मॅग्नेटिक रेझोनान्स इमेजिंगचे विघटन करणे II: MRI मधील मेटामटेरिअल्स

एक स्क्रू ड्रायव्हर माझ्या कानाजवळून शिट्टी वाजला. मोठ्या आवाजाने ती क्रायोस्टॅटच्या अंगावर गोठली. स्वतःला शिव्या देत मी ब्रेक घेण्याचा निर्णय घेतला. स्टील टूल वापरून 1.5 टेस्लाच्या चुंबकीय क्षेत्रामध्ये बोल्ट काढणे ही चांगली कल्पना नाही. हे क्षेत्र, एखाद्या अदृश्य शत्रूप्रमाणे, सतत हातातून उपकरण हिसकावून घेण्याचा प्रयत्न करत आहे, त्याच्या शक्तीच्या रेषेने ते दिशानिर्देशित करा आणि सुपरकंडक्टरच्या बंद वर्तुळात चालू असलेल्या इलेक्ट्रॉनच्या शक्य तितक्या जवळ निर्देशित करा. तथापि, जर तुम्हाला खरोखरच बर्याच वर्षांपूर्वीपासून ऍसिडिफाइड यौगिकांना पराभूत करण्याची आवश्यकता असेल, तर जास्त पर्याय नाही. मी संगणकावर बसलो आणि सवयीने न्यूज फीड स्क्रोल केले. "रशियन शास्त्रज्ञांनी एमआरआयमध्ये 2 पट सुधारणा केली आहे!" - संशयास्पद मथळा वाचा.

सुमारे एक वर्षापूर्वी, आम्ही चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग स्कॅनर वेगळे केले आणि त्याच्या कामाचे सार समजले. मी जोरदार शिफारस करतो की हा लेख वाचण्यापूर्वी तुम्ही त्या सामग्रीची तुमची आठवण ताजी करा.

आज रशियामध्ये ऐतिहासिक कारणांसह विविध कारणांसाठी क्वचितच उच्च-क्षेत्र चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग स्कॅनरसारख्या जटिल उपकरणांचे उत्पादन. तथापि, जर तुम्ही मोठ्या शहरात रहात असाल, तर तुम्हाला या प्रकारची सेवा देणारे दवाखाने सहज मिळू शकतात. त्याच वेळी, एमआरआय स्कॅनरचा ताफा अनेकदा यूएसए आणि युरोपमधून आयात केलेल्या वापरलेल्या उपकरणांद्वारे दर्शविला जातो आणि जर तुम्हाला अचानक एमआरआय असलेल्या क्लिनिकला भेट द्यावी लागली, तर डिव्हाइसच्या सुंदर देखाव्यामुळे फसवू नका - ते कदाचित दुसऱ्या दशकात असेल. परिणामी, अशी उपकरणे कधीकधी खराब होतात आणि बर्याच काळापासून मी अशा लोकांपैकी एक होतो ज्यांनी तुटलेली टोमोग्राफ सेवेत परत केली, जेणेकरून रुग्णांना निदान चालू ठेवता येईल आणि मालकांना नफा मिळू शकेल.

एका चांगल्या दिवसापर्यंत, प्रचंड चुंबकीय क्षेत्रांसह धोकादायक मनोरंजनांमधील विश्रांती दरम्यान, मला न्यूज फीडमध्ये एक मनोरंजक शिलालेख आढळला: “रशियन शास्त्रज्ञ डच सहकाऱ्यांसह सुधारित एमआरआय तंत्रज्ञान मेटामटेरियल्स वापरून." हे सांगण्याची गरज नाही की रशिया उपकरणांवर संशोधन करत आहे, ज्याचे उत्पादन कधीही मास्टर केले गेले नाही, हे मला खूप विवादास्पद वाटले. मी ठरवले की ही अनुदानाची आणखी एक फेरी आहे, ज्यामध्ये "नॅनोटेक्नॉलॉजी" सारख्या अनाकलनीय वैज्ञानिक गूढ शब्दांचा समावेश आहे ज्याने प्रत्येकजण आधीच कंटाळला होता. एमआरआय आणि मेटामटेरियल्ससह देशांतर्गत शास्त्रज्ञांच्या कामाच्या विषयावरील माहितीच्या शोधामुळे मला एका साध्या प्रयोगाचे वर्णन असलेल्या एका लेखाकडे नेले जे मी सहजपणे पुनरावृत्ती करू शकलो, कारण एमआरआय मशीन नेहमीच हातात असते.

