{"id":32089,"date":"2019-10-31T21:45:07","date_gmt":"2019-10-31T18:45:07","guid":{"rendered":"https:\/\/prohoster.info\/blog\/razbiraem-magnitno-rezonansnyj-tomograf-ii-metamaterialy-v-mrt\/"},"modified":"2019-10-31T21:45:07","modified_gmt":"2019-10-31T18:45:07","slug":"razbiraem-magnitno-rezonansnyj-tomograf-ii-metamaterialy-v-mrt","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/prohoster.info\/pl\/blog\/administrirovanie\/razbiraem-magnitno-rezonansnyj-tomograf-ii-metamaterialy-v-mrt","title":{"rendered":"Analizujemy tomografi\u0119 magnetyczno-rezonansow\u0105 II: Metamatery, a MRI","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"

\"Analizujemy
\nWok\u00f3\u0142 ucha przelecia\u0142a \u015brubokr\u0119t. Z g\u0142o\u015bnym d\u017awi\u0119kiem zatrzyma\u0142 si\u0119 na obudowie kriostatu. Przeklinaj\u0105c w my\u015blach, postanowi\u0142em zrobi\u0107 przerw\u0119. Odkr\u0119canie \u015brub w polu magnetycznym o sile 1,5 tesla przy u\u017cyciu stalowego narz\u0119dzia \u2014 to kiepski pomys\u0142. Pole, jak niewidzialny przeciwnik, stale pr\u00f3buje wydoby\u0107 narz\u0119dzie z r\u0105k, skierowa\u0107 je wzd\u0142u\u017c swoich linii si\u0142owych i zbli\u017cy\u0107 jak najbli\u017cej do elektron\u00f3w kr\u0105\u017c\u0105cych w zamkni\u0119tym obiegu nadprzewodnika. Jednak je\u015bli trzeba pokona\u0107 zardzewia\u0142e po\u0142\u0105czenia sprzed wielu lat, to nie ma za bardzo wyboru. Usiad\u0142em do komputera i rutynowo przewin\u0105\u0142em strumie\u0144 news\u00f3w. \u201eRosyjscy naukowcy poprawili MRI dwukrotnie!\u201d \u2014 brzmia\u0142 podejrzany nag\u0142\u00f3wek.
\n<\/a><\/noindex><\/p>\n

Oko\u0142o roku temu analizowali\u015bmy tomografi\u0119 magnetyczno-rezonansow\u0105<\/a><\/noindex> i zg\u0142\u0119biali\u015bmy jego tajniki. Zdecydowanie zalecam, aby przed przeczytaniem tego artyku\u0142u od\u015bwie\u017cy\u0107 sobie ten materia\u0142.<\/i> <\/p>\n

Z r\u00f3\u017cnych przyczyn, w tym historycznych, w Rosji na dzie\u0144 dzisiejszy praktycznie nie ma<\/a><\/noindex> produkcji tak skomplikowanego sprz\u0119tu, jak wysokopolowe tomografy magnetyczno-rezonansowe. Niemniej jednak, je\u015bli mieszkasz w wi\u0119kszym mie\u015bcie, bez trudu znajdziesz kliniki oferuj\u0105ce tego typu us\u0142ugi. Przy tym, park skaner\u00f3w MRI cz\u0119sto jest reprezentowany przez u\u017cywany sprz\u0119t, kt\u00f3ry zosta\u0142 przywieziony z USA i Europy, a je\u015bli przyjdzie Ci odwiedzi\u0107 klinik\u0119 z MRI, nie daj si\u0119 zwie\u015b\u0107 pi\u0119knemu wygl\u0105dowi sprz\u0119tu \u2014 mo\u017ce on mie\u0107 ju\u017c drug\u0105 dekad\u0119. W rezultacie, taki sprz\u0119t czasami si\u0119 psuje, a ja przez d\u0142ugi czas by\u0142em jednym z tych, kt\u00f3rzy przywracali uszkodzone tomografy do \u017cycia, aby pacjenci mogli nadal przechodzi\u0107 diagnostyk\u0119, a w\u0142a\u015bciciele \u2014 osi\u0105ga\u0107 zyski. <\/p>\n

