Квантовая физика, математика, биология, криогеника, химия и электроника сплелись единым узором, чтобы воплотиться в железе и показать настоящий внутренний мир человека, и даже, ни много ни мало, прочитать его мысли. Электроника таких аппаратов, по надежности и сложности может сравниться разве что с космической. Эта статья посвящается оборудованию и принципам работы магнитно-резонансных томографов.
В области современного томографостроения лидируют мастодонты электронного мира: Siemens, General Electric, Philips, Hitachi. Только такие крупные компании могут позволить себе разработку столь сложного оборудования, стоимость которого как правило составляет десятки (почти сотни) миллионов рублей. Разумеется, ремонт такой дорогущей техники у официального представителя влетает в огромную копеечку владельцу аппарата (а они к слову в основном частные, а не государственные). Но не стоит отчаиваться! Также как и сервис-центры по ремонту ноутбуков, телефонов, чпу-станков, да собственно любой электроники существуют фирмы, занимающиеся ремонтом медицинского оборудования. В одной из таких фирм я и работаю, поэтому продемонстрирую вам интересную электронику и постараюсь описать ее функционал понятными словами.
Магнитно-резонансный томограф фирмы GE Healthcare с полем 1.5 Тесла. Стол отсоединяется от томографа и может быть использован как обычная каталка.
Вся магия МРТ начинается с квантовой физики, откуда берет свое начало термин «спин», применяемый к элементарным частицам. Можно встретить кучу определений, что такое спин, общепринято — это момент количества движения частицы, что бы это не значило. В моем понимании частицы как-бы постоянно вращаются (упрощенно) создавая при этом возмущения в магнитном поле. Так как элементарные частицы в свою очередь образуют ядра атомов, считается, что их спины при этом складываются и ядро обладает собственным спином. При этом, если мы хотим как-то взаимодействовать с ядрами атомов с помощью магнитного поля, нам будет очень важно, чтобы спин ядра был ненулевой. Совпадение или нет, но самый распространенный в нашей вселенной элемент — водород имеет ядро в виде одного единственного протона, который имеет спин равный 1/2.
А это означает, что упрощенно, ядра водорода можно рассматривать как очень маленькие магниты, имеющие северный и южный полюс. И стоит ли упоминать, что в теле человека атомов водорода просто море (около 10^27), но так как мы не притягиваем к себе железки, становится очевидно, что все эти маленькое «магниты» уравновешиваются между собой и остальными частицами, и общий магнитный момент тела практически равен нулю.
Иллюстрация из книги Эверта Блинка «Основы МРТ». Протоны с черными стрелками, символизирующими стрелку компаса вращаются в направлении синей стрелки.
Приложив внешнее магнитное поле, можно вывести эту систему из равновесия и протоны (не все конечно) поменяют свою пространственную ориентацию в соответствии с направлением силовых линий поля.
Иллюстрация из книги Lars G. Hanson Introduction to Magnetic Resonance
Imaging Techniques. Спины протонов в теле человека показаны в виде векторов-стрелочек. Слева отражена ситуация когда все протоны находятся в магнитном равновесии. Справа — когда приложено внешнее магнитное поле. Нижние визуализации показывают тоже самое в трехмерном варианте, если построить все векторы из одной точки. При всем этом, происходит вращение (прецессия) вокруг силовых линий магнитного поля, которая показана круглой красной стрелкой.
Прежде чем протоны сориентируются в соответствии с внешним полем, они будут какое-то время колебаться (прецессировать) около положения равновесия, как и стрелка компаса, что колебалась бы возле отметки «север», если бы производитель предусмотрительно не добавил бы демпфирующую жидкость внутрь циферблата. Примечательно, что частота таких колебаний различается для разных атомов. На измерении этой частоты например, основаны методы резонансного определения состава исследуемого вещества.
Для ядер атомов водорода в поле величиной 1 Тесла эта частота составляет 42,58 МГц, ну или простыми словами, колебания протонов вокруг силовых линия поля такой напряженности происходят около 42 миллионов раз в секунду. Если мы облучим протоны радиоволной с соответствующей частотой, то возникнет резонанс, и колебания усилятся, вектор общей намагниченности при этом сместится на определенный градус относительно линий внешнего поля.