पासून चित्र लेख, तथाकथित "मेटामटेरियल" वापरून MRI सिग्नल वाढविण्यासाठी समर्पित. ठराविक क्लिनिकल 1.5 - थर्मल उपकरणामध्ये, रुग्णाऐवजी, मेटामटेरियल लोड केले जाते, पाण्याच्या बेसिनच्या रूपात, ज्याच्या आत विशिष्ट लांबीच्या समांतर तारा असतात. तारांवर अभ्यासाची वस्तू आहे - एक मासा (निर्जीव). उजवीकडील चित्रे माशांच्या एमआरआय प्रतिमा आहेत, ज्यामध्ये हायड्रोजन केंद्रकांच्या सिग्नलची तीव्रता दर्शविणारा रंग नकाशा आहे. हे पाहिले जाऊ शकते की जेव्हा मासे तारांवर असतात तेव्हा त्यांच्याशिवाय सिग्नल जास्त चांगला असतो. स्कॅनिंगची वेळ दोन्ही प्रकरणांमध्ये सारखीच आहे, जे सिद्ध करते की स्कॅनिंग कार्यक्षमता सुधारली आहे. लेख देखील काळजीपूर्वक समाविष्ट केला आहे
सूत्र

मी वापरलेल्या टोमोग्राफच्या ऑपरेटिंग फ्रिक्वेन्सीवर अवलंबून तारांची लांबी मोजण्यासाठी. मी 3D मुद्रित प्लास्टिक फास्टनर्ससह सुसज्ज असलेल्या क्युवेट आणि तांब्याच्या तारांच्या अ‍ॅरेपासून माझे मेटामटेरियल बनवले:

माझे पहिले मेटामटेरियल. उत्पादनानंतर लगेचच ते 1 टेस्ला टोमोग्राफमध्ये ठेवले गेले. संत्रा स्कॅन करण्यासाठी एक ऑब्जेक्ट म्हणून काम केले.

तथापि, वचन दिलेल्या सिग्नल वर्धित करण्याऐवजी, मला अशा कलाकृतींचा समूह मिळाला ज्याने प्रतिमा पूर्णपणे खराब केली! माझ्या संतापाची सीमा नव्हती! विषय संपल्यानंतर, मी लेखाच्या लेखकांना एक पत्र लिहिले, ज्याचा अर्थ "काय ...?" या प्रश्नावर कमी केला जाऊ शकतो.

लेखकांनी मला बर्‍यापैकी पटकन प्रतिसाद दिला. कोणीतरी त्यांच्या प्रयोगांची नक्कल करण्याचा प्रयत्न करत आहे हे त्यांना खूप प्रभावित झाले. सुरुवातीला त्यांनी “फॅब्री-पेरोट रेझोनान्सेस”, “इंट्रिन्सिक मोड्स” आणि व्हॉल्यूममधील सर्व प्रकारच्या रेडिओ फ्रिक्वेन्सी फील्ड्स वापरून मेटामटेरियल्स प्रत्यक्षात कसे कार्य करतात हे मला समजावून सांगण्याचा बराच वेळ प्रयत्न केला. मग, ते कशाबद्दल बोलत आहेत हे मला अजिबात समजले नाही हे उघडपणे लक्षात आल्याने, त्यांनी मला त्यांच्या भेटीसाठी आमंत्रित करण्याचा निर्णय घेतला जेणेकरून मी त्यांच्या घडामोडी थेट पाहू शकेन आणि ते अजूनही कार्य करत आहे याची खात्री करू शकेन. मी माझे आवडते सोल्डरिंग लोह माझ्या बॅकपॅकमध्ये फेकले आणि सेंट पीटर्सबर्गला, नॅशनल रिसर्च युनिव्हर्सिटी ऑफ इन्फॉर्मेशन टेक्नॉलॉजीज, मेकॅनिक्स आणि ऑप्टिक्समध्ये गेलो (जसे झाले की, तेथे केवळ प्रोग्रामरच प्रशिक्षित नाहीत).