Pewnego pi\u0119knego dnia, w przerwie mi\u0119dzy niebezpiecznymi zabawami z ogromnymi polami magnetycznymi, natkn\u0105\u0142em si\u0119 w strumieniu news\u00f3w na interesuj\u0105cy wpis: \u201eRosyjscy naukowcy we wsp\u00f3\u0142pracy z holenderskimi kolegami udoskonalili technologi\u0119 MRI<\/a><\/noindex> za pomoc\u0105 metamateria\u0142\u00f3w\u00bb. Nie trzeba dodawa\u0107, \u017ce sam fakt, i\u017c w Rosji prowadzone s\u0105 badania dotycz\u0105ce sprz\u0119tu, kt\u00f3rego produkcja nigdy nie zosta\u0142a zrealizowana, wydaje mi si\u0119 niezwykle kontrowersyjny. Uzna\u0142em, \u017ce to po prostu kolejny spos\u00f3b na wydawanie grant\u00f3w, przyprawiony niezrozumia\u0142ymi naukowymi terminami, jak ju\u017c znienawidzone wszystkim \u201enanotechnologie\u201d. Poszukiwanie informacji o pracy krajowych naukowc\u00f3w z MRI i metamateria\u0142ami doprowadzi\u0142o mnie do artyku\u0142u zawieraj\u0105cego opis prostego eksperymentu, kt\u00f3ry \u0142atwo m\u00f3g\u0142bym powt\u00f3rzy\u0107, poniewa\u017c aparat MRI zawsze jest pod r\u0119k\u0105.
\n\"Analizujemy
\nObrazek z artyku\u0142u<\/a><\/noindex>, po\u015bwi\u0119conego wzmocnieniu sygna\u0142u MRI za pomoc\u0105 tzw. \u201emetamateria\u0142u\u201d. W typowym klinicznym aparacie 1.5 \u2014 Teslowym zamiast pacjenta \u0142adowany jest metamateria\u0142 w postaci miski z wod\u0105, w kt\u00f3rej znajduj\u0105 si\u0119 r\u00f3wnoleg\u0142e przewody o okre\u015blonej d\u0142ugo\u015bci. Na przewodach le\u017cy obiekt badania \u2014 ryba (nie\u017cywa). Obrazy po prawej to uzyskane w MRI obrazy ryby, na\u0142o\u017cona na nie kolorowa mapa oznaczaj\u0105ca intensywno\u015b\u0107 sygna\u0142u z j\u0105der wodoru. Wida\u0107, \u017ce gdy ryba le\u017cy na przewodach, sygna\u0142 jest znacznie lepszy ni\u017c bez nich. Czas skanowania w obu przypadkach jest taki sam, co dowodzi zwi\u0119kszenia efektywno\u015bci skanowania. W artykule r\u00f3wnie\u017c starannie podano
\nwz\u00f3r<\/b>\"Analizujemy
\n
\ndo obliczenia d\u0142ugo\u015bci przewod\u00f3w w zale\u017cno\u015bci od roboczej cz\u0119stotliwo\u015bci tomografu, z kt\u00f3rego skorzysta\u0142em. Zbudowa\u0142em sw\u00f3j metamateria\u0142 z kuwet i zestawu miedzianych przewod\u00f3w, wyposa\u017caj\u0105c je w plastikowe mocowania, wydrukowane na drukarce 3D:
\n\"Analizujemy
\nM\u00f3j pierwszy metamateria\u0142. Zaraz po wyprodukowaniu zosta\u0142 w\u0142o\u017cony do tomografu 1-Teslowego. Pomara\u0144cze pe\u0142ni\u0142y rol\u0119 obiektu do skanowania.
\n\"Analizujemy
\nJednak zamiast obiecanego wzmocnienia sygna\u0142u, otrzyma\u0142em mn\u00f3stwo artefakt\u00f3w, kt\u00f3re ca\u0142kowicie psuj\u0105 obraz! Moje oburzenie nie mia\u0142o granic! Po zako\u0144czeniu testu, napisa\u0142em list do autor\u00f3w artyku\u0142u, w tre\u015bci kt\u00f3rego zawar\u0142em pytanie: \u201eJakiego …?\u201d.<\/p>\n

Autorzy wkr\u00f3tce odpowiedzieli mi. Byli bardzo zaskoczeni tym, \u017ce kto\u015b pr\u00f3buje powt\u00f3rzy\u0107 ich eksperymenty. Na pocz\u0105tku d\u0142ugo pr\u00f3bowali mi wyja\u015bni\u0107, jak dzia\u0142aj\u0105 metamateria\u0142y, u\u017cywaj\u0105c termin\u00f3w takich jak \u201erezonanse Fabry'ego-Perota\u201d, \u201ew\u0142asne tryby\u201d i r\u00f3\u017cne pola radiowe w obj\u0119to\u015bci. Potem, zrozumieli, \u017ce nie mam poj\u0119cia, o czym m\u00f3wi\u0105, wi\u0119c postanowili zaprosi\u0107 mnie do siebie, abym m\u00f3g\u0142 na w\u0142asne oczy zobaczy\u0107 ich rozw\u00f3j i upewni\u0107 si\u0119, \u017ce to naprawd\u0119 dzia\u0142a. W\u0142o\u017cy\u0142em do plecaka m\u00f3j ulubiony lutowniczy i pojecha\u0142em do Sankt Petersburga, do Narodowego Badawczego Uniwersytetu Technologii Informacyjnej, Mechaniki i Optyki (jak si\u0119 okaza\u0142o, ucz\u0105 tam nie tylko programist\u00f3w).
\n\"Analizujemy
\n
\nNa miejscu przyj\u0119to mnie serdecznie, a nagle zaoferowano mi prac\u0119, poniewa\u017c byli pod wra\u017ceniem mojej kuwety z przewodami i potrzebowali kogo\u015b do tworzenia nowych. W zamian obiecali szczeg\u00f3\u0142owo wyja\u015bni\u0107 wszystko, co mnie interesuje, oraz przeprowadzi\u0107 kurs szkoleniowy z radiofizyki i MRI, kt\u00f3ry rozpocz\u0105\u0142 si\u0119 w szcz\u0119\u015bliwym zbiegu okoliczno\u015bci w\u0142a\u015bnie w tym roku. Moja ch\u0119\u0107 wiedzy wygra\u0142a i przez nast\u0119pny rok uczy\u0142em si\u0119, realizowa\u0142em projekty i pracowa\u0142em, stopniowo odkrywaj\u0105c coraz wi\u0119cej o historii rezonansu magnetycznego oraz aktualnym stanie nauki w tej dziedzinie, czym si\u0119 tutaj podziel\u0119.<\/p>\n

Podstaw\u0105 metody proponowanej doskonalenia MRI, badanej w wspomnianych artyku\u0142ach naukowych, s\u0105 tzw. \u201emetamateria\u0142y\u201d. Metamateria\u0142y, podobnie jak wiele innych odkry\u0107, zawdzi\u0119czaj\u0105 sw\u00f3j powstanie niespodziewanym rozwi\u0105zaniom uzyskanym na podstawie bada\u0144 teoretycznych. Radziecki naukowiec, Wiktor Wese\u0142ago, w 1967 roku, pracuj\u0105c nad teoretycznym modelem, zasugerowa\u0142 istnienie materia\u0142\u00f3w o ujemnym wsp\u00f3\u0142czynniku za\u0142amania. Jak ju\u017c zrozumieli\u015bcie, mowa tu o optyce, a warto\u015b\u0107 tego wsp\u00f3\u0142czynnika, og\u00f3lnie m\u00f3wi\u0105c, oznacza, jak bardzo zmieni kierunek \u015bwiat\u0142o, przechodz\u0105c przez granic\u0119 mi\u0119dzy r\u00f3\u017cnymi medium, na przyk\u0142ad powietrzem a wod\u0105. \u0141atwo mo\u017cna si\u0119 o tym przekona\u0107 samodzielnie:
\n\"Analizujemy
\nProsty eksperyment z wska\u017anikiem laserowym i akwarium, demonstruj\u0105cy za\u0142amanie \u015bwiat\u0142a.<\/p>\n