Иллюстрация из книги Lars G. Hanson Introduction to Magnetic Resonance Imaging Techniques. Показано как смещается общий вектор намагниченности, после воздействия радиоволны с частотой, которая вызывает резонанс в системе. Не забываем, что все это продолжает вращаться относительно силовой линии магнитного поля (на рисунке она расположена вертикально).
Тут и начинается самое интересное — после взаимодействия радиоволны с протонами и резонансного усиления колебаний, частицы снова стремятся придти к равновесному состоянию, при этом, излучая фотоны (из которых и состоит радиоволна). Это и называется эффектом ядерного магнитного резонанса. По сути, все исследуемое тело превращается в огромный массив миниатюрных радиопередатчиков, сигнал с которых можно поймать, локализовать и построить картину распределения атомов водорода в веществе. Так что, как вы уже догадались, по сути МРТ показывает картину распределения воды в организме. Чем сильнее напряженность поля, тем большее число протонов можно использовать для получения сигналов, поэтому разрешающая способность сканера напрямую зависит от этого.
Сей эффект проявляется не только в сильных магнитных полях — каждый день, даже по пути в магазин за хлебом, протоны нашего тела испытывают влияние магнитного поля Земли. Исследователи из Словении например, построили экспериментальную систему МРТ, использующую лишь магнитное поле нашей планеты.
Иллюстрация из научной статьи «Magnetic Resonance Imaging System Based on
Earth’s Magnetic Field» Авторы: Ales Mohoric, Gorazd Planins и др. Демонстрирует снимки, полученные с использованием экспериментальной системы. Слева яблоко, справа — апельсин. Показательно не то, что получаются снимки с плохим качеством, а сама принципиальная возможность использования МР в слабых полях.
Разумеется, в коммерческих медицинских сканерах, напряженность магнитного поля многократно выше земного. Наиболее часто используют сканеры с полем 1, 1.5 и 3 Тесла, хотя есть как более слабые (0.2, 0.35 Тесла), так и суровые монстры в 7 и даже 10 тесла. Последние используют в основном для исследовательской деятельности, и в нашей стране насколько мне известно, таких нет.
Конструктивно поле в сканере может создаваться по разному — это и постоянные магниты, и электромагниты, и погруженные в кипящий гелий сверхпроводники по которым текут огромные токи. Последние широко распространены, и представляют наибольший интерес, так как позволяют добиться несравненно большей напряженности поля по сравнению с другими вариантами.
Типичная конструкция аппарата МРТ, поле в котором создается током, текущим через сверхпроводники. Источник — интернет.
Температура сверхпроводящих обмоток поддерживается благодаря постепенному испарению хладагента — жидкого гелия, кроме того в системе работает криокулер, на жаргоне медтехников называемый «холодной головой». Он издает характерные чавкающие звуки, которые вы наверняка слышали если хоть раз видели аппарат вблизи. Ток в сверхпроводниках течет постоянно, а не только во время работы аппарата, соответственно магнитное поле есть всегда. На незнании этого факта часто попадаются киношники (например в последнем сезоне сериала «Черное зеркало» был подобный ляп).
На панели управления аппаратов такого типа есть большая красная кнопка, позволяющая отключить магнитное поле (Rundown magnet). Она не без иронии называется «Кнопка увольнения».
Одна из панелей управления томографом фирмы Siemens
Нажатие этой кнопки включает аварийные нагреватели в емкости с хладагентом, которые поднимают температуру обмоток до критической точки, после которой процесс идет лавинообразно: после приобретения обмотками сопротивления, ток через них моментально разогревает их и все вокруг, приводя к выбросу гелия через специальную трубу. Этот процесс называется «квенч», и это наверное самое грустное, что может случится с аппаратом, так как восстановление его работоспособности после такого занимает очень много времени и денег.
Томограф Siemens Espree, с полем 1.5. Тесла, обратите внимание на металлические ключи, которые спокойно лежат на столе — магнитного поля тут больше нет. Был закуплен для некоторых государственных клиник у компании Siemens. Имеет сравнительно малые размеры емкости и большой диаметр апертуры. Есть мнение, что подобное укорочение конструкции вылилось в то, что он любит часто пускать гелий на ветер сам по себе (по крайней мере аппарат на фото делает это с завидной регулярностью).
