი მონახაზებით. მეორედ მოვათავსე ნაყოფი ახლად გამომცხვარ რეზონანსულ სტრუქტურაზე. მე არ შემიქმნია ფერადი რუქები, ან მსგავსი რამ, რადგან ეფექტი აშკარაა. ამრიგად, ჩემი გამოცდილებით, მიუხედავად იმისა, რომ დიდ დროს ვხარჯავდი, დავამტკიცე, რომ კონცეფცია მუშაობს.

გასაგებია, რაზეც ფიქრობ - ფორთოხალზე, პომიდორზე - ეს ყველაფერი არ არის, სად არის ტესტები ხალხზე?
მართლა იყვნენ გაიმართა:

მოხალისის ხელი, რომელიც გაივლის MRI-ს, დევს იმავე ყუთზე. თავად წყალი ყუთში, რადგან ის შეიცავს წყალბადს, ასევე შესანიშნავად ჩანს. სიგნალის გაძლიერება ხდება მაჯის მიდამოში, რომელიც დევს რეზონატორზე, ხოლო სხეულის ყველა სხვა ნაწილი ცუდად ჩანს. ნათელია, რომ იგივე ეფექტის და შესაძლოა უკეთესის მიღწევა შესაძლებელია სტანდარტული კლინიკური სპირალის გამოყენებით. მაგრამ ის ფაქტი, რომ თქვენ შეგიძლიათ გააკეთოთ ასეთი რამ, უბრალოდ სივრცითი წყლისა და მავთულის შერწყმით, მათი სწორი გაერთიანებით, გასაოცარია. კიდევ უფრო გასაოცარი ის არის, რომ ამის შესახებ ცოდნის მიღება შესაძლებელია ერთი შეხედვით ურთიერთდაკავშირებული ფენომენების შესწავლით, როგორიცაა სინათლის გარდატეხა.

მათთვის, ვინც ჯერ კიდევ არ არის დაღლილიამ დროისთვის წყლის ყუთის დიზაინი უკვე გაუმჯობესებულია. ახლა ეს არის მხოლოდ ბრტყელი დაბეჭდილი მიკროსქემის დაფა, რომელიც საშუალებას გაძლევთ მოაწყოთ თქვენს მახლობლად გარე დიდი ანტენის მაგნიტური ველი. უფრო მეტიც, მისი სამუშაო ფართობი უფრო დიდია, ვიდრე წინა დიზაინის:

ფერადი ლენტები აჩვენებს მაგნიტური ველის სიძლიერეს სტრუქტურაზე ელექტრომაგნიტური ტალღების გარე წყაროდან აღგზნებისას. ბრტყელი სტრუქტურა არის ტიპიური გადამცემი ხაზი, რომელიც ცნობილია რადიოინჟინერიაში, მაგრამ ამავე დროს ის შეიძლება ჩაითვალოს MRI-ს მეტეომასალაად. ამ „უკაბელო კოჭს“ უკვე შეუძლია კონკურენცია გაუწიოს სტანდარტულ ხვეულებს სკანირებულ ობიექტში გარკვეულ სიღრმეზე წარმოქმნილი ველის ერთგვაროვნების თვალსაზრისით:

ანიმაცია აჩვენებს სიგნალის ფენა-ფენის ფერთა რუკას MRI წყლის ყუთში. ფერი მიუთითებს წყალბადის ბირთვების სიგნალების ინტენსივობაზე. ზედა მარცხენა კუთხეში, სტანდარტული კოჭის სეგმენტი ზურგის სკანირებისთვის გამოიყენება როგორც მიმღები. ქვედა მარცხენა კუთხე არის როდესაც ყუთი რეზონატორზეა დაბეჭდილი მიკროსქემის სახით. ქვედა მარჯვნივ - სიგნალს იღებს ტომოგრაფის გვირაბში ჩაშენებული დიდი ანტენა. მე შევადარე სიგნალის ერთგვაროვნება მართკუთხედით შემოხაზულ არეში. გარკვეულ სიმაღლეზე მეტამასალა სიგნალის ერთგვაროვნების თვალსაზრისით ხვეულზე უკეთ მუშაობს. კლინიკური მიზნებისთვის, ეს შეიძლება არ იყოს ძალიან მნიშვნელოვანი მიღწევა, მაგრამ როდესაც საქმე ეხება სამეცნიერო MRI დაწესებულებებს, სადაც ვირთხების სკანირება ხდება, ამან შეიძლება ხელი შეუწყოს სიგნალის მომატებას და შეამციროს ამგზნები რადიო იმპულსების საჭირო სიმძლავრე.

სტატიის დასაწყისში "2-ჯერ გაუმჯობესების" შესახებ - რა თქმა უნდა, ეს არის მეცნიერებისადმი ჟურნალისტების უპასუხო სიყვარულის კიდევ ერთი ნაყოფი, თუმცა, ასევე არასწორია იმის თქმა, რომ ეს ცარიელი კვლევებია, რასაც ინტერესი აძლიერებს. ეს თემა მსოფლიოს სამეცნიერო ჯგუფებში. გასაკვირია, რომ აქ, რუსეთშიც მიმდინარეობს მუშაობა, თუმცა ჩემი პირადი გამოცდილებიდან გამომდინარე, ეს საკმაოდ იშვიათი გამონაკლისია. ჯერ კიდევ ბევრი გადაუჭრელი პრობლემაა MRI-ში მეტამასალის გამოყენებასთან დაკავშირებული. კარგი სურათის მისაღებად მაგნიტური ველების ლოკალიზაციის გარდა, არ დაივიწყოთ ელექტრული ველები, რომლებიც იწვევს ქსოვილების გათბობას, ასევე პაციენტების ქსოვილების შეწოვას, რომლებიც გადიან რადიოსიხშირული ველის ენერგიის გამოკვლევას. ამ ნივთებისთვის, კლინიკურ გამოყენებაში, უნდა არსებობდეს სპეციალური კონტროლი, რაც ძალიან რთულია საველე ლოკალიზაციის რეზონატორების გამოყენებისას. ჯერჯერობით MRI-ს მეტამასალები რჩება მეცნიერული კვლევის ფარგლებში, მაგრამ მიღებული შედეგები უკვე ძალიან საინტერესოა და შესაძლებელია, რომ მომავალში MRI პროცედურა უკეთესობისკენ შეიცვალოს მათი წყალობით, გახდეს უფრო სწრაფი და უსაფრთხო.

წყარო: www.habr.com