Interesuj\u0105cy fakt, kt\u00f3ry mo\u017cna wydoby\u0107 z takiego eksperymentu \u2013 promie\u0144 nie mo\u017ce za\u0142amywa\u0107 si\u0119 w tym samym kierunku, z kt\u00f3rego spad\u0142 na granic\u0119 podzia\u0142u, niezale\u017cnie od tego, jak bardzo eksperymentator by si\u0119 stara\u0142. Taki eksperyment przeprowadzano z wszystkimi wyst\u0119puj\u0105cymi w naturze substancjami, jednak promie\u0144 nieustannie za\u0142amywa\u0142 si\u0119 tylko w jedn\u0105 stron\u0119. Matematycznie oznacza to, \u017ce wsp\u00f3\u0142czynnik za\u0142amania, jak i wielko\u015bci go tworz\u0105ce, przenikalno\u015b\u0107 dielektryczna i magnetyczna, s\u0105 dodatnie, i nigdy nie zaobserwowano inaczej. Przynajmniej dop\u00f3ki W. Wese\u0142ago nie postanowi\u0142 zbada\u0107 tego zagadnienia i nie pokaza\u0142, \u017ce teoretycznie nie ma \u017cadnych powod\u00f3w, dla kt\u00f3rych wsp\u00f3\u0142czynnik za\u0142amania nie m\u00f3g\u0142by by\u0107 ujemny.
\n\"Analizujemy
\nObrazek z Wikipedii, pokazuj\u0105cy r\u00f3\u017cnic\u0119 mi\u0119dzy mediami z dodatnim i ujemnym wsp\u00f3\u0142czynnikiem za\u0142amania. Jak widzimy, \u015bwiat\u0142o zachowuje si\u0119 w spos\u00f3b ca\u0142kowicie nienaturalny, w por\u00f3wnaniu do naszego codziennego do\u015bwiadczenia.<\/p>\n

W. Wese\u0142ago przez d\u0142ugi czas pr\u00f3bowa\u0142 znale\u017a\u0107 dowody na istnienie materia\u0142\u00f3w z ujemnym wsp\u00f3\u0142czynnikiem za\u0142amania, jednak poszukiwania nie przynios\u0142y sukcesu i jego praca zosta\u0142a nies\u0142usznie zapomniana. Dopiero na pocz\u0105tku nast\u0119pnego wieku sztucznie stworzono kompozytowe struktury, kt\u00f3re realizowa\u0142y opisywane w\u0142a\u015bciwo\u015bci, ale nie w optyce, a w ni\u017cszym mikrofali zakresie cz\u0119stotliwo\u015bci. I to sta\u0142o si\u0119 punktem zwrotnym, poniewa\u017c sama mo\u017cliwo\u015b\u0107 istnienia takich materia\u0142\u00f3w otwiera\u0142a nowe perspektywy. Na przyk\u0142ad \u2013 stworzenie supersoczewek<\/a><\/noindex>, kt\u00f3re mog\u0105 powi\u0119ksza\u0107 obiekty nawet mniejsze ni\u017c d\u0142ugo\u015b\u0107 fali \u015bwiat\u0142a. Lub te\u017c \u2013 absolutnych kamufla\u017cy-niewidzialek, marze\u0144 wszystkich wojskowych. Wprowadzono powa\u017cne poprawki do teorii, uwzgl\u0119dniaj\u0105c nowe dane. Kluczem do sukcesu okaza\u0142o si\u0119 wykorzystanie uporz\u0105dkowanych struktur z rezonansowych element\u00f3w \u2013 metaatom\u00f3w, kt\u00f3rych rozmiar jest znacznie mniejszy od d\u0142ugo\u015bci fali promieniowania, z kt\u00f3rym oddzia\u0142uj\u0105. Uporz\u0105dkowana struktura z metaatom\u00f3w \u2013 to sztuczny kompozyt nazywany metamateria\u0142em. <\/p>\n

Praktyczna realizacja metamataria\u0142\u00f3w jest nawet dzisiaj technologicznie skomplikowana, poniewa\u017c rozmiar rezonansowych cz\u0105steczek musi by\u0107 por\u00f3wnywalnie mniejszy od d\u0142ugo\u015bci fali promieniowania elektromagnetycznego. Dla zakresu optycznego (gdzie d\u0142ugo\u015b\u0107 fali to nanometry) podobne technologie znajduj\u0105 si\u0119 na granicy mo\u017cliwo\u015bci post\u0119pu. Dlatego nie jest zaskoczeniem, \u017ce pierwsze przedstawiciele koncepcji metamataria\u0142\u00f3w zosta\u0142y stworzone dla stosunkowo d\u0142u\u017cszych fal elektromagnetycznych z zakresu radiowego (kt\u00f3re maj\u0105 bardziej znan\u0105 nam d\u0142ugo\u015b\u0107 od mm do m). G\u0142\u00f3wn\u0105 cech\u0105, a zarazem niedogodno\u015bci\u0105 ka\u017cdego metamataria\u0142u, jest konsekwencja rezonansowej natury jego sk\u0142adnik\u00f3w. Metamaterial mo\u017ce manifestowa\u0107 swoje niesamowite w\u0142a\u015bciwo\u015bci tylko na okre\u015blonych cz\u0119stotliwo\u015bciach.
\nOgraniczonych cz\u0119stotliwo\u015bciach.<\/b>Dlatego, na przyk\u0142ad, gdy nast\u0119pnym razem zobaczysz co\u015b w rodzaju super-zak\u0142\u00f3cacza d\u017awi\u0119ku na bazie metamataria\u0142\u00f3w, zapytaj, jaki zakres cz\u0119stotliwo\u015bci rzeczywi\u015bcie zak\u0142\u00f3ca.<\/p>\n