Тем временем после небольшого отступления, снова вернемся к теории. Если просто принимать радиоволны испускаемые протонами тела в ответ на резонансные радиоимпульсы, картинку не построить не выйдет. Как же локализовать сигнал, который идет сразу со всех частей тела? В свое время исследователи Пол Лотербур и Питер Мэнсфилд получили за решение этой проблемы нобелевскую премию по медицине. Если вкратце, их решение состоит в применении дополнительных обмоток в аппарате, создающих практически линейное изменение напряженности магнитного поля вдоль выбранного направления — градиент поля. Так как наше пространство вроде как трехмерное, то и обмоток используется три — оси X, Y и Z.
Иллюстрация из книги Эверта Блинка «Основы МРТ». Примерно так выглядят дополнительные градиентные обмотки внутри аппарата — реальные обмотки имеют конечно более сложную структуру.
Если напряженность магнитного поля изменяется по линейному закону, то при активации одного из градиентов протоны вдоль этого направления будут иметь различную резонансную частоту.
Иллюстрация с сайта howequipmentworks.com. Символически нарисованы градиентные обмотки (синим) и радиочастотная обмотка (зеленым). Показано что при создании градиента поля вдоль стола в точке А резонансная частота протонов будет отличатся от частоты в точке B
Использование градиентов позволяет манипулировать полем так, чтобы сигнал приходил только из конкретно определенных областей. В зависимости от амплитуды полученного сигнала выбирается яркость пикселя на картинке. Чем больше концентрация протонов в области — тем ярче результат.
Чтобы создать градиент магнитного поля, нужно пропустить через градиентные обмотки большой ток, причем импульс должен быть довольно кратковременным, и с крутым фронтом, а для некоторых программ и вовсе требуется, чтобы направление тока в градиентной обмотке мгновенно менялось на противоположное для перемагничивания. Этим занимаются мощные импульсные преобразователи, они занимают целую стойку в аппаратной.
Градиентные усилители аппарата Siemens Harmony 1T. Рабочие характеристики — до 300 Ампер и до 800 Вольт, при использовании шести модулей — на фото представлено три модуля.
В аппаратах Siemens традиционно используется водяное охлаждение силовых компонентов — трубки видно на фото. Это нередко выливается (интересный каламбур) в хороший салют при любой течи. Несмотря на хваленое немецкое качество, никто не озаботился установкой датчиков протечки ( в этом плане им стоило бы поучиться у GE). Но справедливости ради, конкретно градиентные блоки текут редко, чаще они выходят из строя без видимой причины.
Внутренности градиентного модуля от Siemens Harmony старого типа.
Модуль вроде тех, что показан на фото тяжело поддается ремонту — транзисторы приклеены к медной трубке на что-то вроде холодной сварки, и горят они там сразу десятками. Чтобы снять плату, требуется отпаять одновременно несколько десятков ножек! Лучше забудем этот кошмар, и посмотрим на более свежее решение от немецкого производителя.
Градиентный усилитель от Siemens Harmony. Более новая версия. Две симметричные платы прикручиваются болтами к очень мощным полевым транзисторам. Транзисторы работают группами по шесть штук параллельно, горят конечно тоже не по одному. Модель на фото уже слегка «отколхожена», вместо родных разъемов между платами впаяны медные пластины. Обратите внимание на верхний правый угол фото — это оптические кабели по которым идет сигнал на открытие ключей. Если перепутать их подключение — блок тут же сгорает с громким хлопком, никакой защиты «от дурака» в такой технике не предусмотрено.
Одной из главных проблем при ремонте является отсутствие какой-либо документации, тем более, оборудование весьма специализированное. Поэтому порой приходится набить немало шишек и пожечь довольно много недешевых компонентов, чтобы понять что же было не так. Конечно, за деньги можно купить и сервисные мануалы, но как правило, они весьма поверхностные. Крутые фирмы надежно хранят свои секреты.
Чем сильнее магнитное поле в аппарате, тем соответственно более мощными должны быть и градиентные преобразователи. В аппаратах с полем 1.5 Т и 3 Т куча параллельных полевых транзисторов, которые нужно набрать для обеспечения необходимой мощности, становится чересчур огромной, в дело вступают IGBT сборки, подобные тем, что ставят в промышленные преобразователи частоты для управления двигателями.