साइटवर माझे मनापासून स्वागत केले गेले आणि अचानक, त्यांनी मला नोकरीची ऑफर दिली, कारण ते माझ्या तारा असलेल्या खंदकाने प्रभावित झाले होते आणि त्यांना नवीन तयार करण्यासाठी एका व्यक्तीची आवश्यकता होती. त्या बदल्यात, त्यांनी मला स्वारस्य असलेल्या सर्व गोष्टींचे तपशीलवार वर्णन करण्याचे आणि रेडिओफिजिक्स आणि एमआरआयचे प्रशिक्षण अभ्यासक्रम घेण्याचे वचन दिले, जे भाग्यवान योगायोगाने त्याच वर्षी सुरू झाले. माझी ज्ञानाची तहान जिंकली, आणि नंतर, मी वर्षभर अभ्यास केला, प्रकल्प केले आणि काम केले, हळूहळू चुंबकीय अनुनादाच्या इतिहासाबद्दल तसेच या क्षेत्रातील आधुनिक विज्ञानाच्या स्थितीबद्दल अधिकाधिक नवीन गोष्टी शिकत राहिल्या, जे मी करेन. येथे शेअर करा.

एमआरआयच्या प्रस्तावित सुधारणेची पद्धत, आणि उल्लेख केलेल्या वैज्ञानिक लेखांमध्ये अभ्यासलेली, तथाकथित "मेटामेटेरियल्स" वर आधारित आहे. इतर अनेक शोधांप्रमाणेच मेटामटेरिअल्स, सैद्धांतिक संशोधनाच्या आधारे मिळालेल्या अनपेक्षित उपायांना त्यांचे स्वरूप देतात. सोव्हिएत शास्त्रज्ञ, व्हिक्टर वेसेलागो, 1967 मध्ये, सैद्धांतिक मॉडेलवर काम करत, नकारात्मक अपवर्तक निर्देशांक असलेल्या सामग्रीचे अस्तित्व सुचवले. आपण आधीच समजून घेतल्याप्रमाणे, आम्ही ऑप्टिक्सबद्दल बोलत आहोत, आणि या गुणांकाचे मूल्य, ढोबळमानाने, म्हणजे वेगवेगळ्या माध्यमांमधील सीमेवरून जाताना प्रकाश किती दिशा बदलेल, उदाहरणार्थ हवा आणि पाणी. हे खरोखर घडते हे तुम्ही सहजपणे स्वतःसाठी सत्यापित करू शकता:

प्रकाशाचे अपवर्तन दाखवण्यासाठी लेसर पॉइंटर आणि एक्वैरियम वापरून एक साधा प्रयोग.

अशा प्रयोगातून शिकता येणारी एक मनोरंजक वस्तुस्थिती अशी आहे की प्रयोगकर्त्याने कितीही प्रयत्न केले तरी बीम जिथून तो इंटरफेसवर पडला त्याच दिशेने अपवर्तित होऊ शकत नाही. हा प्रयोग सर्व नैसर्गिक द्रव्यांसह करण्यात आला होता, परंतु किरण जिद्दीने फक्त एकाच दिशेने अपवर्तित होते. गणितीयदृष्ट्या, याचा अर्थ असा आहे की अपवर्तक निर्देशांक, तसेच त्याचे घटक प्रमाण, डायलेक्ट्रिक आणि चुंबकीय पारगम्यता, सकारात्मक आहेत आणि त्याशिवाय ते कधीही पाहिले गेले नाही. किमान V. Veselago पर्यंत या समस्येचा अभ्यास करण्याचे ठरवले आणि सिद्ध केले की सैद्धांतिकदृष्ट्या अपवर्तक निर्देशांक नकारात्मक असू शकत नाही असे एकच कारण नाही.

पॉझिटिव्ह आणि निगेटिव्ह इंडेक्स मीडियामधील फरक दर्शवणारे विकीवरील चित्र. जसे आपण पाहतो, आपल्या रोजच्या अनुभवाच्या तुलनेत प्रकाश पूर्णपणे अनैसर्गिकपणे वागतो.

V. Veselago ने नकारात्मक अपवर्तक निर्देशांक असलेल्या सामग्रीच्या अस्तित्वाचा पुरावा शोधण्याचा बराच काळ प्रयत्न केला, परंतु शोध अयशस्वी झाला आणि त्याचे कार्य अयोग्यपणे विसरले गेले. पुढील शतकाच्या सुरुवातीलाच संमिश्र संरचना कृत्रिमरित्या तयार केल्या गेल्या ज्याने वर्णन केलेल्या गुणधर्मांची जाणीव झाली, परंतु ऑप्टिकलमध्ये नाही, परंतु कमी मायक्रोवेव्ह वारंवारता श्रेणीमध्ये. हा एक टर्निंग पॉईंट होता, कारण अशा सामग्रीच्या अस्तित्वाच्या शक्यतेने नवीन शक्यता उघडल्या. उदाहरणार्थ - निर्मिती सुपरलेन्स, प्रकाशाच्या तरंगलांबीपेक्षाही लहान वस्तूंचे आवर्धन करण्यास सक्षम. किंवा - निरपेक्ष छलावरण अदृश्यता आवरणे, सर्व लष्करी कर्मचाऱ्यांचे स्वप्न. नवीन डेटा विचारात घेण्यासाठी सिद्धांतामध्ये मोठ्या सुधारणा केल्या गेल्या. यशाची गुरुकिल्ली रेझोनंट घटकांच्या ऑर्डर केलेल्या रचनांचा वापर होता - मेटाटोम्स, ज्याचा आकार ते संवाद साधतात त्या रेडिएशनच्या तरंगलांबीपेक्षा खूपच लहान आहे. मेटा-अणूंची क्रमबद्ध रचना एक कृत्रिम संमिश्र आहे ज्याला मेटामटेरियल म्हणतात.