\n\"Analizujemy
\nTypowe przyk\u0142ady metamataria\u0142\u00f3w, kt\u00f3re pozwalaj\u0105 na interakcj\u0119 z falami elektromagnetycznymi. Struktury z przewodnik\u00f3w to nic innego jak ma\u0142e rezonatory, obwody LC, formowane przez przestrzenne po\u0142o\u017cenie przewodnik\u00f3w. <\/p>\n

Nied\u0142ugo po pojawieniu si\u0119 koncepcji metamataria\u0142\u00f3w i ich pierwszych realizacji, ludzie zacz\u0119li wykorzystywa\u0107 je w MRI. G\u0142\u00f3wn\u0105 niedogodno\u015bci\u0105 metamataria\u0142\u00f3w \u2013 w\u0105ski zakres roboczy \u2013 nie jest problemem w MRI, gdzie wszystkie procesy zachodz\u0105 praktycznie na jednej cz\u0119stotliwo\u015bci rezonansu magnetycznego j\u0105der, le\u017c\u0105cej w zakresie radiowym. Tutaj mo\u017cna w\u0142asnor\u0119cznie tworzy\u0107 metaatomy i od razu ogl\u0105da\u0107, co z nich wyjdzie na obrazach. Jednymi z pierwszych funkcji, kt\u00f3re badacze wdro\u017cyli w MRI z u\u017cyciem metamataria\u0142\u00f3w, by\u0142y super-soczewki i endoskopy.<\/p>\n

\"Analizujemy
\nPo lewej stronie pod liter\u0105 a) pokazano supersoczwark\u0119, sk\u0142adaj\u0105c\u0105 si\u0119 z tr\u00f3jwymiarowej siatki rezonator\u00f3w na p\u0142ytkach drukowanych. Ka\u017cdy rezonator to otwarte metalowe k\u00f3\u0142ko z przylutowanym kondensatorem, tworz\u0105ce obw\u00f3d LC, dostrojony do cz\u0119stotliwo\u015bci MRI. Poni\u017cej przedstawiony jest przyk\u0142ad umiejscowienia tej struktury z metamateria\u0142u mi\u0119dzy nogami pacjenta podczas procedury tomografii oraz odpowiednie otrzymywane obrazy. Je\u015bli wcze\u015bniej nie przeoczyli\u015bcie mojej rady, aby przeczyta\u0107 moj\u0105 wcze\u015bniejsz\u0105 artyku\u0142 o MRI, to ju\u017c wiecie, \u017ce do uzyskania obrazu jakiejkolwiek cz\u0119\u015bci cia\u0142a pacjenta nale\u017cy zbiera\u0107 s\u0142abe, szybko wygasaj\u0105ce sygna\u0142y j\u0105drowe za pomoc\u0105 blisko umieszczonej anteny \u2013 cewki. <\/p>\n

Supersoczwarka z metamateria\u0142u pozwala na zwi\u0119kszenie obszaru dzia\u0142ania standardowej cewki. Na przyk\u0142ad, mo\u017cna wizualizowa\u0107 obie nogi pacjenta jednocze\u015bnie, zamiast jednej. Z z\u0142ych wiadomo\u015bci - po\u0142o\u017cenie supersoczwarki musi by\u0107 dobrane w okre\u015blony spos\u00f3b, aby osi\u0105gn\u0105\u0107 najlepszy efekt, a sama supersoczwarka jest do\u015b\u0107 droga w produkcji. Je\u015bli nadal nie zrozumieli\u015bcie, dlaczego ta soczewka nazywa si\u0119 \u00absuper-\u00bb, to oce\u0144cie jej rozmiary na zdj\u0119ciu, a potem u\u015bwiadomcie sobie, \u017ce dzia\u0142a przy d\u0142ugo\u015bci fali oko\u0142o pi\u0119ciu metr\u00f3w!<\/p>\n

Pod liter\u0105 b) demonstrowana jest konstrukcja endoskopu. W zasadzie, endoskop do MRI to zestaw r\u00f3wnoleg\u0142ych przewod\u00f3w, pe\u0142ni\u0105cy rol\u0119 falowodu. Pozwala on na przestrzenne rozdzielenie regionu, z kt\u00f3rego cewka odbiera sygna\u0142 od j\u0105dra, oraz samej cewki na znaczne odleg\u0142o\u015bci \u2013 a\u017c do tego stopnia, \u017ce odbiorcza antena mo\u017ce znajdowa\u0107 si\u0119 ca\u0142kowicie poza kriostatem tomografu, daleko od sta\u0142ego pola magnetycznego. Na dolnych obrazkach z zak\u0142adki b) przedstawione s\u0105 zdj\u0119cia uzyskane dla specjalnie wype\u0142nionego p\u0142ynem zbiornika \u2013 fantomu. R\u00f3\u017cnica mi\u0119dzy nimi polega na tym, \u017ce obrazy oznaczone jako \u00abendoskop\u00bb zosta\u0142y uzyskane, gdy cewka znajdowa\u0142a si\u0119 w znacznej odleg\u0142o\u015bci od fantomu, gdzie bez endoskopu sygna\u0142y z j\u0105der by\u0142yby ca\u0142kowicie niedetectowalne.<\/p>\n

M\u00f3wi\u0105c o jednej z najbardziej obiecuj\u0105cych dziedzin zastosowania metamateria\u0142\u00f3w w MRI, kt\u00f3ra jest najbli\u017csza praktycznej realizacji (w kt\u00f3r\u0105 w ko\u0144cu si\u0119 zaanga\u017cowa\u0142em) \u2013 chodzi o tworzenie bezprzewodowych cewek. Nale\u017cy wyja\u015bni\u0107, \u017ce nie mamy tu na my\u015bli technologii Bluetooth lub innej bezprzewodowej technologii przesy\u0142ania danych. \"Bezprzewodowy\" w tym przypadku oznacza istnienie indukcyjnego lub pojemno\u015bciowego po\u0142\u0105czenia dw\u00f3ch struktury rezonansowej \u2013 anteny nadawczo-odbiorczej oraz metamateria\u0142u. W koncepcji wygl\u0105da to tak:<\/p>\n

