चुम्बकीय अनुनाद इमेजिङ II डिसेम्बलिङ: एमआरआईमा मेटामेटरियलहरू

एउटा स्क्रू ड्राइभरले मेरो कानको छेउमा सिट्टी बज्यो। चर्को घण्टी बज्दा उनी क्रायोस्ट्याटको शरीरमा थुनिन् । आफैलाई सराप्दै, मैले विश्राम लिने निर्णय गरें। १.५ टेस्लाको चुम्बकीय क्षेत्रमा स्टिल उपकरण प्रयोग गरेर बोल्ट खोल्नु राम्रो विचार होइन। फिल्ड, एक अदृश्य शत्रु जस्तै, लगातार हातबाट उपकरण खोस्न कोशिस गर्दैछ, यसलाई यसको बलको रेखामा ओरिएन्ट गर्नुहोस् र यसलाई सुपरकन्डक्टरबाट बन्द सर्कलमा चलिरहेको इलेक्ट्रोनहरूमा सम्भव भएसम्म निर्देशित गर्नुहोस्। यद्यपि, यदि तपाईलाई धेरै वर्ष पहिलेको एसिडिफाइड यौगिकहरूलाई हराउन आवश्यक छ भने, त्यहाँ धेरै विकल्प छैन। म कम्प्युटरमा बसेँ र बानीले समाचार फिड मार्फत स्क्रोल गरें। "रूसी वैज्ञानिकहरूले एमआरआईमा २ गुणा सुधार गरेका छन्!" - संदिग्ध शीर्षक पढ्नुहोस्।

करिब एक वर्ष पहिले, हामी चुम्बकीय अनुनाद इमेजिङ स्क्यानर विच्छेद गरियो र आफ्नो कामको सार बुझे। म दृढताका साथ सिफारिस गर्दछु कि तपाइँ यो लेख पढ्नु अघि तपाइँको त्यो सामग्रीको सम्झना ताजा गर्नुहोस्।

आज रूसमा ऐतिहासिक सहित विभिन्न कारणहरूका लागि कहिले काही मात्र उच्च-क्षेत्र चुम्बकीय अनुनाद इमेजिङ स्क्यानर जस्ता जटिल उपकरणहरूको उत्पादन। यद्यपि, यदि तपाईं ठूलो शहरमा बस्नुहुन्छ भने, तपाईंले यस प्रकारको सेवा प्रदान गर्ने क्लिनिकहरू सजिलै पाउन सक्नुहुन्छ। एकै समयमा, एमआरआई स्क्यानरहरूको फ्लीट प्रायः प्रयोग गरिएका उपकरणहरू द्वारा प्रतिनिधित्व गरिन्छ, एक पटक संयुक्त राज्य अमेरिका र युरोपबाट आयात गरिएको थियो, र यदि तपाइँ अचानक एमआरआईको साथ क्लिनिकमा जानु पर्छ भने, उपकरणको सुन्दर उपस्थितिबाट मूर्ख नहुनुहोस् - यो दोस्रो दशकमा राम्रो हुन सक्छ। नतिजाको रूपमा, त्यस्ता उपकरणहरू कहिलेकाहीं बिग्रन्छ, र लामो समयको लागि म ती व्यक्तिहरू मध्ये एक थिए जसले भाँचिएको टोमोग्राफहरू सेवामा फर्काए, ताकि रोगीहरूले निदान जारी राख्न सकून्, र मालिकहरूले नाफा कमाउन सकून्।

एक राम्रो दिन सम्म, विशाल चुम्बकीय क्षेत्रहरु संग खतरनाक मनोरन्जन को बीच एक ब्रेक को समयमा, मैले समाचार फिड मा एक रोचक शिलालेख भेटें: "रूसी वैज्ञानिकहरु डच सहकर्मीहरु संग। सुधारिएको एमआरआई प्रविधि मेटामेटेरियलहरू प्रयोग गर्दै।" भन्न आवश्यक छैन, रूसले उपकरणहरूमा अनुसन्धान गरिरहेको छ भन्ने तथ्य, जसको उत्पादन कहिल्यै महारत हासिल गरिएको छैन, मलाई धेरै, धेरै विवादास्पद लाग्थ्यो। मैले निर्णय गरें कि यो अनुदानको अर्को राउन्ड मात्र हो, "न्यानो टेक्नोलोजी" जस्ता बुझ्न नसकिने वैज्ञानिक बजवर्डहरूले सबैलाई पहिले नै दिक्क पारेको थियो। एमआरआई र मेटामेटेरियलको साथ घरेलु वैज्ञानिकहरूको कामको विषयमा जानकारीको खोजीले मलाई एक साधारण प्रयोगको विवरण समावेश गरेको लेखमा पुर्यायो जुन म सजिलै दोहोर्याउन सक्छु, किनकि एमआरआई मेसिन सधैं हातमा हुन्छ।