Градиентный усилитель Quantum Cascade в разборе, ток до 500 Ампер, выходное напряжение до 2000 В. В его составе работают 20 мощных IGBT сборок. Здесь есть интересный момент — сама по себе сборка не выдержит 2 киловольта, это напряжение получается путем использования пяти независимых источников по 400В каждый. Моя мечта — собрать из этого агрегата катушку Тесла.
Что же творится с градиентными обмотками, когда по ним текут такие чудовищные токи, с учетом того что они еще и находятся в неслабом магнитном поле? Сила Ампера разумеется заставляет их деформироваться, но они накрепко залиты смолой по самое немогу. Тем не менее, даже это не спасает — так как градиенты работают в диапазоне звуковых частот, то возникающие при этом вибрации могут порождать довольно громкие звуки, по громкости напоминающие удар молотком по гвоздю (с той оговоркой, что вы слышали как стучат молотком около 5000 ударов в секунду). Поэтому практически в любом аппарате МРТ есть наушники, либо беруши. Софт и аппаратура постоянно контролируют уровень звука в помещении сканера, чтобы децибелы не выходили за допустимые пределы. Быстро изменяющееся при работе градиентов магнитное поле, вкупе с порождающими резонанс радиочастотными импульсами наводит вихревые токи в любой металлической поверхности рядом со сканером, что приводит к вибрации металла и небольшому нагреву, а на снимках даже от маленькой металлической пломбы появятся характерные артефакты. Именно по этой причине перед обследованием в МРТ требуют избавиться от всего металла (пломбы снимать не надо).
За создание радиочастотных импульсов нужной частоты отвечает блок синтезатора (в аппаратах Siemens) или же эксайтер (в случае аппаратов GE). Несмотря на разные названия, их функции примерно одинаковы. Эти блоки как правило надежны и редко требуют ремонта, если с ними аккуратно обращаться. Сигнал формируется путем цифро-аналогового синтеза, и представляет собой sinc-функцию.
Слева продемонстрированы два вида радиочастотных импульсов — гауссиан и sinc, он же так называемый кардинальный синус. Справа показан профиль возбуждения при их использовании в качестве радиочастотного возбуждающего сигнала — то есть примерно показана форма области, где протоны войдут в резонанс, вид сбоку. Разумеется нижняя версия более предпочтительна для создания изображений (слайсов), особенно когда они расположены близко друг к другу, чтобы уменьшить влияние сигналов за пределами выбранной области сканирования.
Наконец, мы подошли без преувеличения, к самому интересному по моему мнению блоку во всем томографе — радиочастотный усилитель мощности, который преобразует слабый сигнал с синтезатора в мощный, подаваемый на передающую антенну в аппарате.
Мощность усилителя для томографа с полем 1Т составляет 10кВт, для поля 1.5Т уже 15 кВт, соответственно для более высокопольных аппаратов требуются большие мощности в плане радиочастотного излучения. Это одна из причин, почему высокопольные аппараты еще прочно не вошли в клиническую практику. Но давайте без фанатизма — постоянно разговаривая по мобильнику вы пооблучаетесь побольше чем за один сеанс в аппарате МРТ.
Как правило этот блок совмещает в себе сложные запутанные схемы управления и защиты, радиочастотные фишки, большие напряжения, а также проблемы с охлаждением.
В томографах General Electric и Hitachi ставят усилители мощности, изготавливаемые фирмой Analogic. Отличаются красивой компоновкой компонентов на плате, высокой живучестью — как правило в их усилителях несколько транзисторных каскадов работают параллельно, причем выходной сумматор устроен так, что при отказе одного каскада усиления, блок продолжит работать, хоть и не на полную мощность.
Плата усилителя из аппарата GE. Красивая и эффектная конструкция!
В аппарате с полем в 1.5Т стоят два таких красавца, по 8 кВт каждый. Верхняя девятислойная (!) плата — это хитрый импульсный блок питания, а сам усилитель размещен на нижней плате. К нам он попал по причине неисправности верхней платы. За отсутствием времени на разбирательства со схемой, успешно хакнули и собрали из двух серверных блоков питания замену. Кроме того путем подбора более крутых по характеристикам транзисторов смогли добиться усиления большего чем было изначально.
Этот малыш работает в системе с магнитным полем в 0.35Т, тем не менее легко угадывается похожесть на технику из GE — производитель один.