आजही मेटामटेरियल्सची व्यावहारिक अंमलबजावणी तांत्रिकदृष्ट्या जटिल आहे, कारण रेझोनंट कणांचा आकार इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक रेडिएशनच्या तरंगलांबीपेक्षा कमी असणे आवश्यक आहे. ऑप्टिकल श्रेणीसाठी (जेथे तरंगलांबी नॅनोमीटर आहे), अशा तंत्रज्ञान प्रगतीच्या आघाडीवर आहेत. म्हणूनच, हे आश्चर्यकारक नाही की मेटामटेरियल संकल्पनेचे पहिले प्रतिनिधी रेडिओ श्रेणीतून (ज्यांची मिमी ते मीटर पर्यंत अधिक परिचित लांबी आहे) तुलनेने लांब इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक लहरींसाठी तयार केली गेली होती. मुख्य वैशिष्ट्य आणि त्याच वेळी कोणत्याही मेटामटेरियलचे नुकसान हे त्याच्या घटक घटकांच्या अनुनाद स्वरूपाचा परिणाम आहे. मेटामटेरियल त्याचे चमत्कारिक गुणधर्म केवळ विशिष्ट फ्रिक्वेन्सीवर प्रदर्शित करू शकतात.
मर्यादित फ्रिक्वेन्सी.म्हणून, उदाहरणार्थ, पुढच्या वेळी जेव्हा तुम्ही मेटामटेरिअल्सवर आधारित सुपर-साउंड जॅमरसारखे काहीतरी पाहाल तेव्हा ते प्रत्यक्षात कोणत्या वारंवारता श्रेणीमध्ये जाम होते ते विचारा.

इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक लहरींसह परस्परसंवादाची अनुमती देणारी मेटामटेरियल्सची विशिष्ट उदाहरणे. कंडक्टर स्ट्रक्चर्स लहान रेझोनेटर, कंडक्टरच्या अवकाशीय स्थितीद्वारे तयार केलेल्या एलसी सर्किट्सपेक्षा अधिक काही नाहीत.

मेटामटेरिअल्सची संकल्पना आणि त्यांची पहिली अंमलबजावणी सुरू झाल्यापासून थोडा वेळ निघून गेला आहे आणि लोकांना ते एमआरआयमध्ये कसे वापरायचे हे समजले. मेटामटेरियल्सचा मुख्य गैरसोय असा आहे की अरुंद ऑपरेटिंग श्रेणी एमआरआयसाठी समस्या नाही, जिथे सर्व प्रक्रिया जवळजवळ समान परमाणु चुंबकीय अनुनाद वारंवारतेवर होतात, जी रेडिओ श्रेणीमध्ये असते. येथे आपण आपल्या स्वत: च्या हातांनी मेटा-अणू तयार करू शकता आणि चित्रांमध्ये काय होते ते लगेच पाहू शकता. संशोधकांनी एमआरआयमध्ये मेटामटेरियलचा वापर करून अंमलात आणलेल्या पहिल्या वैशिष्ट्यांपैकी एक म्हणजे सुपरलेन्सेस आणि एंडोस्कोप.