बाट तस्वीर लेख, तथाकथित "मेटामेटरियल" को प्रयोग गरेर एमआरआई संकेत बृद्धि गर्न समर्पित। सामान्य क्लिनिकल 1.5 मा - थर्मल उपकरण, बिरामीको सट्टा, पानीको बेसिनको रूपमा, मेटामेटरियल लोड गरिएको छ, जसको भित्र एक निश्चित लम्बाइको समानान्तर तारहरू अवस्थित छन्। तारहरूमा अध्ययनको वस्तु छ - एक माछा (निर्जीव)। दायाँपट्टिका तस्बिरहरू माछाको एमआरआई छविहरू हुन्, रङ नक्साले हाइड्रोजन न्यूक्लीको सङ्केतको तीव्रतालाई संकेत गर्दछ। यो देख्न सकिन्छ कि जब माछा तारहरूमा छ, संकेत तिनीहरू बिना भन्दा धेरै राम्रो छ। स्क्यानिङ समय दुवै अवस्थामा समान छ, जसले प्रमाणित गर्दछ कि स्क्यानिङ दक्षता सुधारिएको छ। लेख पनि सावधानीपूर्वक समावेश गरिएको छ
सूत्र

मैले प्रयोग गरेको टोमोग्राफको सञ्चालन आवृत्तिको आधारमा तारहरूको लम्बाइ गणना गर्न। मैले मेरो मेटामेटरियल क्युभेट र तामाको तारहरूको एरेबाट बनाएको छु, थ्रीडी प्रिन्टेड प्लास्टिक फास्टनरहरूले सुसज्जित:

मेरो पहिलो मेटामेटरियल। उत्पादन पछि तुरुन्तै यसलाई 1 टेस्ला टोमोग्राफमा राखिएको थियो। सुन्तलाले स्क्यान गर्न वस्तुको रूपमा काम गर्यो।

यद्यपि, प्रतिज्ञा गरिएको संकेत वृद्धिको सट्टा, मैले छविलाई पूर्ण रूपमा बिगार्ने कलाकृतिहरूको गुच्छा प्राप्त गरें! मेरो आक्रोशको कुनै सीमा थिएन! विषय समाप्त गरेपछि, मैले लेखका लेखकहरूलाई एउटा पत्र लेखें, जसको अर्थ "के ...?" प्रश्नमा कम गर्न सकिन्छ।

लेखकहरूले मलाई चाँडै प्रतिक्रिया दिए। तिनीहरू धेरै प्रभावित थिए कि कसैले उनीहरूको प्रयोगहरू नक्कल गर्न खोजिरहेको थियो। सुरुमा तिनीहरूले "फेब्री-पेरोट अनुनादहरू", "आंतरिक मोडहरू", र भोल्युममा सबै प्रकारका रेडियो फ्रिक्वेन्सी फिल्डहरू प्रयोग गरी मेटामेटेरियलहरूले वास्तवमा कसरी काम गर्छन् भनेर व्याख्या गर्न लामो समयसम्म प्रयास गरे। त्यसपछि, स्पष्ट रूपमा महसुस गर्दै कि मैले उनीहरूले के कुरा गरिरहेको थिएँ भन्ने कुरा बुझिन, उनीहरूले मलाई उनीहरूलाई भेट्न आमन्त्रित गर्ने निर्णय गरे ताकि म उनीहरूको घटनाक्रमहरू प्रत्यक्ष हेर्न सकूँ र यो अझै पनि काम गर्दछ भनेर सुनिश्चित गर्न सकूँ। मैले मेरो मनपर्ने सोल्डरिङ फलामलाई मेरो ब्याकप्याकमा फ्याँकेँ र सेन्ट पिटर्सबर्ग, सूचना प्रविधि, मेकानिक्स र अप्टिक्सको राष्ट्रिय अनुसन्धान विश्वविद्यालयमा गएँ (जस्तो भयो, त्यहाँ प्रोग्रामरहरूलाई मात्र तालिम दिइँदैन)।


