МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНЫЙ ТОМОГРАФ (МРТ) Российский патент 2017 года по МПК A61B5/55 G01R33/20 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение предназначено для использования в биологии и медицине, позволяет получать изображения, отображающие внутреннюю структуру различных объектов, включая животных и человека, с использованием методов ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Особое значение оно имеет для исследования объектов малого размера, что может быть востребовано, например, при медицинских исследованиях малых участков тела человека, педиатрии. Кроме того, оно может быть полезно в биологических исследованиях малых лабораторных животных, МРТ-микроскопии, локальной ЯМР-спектроскопии.

Уровень техники

Метод ЯМР предполагает возбуждение спинов, находящихся в постоянном магнитном поле, с помощью РЧ-поля, создаваемого передающей катушкой, и прием отклика спинов на приемную катушку. Поэтому в МРТ большое внимание уделяется оптимизации и совершенствованию этих катушек. Термин «катушка» (coil) в МРТ применяется для обозначения радиотехнического устройства, где главным элементом является катушка индуктивности, выполняющая роль антенны, которая может быть приемной или передающей.

В первом случае подразумевается прием сигнала ядерной индукции от ядерных магнитных моментов, прецессирующих в постоянном магнитном поле. Синхронно прецессирующие спины формируют магнитный поток, который проходит через витки катушки индуктивности, а благодаря тому, что он меняется во времени (с частотой прецессии), то на концах этой катушки наводится ЭДС индукции (закон Фарадея).

Далее в тексте термин «концы катушки» относится именно к концам катушки индуктивности, входящей в состав катушки как радиотехнического устройства.

Во втором случае имеется в виду передача радиочастотного (РЧ) магнитного поля для возбуждения этой прецессии. Если вблизи ядерных магнитных моментов, помещенных в постоянное магнитное поле, разместить катушку индуктивности, через которую пропускается переменный ток, то этот ток формирует переменное магнитное поле вблизи этой катушки, способное воздействовать на ядерные спины.

В зависимости от того, какие функции выполняет катушка как радиотехническое устройство, она может быть приемной или передающей. Обычно в состав катушки как радиотехнического устройства, помимо собственно катушки индуктивности, входит еще один элемент - конденсатор, определяющий совместно с этой катушкой резонансные свойства устройства - способность усиления тока, циркулирующего в замкнутой цепи, составленной из этих двух электрически соединенных элементов.

Поскольку возбуждение прецессии производится путем подачи РЧ-импульса, а регистрации сигнала ЯМР после окончания этого импульса, то одну и ту же катушку можно использовать и для передачи РЧ-мощности, и для приема сигнала ЯМР путем ее переключения от передатчика к приемнику. Такая катушка называется приемо-передающей.

Обычно в томографах, ориентированных на медицинские приложения, возбуждение сигналов ЯМР производится передающей катушкой, встроенной в полость магнита, - основной катушкой, а прием сигналов - от одной из приемных катушек, входящих в комплект томографа. Каждая из катушек этого комплекта адаптирована (за счет конструкции и способа фиксации) для исследования конкретного органа - головы, шеи, колена и т.д. Адаптация катушки как радиотехнического устройства, в первую очередь, предполагает адаптацию его главного элемента - катушки индуктивности, выполняющей функции приемной антенны - соотнесение ее размеров с размерами сканируемого объекта или размерами зоны сканирования.

Например, MP-томограф Vantage 1.5 Т фирмы Тошиба:

(http://www.toshibamedicalsystems.com/tmd/english/products/mri/titan3r_function.html#р01).

Аналогичную комплектацию имеют томографы фирмы Сименс - Magnetom 1.5 Т (http://www.healthcare.siemens.com/magnetic-resonance-imaging),

а также Tomikon S50 фирмы Bruker:

(Acquisition and Processing of NMR Images and Spectra Paravision (Part 1 and 2) // User's Guide and Instruction Manual, Bruker Medizintechnik, Doc. No.: T4J-1137, 1996, 948 pp.), см. также (http://pdf.reestrsi.ru/file/17691-98.pdf).