К сожалению, не могу сказать того же про продукцию Siemens. Очевидно, что перед инженерами, проектировавшими устройство радиочастотного усилителя поставили задачу во чтобы то ни стало использовать производимый компанией дешевый транзистор Buz103. Это хилый компонент в плане допустимой для него мощности, и чтобы выкрутится из положения, в итоговую конструкцию усилителя с красивым именем «Dora» вставили 177 транзисторов, все они стоят на двух огромных радиаторах, которые при работе находятся под высоким напряжением и контактируют через термопрокладку с радиатором водяного охлаждения, а тот уже в свою очередь постоянно течет, причем прямо на плату, что на фото далее.
Плата усилителя Siemens усилителя мощности 10кВт. Сплошные электротехнические понты: индуктивности из дорожек, идущие через несколько слоев, сложнейшая схема управления транзисторами на 10-слойной плате, резонаторы из полигонов и прочие малоприятные вещи.
Ремонтопригодность усилителя этой фирмы практически никакая. Имея в своем распоряжении производство транзисторов Siemens может позволить себе собрать близкие по параметрам детали из партии, путем отбора, а это очень критично когда параллельно работает сразу сотня транзисторов. И самое обидное, что даже если купить нужное количество на замену, то выяснится что то, что находятся в продаже оказывается не тем чем кажется.
Вскрытие транзисторов — снаружи все подписаны и выглядят одинаково, внутри — все разные. Оригинал — крайний справа. Те, что с меньшей площадью кристалла чем у оригинала — горят как спички, второй справа хоть и имеет близкую площадь, но отвратительно работает в режиме усиления.
Вероятно у кого нибудь может возникнуть вопрос, почему в описанных усилителях применяют транзисторы, а как же лампы? Действительно, в старых агрегатах фирмы Siemens, а также во вполне современных аппаратах Philips с полем в 3Т применяют именно лампы. Увы, фото данного железа у меня нет, но могу сказать что срок службы у этих элементов составляет всего год-два, а цена у них немалая. Вообще, как то в статье обделил вниманием Philips, нехорошо вышло. Исправлюсь немного:
МРТ нового типа — Philips Panorama. Как правило аппараты открытого типа основаны на постоянных либо электромагнитах, что автоматом означает низкое поле и качество картинки. Но не в этом случае. Поле этого аппарата 1 Тесла, и здесь также применяется сверхпроводник. Огромное по сравнению с обычным томографом пространство позволяет проводить исследование крупных пациентов, либо тех кто боится замкнутого пространства, например детей.
Мощность радиочастотного сигнала контролируется в самом блоке усилителя мощности, в измерительном блоке, осуществляющем подстройку передающей антенны (катушки) и еще в приемнике. Таким образом, аппарат МРТ имеет троекратную защиту от превышения допустимых норм радиоизлучения. Так что не бойтесь, и смело проходите обследование.
Несмотря на всю мощь усилителей, описанную выше, сигнал, получаемый в ответ на резонансное возбуждение довольно мал. Поэтому передающую антенну (Body coil), описанную ранее и находящуюся в корпусе томографа редко используют в режиме приема сигнала. Вместо этого, существует большой набор катушек (coils) для любых частей тела — голова, спина, колено, плечи и.т.п. Они находятся гораздо ближе к объекту исследования и позволяют добиться лучшего качества изображения. Но я думаю вы уже устали от кучи информации, поэтому я просто засуну в томограф арбуз.
Арбуз готовится к исследованию. На нем сверху лежит катушка, предназначенная для грудной области, под ним — катушка для спинного отдела и позвоночника. Справа на полу —
Мало кто режет арбузы в поперечном направлении. Аппарат МРТ позволяет сделать это без ножа. Знали ли вы об интересной фрактальной структуре внутри? Обратите внимание, что верхняя часть, которая ближе к приемным элементам катушки светлее, так как амплитуда сигнала, получаемого из этой области выше, чем снизу ягоды.
Продольный разрез уже знаком всем. Думаю, арбуз спелый, можно брать.