मलाई साइटमा न्यानो स्वागत गरियो, र अचानक, तिनीहरूले मलाई कामको प्रस्ताव गरे, किनकि तिनीहरू मेरो तारहरू भएको खाडलबाट प्रभावित भएका थिए र उनीहरूलाई नयाँ बनाउनको लागि एक व्यक्ति चाहिन्छ। बदलामा, उनीहरूले मलाई चासो लाग्ने सबै कुरा विस्तृत रूपमा व्याख्या गर्ने र रेडियोफिजिक्स र एमआरआईमा प्रशिक्षण पाठ्यक्रम लिन वाचा गरे, जुन भाग्यशाली संयोगले ठीक त्यही वर्ष सुरु भयो। ज्ञानको लागि मेरो तिर्खा जित्यो, र त्यसपछि, वर्ष भर, मैले अध्ययन गरें, परियोजनाहरू गरे र काम गरें, बिस्तारै चुम्बकीय अनुनादको इतिहास, साथै यस क्षेत्रमा आधुनिक विज्ञानको अवस्थाको बारेमा थप नयाँ कुराहरू सिक्दै, जुन म गर्नेछु। यहाँ साझा गर्नुहोस्।

एमआरआईको प्रस्तावित सुधारको विधि, र उल्लेखित वैज्ञानिक लेखहरूमा अध्ययन गरिएको, तथाकथित "मेटामेटरियल्स" मा आधारित छ। मेटामेटरियलहरू, अन्य धेरै खोजहरू जस्तै, सैद्धांतिक अनुसन्धानको आधारमा प्राप्त अप्रत्याशित समाधानहरूको लागि तिनीहरूको उपस्थितिको ऋणी हुन्छ। सोभियत वैज्ञानिक, भिक्टर भेसेलागो, 1967 मा, एक सैद्धान्तिक मोडेल मा काम गर्दै, एक नकारात्मक अपवर्तक सूचकांक संग सामग्री को अस्तित्व को सुझाव दिए। तपाईंले पहिले नै बुझ्नुभएको छ, हामी अप्टिक्सको बारेमा कुरा गर्दैछौं, र यो गुणांकको मूल्य, मोटे तौरमा भन्नुपर्दा, विभिन्न माध्यमहरू, उदाहरणका लागि हावा र पानीको बीचको सीमाबाट पार गर्दा प्रकाशले यसको दिशा कति परिवर्तन गर्छ भन्ने हो। तपाईं सजिलैसँग आफैलाई प्रमाणित गर्न सक्नुहुन्छ कि यो वास्तवमै हुन्छ:

प्रकाशको अपवर्तन प्रदर्शन गर्न लेजर सूचक र एक्वेरियम प्रयोग गरेर सरल प्रयोग।

यस्तो प्रयोगबाट सिक्न सकिने एउटा चाखलाग्दो तथ्य यो हो कि प्रयोगकर्ताले जतिसुकै प्रयास गरे पनि बिमलाई त्यही दिशामा रिफ्रेक्ट गर्न सकिँदैन जहाँबाट यो इन्टरफेसमा खस्यो। यो प्रयोग सबै प्राकृतिक पदार्थहरु संग गरिएको थियो, तर किरण जिद्दी मात्र एक दिशा मा अपवर्तित थियो। गणितीय रूपमा, यसको मतलब अपवर्तक सूचकांक, साथै यसको घटक मात्रा, डाइलेक्ट्रिक र चुम्बकीय पारगम्यता, सकारात्मक छन्, र यो अन्यथा कहिल्यै अवलोकन गरिएको छैन। कम से कम जब सम्म वी. भेसेलागोले यस मुद्दाको अध्ययन गर्ने निर्णय गरे र सैद्धान्तिक रूपमा अपवर्तक सूचकांक नकारात्मक हुन नसक्ने एउटै कारण छैन भनेर देखाए।

सकारात्मक र नकारात्मक सूचकांक मिडिया बीचको भिन्नता देखाउँदै Wiki बाट चित्र। जस्तो कि हामी देख्छौं, हाम्रो दैनिक अनुभवको तुलनामा प्रकाशले पूर्ण रूपमा अस्वाभाविक रूपमा व्यवहार गर्दछ।

