Компоненты магнитно-резонансного томографа

Для внедрения магнитно-резонансной томографии в современ­ ной больнице требует размещения в ней достаточно впечатля­ ющего высокотехнологичного комплекса. На рис. 24-34 показа­ ны пять основных компонентов МР-томографа, которые более подробно описаны ниже.

1.Магнит.

2.Градиентные катушки.

3.Радиочастотные катушки.

4.Электронная система обеспечения.

5.Компьютер и дисплей

Магниты

Наиболее видимым и, похоже, наиболее часто обсуждаемым компонентом МР-томографа является магнит, создающий мощ­ ное статическое (постоянное) магнитное поле, вокруг вектора на­ пряженности которого прецессируют ядра. Существует три типа магнитов для MPТ, причем каждый из них имеет уникальные ха­ рактеристики. Их объединяет общая задача, однако они отлича­ ются способом создания магнитного поля, которое измеряется в единицах Тесла1. В основном в клинических МР-томографах ис­ пользуют напряженность магнитного поля от 0,1 до 3,0 Тесла. Для сравнения, магнитное поле Земли составляет приблизитель­ но 0,00005 Тесла (рис. 24-35).

Напряженность статического поля, окружающего магнит, на­ зывается периферическим магнитным полем, иногда измеряет­ ся в единицах Гаусса2 (1 Тл = 10000 Гаусс).

Резистивные магниты. Первый типом магнита считается ре­ зистивный магнит (рис. 24-36), который работает по принци­ пу электромагнита. Магнитное поле создается электрическим током, протекающим через катушку. Резистивные магниты тре­ буют большого количества электроэнергии, во много раз превы­ шающие потребности в электроэнергии типичного рентгеноло­ гического оборудования, для того чтобы обеспечить большое количество тока, необходимого для получения сильных магнит­ ных полей. Затрата этой электроэнергии должна быть учтена как часть стоимости работы устройства.

Кроме того, высокие электрические токи нагревают магнит, об­ разуют тепло, которое должно быть удалено системой охлажде­ ния. Высокая температура образуется из за того, что провода маг­ нита имеют электрическое сопротивление. Чем больше сопротив­ ление проводов, тем большая часть тока преобразуется в тепло. Типичная резистивная система вырабатывает магнитное поле на­ пряженностью до 0,3 Тесла.

1 Никола Тесла, 1856-1943. (рожденный в Хорватии и работавший в США) исследователь электромагнитного феномена.

Тесла является единицей плотности магнитного потока, равная 1 Веберу на квадратный метр (в системе СИ).

2 Карл Ф. Гаусс, немецкий физик, 1777-1855. Гаусс является единицей плот­ ности магнитного потока на квадратный сантиметр (в системе СГС).

Рис. 24-34. Главные компоненты МРТ

Рис. 24-35. Сравнение силы магнитного поля. МРТ-0,1-3,0 Тесла

(1000-30000 Гаусс), Земля - 0,00005 Тесла (0,5 Гаусс)

Рис. 24-36. Резистивный магнит состоит из катушки провода, окру­ жающего центр канала (сила поля — до 0,3 Тесла)

Постоянные магниты. Вторым типом магнита, который может быть использован в МРТ, является постоянный магнит. Содер­ жание постоянного магнита не требует высоких эксплуатацион­ ных расходов, как это случается при использовании двух дру­ гих типов магнитов, то есть расходов на электроэнергию и кри­ огенные материалы (рис. 24-37). Некоторые материалы создают постоянное магнитное поле. Такие магниты часто используют в повседневной жизни, например закрепляя записку на двери хо­ лодильника. Некоторые большие постоянные магниты могут ге­ нерировать поле с напряженностью до 0,3 Тесла, такое же, как и в резистивных магнитах.

Стоимость покупки МРТ с постоянным магнитом находится между стоимостью аппаратов с магнитами двух других типов. Но эксплуатационные расходы для аппаратов с этим типом маг­ нита невелики. Недостатком в этом случае может быть неспо­ собность выключать магнитное поле. Если металлический объ­ ект случайно окажется в канале магнита, то его будет сложно удалить.

Сверхпроводящие магниты. Третьим и наиболее распро­ страненным типом магнита является сверхпроводящий маг­ нит, который также является электромагнитом. Но он ис­ пользует свойство сверхпроводимости, которое присуще не­ которым материалам при очень низких температурах. Сверх­ проводящий материал практически не имеет электрического сопротивления. При этом поддержание мощного потока элек­ тричества в катушке магнита почти не требует энергетических затрат. Таким образом, затраты на электроэнергию для работы сверхпроводящего магнита незначительны.

Существенным фактором в данном случае является стои­ мость снабжения магнита низкотемпературными охлаждающи­ ми криогенными материалами. Ими служат либо жидкий азот (-195,8° С), либо жидкий гелий (-268,9° С). Стоимость содер­ жания криогенной системы охлаждения стоит столько же или даже выше, чем стоимость электроэнергии для резистивных магнитов. Стоимость покупки МР-томографа со сверхпроводя­ щим магнитом также является самой высокой среди трех типов МР-томографов.

Сверхпроводящие магниты создают магнитное поле высо­ кой напряженности — до 2,0-3,0 Тесла и более.

Более сильное магнитное поле позволяет увеличить соотно­ шение сигнал-шум, что значительно улучшает качество изоб­ ражения.

Короткий канал с раструбом. Рис. 24-39 демонстрирует сов­ ременный сверхпроводящий магнит с коротким (60 см) кана­ лом, имеющим на конце раструбообразное расширение, что помогает избежать клаустрофобии у пациентов.

Открытый МР-томограф. Полностью открытый тип МР-то­ мографа с резистивным магнитом 0,23 Тесла показан на рис. 24-40. Некоторые другие производители выпускают от­ крытые системы такого же размера с постоянными магнитами. Существуют открытые МР-томографы с магнитом сверхпрово­ дящего типа.

Открытые системы особенно удобны для исследования детей, а также взрослых с тяжелой клаустрофобией, которые не могут находиться в системах закрытого типа.

Постоянный магнит

FONAR

Сила поля — до 0,3 Тесла

Рис. 24-37. Постоянный магнит (сила поля — до 0,3 Тесла)

Рис. 24-38. Сверхпроводниковый магнит (сила поля — до 2-3 Тесла) (пациент находится в канале магнита)

Рис. 24-39. Раструбообразный короткий канал, 1,5-3,0 Тесла (с раз­ решения Philips Medical Systems)

Рис. 24-40. Открытая МР-система 0,23 Тесла (с разрешения Philips Medical Systems)