Сигнал с катушек поступает в блок приемника в виде аналоговых сигналов, где перерабатываются в цифровую форму. В новейшем оборудовании на острие прогресса, приемник с аналогово-цифровым преобразователем встроен прямо внутрь катушки, а к компьютеру идет оптическая линия передачи данных. Это сделано для того чтобы максимально убрать помехи. Компьютер, занимающийся построением изображения из этих данных обычно стоит отдельно и называется реконструктором. Полученные изображения печатают на пленку, которая кстати хорошо подходит для фоторезиста.
В заключение еще хотел добавить, что в России прямо сейчас проводят интересные исследования по улучшению качества изображения в аппаратах МРТ. Этим занимается кафедра нанофотоники и метаматериалов университета ИТМО. Если простыми словами — метаматериалы это композиты, имеющие специальную структуру. Они позволяют создавать антенны и резонаторы, с очень малыми размерами по сравнению с длинной волны излучения, что идеально подходит для магнитно-резонансной томографии.
Комментарии (168)
Meklon
17.07.2017 08:39+5Изумительно, спасибо. Вспомнил, как тестировал конусно-лучевой томограф на тыкве. А потом ещё была дощечка с гвоздиком, чтобы проверить равномерность вращения излучателя.
Mikeware
17.07.2017 08:43+3в итоговую конструкцию усилителя с красивым именем «Dora» вставили 177 транзисторов
— наверное, сумрачный германский гений вспомнил https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%BE%D1%80%D0%B0_(%D0%BE%D1%80%D1%83%D0%B4%D0%B8%D0%B5) :-)
impetus
17.07.2017 09:10+2как вариант — такую конструкцию сложнее склонировать.
А вообще круто конечно — когда-то 7Тл было доступно только самым-самым маститым физикам, а теперь вот — людей в это суют массово.
Заодно на тему «как выглядят высокие технологии»… Сложно они выглядят…
«любая достаточно сложная технология неотличима от магии»
Очень интересная статья.Mikeware
17.07.2017 09:16наверняка конструкция зарегистрирована как промышленный образец, и поэтому клон (даже если он получится работоспособным) никуда не приткнуть.
А выглядят они действительно сложно. Не говоря уж о том, что даже не всякий образованный человек поймет, как оно работает…
lubezniy
17.07.2017 21:45В 7 Тл всё же вряд ли массово. Ибо для массовости нужно много аппаратов, а создание такого магнитного поля, пожалуй, требует такого расхода электроэнергии, что здания с такими вводами под размещение аппаратов ещё приходится поискать.
Dmitry_5
17.07.2017 09:10-3Немцы делают хорошо, но намеренно все усложняют, мне так кажется. Американуы
gasizdat
17.07.2017 09:21Я правильно понял, что ток в магнитах циркулирует постоянно без внешней подпитки, пока проводники остаются сверхпроводящими?
Garbus
17.07.2017 12:27+1Да вроде в статье так и написано — всегда. И то что при «сбое» сверхпроводимости получается пороткое замыкание со знатным нагревом и выбросом гелия «в трубу».
Более интересно, в чем основная проблема восстановления после этого. Катушка настолько перегревается, что деформируется с возможными разрушениями?
Astrei
17.07.2017 13:13+6Заново «захолодить» аппарат и поднять поле стоит весьма недешево и требует специального оборудования.
Smbdy_kiev
17.07.2017 15:04+1Я вот тоже не сильно понял. При взаимодействии же часть энергии поглощается испытуемым. Поле нужно подпитывать? Или имеется в виду, что если всех повынимать, и выключить свет в кабинете, то токи продолжают бегать по сверхпроводникам, и те же ключи от подсобки уборщицы могут стать ой как дорого?
А в общем круто. Я как-то пытался воткнуться в медтехнику, но в своём городе не нашёл ничего адекватного. Так и сижу в бытовой. А тут читаю, аж глаза засветились… Спасибо.dmitry2
17.07.2017 17:10+3Линии магнитного поля замкнуты, энергия не поглощается пациентом. Есть очень небольшое падения поля за счет потерь в сверхпроводнике (на припое к примеру), за счет наводок. Обычно падение поля за время жизни аппарата никак не влияет на работоспособность.
SuperZveruga
20.07.2017 13:10-2На самом деле это очень большая и интересная загадка для всей мировой физики, — тратит ли магнит энергию? Ставятся мысленные эксперименты на подобии следующего, на сколько хватит постоянного магнита массово намагничивающего иголки на производстве.