अक्षराच्या खाली डाव्या बाजूला अ) एक सुपरलेन्स दर्शविला आहे, ज्यामध्ये मुद्रित सर्किट बोर्डांवर रेझोनेटर्सच्या त्रिमितीय अॅरेचा समावेश आहे. प्रत्येक रेझोनेटर हे एक सोल्डर केलेले कॅपेसिटर असलेली एक ओपन मेटल रिंग असते, जी एमआरआय फ्रिक्वेन्सीनुसार LC सर्किट बनवते. खाली टोमोग्राफी प्रक्रियेतून जात असलेल्या रुग्णाच्या पायांमध्ये ही मेटामटेरियल रचना ठेवण्याचे आणि त्यानुसार, परिणामी प्रतिमांचे उदाहरण आहे. एमआरआयवरील माझा मागील लेख वाचण्याच्या सल्ल्याचा तुम्ही यापूर्वी तिरस्कार केला नसेल, तर तुम्हाला आधीच माहित आहे की रुग्णाच्या शरीराच्या कोणत्याही भागाची प्रतिमा मिळविण्यासाठी, जवळच्या स्थानाचा वापर करून कमकुवत, वेगाने क्षीण होणारे परमाणु सिग्नल गोळा करणे आवश्यक आहे. अँटेना - एक कॉइल.

मेटामटेरियल सुपर लेन्स आपल्याला मानक कॉइलच्या क्रियांची श्रेणी वाढविण्यास अनुमती देते. उदाहरणार्थ, रुग्णाचे दोन्ही पाय एका ऐवजी एकाच वेळी पहा. वाईट बातमी अशी आहे की उत्कृष्ट प्रभावासाठी सुपरलेन्सची स्थिती एका विशिष्ट प्रकारे निवडली जाणे आवश्यक आहे आणि सुपरलेन्स स्वतःच तयार करणे खूप महाग आहे. या लेन्सला सुपर-प्रिफिक्स का म्हणतात हे तुम्हाला अजूनही समजत नसेल, तर फोटोवरून त्याच्या आकाराचा अंदाज लावा आणि मग लक्षात घ्या की ते सुमारे पाच मीटरच्या तरंगलांबीसह कार्य करते!

पत्र b) एंडोस्कोपची रचना दर्शवते. मूलत:, एमआरआय एंडोस्कोप समांतर तारांचा एक अॅरे आहे जो वेव्हगाइड म्हणून कार्य करतो. हे तुम्हाला ज्या प्रदेशातून कॉइलला न्यूक्ली आणि कॉइलमधून सिग्नल मिळतो त्या प्रदेशाला काही अंतराने वेगळे करण्याची परवानगी देते - या टप्प्यापर्यंत की प्राप्त करणारा अँटेना टोमोग्राफच्या क्रायस्टॅटच्या बाहेर पूर्णपणे स्थित असू शकतो, स्थिर चुंबकीय पासून दूर. फील्ड टॅबची खालची चित्रे b) एका विशेष द्रवाने भरलेल्या जहाजासाठी प्राप्त केलेल्या प्रतिमा दर्शवितात - एक प्रेत. त्यांच्यातील फरक असा आहे की "एंडोस्कोप" लेबल केलेल्या प्रतिमा जेव्हा फॅंटमपासून सभ्य अंतरावर होत्या तेव्हा प्राप्त झाल्या होत्या, जेथे एंडोस्कोपशिवाय केंद्रकातील सिग्नल शोधणे पूर्णपणे अशक्य होते.

जर आपण एमआरआयमधील मेटामटेरियल्सच्या वापराच्या सर्वात आशाजनक क्षेत्रांपैकी एकाबद्दल बोललो आणि त्याच्या व्यावहारिक अंमलबजावणीच्या सर्वात जवळ (ज्यामध्ये मी शेवटी सामील झालो) म्हणजे वायरलेस कॉइलची निर्मिती. हे स्पष्ट करणे योग्य आहे की आम्ही येथे ब्लूटूथ किंवा इतर वायरलेस डेटा ट्रान्सफर तंत्रज्ञानाबद्दल बोलत नाही आहोत. या प्रकरणात "वायरलेस" म्हणजे दोन प्रतिध्वनी रचनांच्या प्रेरक किंवा कॅपेसिटिव्ह कपलिंगची उपस्थिती - ट्रान्सीव्हर अँटेना, तसेच मेटामटेरियल. संकल्पनेत हे असे दिसते:

डावीकडे एमआरआय प्रक्रिया सामान्यत: कशी होते हे दर्शविलेले आहे: रुग्ण एकसमान स्थिर चुंबकीय क्षेत्राच्या क्षेत्रात क्रायस्टॅटमध्ये असतो. टोमोग्राफ बोगद्यात “बर्डकेज” नावाचा मोठा अँटेना बसवला जातो. या कॉन्फिगरेशनचा अँटेना तुम्हाला रेडिओ फ्रिक्वेन्सी चुंबकीय क्षेत्राचा वेक्टर हायड्रोजन न्यूक्लीच्या प्रीसेशन फ्रिक्वेंसीसह फिरवण्याची परवानगी देतो (क्लिनिकल मशीनसाठी हे 40T ते 120T पर्यंत स्थिर चुंबकीय क्षेत्राच्या परिमाणानुसार 1 ते 3 मेगाहर्ट्झ पर्यंत असते, अनुक्रमे), ज्यामुळे ते ऊर्जा शोषून घेतात आणि नंतर प्रतिसादात ऊर्जा उत्सर्जित करतात. कोरमधून मिळणारा प्रतिसाद सिग्नल खूपच कमकुवत असतो आणि जोपर्यंत तो मोठ्या अँटेनाच्या कंडक्टरपर्यंत पोहोचतो तोपर्यंत तो अपरिहार्यपणे कोमेजतो. या कारणास्तव, MRI सिग्नल प्राप्त करण्यासाठी जवळच्या अंतरावर असलेल्या स्थानिक कॉइलचा वापर करतो. मध्यभागी असलेले चित्र, उदाहरणार्थ, गुडघा स्कॅनिंगची विशिष्ट परिस्थिती दर्शवते. मेटामटेरियल्सचा वापर करून, एक रेझोनेटर बनवणे शक्य आहे जे प्रेरकपणे पक्ष्यांच्या पिंजऱ्याला जोडले जाईल. रुग्णाच्या शरीराच्या इच्छित क्षेत्राजवळ अशी वस्तू ठेवणे पुरेसे आहे आणि तिथून सिग्नल स्थानिक कॉइलपेक्षा वाईट मिळणार नाही! जर ही संकल्पना यशस्वीरित्या अंमलात आणली गेली, तर रुग्णांना यापुढे तारांमध्ये अडकण्याची गरज नाही आणि एमआरआय निदान प्रक्रिया अधिक आरामदायक होईल.

हाच प्रकार मी सुरुवातीला तयार करण्याचा प्रयत्न केला, तारांमध्ये पाणी भरून आणि संत्रा स्कॅन करण्याचा प्रयत्न केला. या लेखातील पहिल्या चित्रात पाण्यात बुडवलेल्या तारा मेटा-अणूंपेक्षा अधिक काही नाहीत, त्यातील प्रत्येक अर्ध-वेव्ह द्विध्रुव दर्शवितो - सर्वात प्रसिद्ध अँटेना डिझाइनपैकी एक, प्रत्येक रेडिओ हौशीला परिचित आहे.
ते पाण्यात बुडवले जातात जेणेकरून त्यांना एमआरआयमध्ये आग लागू नये (जरी या उद्देशासाठी देखील)), परंतु पाण्याच्या उच्च डायलेक्ट्रिक स्थिरतेमुळे, त्यांची रेझोनंट लांबी चौरसाच्या बरोबरीने कमी करा. पाण्याच्या डायलेक्ट्रिक स्थिरांकाचे मूळ.

ही चिप फार पूर्वीपासून रेडिओ रिसीव्हर्समध्ये वापरली गेली आहे, फेराइटच्या तुकड्यावर वळण वायर - तथाकथित. फेराइट अँटेना. केवळ फेराइटमध्ये उच्च चुंबकीय पारगम्यता असते, डायलेक्ट्रिक नसून, जे तथापि, त्याच प्रकारे कार्य करते आणि त्यानुसार अँटेनाचे रेझोनंट परिमाण कमी करण्यास अनुमती देते. दुर्दैवाने, तुम्ही एमआरआयमध्ये फेराइट टाकू शकत नाही, कारण... ते चुंबकीय आहे. पाणी हा स्वस्त आणि सुलभ पर्याय आहे.

हे स्पष्ट आहे की या सर्व गोष्टींची गणना करण्यासाठी, तुम्हाला जटिल गणिती मॉडेल्स तयार करणे आवश्यक आहे जे रेझोनंट घटक, पर्यावरणीय मापदंड आणि रेडिएशन स्त्रोत यांच्यातील संबंध लक्षात घेतात... किंवा तुम्ही प्रगतीच्या फळांचा फायदा घेऊ शकता आणि संख्यात्मक इलेक्ट्रोमॅग्नेटिकसाठी सॉफ्टवेअर घेऊ शकता. मॉडेलिंग, जे अगदी शाळकरी मुलासही सहज समजू शकते (सर्वात उल्लेखनीय उदाहरणे - CST, HFSS). सॉफ्टवेअर तुम्हाला रेझोनेटर्स, अँटेना, इलेक्ट्रिकल सर्किट्सचे 3D मॉडेल्स तयार करण्यास, त्यांच्यामध्ये लोकांना जोडण्याची परवानगी देते - होय, खरं तर, काहीही, फक्त तुमची कल्पनाशक्ती आणि उपलब्ध संगणकीय शक्ती आहे. तयार केलेले मॉडेल ग्रिडमध्ये विभागले गेले आहेत, ज्याच्या नोड्सवर सुप्रसिद्ध मॅक्सवेल समीकरणे सोडवली जातात.
येथे, उदाहरणार्थ, पूर्वी नमूद केलेल्या बर्डकेज अँटेनामधील रेडिओ फ्रिक्वेंसी चुंबकीय क्षेत्राचे अनुकरण आहे:

फील्ड कसे फिरते हे लगेच स्पष्ट होते. जेव्हा अँटेनाच्या आत पाण्याचा एक बॉक्स असतो आणि उजवीकडे - जेव्हा तोच बॉक्स रेझोनंट लांबीच्या तारांनी बनवलेल्या रेझोनेटरवर असतो तेव्हा डावीकडील परिस्थिती दर्शविली जाते. तारांद्वारे चुंबकीय क्षेत्र लक्षणीयरीत्या कसे वाढवले ​​जाते ते तुम्ही पाहू शकता. सीएसटीमध्ये प्रभुत्व मिळवल्यानंतर आणि तेथे माझे डिझाइन ऑप्टिमाइझ केल्यानंतर, मी पुन्हा एक मेटामटेरियल बनवले, ज्यामुळे प्रमाणित क्लिनिकल 1.5T MRI टोमोग्राफमध्ये सिग्नल वाढवणे शक्य झाले. तो अजूनही एक बॉक्स होता (जरी अधिक सुंदर, प्लेक्सिग्लासचा बनलेला), पाण्याने भरलेला आणि तारांचा अॅरे. यावेळी, रचना रेझोनंट परिस्थितीनुसार अनुकूल केली गेली, म्हणजे: तारांची लांबी, त्यांची स्थिती आणि पाण्याचे प्रमाण. टोमॅटोचे काय झाले ते येथे आहे:

टोमॅटोचे पहिले स्कॅन मोठ्या अँटेनाने केले गेले. परिणाम केवळ दृश्यमान बाह्यरेखा असलेला आवाज होता. दुस-यांदा मी फळाला ताजे भाजलेले रेझोनान्स स्ट्रक्चरवर ठेवले. मी रंगीत नकाशे किंवा असे काहीही बनवले नाही, कारण परिणाम स्पष्ट आहे. अशा प्रकारे, माझ्या स्वत: च्या अनुभवावरून, जरी मी बराच वेळ घालवला, तरी मी सिद्ध केले की संकल्पना कार्य करते.

तुम्ही काय विचार करत आहात हे स्पष्ट आहे - संत्री, टोमॅटो - हे सर्व चुकीचे आहे, मानवी चाचण्या कुठे आहेत?
ते खरोखरच होते आयोजित:

एमआरआय करणार्‍या स्वयंसेवकाचा हात त्याच बॉक्सवर असतो. बॉक्समधील वास्तविक पाणी, त्यात हायड्रोजन असल्याने, ते देखील स्पष्टपणे दृश्यमान आहे. रेझोनेटरवर पडलेल्या मनगटाच्या भागात सिग्नल वाढविला जातो, तर शरीराचे इतर सर्व भाग खराब दृश्यमान असतात. हे स्पष्ट आहे की समान प्रभाव, आणि कदाचित त्याहूनही चांगला, मानक क्लिनिकल कॉइल वापरून प्राप्त केला जाऊ शकतो. परंतु आपण अशा गोष्टी फक्त अवकाशीयपणे पाणी आणि तारा एकत्र करून, योग्य मार्गाने एकत्र करून करू शकता हे आश्चर्यकारक आहे. त्याहूनही आश्चर्यकारक गोष्ट म्हणजे, प्रकाशाच्या अपवर्तनासारख्या दिसणाऱ्या असंबंधित घटनांच्या अभ्यासाद्वारे याबद्दलचे ज्ञान मिळवता येते.