V. Veselago एक नकारात्मक अपवर्तक सूचकांक संग सामग्री को अस्तित्व को प्रमाण को लागी एक लामो समय को लागी प्रयास गर्यो, तर खोज असफल भयो, र उनको काम अयोग्य बिर्सिएको थियो। यो अर्को शताब्दीको सुरुमा मात्र थियो कि समग्र संरचनाहरू कृत्रिम रूपमा सिर्जना गरिएको थियो जसले वर्णित गुणहरू महसुस गर्यो, तर अप्टिकलमा होइन, तर तल्लो माइक्रोवेभ आवृत्ति दायरामा। जुन एक टर्निङ प्वाइन्ट थियो, किनकि त्यस्ता सामग्रीको अस्तित्वको सम्भावनाले नयाँ सम्भावनाहरू खोल्यो। उदाहरणका लागि - सिर्जना सुपरलेन्स, प्रकाशको तरंगदैर्ध्य भन्दा पनि सानो वस्तुहरूलाई म्याग्निफाइ गर्न सक्षम। वा - निरपेक्ष छलावरण अदृश्यता आवरण, सबै सैन्य कर्मचारीहरूको सपना। नयाँ तथ्याङ्कलाई ध्यानमा राख्न सिद्धान्तमा प्रमुख संशोधनहरू गरियो। सफलताको कुञ्जी अनुनाद तत्वहरूको क्रमबद्ध संरचनाहरूको प्रयोग थियो - मेटाटोमहरू, जसको आकार विकिरणको तरंगदैर्ध्य भन्दा धेरै सानो छ जससँग तिनीहरू अन्तरक्रिया गर्छन्। मेटा-एटमहरूको क्रमबद्ध संरचना एक कृत्रिम कम्पोजिट हो जसलाई मेटामेटरियल भनिन्छ।

आज पनि मेटामेटेरियलहरूको व्यावहारिक कार्यान्वयन प्राविधिक रूपमा जटिल छ, किनकि अनुनाद कणहरूको आकार विद्युत चुम्बकीय विकिरणको तरंगदैर्ध्य भन्दा कमसँग तुलना गर्न सकिन्छ। अप्टिकल दायराको लागि (जहाँ तरंग दैर्ध्य नैनोमिटर हो), त्यस्ता प्रविधिहरू प्रगतिको अगाडि छन्। त्यसकारण, यो आश्चर्यजनक छैन कि मेटामेटेरियल अवधारणाको पहिलो प्रतिनिधिहरू रेडियो दायराबाट अपेक्षाकृत लामो विद्युत चुम्बकीय तरंगहरूको लागि सिर्जना गरिएको थियो (जसको लम्बाइ mm देखि m सम्म अधिक परिचित छ)। मुख्य विशेषता र एकै समयमा कुनै पनि मेटामेटरियलको हानि यसको घटक तत्वहरूको अनुनाद प्रकृतिको परिणाम हो। मेटामेटरियलले केही निश्चित आवृत्तिहरूमा मात्र यसको चमत्कारी गुणहरू प्रदर्शन गर्न सक्छ।
सीमित आवृत्तिहरू।त्यसकारण, उदाहरणका लागि, अर्को पटक तपाईंले मेटामेटेरियलहरूमा आधारित सुपर-साउन्ड जैमर जस्तो केहि देख्नुहुन्छ, सोध्नुहोस् कि यसले वास्तवमा कुन फ्रिक्वेन्सी दायरा जाम गर्छ।

विद्युत चुम्बकीय तरंगहरूसँग अन्तरक्रिया गर्न अनुमति दिने मेटामेटेरियलहरूको विशिष्ट उदाहरणहरू। कन्डक्टर संरचनाहरू साना रेजोनेटरहरू, कन्डक्टरहरूको स्थानिय स्थितिद्वारा बनाइएका LC सर्किटहरू बाहेक अरू केही होइनन्।

मेटामेटेरियल र तिनीहरूको पहिलो कार्यान्वयनको अवधारणाको उदय पछि थोरै समय बितिसकेको छ, र मानिसहरूले तिनीहरूलाई एमआरआईमा कसरी प्रयोग गर्ने भनेर पत्ता लगाए। मेटामेटेरियलको मुख्य बेफाइदा यो हो कि साँघुरो अपरेटिङ दायरा एमआरआईको लागि समस्या होइन, जहाँ सबै प्रक्रियाहरू लगभग एउटै आणविक चुम्बकीय अनुनाद आवृत्तिमा हुन्छन्, जुन रेडियो दायरामा निहित हुन्छ। यहाँ तपाईं आफ्नै हातले मेटा-एटमहरू सिर्जना गर्न सक्नुहुन्छ र तुरुन्तै चित्रहरूमा के हुन्छ हेर्नुहोस्। शोधकर्ताहरूले मेटामेटेरियलहरू प्रयोग गरेर एमआरआईमा लागू गरेका पहिलो सुविधाहरू मध्ये एक सुपरलेन्स र एन्डोस्कोपहरू थिए।