Когда говорят про замкнутость линий магнитного поля забывают про такой параметр как напряжённость поля.
Теоретически магнит должен остывать..., но с этим не все могут согласиться, так как учёные вообще точно не уверены откуда берётся энергия магнитного поля.
Если постоянный магнит остывает при затрате энергии магнитного поля, тогда он является вечным двигателем второго рода.
dmitry2
17.07.2017 17:17+4Никаких разрушений катушки при квенче не происходит. Основная проблема — это цена жидкого гелия для заправки магнита. Цена есть вот тут. Потребуется 1500-3000 литров гелия + работы по заливке + доставка.
Если магнит потеряет весь гелий, то все очень сильно усложняется — стенки сосуда нагреются и этого объема гелия не хватит для получения уровня жидкого гелия в криостате. Обычно в таком случае, сначала заливают жидкий азот (он наметно дешевле) и потом заменяют его жидким гелием. Это процедура очень затратная по времени и цене.Garbus
17.07.2017 19:42+1Ого, 1500-3000 литров. Аппарат не выглядит настолько большим, да и пустоты вокруг катушек мне казалось должны быть минимальными. Думал вообще, в случае нагрева, тащат емкость с гелием плюс внешний «переносной» криостат и постепенно гоняя опускают температуру до приемлемой, с минимальными побочными затратами гелия.
vvzvlad
18.07.2017 00:29+1Так это же не сжиженного 1500 литров. Сжиженного там гораздо меньше будет
dmitry2
18.07.2017 07:32+1К сожалению, сжиженного. Полная емкость криостата 2000-3000 литров (в зависимости от типа магнита, объем для 3Т больше, чем для 1.5Т). Не нужно так же забывать, что есть потери гелия при перевозке и переливе т.е. в магнит попадает не весь гелий, который был куплен.
igruh
17.07.2017 09:31+1Странноватое решение с выводом поля нагревом гелия и переходом магнита. Это ни разу не безопасно (резкий скачок давления и электрическая дуга на магните), крайне дорого и может быть фатальным для соленоида. Если источник тока не четырёхквадрантный, то можно сделать вывод тока через охлаждаемый поглотитель энергии.
dmitry2
17.07.2017 11:57+5Снятие поля происходит нагревом сверхпроводника до темп. выше критической. Никакой электрической дуги при этом не возникает, сверхпроводник одновременно нагревается в нескольких местах + установлено несколько сборок диодов для ограничения напряжения в катушке до безопасного уровня. Вообще, этот способ используется для экстренного снятия поля в ситуациях когда есть риск для жизни/здоровья людей (например, кого-нибудь придавило железякой).
semen-pro
17.07.2017 10:43А я всё собираюсь позитронно-эмиссионный томограф на коленке собрать. Думаю, он гораздо проще по конструкции.
Astrei
17.07.2017 13:28+1Вы уверены? Насколько я знаю, этот тип аппаратов еще сложнее и дороже МРТ. И где вы собрались радиоизотопы брать? О_о
semen-pro
17.07.2017 15:41На самом деле нет. Не нужен жидкий гелий, катушки и прочее. Только синхронный детектор и радиоизотоп. И механика. В моём городе достать человека с радиоизотопом для опытов не сложно: мне самому раз в год ПЭТ делают, отловить пацианта можно по высокому гамма фону. По технологии, пациент должен быть голодным, поэтому, вполне рассматриваю вариант за еду) Самое сложное — это механическая система, по типу КТ томографа.
semen-pro
17.07.2017 15:50UPD:
Видео с дозиметром через примерно 4 часа после ПЭТ. От меня жутко «фонит» и это вызывает «переполнение буфера». Сразу, после процедуры, дозиметр офигевал и показывал 0, вместо ~12 при нормальных условиях.
Astrei
17.07.2017 16:11+1Представил как на улице подходят незнакомые люди с дозиметром и говорят — «пройдите с нами на опыты».