\"Analizujemy
\nZ lewej strony pokazano, jak zwykle przebiega procedura MRI: pacjent le\u017cy wewn\u0105trz kriostatu w obszarze jednorodnego statycznego pola magnetycznego. W tunelu tomografu zamontowana jest du\u017ca antena zwana \"klatk\u0105 Faradaya\". Antena w tej konfiguracji pozwala na obr\u00f3t wektora pola magnetycznego o cz\u0119stotliwo\u015bci precesji j\u0105der wodoru (dla maszyn klinicznych zazwyczaj od 40 do 120 MHz, w zale\u017cno\u015bci od warto\u015bci statycznego pola magnetycznego prowadz\u0105cego od 1T do 3T), zmuszaj\u0105c je do poch\u0142aniania energii, a nast\u0119pnie do emitowania w odpowiedzi. Sygna\u0142 z j\u0105der jest bardzo s\u0142aby, a kiedy dotrze do przewodnik\u00f3w du\u017cej anteny, nieuchronnie zanika. Z tego powodu w MRI do odbioru sygna\u0142\u00f3w u\u017cywa si\u0119 blisko rozmieszczonych lokalnych cewek. Na obrazku po\u015brodku, na przyk\u0142ad, przedstawiona jest typowa sytuacja skanowania kolana. Dzi\u0119ki metamateria\u0142om mo\u017cna stworzy\u0107 rezonator, kt\u00f3ry b\u0119dzie indukcyjnie po\u0142\u0105czony z klatk\u0105 Faradaya. Wystarczy umie\u015bci\u0107 taki obiekt w pobli\u017cu odpowiedniego obszaru cia\u0142a pacjenta, a sygna\u0142 z niego b\u0119dzie odbierany nie gorzej ni\u017c przez lokaln\u0105 cewk\u0119! W przypadku powodzenia realizacji koncepcji pacjenci nie b\u0119d\u0105 musieli ju\u017c pl\u0105ta\u0107 si\u0119 w kablach, a procedura diagnozy MRI stanie si\u0119 bardziej komfortowa.<\/p>\n

W\u0142a\u015bnie taki obiekt pr\u00f3bowa\u0142em stworzy\u0107 na pocz\u0105tku, zanurzaj\u0105c przewody w wodzie i pr\u00f3buj\u0105c zeskanowa\u0107 pomara\u0144cz\u0119. Przewody zanurzone w wodzie na pierwszym obrazku w tym artykule to nic innego jak metaatomy, z kt\u00f3rych ka\u017cdy jest p\u00f3\u0142falowym dipolem \u2013 jedn\u0105 z najs\u0142ynniejszych konstrukcji anten, znan\u0105 ka\u017cdemu radioamatorowi.
\nZanurza si\u0119 je w wodzie nie po to, \u017ceby si\u0119 nie zapala\u0142y w MRI (chocia\u017c i w tym te\u017c), ale aby dzi\u0119ki wysokiej dielektrycznej przenikalno\u015bci wody, skr\u00f3ci\u0107 ich d\u0142ugo\u015b\u0107 rezonansow\u0105 dok\u0142adnie o warto\u015b\u0107 r\u00f3wn\u0105 pierwiastkowi kwadratowemu z dielektrycznej przenikalno\u015bci wody.
\n\"Analizujemy
\nT\u0119 technik\u0119 stosuje si\u0119 ju\u017c od dawna w radiach, nawijaj\u0105c drut na kawa\u0142ek ferrytu \u2014 tzw. antena ferrytowa. Ferryt ma wysok\u0105 przenikalno\u015b\u0107 magnetyczn\u0105, a nie dielektryczn\u0105, co jednak r\u00f3wnie\u017c dzia\u0142a i pozwala na odpowiednie skr\u00f3cenie rezonansowych rozmiar\u00f3w anteny. W MRI, niestety, ferrytu si\u0119 nie w\u0142o\u017cy, poniewa\u017c jest magnetyczny. Woda to tania i dost\u0119pna alternatywa.<\/p>\n

Oczywi\u015bcie, do oblicze\u0144 tych wszystkich rzeczy trzeba budowa\u0107 bardzo skomplikowane modele matematyczne, uwzgl\u0119dniaj\u0105ce powi\u0105zania mi\u0119dzy elementami rezonansowymi, parametrami medium i \u017ar\u00f3d\u0142ami promieniowania\u2026 albo mo\u017cna skorzysta\u0107 z osi\u0105gni\u0119\u0107 post\u0119pu i oprogramowania do numerycznego modelowania elektromagnetycznego, z kt\u00f3rym poradzi sobie nawet ucze\u0144 (najlepsze przyk\u0142ady \u2014 CST, HFSS). Oprogramowanie pozwala tworzy\u0107 modele 3D rezonator\u00f3w, anten, schemat\u00f3w elektrycznych, dodawa\u0107 do nich ludzi \u2013 w\u0142a\u015bciwie wszystko, co tylko mo\u017cna sobie wyobrazi\u0107, kwestia tylko wyobra\u017ani i dost\u0119pnych mocy obliczeniowych. Zbudowane modele dziel\u0105 si\u0119 na siatki, w w\u0119z\u0142ach kt\u00f3rych rozwi\u0105zywane s\u0105 znane r\u00f3wnaniaMaxwella.
\nNa przyk\u0142ad modelowanie pola magnetycznego o cz\u0119stotliwo\u015bci radiowej wewn\u0105trz wspomnianej wcze\u015bniej anteny typu klatka dla ptak\u00f3w:<\/p>\n