Размер зоны, облучаемой радиочастотным (РЧ) полем, определяется диаметром основной катушки. Поскольку полость магнита должна быть достаточно просторной для размещения взрослого человека (не менее 60 см в диаметре), то его размер определяет и диаметр передающей катушки. При таких размерах обеспечить необходимые параметры типовой сканирующей импульсной последовательности возможно лишь при использовании передатчика большой мощности - более 1 кВт. Соответственно, повышенные требования по мощности предъявляются к коммутирующим и защитным элементам. Если же данную катушку необходимо приспособить для сканирования ядер, отличных от протонов, то мощность передатчика необходимо увеличить в (γ_p/γ_x)² раз, где γ_p и γ_x - гиромагнитные отношения соответственно протонов и исследуемых ядер.

Основным недостатком томографов с единственной передающей катушкой является то, что при работе с малыми объектами или сканировании небольшой зоны способ генерации РЧ-поля оказывается нерациональным, поскольку размер облучаемой зоны становится больше зоны интереса. Это создает проблемы при исследовании младенцев, а также при наличии в теле пациента металлических имплантов. Маленькие пациенты рискуют получить избыточную РЧ-нагрузку, а импланты могут разогреваться под действием РЧ-поля, причем разогрев может происходить далеко от сканируемой зоны.

В настоящее время выпускается ряд МРТ-моделей, в которых эта проблема частично решена, например: Achieva 3 Т фирмы Филипс

(http://www.healthcare.philips.com/main/products/mri/systems/achieva).

В данной конструкции, помимо подключаемых по гибкому кабелю приемных катушек (из поставляемого в комплекте набора приемных катушек) небольшого размера, которые адаптированы для конкретного органа, пользователю предлагаются аналогичные, но позволяющие использовать их в качестве приемо-передающих. Это позволяет более рационально использовать РЧ-мощность и снизить РЧ-нагрузку на пациента. Однако стоимость таких катушек существенно выше чисто приемных. Оптимизировать расходы можно, если бы в комплекте была такая катушка, которая могла бы работать как передающая совместно хотя бы с одной из набора приемных. Имеется в виду возможность размещения ее рядом с приемной катушкой.

Недостатком данного и других известных МРТ является то, что такая возможность для пользователя не предусмотрена. Поэтому технические ресурсы томографа используются нерационально. Из-за этого пользователь либо идет на значительные расходы, приобретая полный набор приемо-передающих катушек, либо ограничивается имеющимися катушками, но тогда РЧ-передатчик работает в оптимальном режиме при сканировании не для всех органов.

Помимо этого, в существующих МРТ не уделено внимания вопросам локального подавления РЧ-поля при сканировании большой зоны. Это особенно актуально при наличии в теле пациента металлических имплантов, способных нагреваться под действием РЧ-поля.

Наиболее близким по конструкции к заявляемому объекту является МРТ Tomikon S50 фирмы «Bruker» (http://pdf.reestrsi.ru/file/17691-98.pdf), содержащий основную катушку, жестко зафиксированную в полости магнита, имеющую возможность работы в качестве передающей или приемо-передающей, и приемную катушку, которая имеет возможность размещаться внутри полости магнита вблизи исследуемого объекта, систему коммутации, управляющую подключением катушек к приемнику и передатчику, а также размыканием катушек.

Предлагаемый в качестве прототипа МРТ является медицинским диагностическим аппаратом, предназначенным для получения изображений различных органов человека в плоскопараллельных срезах в трех основных сечениях (аксиальном, сагиттальном и коронарном) и в наклонных сечениях с углом наклона до 45 градусов. Томограф позволяет визуализировать внутренние структуры различных органов человека - головы, шеи, позвоночника, брюшной полости, малого таза, молочных желез, плечевого, коленного, голеностопного суставов, кисти рук, других фрагментов тела.

