ВВЕДЕНИЕ 3
Глава 1 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 5
1.1 Основы ядерного магнитного резонанса 5
1.2 Устройство томографа 9
1.3 Применение ЯМР-интроскопии в медицине 11
1.4 Радиочастотные катушки 12
1.4.1 Функции радиочастотных катушек 12
1.4.2 Конструкции РЧ катушек 13
1.4.3 Радиочастотные характеристики датчика 15
1.5 Методы исследования 17
1.5.1 Расчет индукции магнитного поля контура. Уравнение Био-Савара-
Лапласа 17
1.5.2 Среднеквадратическое отклонение 20
Глава 2 ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 21
2.1 Исследование зависимости добротности (Q) от расстояния между двумя
медными лентами 21
2.2 Исследование зависимости добротности (Q) от ширины ленты 22
2.3 Математическое моделирование однородности поля для приемной части
датчика 23
2.4 Однородность поля для датчика с 4 витками цилиндрического типа 25
2.5 Однородность поля для датчика с 6 витками цилиндрического типа 28
2.6 Датчик с 6 витками, переход от цилиндра к эллипсу 32
2.7 Макетирование датчика 37
Заключение 40
Благодарности 41
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 42
Приложение А 45
Приложение Б
За три десятилетия, прошедшие с того момента, как магнитно-резонансная томография (МРТ) стала в качестве основного способа визуализации, были достигнуты огромные успехи в отношении качества изображений, получаемых в МРТ. Возможности визуализации современных магнитно-резонансных томографов стали возможными благодаря инновациям не в области одного компонента, а десяткам усовершенствований в самых разных областях. К ним относятся нововведения в способе получения и реконструкции получаемых изображений, разработка контрастных агентов, достижения в области основного и градиентного оборудования и достижения в области разработки радиочастотных (РЧ) катушек.
Несмотря на то, что каждый из этих достижений способствовал тому, чтобы сделать МРТ таким передовым, как сегодня, важность конструкции радиочастотной катушки (как для возбуждения, так и приема сигнала ЯМР) не следует недооценивать.
Рассмотрим некоторые факторы, стимулирующие интерес к разработке и оптимизации РЧ катушек. Во-первых, по мере того, как постепенное улучшение качества изображения из программных и аппаратных разработок замедляется, внимание обратилось на то, чтобы сигнал был возбужден и детектирован как можно более эффективно. Во-вторых, некоторые новые технологии предъявляют очень специфические требования к РЧ-катушке.
В лаборатории Методов медицинской физики КФТИ КазНЦ РАН разрабатывается травматологический малогабаритный томограф. Данный томограф может быть установлен как стационарно, а так и в качестве мобильного диагностического устройства. Кроме того, томограф может использоваться не только для медицинской диагностики - его можно использовать в сельскохозяйственной промышленности для анализа состава продуктов.
Травматологический томограф является комплексом различного прецизионного оборудования. В частности, необходимо разработать приемные радиочастотные датчики, во многом определяющие чувствительность и отношение сигнал-шум томографа.
Цель данной работы: повышение однородности поля и амплитуды сигнала приемного датчика, и как следствие, разрешающей способности получаемых изображений. Реализация расчетов в макете датчика.
Объектом исследования данной работы является приемная система, предназначенная для обследования малых суставов человека. В работе исследуется изменение параметров от ее геометрии. Геометрия катушки всегда играет важную роль. Катушка должна быть достаточно большой, для удобства пациента. Но чем больше катушка, тем менее чувствительной она будет в качестве приемника, поэтому сигнал-шум может быть ниже.
Основными задачами работы являются:
1. Исследование типов приёмной системы для специализированного томографа.
2. Математическое моделирование магнитного поля датчика в области исследования. Оптимизация характеристик приемной системы.
3. Макетирование датчика «Кисть» по результатам математического моделирования. Измерение его радиочастотных характеристик.
В ходе данной работы проведено математическое моделирование вариантов конфигурации датчиков на предмет обеспечения однородности в области исследования. Результаты, полученные с помощью математического моделирования, позволили разработать оптимальный вариант датчика эллиптической формы для данного типа томографа.
По результатам моделирования 6 витков обеспечивает однородность выше, по сравнению с 4 витками, также амплитуда для 6 витков приблизительно вдвое больше, что говорит об улучшении отношения сигнал- шум.
Были проведены исследования однородности сигнала в исследуемой области датчика при уменьшении полуоси эллипса Rz. Определено оптимальное значение полуоси Rz=50 мм, при котором повышается амплитуда сигнала и сохраняется необходимая однородность. Проведено макетирование датчика. Определили его радиочастотные характеристики, которые удовлетворяют поставленным задачам: по чувствительности и однородности поля.
Результаты данной работы были представлены на конференциях: конференция молодых ученых «Молодежи и инновации Татарстана» 17-18 ноября 2016 г, итоговая конференция молодых ученых КФТИ КазНЦ РАН 28 апреля 2016 г., 13 апреля 2017 г., Международный симпозиум « Магнитный резонанс: от фундаментальных исследований к практическим приложениям» 21-23 апреля 2017 г.. Грант конкурса У.М.Н.И.К. за проект « Разработка радиочастотного приемного датчика повышенной чувствительности».