\"Analizujemy
\nOd razu staje si\u0119 do\u015b\u0107 czytelne, jak obraca si\u0119 pole. Po lewej stronie przedstawiono sytuacj\u0119, gdy wewn\u0105trz anteny znajduje si\u0119 pude\u0142ko z wod\u0105, a po prawej \u2014 gdy to samo pude\u0142ko jest na rezonatorze z drut\u00f3w o d\u0142ugo\u015bci rezonansowej. Wida\u0107, jak pole magnetyczne znacz\u0105co wzmacnia si\u0119 dzi\u0119ki drutom. Po opanowaniu CST i optymalizacji tam mojej konstrukcji, jeszcze raz stworzy\u0142em metamateria\u0142, kt\u00f3ry rzeczywi\u015bcie pozwoli\u0142 wzmocni\u0107 sygna\u0142 w standardowym klinicznym tomografie MRI 1.5T. Nadal by\u0142 to pude\u0142ko (cho\u0107 \u0142adniejsze, z pleksi), wype\u0142nione wod\u0105 i masywem drut\u00f3w. Tym razem struktura zosta\u0142a zoptymalizowana pod wzgl\u0119dem warunk\u00f3w rezonansowych, w szczeg\u00f3lno\u015bci: dob\u00f3r d\u0142ugo\u015bci drut\u00f3w, ich po\u0142o\u017cenia oraz ilo\u015bci wody. Oto, co wysz\u0142o z pomidorem:
\n\"Analizujemy
\nPierwsze skanowanie pomidora zosta\u0142o wykonane na du\u017c\u0105 anten\u0119. W efekcie uzyskano jedynie szum z ledwo dostrzegalnymi konturami. Za drugim razem umie\u015bci\u0142em owoc na \u015bwie\u017co wypieczonej konstrukcji rezonansowej. Nie postanowi\u0142em tworzy\u0107 kolorowych map ani nic podobnego, poniewa\u017c efekt by\u0142 oczywisty. Tym samym, na swoim do\u015bwiadczeniu, cho\u0107 kosztuj\u0105c mn\u00f3stwo czasu, udowodni\u0142em, \u017ce koncepcja dzia\u0142a. <\/p>\n

Rozumiem, o czym my\u015blisz \u2014 pomara\u0144cze, pomidory \u2014 to nie to, gdzie s\u0105 testy na ludziach?
\nOne rzeczywi\u015bcie by\u0142y przeprowadzone<\/noindex>:
\n\"Analizujemy
\nR\u0119ka ochotnika le\u017c\u0105cego na MRI spoczywa na tej samej pude\u0142ku. W\u0142a\u015bciwie woda w pude\u0142ku, poniewa\u017c zawiera wod\u00f3r, r\u00f3wnie\u017c jest doskonale widoczna. Wzmacnianie sygna\u0142u zachodzi w obszarze nadgarstka spoczywaj\u0105cego na rezonatorze, podczas gdy wszystkie inne cz\u0119\u015bci cia\u0142a s\u0105 s\u0142abo widoczne. Oczywiste jest, \u017ce podobny efekt, a mo\u017ce i lepszy, mo\u017cna osi\u0105gn\u0105\u0107 przy u\u017cyciu standardowych klinicznych cewk\u00f3w. Ale sam fakt, \u017ce mo\u017cna robi\u0107 takie rzeczy, po prostu przestrzennie \u0142\u0105cz\u0105c wod\u0119 i przewody, odpowiednio je \u0142\u0105cz\u0105c, budzi zdumienie. Jeszcze bardziej zaskakuj\u0105ce jest to, \u017ce wiedz\u0119 na ten temat mo\u017cna uzyska\u0107 dzi\u0119ki badaniu pozornie niezwi\u0105zanych zjawisk, takich jak za\u0142amanie \u015bwiat\u0142a. <\/p>\n

Dla tych, kt\u00f3rzy jeszcze si\u0119 nie zm\u0119czyli<\/b>Obecnie konstrukcja pude\u0142ka z wod\u0105 zosta\u0142a ju\u017c ulepszona. Teraz to po prostu p\u0142aska p\u0142ytka drukowana, kt\u00f3ra pozwala na lokalizacj\u0119 pola magnetycznego du\u017cej zewn\u0119trznej anteny w swoim otoczeniu. Jej strefa robocza jest wi\u0119ksza ni\u017c w przypadku poprzedniej konstrukcji:
\n\"Analizujemy
\nKolorowe wst\u0105\u017cki pokazuj\u0105 nat\u0119\u017cenie pola magnetycznego nad struktur\u0105 podczas pobudzenia z zewn\u0119trznego \u017ar\u00f3d\u0142a fal elektromagnetycznych. P\u0142aska struktura jest typow\u0105 lini\u0105 przesy\u0142ow\u0105 znan\u0105 w radiofonice, jednak jednocze\u015bnie mo\u017ce by\u0107 r\u00f3wnie\u017c rozpatrywana jako metamateria\u0142 do MRI. Ta \"bezprzewodowa cewka\" ju\u017c mo\u017ce konkurowa\u0107 ze standardowymi cewkami pod wzgl\u0119dem jednorodno\u015bci wytwarzanego pola na pewnej g\u0142\u0119boko\u015bci obiektu skanowania:
\n\"Analizujemy
\nAnimacja pokazuje warstwowo kolorow\u0105 map\u0119 sygna\u0142u wewn\u0105trz skrzynki z wod\u0105 w MRI. Kolor oznacza intensywno\u015b\u0107 sygna\u0142\u00f3w z j\u0105der wodoru. W lewym g\u00f3rnym rogu jako odbiornik wykorzystano segment standardowej cewki do skanowania plec\u00f3w. Lewy dolny r\u00f3g przedstawia sytuacj\u0119, gdy skrzynka stoi na rezonatorze przypominaj\u0105cym p\u0142ytk\u0119 drukowan\u0105. Po prawej stronie na dole sygna\u0142 odbiera du\u017ca antena wbudowana w tunel tomografu. Por\u00f3wna\u0142em jednorodno\u015b\u0107 sygna\u0142u w obszarze obrysowanym prostok\u0105tem. Na pewnej wysoko\u015bci metamateryia\u0142 dzia\u0142a lepiej ni\u017c cewka pod wzgl\u0119dem jednorodno\u015bci sygna\u0142u. Dla zada\u0144 klinicznych mo\u017ce to nie by\u0107 wielkie osi\u0105gni\u0119cie, ale w przypadku naukowych bada\u0144 MRI, gdzie skanuje si\u0119 szczury, mo\u017ce to pom\u00f3c w uzyskaniu wzrostu sygna\u0142u i zmniejszeniu wymaganego poziomu mocy impuls\u00f3w radiowych. <\/p>\n