Основным его недостатком является то, что РЧ-мощность, используемая для возбуждения сигнала ЯМР, расходуется нерационально, особенно при исследовании малых объектов или сканировании небольших участков. РЧ-поле создается путем протекания тока через основную катушку, имеющую большой внутренний диаметр - 60 см, определяемый размерами полости магнита. При этом фирменная конфигурация данного томографа не допускает замену основной катушки на альтернативную или ее отключение с целью подключения дополнительной катушки. В итоге для реализации типовых сканирующих импульсных последовательностей применяется передатчик мощностью 2 кВт, а для замыкания и размыкания основной катушки при совместной работе с приемной используются мощные переключающие полупроводниковые элементы - pin-диоды. Большие напряжения (сотни вольт), сопровождающие РЧ-мощность, подаваемую на основную катушку, определяют требования (конструкция, габариты и т.п.) к конденсаторам и подводящим кабелям, конденсаторы располагаются вне зоны магнита в отдельном массивном блоке, а кабели, соединяющие катушку с системой коммутации, весьма тяжелые, имеют большую толщину - 2 см и не адаптированы для многократных манипуляций, связанных с их перемещениями и изгибами.

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является разработка новой конструкции МРТ, обеспечивающей в т.ч. исследование малых объектов или сканирование небольших участков при оптимизации расходовании РЧ-мощности.

Техническим результатом предлагаемого МРТ является расширение диапазона исследуемых объектов - оптимизация условий сканирования для объектов разного размера на одном и том же томографе, а также рациональное использование мощности для возбуждения сигнала ЯМР (возможность ее снижения и оптимального пространственного распределения) при исследовании объектов малого размера, что особенно актуально при медицинских исследованиях младенцев, в биологических исследованиях малых лабораторных животных, МРТ-микроскопии, локальной ЯМР-спектроскопии, а также при наличии в теле пациента металлических имплантов, которые могут разогреваться под действием РЧ-поля.

Другим техническим преимуществом предлагаемого МРТ является возможность ослабления РЧ-поля только в локальном участке. Это актуально при исследовании объектов, размеры которых соизмеримы с размерами полости магнита, а подавление РЧ-поля необходимо обеспечить только в зоне локализации импланта.

Для достижения указанных технических результатов предлагается магнитно-резонансный томограф (МРТ), содержащий основную катушку, жестко зафиксированную в полости магнита, имеющую возможность работы в качестве передающей, или приемо-передающей и приемную катушку, которая имеет возможность размещаться внутри полости магнита вблизи исследуемого объекта, систему коммутации, управляющую подключением катушек к приемнику и передатчику, а также размыканием катушек, согласно изобретению оснастить имеющей возможность размещаться внутри полости магнита вблизи исследуемого объекта дополнительной катушкой, имеющей возможность работать либо передающей, либо приемо-передающей, либо закороченной на концах, а система коммутации имеет возможность управлять также подключением дополнительной катушки к приемнику и передатчику, а также ее размыканием.

Вследствие оснащения МРТ, имеющей возможность размещаться внутри полости магнита вблизи исследуемого объекта, дополнительной катушкой, имеющей возможность работать либо передающей, либо приемо-передающей, либо закороченной на концах, а система коммутации имеет возможность управлять также подключением дополнительной катушки к приемнику и передатчику, а также ее размыканием при сканировании, имеется возможность работать с меньшей РЧ-мощностью, более гибко распределять технические ресурсы МРТ - подбирать наиболее адаптированные к конкретным исследуемым объектам конфигурации для приемных и передающих катушек, применять сканирование с локальным подавлением РЧ-поля. Возможность размещения какой-либо катушки вблизи исследуемого объекта, в первую очередь, касается ее основного компонента - катушки индуктивности. Именно это и определяет требования к ее конструкции и размерам.

Возможность достижения новых технических эффектов объясняется следующим.

