Перечень сокращений, условных обозначений, символов единиц и терминов 3
ВВЕДЕНИЕ 4
Глава 1 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 6
1.1 Явление ядерного магнитного резонанса 6
1.2 Сигнал магнитного резонанса 9
1.3 Устройство томографа 10
1.4 Построение изображения 14
1.5 Показатели качества изображения 16
1.6 Связанные контура 17
1.7 Виды РЧ датчиков 20
Глава 2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 26
2.1 Материалы и методы исследования 26
2.1.1 Томограф 26
2.1.2 Измерительные приборы 27
2.1.3 Объекты исследования. Методы измерения сигнала 27
2.2 Результаты измерения 31
2.2.1 Экспериментальная оценка зависимости добротности от расстояния между витками 34
3.1 Приёмно-передающая система Датчик «Сустав» 38
3.1.1 РЧ параметры датчика 40
3.1.2 Эксперименты с применением экрана 42
3.1.3 Математическое моделирование 43
3.1.4 Оценка степени экранирования 55
ВЫВОДЫ 57
Список литературы 58
ПРИЛОЖЕНИЕ А 59
БЛАГОДАРНОСТИ 60
В настоящее время в медицине существуют различные методы интроскопии органов тела человека. Благодаря открытию ядерно-магнитного резонанса (ЯМР), в медицине в 1973г. появился новый метод исследования: магнитно - резонансная томография (МРТ), который развивается и в настоящее время. За последнее 40 лет, как метод МРТ, так и аппарат МРТ были существенно усовершенствованы и стали более доступными. В процессе обследования пациентов методом ЯМР-томографии формируется послойные изображения внутренних органов человека.
К сожалению, у ЯМР - томографа имеется очень большой недостаток - они очень дорогие. Именно поэтому они не получили в нашей стране широкого распространения. Для устранения этого недостатка в начале 80-х годов двадцатого столетия в Казанском физико-техническом институте были начаты работы по созданию MP-томографа, который стал бы доступным по цене для районных больниц республики. Первый подобный томограф с индукцией магнитного поля 0,02 Тл был собран и установлен в больнице №7 г. Казани в 1997 году.
В лаборатории Методов медицинской физики КФТИ КазНЦ РАН разрабатывается новый специализированный 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.
В основе данного томографа лежит постоянный магнит. В отличие от обычного резистивного магнита, он не требует больших мощностей для подержания основного поля магнита. Нет необходимости в использования водяной системы охлаждения электронных блоков, достаточно системы с воздушным охлаждением, которая является экономически более выгодной.
Данный томограф является комплексом различного прецизионного оборудования. В частности, необходимо разработать приемные радиочастотные датчики, во многом определяющие чувствительность и соотношение сигнал- шум томографа. Также необходимо рассчитать и изготовить передающие катушки для создания однородного радиочастотного поля.
Целью данной работы является разработка и исследование датчика «Сустав» для травматологического ЯМР-томографа с полем 0,4 Тл (основная резонансная частота малогабаритного томографа 17,5 МГц). Объектом исследования данной работы является также совмещенная приемно-передающая система, предназначенная для обследования крупных суставов человека, и являющийся неотъемлемой частью томографа. В работе исследуется характеристики датчика и системы в целом, их область применения.
Основными задачами работы являются:
1. Исследование приёмно-передающих систем для специализированного томографа;
2. Исследование возможностей применения различных типов экранов и их влияние на приёмный контур;
3. Математический расчет магнитного поля для датчика;
4. Макетирование датчика «Сустав».
В ходе проделанной работы был сконструирован макет приёмного датчика цилиндрического типа, определены его параметры и радиочастотные характеристики.
Были проведены исследования влияния различных типов экранов от внешних помех на величину добротности, при включении их в контур. По результатам исследования экранов на приёмный контур для цилиндрического типа датчика, наилучшим вариантом является замкнутый экран сетка (Q=149).
По результатам исследования однородности распределения сигнала в исследуемой области датчика при параллельном включении витков наиболее оптимальным является 4 витка включенные параллельно.
В ходе исследования датчика цилиндрического типа проводились математические расчеты и моделирование контура, целью которых является получение более однородного поля в интересующей нас области. Наблюдается хорошее согласие расчетных и экспериментальных результатов.
Результаты, полученные в ходе исследования, позволят разработать оптимальный вариант датчика для данного типа томографа.
По данной теме опубликованы тезисы «Разработка радиочастотной приёмно-передающей системы для специализированного томографа на постоянном магните с полем 0,4 Тл» на Международном симпозиуме «Магнитный резонанс: от фундаментальных исследований к практическим приложениям» (КФУ Казань 21-23 апреля 2016 года).