\nO \u201epoprawie o 2 razy\u201d na pocz\u0105tku artyku\u0142u \u2014 oczywi\u015bcie, to kolejny owoc nieodwzajemnionej mi\u0142o\u015bci dziennikarzy do naukowc\u00f3w, jednak powiedzenie, \u017ce s\u0105 to puste badania, r\u00f3wnie\u017c by\u0142oby b\u0142\u0119dne, co potwierdza zainteresowanie tym tematem w grupach naukowych na ca\u0142ym \u015bwiecie. To zadziwiaj\u0105ce, ale prace prowadzone s\u0105 r\u00f3wnie\u017c u nas w Rosji, chocia\u017c wed\u0142ug mojego osobistego do\u015bwiadczenia jest to raczej rzadki wyj\u0105tek. Istnieje wiele nierozwi\u0105zanych problem\u00f3w zwi\u0105zanych z zastosowaniem metamateryia\u0142\u00f3w w MRI. Opr\u00f3cz lokalizacji p\u00f3l magnetycznych, aby uzyska\u0107 dobry obraz, nie nale\u017cy zapomina\u0107 o polach elektrycznych, kt\u00f3re prowadz\u0105 do nagrzewania tkanek, a tak\u017ce o wch\u0142anianiu energii pola radiowego przez pacjent\u00f3w poddawanych badaniu. Za tymi kwestiami, przy u\u017cyciu klinicznym, powinien by\u0107 szczeg\u00f3lny nadz\u00f3r, co znacznie komplikuje sytuacj\u0119 przy zastosowaniu lokalizuj\u0105cych pola rezonator\u00f3w. Jak dot\u0105d metamateryia\u0142y dla MRI pozostaj\u0105 w ramach bada\u0144 naukowych, ale uzyskiwane wyniki s\u0105 ju\u017c bardzo interesuj\u0105ce i by\u0107 mo\u017ce w przysz\u0142o\u015bci procedura MRI dzi\u0119ki nim zmieni si\u0119 na lepsze, staj\u0105c si\u0119 szybsza i bezpieczniejsza.
\n
\u0179r\u00f3d\u0142o: habr.com<\/a><\/p>","protected":false,"gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"html"}]},"excerpt":{"rendered":"