1. Поскольку предполагается, что дополнительная катушка может размещаться внутри полости магнита, то это означает, что ее размеры меньше, чем основной катушки. Поэтому, когда дополнительная катушка работает в качестве передающей или приемо-передающей, генерируемое от этой катушки РЧ-поле локализовано в зоне, размеры которой определяются размерами этой катушки, т.е. меньшей, чем основной. Поскольку дополнительная катушка меньше по размерам, чем основная, то она способна размещаться ближе к исследуемому объекту, чем основная. Благодаря этому в зоне исследуемого объекта от дополнительной катушки можно получить более сильное РЧ-поле, чем от основной катушки. Поэтому, если исследуются объекты, размеры которых соизмеримы с размерами дополнительной катушки, ее применение предпочтительнее по сравнению с основной катушкой, поскольку можно использовать меньшие токи для генерации РЧ-полей. Соответственно, использовать менее мощный передатчик и не столь высоковольтные, а потому более компактные элементы, сопровождающие передачу РЧ-мощности в передающую катушку, конденсаторы, кабели и т.д. Если сравнивать работу основной и дополнительной катушек как приемо-передающих, то благодаря возможности более близкого размещения дополнительной катушки относительно исследуемого объекта от нее можно получить более сильный сигнал ЯМР по сравнению с основной. В результате при исследовании малых объектов применение дополнительной катушки вместо основной позволяет повысить чувствительность, снизить РЧ-мощность, предотвратить попадание РЧ-мощности в зону, которая не представляет интереса для сканирования. В итоге МРТ, укомплектованный не только основной, но и дополнительной катушкой, имеет возможность работать одинаково эффективно для объектов разного размера.

2. При помещении дополнительной катушки в полость магнита внутри нее возможно локальное усиление или ослабление РЧ-поля, генерируемого основной катушкой. Эффект объясняется следующим образом. При импульсном воздействии на ядерную намагниченность основная катушка генерирует в полости магнита РЧ-поле, меняющееся по закону: B=B₁cosωt. Если силовые линии этого поля пересекают плоскость витка площадью S дополнительной катушки, то на концах этой катушки наводится ЭДС индукции V согласно формуле:

V=-dФ/dt,

где Ф=BS (закон Фарадея).

Если концы этой катушки, имеющей индуктивность L и омическое сопротивление R, замкнуты, то через катушку протекает ток. От этого тока возникает вторичное поле В₂, которое можно рассчитать по формуле:

B₂=LI/S

Оно складывается с первичным полем B₁, в результате чего в центре дополнительной катушки формируется поле В₃=B₁+В₂=B₁+LI/S.

Для расчета тока I воспользуемся методами, практикуемыми для расчета радиотехнических цепей, где для учета реакции на гармоническое воздействие токов и напряжений на цепи, содержащие индуктивности и емкости, вводится понятие реактивного сопротивления Z, а именно - для индуктивности Z=jωL, а для емкости - Z=-j/ωC. В этих выражениях содержится мнимая единица j, символизирующая фазовый сдвиг на 90 градусов между переменным напряжением, приложенным к данному элементу, и током, протекающим через этот элемент. Соответственно, -j соответствует фазовому сдвигу на -90 градусов. Для дополнительного упрощения расчета радиотехнических цепей гармоническая функция cos(ωt+ф) заменяется экспонентой - ехр(jωt+ф)).

При таких обозначениях величина тока через катушку, замкнутую на концах, составит I=V/Z. Если в качестве нагрузки используется только индуктивность, то Z=jωL+R, а I=-B₁S(jω)/(jωL+R).

Тогда имеем:

Если сопротивлением R можно пренебречь по сравнению с величиной ωL, то B₁ обращается в нуль. Таким образом, внутри дополнительной катушки, у которой закорочены концы катушки индуктивности, возможно полное подавление внешнего РЧ-поля. Располагая эту катушку вблизи зоны, в которой находится имплант, можно существенно ослабить РЧ-поле в этой зоне.