जे अजून थकले नाहीत त्यांच्यासाठीयाक्षणी, वॉटर बॉक्सची रचना आधीच सुधारली गेली आहे. आता हे फक्त एक सपाट मुद्रित सर्किट बोर्ड आहे जे तुम्हाला तुमच्या जवळच्या बाह्य मोठ्या अँटेनाचे चुंबकीय क्षेत्र स्थानिकीकरण करण्यास अनुमती देते. शिवाय, त्याचे कार्यक्षेत्र मागील डिझाइनपेक्षा मोठे आहे:

इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक लहरींच्या बाह्य स्रोताने उत्तेजित केल्यावर रंगीत फिती संरचनेवरील चुंबकीय क्षेत्राची ताकद दर्शवतात. सपाट रचना ही रेडिओ अभियांत्रिकीमध्ये ओळखली जाणारी एक सामान्य ट्रान्समिशन लाइन आहे, परंतु ती MRI साठी मेटामटेरियल म्हणून देखील मानली जाऊ शकते. स्कॅन केलेल्या ऑब्जेक्टमधील विशिष्ट खोलीवर व्युत्पन्न केलेल्या फील्डच्या एकसमानतेच्या बाबतीत हे "वायरलेस कॉइल" आधीपासूनच मानक कॉइलशी स्पर्धा करू शकते:

अॅनिमेशन एमआरआयमध्ये पाण्याच्या बॉक्समध्ये सिग्नलचा लेयर-बाय-लेयर कलर मॅप दाखवते. रंग हा हायड्रोजन न्यूक्लीपासून सिग्नलची तीव्रता दर्शवतो. वरच्या डाव्या कोपर्यात, मानक बॅक स्कॅनिंग कॉइलचा एक भाग रिसीव्हर म्हणून वापरला जातो. जेव्हा बॉक्स मुद्रित सर्किट बोर्डच्या स्वरूपात रेझोनेटरवर ठेवला जातो तेव्हा खालचा डावा कोपरा असतो. तळाशी उजवीकडे - टोमोग्राफ बोगद्यामध्ये तयार केलेल्या मोठ्या अँटेनाद्वारे सिग्नल प्राप्त होतो. मी आयताद्वारे दर्शविलेल्या क्षेत्रामध्ये सिग्नल एकसमानतेची तुलना केली. काही उंचीवर, मेटामटेरियल सिग्नल एकसमानतेच्या बाबतीत कॉइलपेक्षा चांगले कार्य करते. क्लिनिकल हेतूंसाठी, ही फार महत्त्वाची उपलब्धी असू शकत नाही, परंतु जेव्हा वैज्ञानिक एमआरआय इंस्टॉलेशन्सचा विचार केला जातो जेथे उंदीर स्कॅन केले जातात, तेव्हा ते सिग्नलमध्ये वाढ आणि रोमांचक रेडिओ डाळींची आवश्यक शक्ती कमी करण्यात मदत करू शकते.

लेखाच्या सुरूवातीस "2 पटीने सुधारित" - अर्थातच, शास्त्रज्ञांवरील पत्रकारांच्या अपरिचित प्रेमाचे हे आणखी एक फळ आहे, तथापि, हे रिकामे संशोधन आहे असे म्हणणे देखील चुकीचे आहे, ज्याला स्वारस्याने समर्थन दिले आहे. जगभरातील वैज्ञानिक गटांमध्ये हा विषय. आश्चर्याची गोष्ट म्हणजे, येथे रशियामध्ये देखील काम केले जात आहे, जरी माझ्या पूर्णपणे वैयक्तिक अनुभवावर आधारित, हा एक दुर्मिळ अपवाद आहे. एमआरआयमध्ये मेटामटेरियल्सच्या वापराशी संबंधित अनेक निराकरण न झालेल्या समस्या अजूनही आहेत. चांगले चित्र मिळविण्यासाठी चुंबकीय क्षेत्राचे स्थानिकीकरण करण्याबरोबरच, ऊती तापवणाऱ्या विद्युत क्षेत्रांबद्दल विसरू नका, तसेच परीक्षा घेत असलेल्या रुग्णांच्या ऊतींद्वारे रेडिओफ्रिक्वेंसी फील्ड ऊर्जा शोषून घेऊ नका. या गोष्टींसाठी, क्लिनिकल वापरामध्ये, एक विशेष नियंत्रण असणे आवश्यक आहे, जे फील्ड-स्थानिकीकरण रेझोनेटर वापरताना अधिक क्लिष्ट होते. आत्तासाठी, एमआरआयसाठी मेटामटेरियल्स वैज्ञानिक संशोधनाच्या कक्षेत राहतात, परंतु प्राप्त झालेले परिणाम आधीच खूप मनोरंजक आहेत आणि कदाचित भविष्यात, त्यांच्यामुळे, एमआरआय प्रक्रिया अधिक चांगल्यासाठी बदलेल, वेगवान आणि सुरक्षित होईल.

स्त्रोत: www.habr.com