\u041c\u0438\u043c\u043e \u0443\u0445\u0430 \u043f\u0440\u043e\u0441\u0432\u0438\u0441\u0442\u0435\u043b\u0430 \u043e\u0442\u0432\u0435\u0440\u0442\u043a\u0430. \u0421 \u0433\u0440\u043e\u043c\u043a\u0438\u043c \u0437\u0432\u043e\u043d\u043e\u043c \u043e\u043d\u0430 \u0437\u0430\u043c\u0435\u0440\u043b\u0430 \u043d\u0430 \u043a\u043e\u0440\u043f\u0443\u0441\u0435 \u043a\u0440\u0438\u043e\u0441\u0442\u0430\u0442\u0430. \u0427\u0435\u0440\u0442\u044b\u0445\u043d\u0443\u0432\u0448\u0438\u0441\u044c \u043f\u0440\u043e \u0441\u0435\u0431\u044f, \u044f \u0440\u0435\u0448\u0438\u043b \u0432\u0437\u044f\u0442\u044c \u043f\u0435\u0440\u0435\u0440\u044b\u0432. \u041e\u0442\u043a\u0440\u0443\u0447\u0438\u0432\u0430\u0442\u044c \u0431\u043e\u043b\u0442\u044b \u0432 \u043c\u0430\u0433\u043d\u0438\u0442\u043d\u043e\u043c \u043f\u043e\u043b\u0435 \u0432\u0435\u043b\u0438\u0447\u0438\u043d\u043e\u0439 1.5 \u0442\u0435\u0441\u043b\u0430, \u043f\u0440\u0438 \u043f\u043e\u043c\u043e\u0449\u0438 \u0441\u0442\u0430\u043b\u044c\u043d\u043e\u0433\u043e \u0438\u043d\u0441\u0442\u0440\u0443\u043c\u0435\u043d\u0442\u0430 \u2014 \u0442\u0430\u043a \u0441\u0435\u0431\u0435 \u0437\u0430\u0442\u0435\u044f. \u041f\u043e\u043b\u0435 \u043a\u0430\u043a \u043d\u0435\u0432\u0438\u0434\u0438\u043c\u044b\u0439 \u043f\u0440\u043e\u0442\u0438\u0432\u043d\u0438\u043a \u043f\u043e\u0441\u0442\u043e\u044f\u043d\u043d\u043e \u043f\u044b\u0442\u0430\u0435\u0442\u0441\u044f \u0432\u044b\u0440\u0432\u0430\u0442\u044c \u0438\u043d\u0441\u0442\u0440\u0443\u043c\u0435\u043d\u0442 \u0438\u0437 \u0440\u0443\u043a, \u0441\u043e\u0440\u0438\u0435\u043d\u0442\u0438\u0440\u043e\u0432\u0430\u0442\u044c \u0435\u0433\u043e \u0432\u0434\u043e\u043b\u044c \u0441\u0432\u043e\u0438\u0445 \u0441\u0438\u043b\u043e\u0432\u044b\u0445 \u043b\u0438\u043d\u0438\u0439 \u0438 \u0443\u0441\u0442\u0440\u0435\u043c\u0438\u0442\u044c \u043a\u0430\u043a \u043c\u043e\u0436\u043d\u043e […]<\/p>\n","protected":false,"gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"html"}]},"author":1,"featured_media":23934,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[688],"tags":[],"class_list":["post-32089","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-administrirovanie"],"aioseo_notices":[],"aioseo_head":"\n\t\t\n\t\n\t\n\t\n\t\n\t\n\t\t\n\t\t\n\t\t\n\t\t\n\t\t\n\t\t\n\t\t\n\t\t\n\t\t\n\t\t\n\t\t\n\t\t\n\t\t\n\t\t\n\t\t\n\n","aioseo_head_json":{"title":"\ud83e\udd47Rozbieramy tomograf magnetyczny II: Metamateryia\u0142y w MRI | ProHoster","description":"\u015arubokr\u0119t przelecia\u0142 obok ucha.","canonical_url":"https:\/\/prohoster.info\/pl\/blog\/administrirovanie\/razbiraem-magnitno-rezonansnyj-tomograf-ii-metamaterialy-v-mrt","robots":"max-image-preview:large","keywords":"","webmasterTools":{"miscellaneous":""},"schema":null,"og:locale":"pl_PL","og:site_name":"ProHoster | \u041a\u0443\u043f\u0438\u0442\u044c \u043d\u0430\u0434\u0435\u0436\u043d\u044b\u0439 \u0445\u043e\u0441\u0442\u0438\u043d\u0433 \u0434\u043b\u044f \u0441\u0430\u0439\u0442\u043e\u0432 \u0441 \u0437\u0430\u0449\u0438\u0442\u043e\u0439 \u043e\u0442 DDoS, VPS VDS \u0441\u0435\u0440\u0432\u0435\u0440\u044b","og:type":"article","og:title":"\ud83e\udd47\u0420\u0430\u0437\u0431\u0438\u0440\u0430\u0435\u043c \u043c\u0430\u0433\u043d\u0438\u0442\u043d\u043e-\u0440\u0435\u0437\u043e\u043d\u0430\u043d\u0441\u043d\u044b\u0439 \u0442\u043e\u043c\u043e\u0433\u0440\u0430\u0444 II: \u041c\u0435\u0442\u0430\u043c\u0430\u0442\u0435\u0440\u0438\u0430\u043b\u044b \u0432 \u041c\u0420\u0422 | ProHoster","og:description":"\u041c\u0438\u043c\u043e \u0443\u0445\u0430 \u043f\u0440\u043e\u0441\u0432\u0438\u0441\u0442\u0435\u043b\u0430 \u043e\u0442\u0432\u0435\u0440\u0442\u043a\u0430.","og:url":"https:\/\/prohoster.info\/pl\/blog\/administrirovanie\/razbiraem-magnitno-rezonansnyj-tomograf-ii-metamaterialy-v-mrt","og:image":"https:\/\/prohoster.info\/wp-content\/uploads\/2021\/11\/logo-350.jpg","og:image:secure_url":"https:\/\/prohoster.info\/wp-content\/uploads\/2021\/11\/logo-350.jpg","og:image:width":350,"og:image:height":350,"article:published_time":"2019-10-31T18:45:07+00:00","article:modified_time":"2019-10-31T18:45:07+00:00","article:publisher":"https:\/\/www.facebook.com\/prohoster","article:author":"https:\/\/www.facebook.com\/prohoster"},"aioseo_meta_data":{"post_id":"32089","title":null,"description":null,"keywords":null,"keyphrases":null,"primary_term":null,"canonical_url":null,"og_title":null,"og_description":null,"og_object_type":"default","og_image_type":"default","og_image_url":null,"og_image_width":null,"og_image_height":null,"og_image_custom_url":null,"og_image_custom_fields":null,"og_video":null,"og_custom_url":null,"og_article_section":null,"og_article_tags":null,"twitter_use_og":false,"twitter_card":"default","twitter_image_type":"default","twitter_image_url":null,"twitter_image_custom_url":null,"twitter_image_custom_fields":null,"twitter_title":null,"twitter_description":null,"schema":{"blockGraphs":[],"customGraphs":[],"default":{"data":{"Article":[],"Course":[],"Dataset":[],"FAQPage":[],"Movie":[],"Person":[],"Product":[],"ProductReview":[],"Car":[],"Recipe":[],"Service":[],"SoftwareApplication":[],"WebPage":[]},"graphName":"","isEnabled":true},"graphs":[]},"schema_type":null,"schema_type_options":null,"pillar_content":false,"robots_default":true,"robots_noindex":false,"robots_noarchive":false,"robots_nosnippet":false,"robots_nofollow":false,"robots_noimageindex":false,"robots_noodp":false,"robots_notranslate":false,"robots_max_snippet":null,"robots_max_videopreview":null,"robots_max_imagepreview":"large","priority":null,"frequency":null,"local_seo":null,"seo_analyzer_scan_date":"2026-01-21 09:12:24","breadcrumb_settings":null,"limit_modified_date":false,"reviewed_by":null,"ai":null,"created":"2021-03-01 03:04:41","updated":"2026-01-21 09:12:24","focus_keyword":null,"additional_keywords":null,"truseo_locale":null},"gt_translate_keys":[{"key":"link","format":"url"}],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/prohoster.info\/pl\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/32089","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/prohoster.info\/pl\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/prohoster.info\/pl\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/prohoster.info\/pl\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/prohoster.info\/pl\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=32089"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/prohoster.info\/pl\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/32089\/revisions"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/prohoster.info\/pl\/wp-json\/wp\/v2\/media\/23934"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/prohoster.info\/pl\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=32089"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/prohoster.info\/pl\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=32089"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/prohoster.info\/pl\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=32089"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}