Можно отметить, что если дополнительная катушка замкнута не накоротко, а на конденсатор емкостью С, то внутри нее возможно существенное усиление РЧ-поля. В этом можно убедиться, проанализировав выражение для тока с учетом того, что нагрузкой для источника ЭДС является не только индуктивность и омическое сопротивление, но и емкость. Тогда в выражение для тока вместо ωL следует подставить (ωL-1/ωC). Наибольший эффект достигается при ωL=1/ωС, что соответствует резонансной настройке дополнительной катушки. В этом случае возможно возрастание РЧ-поля примерно в Q раз, где Q=ωL/R - добротность катушки. Этот полезный эффект, если в качестве РЧ-поля используется сигнал ЯМР. Поэтому при регистрации сигнала дополнительная катушка работает как замкнутый резонансный контур. Однако этот эффект нежелателен при подаче РЧ-импульса от основной катушки, поскольку может вызвать избыточную РЧ-нагрузку в локальной области. Поэтому при работе МРТ в режимах с использованием основной катушки предусмотрено либо размыкание дополнительной катушки, либо закорачивание.

Краткое описание чертежей

Изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 представлены базовые элементы МРТ, на фиг. 2 - схема соединений всех катушек с приемником и передатчиком с помощью системы коммутации, а также переключения внутри катушек, на фиг. 3-5 представлены материалы тестового эксперимента, показывающего возможность использования дополнительной катушки для локального ослабления РЧ-поля. На фиг. 3 представлена фотография дополнительной катушки, расположенной рядом с исследуемым объектом, содержащим имитатор импланта, и на фиг. 4 и 5 представлены томограммы объекта - в разомкнутом состоянии катушки и при закороченной индуктивности. МРТ содержит основную катушку 1, жестко зафиксированную в полости выполненного сверхпроводящим магнита 2, имеющую возможность работы в качестве передающей, или приемо-передающей и приемную катушку 3, которая имеет возможность размещаться внутри полости магнита 2 вблизи исследуемого объекта, размещаемого на передвижной платформе 4, систему коммутации 5, управляющую подключением катушек 1, 3 к приемнику 6 и передатчику 7, а также размыканием катушек 1,3. МРТ оснащен имеющей возможность размещаться внутри полости магнита 2 вблизи исследуемого объекта 4 дополнительной катушкой 8, имеющей возможность работать либо передающей, либо приемо-передающей, либо закороченной на концах, а система коммутации 5 имеет возможность управлять также подключением дополнительной катушки 8 к приемнику 6 и передатчику 7, а также ее размыканием.

Сверхпроводящий магнит 2 выполнен в виде токового соленоида, погруженного в емкость объемом 1200 л, заполненную жидким гелием. Индукция статического поля магнита 3 в его рабочей части в пределах сферы диаметром 40 см составляет 0,5 Тл. Основная 1, приемная 3 и дополнительная катушки 8, установлены внутри полости магнита 2. Внутри полости магнита 2 диаметром 60 см размещена передвижная платформа с исследуемым объектом 4. Рядом с магнитом 2 размещена система коммутации 5, на один вход которой по кабелю подводится РЧ-мощность от передатчика 7, а к другому входу - кабели от основной 1, приемной 3 и дополнительной 8 катушек.

С выхода системы коммутации по кабелю выводится сигнал ЯМР на вход приемника 6. К системе коммутации подходят также питающие и управляющие напряжения. Помещение, в котором расположен магнит 2, экранировано с помощью медных пластин для минимизации влияния на работу МРТ внешних РЧ-излучений. В отдельном помещении установлены электронные узлы - процессор, вырабатывающий сигналы управления томографом, передатчик 7 и приемник 6, на который через систему коммутации 5 поступает сигнал ЯМР от приемной катушки 3 с последующей его оцифровкой и записью в электронную форму. Сигналы управления томографом - РЧ и градиентные импульсы поступают на усилители мощности и далее на томограф. Сигнал от приемника 6 поступает в другое отдельное помещение, где расположен блок управления 9. Его основу составляет компьютер, управляемый оператором. С помощью этого компьютера пересылаются инструкции процессору и принимаются данные о сигнале. На этом же компьютере, которым управляет оператор, происходит обработка данных - реконструкция МРТ изображений и их постпроцессинговая обработка - масштабирование, управление контрастом, объемная обработка, архивация путем записи на диск или в другой носитель, выдача изображений на пленку или в виде распечатки.