अक्षर अन्तर्गत बाँया छेउमा ए) एक सुपरलेन्स देखाइएको छ, मुद्रित सर्किट बोर्डहरूमा रेजोनेटरहरूको त्रि-आयामी एरे समावेश गर्दछ। प्रत्येक रेजोनेटर सोल्डर गरिएको क्यापेसिटरको साथ खुला धातुको औंठी हो, जसले एमआरआई फ्रिक्वेन्सीमा ट्युन गरिएको LC सर्किट बनाउँछ। तल टोमोग्राफी प्रक्रियाबाट गुज्रिरहेको बिरामीको खुट्टाको बीचमा यो मेटामेटरियल संरचना राख्ने उदाहरण हो र, तदनुसार, परिणामस्वरूप छविहरू। यदि तपाईंले पहिले एमआरआईमा मेरो अघिल्लो लेख पढ्नको लागि सल्लाहलाई बेवास्ता गर्नुभएको छैन भने, त्यसपछि तपाईंलाई पहिले नै थाहा छ कि बिरामीको शरीरको कुनै पनि भागको छवि प्राप्त गर्न, नजिकै अवस्थित प्रयोग गरी कमजोर, द्रुत रूपमा सड्ने आणविक संकेतहरू सङ्कलन गर्न आवश्यक छ। एन्टेना - एक कुंडल।

मेटामेटरियल सुपर लेन्सले तपाईंलाई मानक कुण्डलीको कार्य दायरा बढाउन अनुमति दिन्छ। उदाहरणका लागि, बिरामीको दुवै खुट्टालाई एउटैको सट्टा एकै पटक कल्पना गर्नुहोस्। नराम्रो खबर यो हो कि उत्कृष्ट प्रभावको लागि सुपरलेन्सको स्थिति निश्चित तरिकामा छनोट गर्नुपर्छ, र सुपरलेन्स आफैं निर्माण गर्न धेरै महँगो छ। यदि तपाइँ अझै पनि यो लेन्सलाई सुपर-उपसर्ग किन भनिन्छ भनेर बुझ्नुभएको छैन भने, त्यसपछि फोटोबाट यसको आकार अनुमान गर्नुहोस्, र त्यसपछि यो लगभग पाँच मिटरको तरंग लम्बाइमा काम गर्दछ भनेर महसुस गर्नुहोस्!

अक्षर ख) एन्डोस्कोपको डिजाइन देखाउँछ। अनिवार्य रूपमा, एमआरआई एन्डोस्कोप समानान्तर तारहरूको एर्रे हो जसले वेभगाइडको रूपमा कार्य गर्दछ। यसले तपाइँलाई स्थानिय रूपमा क्षेत्र छुट्याउन अनुमति दिन्छ जहाँबाट कुण्डलीले न्यूक्लीबाट सङ्केत प्राप्त गर्दछ र कुण्डल आफैंमा पर्याप्त दूरीमा - यो बिन्दुमा कि प्राप्त गर्ने एन्टेना पूर्ण रूपमा टोमोग्राफको क्रायोस्टेट बाहिर अवस्थित हुन सक्छ, स्थिर चुम्बकीयबाट टाढा। क्षेत्र। ट्याबको तल्लो तस्बिरहरू b) विशेष तरलले भरिएको पोत - एक प्रेतको लागि प्राप्त गरिएका छविहरू देखाउँछन्। तिनीहरू बीचको भिन्नता यो हो कि "एन्डोस्कोप" लेबल गरिएको छविहरू प्राप्त गरिएको थियो जब कुण्डल प्रेतबाट एक सभ्य दूरीमा थियो, जहाँ एन्डोस्कोप बिना न्यूक्लीबाट संकेतहरू पत्ता लगाउन पूर्ण रूपमा असम्भव हुनेछ।

यदि हामी एमआरआईमा मेटामेटेरियलहरूको प्रयोगको सबैभन्दा आशाजनक क्षेत्रहरू मध्ये एकको बारेमा कुरा गर्छौं, र यसको व्यावहारिक कार्यान्वयनको सबैभन्दा नजिकको कुरा (जसमा म अन्ततः संलग्न भएँ) ताररहित कुण्डलहरूको सिर्जना हो। यो स्पष्ट गर्न लायक छ कि हामी यहाँ ब्लुटुथ वा अन्य वायरलेस डाटा ट्रान्सफर टेक्नोलोजीको बारेमा कुरा गरिरहेका छैनौं। यस मामला मा "वायरलेस" को अर्थ दुई गुंजय संरचना - एक ट्रान्सीभर एन्टेना, साथै एक मेटामेटरियल को आगमनात्मक वा capacitive युग्मन को उपस्थिति को मतलब छ। अवधारणामा यो यस्तो देखिन्छ:

बायाँमा एमआरआई प्रक्रिया सामान्यतया कसरी हुन्छ भनेर देखाइएको छ: बिरामी एक समान स्थिर चुम्बकीय क्षेत्रको क्षेत्रमा क्रायोस्टेट भित्र छ। टोमोग्राफ टनेलमा "बर्डकेज" भनिने ठूलो एन्टेना राखिएको छ। यस कन्फिगरेसनको एन्टेनाले तपाईंलाई रेडियो फ्रिक्वेन्सी चुम्बकीय क्षेत्रको भेक्टरलाई हाइड्रोजन न्यूक्लीको प्रिसेसन फ्रिक्वेन्सीसँग घुमाउन अनुमति दिन्छ (क्लिनिकल मेसिनहरूको लागि यो सामान्यतया 40 देखि 120 मेगाहर्ट्ज सम्मको स्थिर चुम्बकीय क्षेत्रको 1T देखि 3T सम्मको परिमाणमा निर्भर गर्दछ, क्रमशः), तिनीहरूलाई ऊर्जा अवशोषित गर्न र त्यसपछि प्रतिक्रियामा ऊर्जा उत्सर्जन गर्न। कोरबाट प्रतिक्रिया संकेत धेरै कमजोर छ र यो ठूलो एन्टेनाको कन्डक्टरहरूमा पुग्दा, यो अनिवार्य रूपमा फीका हुनेछ। यस कारणले गर्दा, एमआरआईले संकेतहरू प्राप्त गर्न नजिकको स्थानमा रहेको स्थानीय कुण्डलहरू प्रयोग गर्दछ। केन्द्रमा रहेको तस्विर, उदाहरणका लागि, सामान्य घुँडा स्क्यानिङ अवस्था देखाउँछ। मेटामेटेरियलहरू प्रयोग गरेर, एक रेजोनेटर बनाउन सम्भव छ जुन प्रेरक रूपमा चराको खोरमा जोडिनेछ। बिरामीको शरीरको वांछित क्षेत्रको नजिक यस्तो चीज राख्न पर्याप्त छ र त्यहाँबाट संकेत स्थानीय कुण्डली भन्दा खराब प्राप्त हुनेछैन! यदि यो अवधारणा सफलतापूर्वक लागू भयो भने, बिरामीहरूले अब तारहरूमा अल्झनु पर्दैन, र एमआरआई निदान प्रक्रिया थप सहज हुनेछ।

यो ठीक प्रकारको चीज हो जुन मैले सुरुमा सिर्जना गर्न खोजेको थिएँ, तारहरूमा पानी भरेर र सुन्तला स्क्यान गर्ने प्रयास गरेर। यस लेखमा पहिलो तस्विरबाट पानीमा डुबेका तारहरू मेटा-एटमहरू भन्दा बढी होइनन्, जसमध्ये प्रत्येकले आधा-तरंग द्विध्रुवलाई प्रतिनिधित्व गर्दछ - सबैभन्दा प्रसिद्ध एन्टेना डिजाइनहरू मध्ये एक, प्रत्येक रेडियो शौकियालाई परिचित।
उनीहरूलाई पानीमा डुबाइन्छ ताकि उनीहरूले एमआरआईमा आगो नपरोस् (यद्यपि यस उद्देश्यका लागि पनि)), तर पानीको उच्च डाइलेक्ट्रिक स्थिरताका कारण, तिनीहरूको अनुनाद लम्बाइ वर्गको बराबर मात्राले घटाउनुहोस्। पानीको डाइलेक्ट्रिक स्थिरताको मूल।

यो चिप लामो समयदेखि रेडियो रिसीभरहरूमा प्रयोग गरिएको छ, फेराइटको टुक्रामा तार घुमाउने - तथाकथित। फेराइट एन्टेना। केवल फेराइटमा उच्च चुम्बकीय पारगम्यता हुन्छ, र डाइइलेक्ट्रिक होइन, जसले जे होस्, उही तरिकाले काम गर्दछ र एन्टेनाको रेसोनन्ट आयामहरूलाई तदनुसार घटाउन अनुमति दिन्छ। दुर्भाग्यवश, तपाईले एमआरआईमा फेराइट राख्न सक्नुहुन्न, किनभने ... यो चुम्बकीय छ। पानी सस्तो र सुलभ विकल्प हो।