Функциональные связи основных компонентов МРТ изображены на фиг. 2. Стрелки указывают направление РЧ-сигнала, в качестве которого может быть как РЧ-импульс от передатчика 7, так сигнал индукции от прецессирующих ядер, поступающий в приемник 6. Управление передатчиком 7, приемником 6 и системой коммутации 5 осуществляется через блок управления 9, на который поступают инструкции пользователя через интерфейс (на диаграмме не изображен). С выхода приемника сигналы поступают на компьютер, обеспечивающий обработку сигналов и вывод данных на электронные устройства временного хранения и архивации (оперативная память, жесткий диск), визуализации (дисплей), документации (пленка или распечатка), другие информационные ресурсы (Интернет и т.д.). Данный компьютер и соответствующие периферийные устройства на диаграмме не изображены.

Согласно изобретению принцип работы МРТ следующий. РЧ-импульс от передатчика 7 через систему коммуникации 5 поступает на основную катушку 1, жестко зафиксированную в полости магнита, имеющую возможность работы в качестве либо передающей, либо приемо-передающей, через кабель 10. Этот РЧ-импульс производит возбуждение ядерной намагниченности. Поскольку напряжения, переносимые от передатчика к основной катушке, составляют сотни вольт, то применяется кабель с толстой изоляцией, а потому весьма жесткий. Переход этой катушки из состояния передающей в приемную осуществляется с помощью автоматического переключателя 11. Он управляется электронной схемой, которая отслеживает поступление РЧ-импульса от передатчика. В результате во время действия РЧ-импульса от передатчика 7 переключатель 11 находится в верхнем положении, а по его окончании - в нижнем.

Возбужденные магнитные моменты дают сигнал ЯМР. Сигнал ЯМР от приемной катушки 3 поступает на другой вход системы коммутации 5, после чего имеет возможность поступить на вход приемника 6. Реализация этой возможности определяется заранее запрограммированным селектором 12. Он является электронным переключателем, задача которого - направить на приемник 6 сигнал ЯМР либо от основной катушки 1 (верхнее положение переключателя селектора 12), либо от приемной 3 (нижнее положение этого переключателя).

Размеры приемной катушки 3 существенно меньше размеров полости. А поскольку сигналы, с которыми она имеет дело, маломощные (сигналы ЯМР не превышают сотен милливольт), то подключается она к системе коммутации 5 с помощью кабеля 13 небольшим слоем изоляции, а потому гибкого. Это обусловливает возможность размещаться приемной катушке 3 вблизи исследуемого объекта, в том числе и при произвольном размещении последнего внутри полости магнита 2.

Согласно изобретению предусмотрено подключение дополнительной катушки 8, которая так же, как и основная 1, может работать либо как передающая, либо как приемо-передающая. При этом ее размеры существенно меньше размеров полости, что обусловливает возможность ее работы с меньшей РЧ-мощностью. Последнее обстоятельство снижает требования по пробойным качествам к элементам, сопровождающим эту мощность, - разделительные конденсаторы, кабели и т.п. Поэтому дополнительная катушка подключается к системе коммутации 5 так же, как и приемная катушка, - с помощью обычного гибкого РЧ-кабеля 14. Это обусловливает возможность размещаться ей так же, как и приемной 3, вблизи исследуемого объекта при произвольном размещении последнего внутри полости магнита 2.

В предлагаемом МРТ обеспечена возможность отключения основной катушки 1 с одновременным подключением дополнительной 8. Эту функцию выполняет коммутатор 15. Чтобы обеспечить суммирование сигналов от приемной 3 и дополнительной 8 катушек, задействован отдельный вход селектора 12, к которому подключен выход сумматора 16, на один вход которого поступает сигнал от приемной катушки 3, а на другой вход - через коммутатор 15 и автоматический переключатель 11 - сигнал от дополнительной катушки 8. Тогда в среднем положении селектора 12 на приемник поступает сумма сигналов от приемной 3 и дополнительной 8 катушки. Это позволяет повысить чувствительность МРТ по сравнению с обычной схемой регистрации.

Все катушки имеют одинаковую функциональную структуру и отличаются лишь схемотехническими решениями, которые учитывают:

1) величины напряжений, которые могут поступать от передатчика 7. Поскольку на приемную катушку 3 сигнал от передатчика 7 вовсе не поступает, то эти решения могут быть произвольными. Например, возможно использование элементов электронного управления емкостью контура - варикапов, что недопустимо для катушек, предназначенных для работы в качестве передающих или приемо-передающих;

2) возможность закорачивания катушки. Эта функция в изобретении предусмотрена лишь для дополнительной катушки.

Каждая катушка (1, 3, 8), с точки зрения радиотехники, представляет собой колебательный контур, составленный из индуктивности (17, 18, 19) и емкости (20, 21, 22). Обычно контур замкнут - индуктивность электрически соединена с емкостью, и если к контуру подводится переменное напряжение (от передатчика или наводится ЭДС индукции), то в контуре циркулирует ток, величина которого максимальна при известных соотношениях между значениями емкости, индуктивности и частоты изменения напряжения. В изобретении предусмотрено размыкание этих контуров с помощью переключателей (23, 24, 25), управляемых от системы коммутации, для чего на катушки заведены сигналы (26, 27, 28) от системы коммутации. Размыкание эквивалентно отключению контура. Это применяется при работе МРТ в режимах с двумя катушками, одна из которых работает только в качестве приемной, для предотвращения появления в контурах катушек токов, дающих вторичные РЧ-поля, что значительно усложняет общую картину распределения РЧ-полей, а в конечном итоге затрудняет интерпретацию МРТ-изображений. При работе МРТ в указанных режимах подключения и отключения контуров происходят синхронно - при подаче РЧ-импульса отключается приемная катушка, а при регистрации ЯМР-сигнала приемная подключается, но отключается передающая.

Поскольку в предлагаемом МРТ предусмотрено использование дополнительной катушки не только для возбуждения и регистрации сигнала ЯМР, но и для их использования в режиме сканирования, при котором планируется ослабление РЧ-поля в зоне расположения этой катушки, то предусмотрено замыкание концов этой катушки с помощью переключателя 29. Его переключения не требуют высокого быстродействия, поэтому в отличие от других переключателей, управляющих катушками, нет необходимости использовать для его работы систему коммутации.

Пример использования предлагаемого МРТ

На фиг. 3 демонстрируется применение дополнительной катушки для ослабления РЧ-поля в зоне локализации импланта. В качестве сканируемого объекта использована цилиндрическая емкость 30, заполненная водой. На торце цилиндра прикреплена металлическая монета 31 из неферромагнитного материала в качестве имитатора импланта. Дополнительная катушка 8, имеющая форму кольца 32, подключенного к блоку, в котором размещены настроечная емкость и элементы коммутации 33, размещена рядом со сканируемым объектом. Катушка прислонена к торцу цилиндра, причем центр кольца позиционирован вблизи импланта. Объект вместе с катушкой размещался в МРТ, с помощью которого проводилось посрезовое сканирование объекта в направлении, перпендикулярном оси цилиндра, которая, в свою очередь, ориентирована по направлению силовых линий магнитного поля, генерируемого основной катушкой. Сканирование проводилось с использованием основной катушки в качестве приемо-передающей, причем применялась методика градиентного эхо с малым углом опрокидывания, чтобы выявить изменения МРТ-сигнала, связанные именно с величиной РЧ-поля, а не других побочных факторов (влияния релаксации и т.п.). Результаты сканирования методом приведены на томограммах - фиг. 4, 5. В первом случае витки дополнительной катушки были разомкнуты, а во втором замкнуты.