यो स्पष्ट छ कि यी सबै चीजहरू गणना गर्न, तपाईंले जटिल गणितीय मोडेलहरू निर्माण गर्न आवश्यक छ जसले गुनानी तत्वहरू, वातावरणीय मापदण्डहरू र विकिरण स्रोतहरू बीचको सम्बन्धलाई ध्यानमा राख्छ... वा तपाईंले प्रगतिको फल र संख्यात्मक विद्युत चुम्बकीयका लागि सफ्टवेयरको फाइदा लिन सक्नुहुन्छ। मोडलिङ, जुन एक स्कूली बच्चाले सजिलै बुझ्न सक्छ (सबैभन्दा उल्लेखनीय उदाहरणहरू - CST, HFSS)। सफ्टवेयरले तपाईंलाई रेजोनेटरहरू, एन्टेनाहरू, विद्युतीय सर्किटहरूको थ्रीडी मोडेलहरू सिर्जना गर्न अनुमति दिन्छ, तिनीहरूमा मानिसहरू थप्न - हो, वास्तवमा, केहि पनि, मात्र प्रश्न तपाईंको कल्पना र उपलब्ध कम्प्युटिङ शक्ति हो। निर्माण गरिएका मोडेलहरू ग्रिडहरूमा विभाजित छन्, जसको नोडहरूमा प्रसिद्ध म्याक्सवेल समीकरणहरू हल हुन्छन्।
यहाँ, उदाहरणका लागि, पहिले उल्लेख गरिएको बर्डकेज एन्टेना भित्र रेडियो फ्रिक्वेन्सी चुम्बकीय क्षेत्रको सिमुलेशन हो:

यो तुरुन्तै स्पष्ट हुन्छ कि क्षेत्र कसरी घुमाउँछ। बायाँमा स्थिति देखाइएको छ जब त्यहाँ एन्टेना भित्र पानीको बक्स छ, र दायाँ - जब एउटै बाकस गुंजन लम्बाइको तारले बनेको रेजोनेटरमा हुन्छ। तपाईं कसरी चुम्बकीय क्षेत्र तारहरु द्वारा उल्लेखनीय रूपमा बढाइएको देख्न सक्नुहुन्छ। CST मा निपुणता हासिल गरेपछि र त्यहाँ मेरो डिजाइन अप्टिमाइज गरेपछि, मैले फेरि एक मेटामेटरियल बनाए, जसले वास्तवमा मानक क्लिनिकल 1.5T MRI टोमोग्राफमा सिग्नललाई विस्तार गर्न सम्भव बनायो। यो अझै पनि एउटा बाकस थियो (यद्यपि धेरै सुन्दर, plexiglass बाट बनेको), पानी भरिएको र तारहरूको एरे। यस पटक, संरचना अनुनाद अवस्थाको सन्दर्भमा अनुकूलित गरिएको थियो, अर्थात्: तारहरूको लम्बाइ, तिनीहरूको स्थिति र पानीको मात्राको चयन। यहाँ टमाटर संग के भयो:

टमाटरको पहिलो स्क्यान ठूलो एन्टेनासँग गरिएको थियो। नतिजा मात्र देखिने रूपरेखा संग मात्र शोर थियो। दोस्रो पटक मैले फललाई ताजा पकाएको अनुनाद संरचनामा राखें। मैले रंगीन नक्साहरू वा त्यस्ता केही पनि बनाएको छैन, किनकि प्रभाव स्पष्ट छ। यसरी, मेरो आफ्नै अनुभवबाट, मैले धेरै समय बिताए तापनि, मैले सिद्ध गरें कि अवधारणाले काम गर्छ।

यो स्पष्ट छ कि तपाई के सोच्दै हुनुहुन्छ - सुन्तला, टमाटर - त्यो सबै गलत छ, मानव परीक्षणहरू कहाँ छन्?
तिनीहरू साँच्चै थिए आयोजित:

एमआरआई गराइरहेका स्वयंसेवकको हात एउटै बाकसमा छ। बक्समा वास्तविक पानी, किनकि यसमा हाइड्रोजन हुन्छ, पनि स्पष्ट रूपमा देखिन्छ। संकेत रिजोनेटरमा रहेको नाडीको क्षेत्रमा विस्तार गरिएको छ, जबकि शरीरका अन्य सबै भागहरू नराम्ररी देखिँदैनन्। यो स्पष्ट छ कि समान प्रभाव, र हुनसक्छ अझ राम्रो, मानक क्लिनिकल कोइल प्रयोग गरेर प्राप्त गर्न सकिन्छ। तर, तपाईंले पानी र तारहरूलाई ठाउँ-ठाउँमा मिलाएर, सही तरिकाले मिलाएर त्यस्ता कामहरू गर्न सक्नुहुन्छ भन्ने तथ्य अचम्मको छ। अझ अचम्मको कुरा के छ भने, प्रकाशको अपवर्तन जस्ता प्रतीतित असंबंधित घटनाहरूको अध्ययन मार्फत यस बारे ज्ञान प्राप्त गर्न सकिन्छ।

अझै थकित नभएकाहरूको लागिहाल, पानी बक्स को डिजाइन पहिले नै सुधार गरिएको छ। अब यो केवल एक फ्ल्याट मुद्रित सर्किट बोर्ड हो जसले तपाईंलाई आफ्नो नजिकैको बाह्य ठूलो एन्टेनाको चुम्बकीय क्षेत्र स्थानीयकरण गर्न अनुमति दिन्छ। यसबाहेक, यसको कार्य क्षेत्र अघिल्लो डिजाइन भन्दा ठूलो छ:

रंगीन रिबनले विद्युत चुम्बकीय तरंगहरूको बाह्य स्रोतबाट उत्तेजित हुँदा संरचनामा चुम्बकीय क्षेत्र बललाई संकेत गर्छ। समतल संरचना रेडियो इन्जिनियरिङमा ज्ञात एक विशिष्ट प्रसारण लाइन हो, तर MRI को लागि मेटामेटरियलको रूपमा पनि मान्न सकिन्छ। यो "वायरलेस कोइल" ले पहिले नै स्क्यान गरिएको वस्तुमा निश्चित गहिराईमा उत्पन्न फिल्डको एकरूपताको सन्दर्भमा मानक कुण्डलीहरूसँग प्रतिस्पर्धा गर्न सक्छ:

एनिमेसनले एमआरआईमा पानीको बक्स भित्र सिग्नलको तह-दर-तह रंग नक्सा देखाउँछ। रङले हाइड्रोजन न्यूक्लीबाट संकेतहरूको तीव्रतालाई संकेत गर्दछ। माथिल्लो बायाँ कुनामा, मानक ब्याक स्क्यानिङ कुण्डलको खण्डलाई रिसीभरको रूपमा प्रयोग गरिन्छ। तल्लो बायाँ कुना तब हुन्छ जब बक्सलाई मुद्रित सर्किट बोर्डको रूपमा रेजोनेटरमा राखिन्छ। तल दायाँ - संकेत टोमोग्राफ टनेलमा निर्मित ठूलो एन्टेना द्वारा प्राप्त हुन्छ। मैले आयत द्वारा उल्लिखित क्षेत्रमा संकेत एकरूपता तुलना गरें। केही उचाइमा, मेटामेटरियलले संकेत एकरूपताको सन्दर्भमा कुण्डली भन्दा राम्रो प्रदर्शन गर्दछ। क्लिनिकल उद्देश्यका लागि, यो धेरै महत्त्वपूर्ण उपलब्धि नहुन सक्छ, तर जब यो वैज्ञानिक एमआरआई स्थापनाहरूको कुरा आउँछ जहाँ मुसाहरू स्क्यान गरिन्छ, यसले संकेतमा वृद्धि र रोमाञ्चक रेडियो पल्सको आवश्यक शक्ति घटाउन मद्दत गर्न सक्छ।

लेखको सुरुमा "2 गुणाले सुधारिएको" बारे - निस्सन्देह, यो वैज्ञानिकहरूको लागि पत्रकारहरूको अपरिहार्य प्रेमको अर्को फल हो, तथापि, यो भन्नु पनि गलत छ कि यो खाली अनुसन्धान हो, जुन रुचि द्वारा समर्थित छ। विश्वभरका वैज्ञानिक समूहहरूमा यो विषय। अचम्मको कुरा, यहाँ रूसमा काम पनि भइरहेको छ, यद्यपि मेरो विशुद्ध व्यक्तिगत अनुभवमा आधारित, यो एक दुर्लभ अपवाद हो। एमआरआईमा मेटामेटेरियलको प्रयोगसँग सम्बन्धित धेरै अनसुलझे समस्याहरू छन्। राम्रो तस्विर प्राप्त गर्न चुम्बकीय क्षेत्रहरू स्थानीयकरण गर्नुको साथै, टिश्यु तताउने बिजुली क्षेत्रहरूको बारेमा नबिर्सनुहोस्, साथसाथै परीक्षामा रहेका बिरामीहरूको ऊतकले रेडियोफ्रिक्वेन्सी क्षेत्र ऊर्जाको अवशोषण। यी चीजहरूको लागि, क्लिनिकल प्रयोगमा, त्यहाँ एक विशेष नियन्त्रण हुनुपर्दछ, जुन क्षेत्र-स्थानीयकरण रेजोनेटरहरू प्रयोग गर्दा धेरै जटिल हुन्छ। अहिलेको लागि, एमआरआईका लागि मेटामेटेरियलहरू वैज्ञानिक अनुसन्धानको दायरा भित्र रहन्छन्, तर प्राप्त परिणामहरू पहिले नै धेरै रोचक छन् र सम्भवतः भविष्यमा, तिनीहरूलाई धन्यवाद, एमआरआई प्रक्रिया अझ राम्रोको लागि परिवर्तन हुनेछ, छिटो र सुरक्षित हुँदैछ।

स्रोत: www.habr.com