На томограммах можно заметить пятно от «импланта». Можно видеть, что зона ослабленного сигнала совпадает с зоной перекрывания объекта приложенным кольцом. Причем этот эффект возникает лишь при коротком замыкании витка дополнительной катушки. При разомкнутой катушке ее присутствие рядом со сканируемым объектом на томограмме никак не проявляется.

Пример реализован на томографе МРТ Tomikon S50 фирмы «Bruker». В качестве дополнительной катушки использована фирменная катушка, которая изначально была предназначена для исследования плечевого сустава и работала только как приемная. Для ее адаптации к выполнению функций дополнительной катушки проведены следующие действия:

1. Для работы в качестве передающей или приемо-передающей удалены варикапы, используемые в качестве настроечных емкостей. Вместо них установлены емкости, основу которых составляют соосно расположенные перемещаемые металлические пластины. Величина емкости зависит от степени перекрытия пластин. В отличие от варикапов на такую емкость может быть подано значительное напряжение от передатчика - сотни вольт.

2. Чтобы обеспечить закорачивание концов катушки, к концам кольцевого провода припаяны короткие провода, которые пользователь мог замыкать путем обычного скручивания.

При использовании дополнительной катушки для ослабления РЧ-поля следует учитывать направление силовых линий магнитного поля основной катушки для каждой конкретной модели МРТ - ось дополнительной катушки должна быть параллельна им.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к средствам магнитно-резонансной томографии. МРТ содержит установленные в полости магнита основную катушку, выполненную с возможностью работы в качестве передающей или приемо-передающей, размещенные вблизи исследуемого объекта приемную катушку и дополнительную катушку, выполненную с возможностью работы в качестве передающей, или приемо-передающей, или закороченной на концах, систему коммутации катушек, включающую коммутатор, автоматический переключатель, сумматор и селектор и приемник и передатчик. Основная и дополнительная катушки подключены через соответствующие кабели к коммутатору, связанному через автоматический переключатель с передатчиком и выполненному с возможностью отключения основной катушки с одновременным подключением дополнительной катушки. Приемная катушка подключена к одному входу сумматора, другой вход которого связан с автоматическим переключателем с возможностью получения через коммутатор сигнала от дополнительной катушки, а выход сумматора подключен к входу селектора, имеющего три положения - первое положение для соединения с автоматическим переключателем подключения основной катушки в режиме приемной, второе положение для подключения сумматора, третье положение для подключения приемной катушки, выход селектора подключен к приемнику. Использование изобретения позволяет снизить и оптимально распределить мощность для возбуждения сигнала ЯМР. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Магнитно-резонансный томограф, содержащий установленные в полости магнита жестко зафиксированную основную катушку, выполненную с возможностью работы в качестве передающей или приемо-передающей, и размещенные вблизи исследуемого объекта приемную катушку и дополнительную катушку, выполненную с возможностью работы в качестве передающей, или приемо-передающей, или закороченной на концах, систему коммутации катушек, включающую коммутатор, автоматический переключатель, сумматор и селектор и приемник и передатчик, при этом основная и дополнительная катушки подключены через соответствующие кабели к коммутатору, связанному через автоматический переключатель с передатчиком и выполненному с возможностью отключения основной катушки с одновременным подключением дополнительной катушки, приемная катушка подключена к одному входу сумматора, другой вход которого связан с автоматическим переключателем с возможностью получения через коммутатор сигнала от дополнительной катушки, а выход сумматора подключен к входу селектора, имеющего три положения - первое положение для соединения с автоматическим переключателем подключения основной катушки в режиме приемной, второе положение для подключения сумматора, третье положение для подключения приемной катушки, выход селектора подключен к приемнику.

2. Томограф по п.1, отличающийся тем, что кабель для подключения приемной и дополнительной катушек выполнен гибким и радиочастотным.

3. Томограф по п. 1, отличающийся тем, что каждая из катушек выполнена в виде колебательного контура, включающего индуктивность, емкость и переключатель отключения контура, выполненный с возможностью его управления системой коммутации.

4. Томограф по п. 3, отличающийся тем, что дополнительная катушка снабжена переключателем для замыкания концов катушки.