Конструкция аппарата подразумевает целую кучу детекторов:
Я полагаю, вы хотите использовать малое количество детекторов за счет их вращения вокруг обследуемого образца. Мне кажется это будет нереально сложно с точки зрения определения позиционирования детекторов. Нужно будет точно отслеживать положение рамы во время регистрации гамма-кванта, да и не факт что он не пролетит мимо пока детекторы проходят другой участок. Тем более в КТ излучатель строго напротив детекторов, а тут гамма-кванты могут прилететь откуда угодно же. Не зря в оригинальном аппарате такое решение не используется.semen-pro
17.07.2017 18:12гамма-кванты могут прилететь откуда угодно
Вообще-то нет, при аннигиляции возникают 2 гамма-кванта, которые разлетаются род углом 180 градусов. Вот их, мы и будем ловить. Есть такая diy штуковина — мюонный телескоп, там похожий принцип используется: сигнал с двух детекторов поступает на логический элемент «И» и там выделяются нужные совпадения.Astrei
17.07.2017 18:19+2Ну я имел ввиду, что разлететься то они в любом направлении могут, хоть вдоль тела, разве нет?
Поделитесь ссылкой на телескоп если есть, интересно будет почитать.semen-pro
17.07.2017 19:18+1разлететься то они в любом направлении могут, хоть вдоль тела, разве нет?
Разлетаются в всех направлениях, томограф отрисовывает срез в плоскости поперек тела, потом смещается и следующий срез и так далее. Доза довольно большая, квантов хватает. Мне на диск все эти срезы скинули вместе с прогой, которая по ним полную картину строит. Кстати, глючная, до жути.
Тот самый телескоп с атмегой и дисплеем
Тыц
SeregaSA73
20.07.2017 00:06Что то подобное делают в НИИ Высоких энергий, детекторы берут инфу по пролетающему фоновому излучению, подробностей не знаю, случайно пересекся с человеком оттуда. А может уже и сделали, было это почти 10 лет назад.
dmitry2
17.07.2017 17:02+2ПЭТ с вращающимся детектором были в самом начале развития этого метода. К сожалению с таким детектором аппарат не даст хорошего качества изображения. Основное приемущество ПЭТ (в отличии от гамма камеры) это использование изотопа, которые распадается на 2 фотона с углом разлета в 180 градусов. Если мы не можем поймать оба фотона одновременно, то мы не можем быть уверены что это событие относится к распаду именно нашего изотопа (а не является например частицей от распада чего-то другого).
kdnic1ster
17.07.2017 17:36Одновременно, это с учетом как быстро электроника считает и может ли различить false positive events. Сейчас новое поколение PET работает по принципу time
of flight registration. И по цене clinical PET все же в полтора раза дешевле MRI. А еще любой МРТ жрет электричество как 5-этажка.dmitry2
17.07.2017 18:01К сожалению, цена ПЭТ-КТ (а чистых ПЭТ, наверное, уже никто не производит) по крайней мере не меньше цены МРТ. А если к этому добавить цену изотопов, то будет понятно почему этот тип исследований не так широко используется в России.
Time of Filght может уменьшить определние зоны где произошло событие распада, на все равно не дает точного положения этой точки. Расстояние между двумя детекторами около 70см, фотоны двигаются со скоростью света т.е. мы говорим о времени в несколько пикосекунд. Я не уверен, что технически возможно создать массовую электронику, которая стабильно работает с такой точность.semen-pro
17.07.2017 18:16ПЭТ-КТ, дает изображение очагов активности + изображение организма, а ПЭТ только очаги активности, которые трудно привязать к координатом, т.к. остальное тело плохо различимо.
kdnic1ster
17.07.2017 23:58Смотря скока колоть. Если дать 20 миликюри, то анатомия видна хорошо. Основная цель пэт-кт произвести картинки для tumor radiotherapy planning system. Есть, конечно, экзотика, на вроде определения функций мозга, кардио, и т.д.
kdnic1ster
17.07.2017 23:50+1Clinical да, все с кт или мрт. Preclinical много просто pet. С циклотроном вы правы. В копеечку влетает. Сужу по Америке, здесь изотопами частные компании занимаются, поэтому цена на fdg-f18 не такая уж и большая. Теоретический предел локализации зоны аннигиляции позитрона около 200микрон(здесь не уверен). И разрешение сделать не 4 мм, а 1 мм, для clinical Пэт уже хорошо.хотя, да, электроника будет стоить много.
semen-pro
22.07.2017 11:17Кремниевые фотоумножители серии J (модель MicroFJ) были разработаны компанией SensL и оптимизированы по своим параметрам для использования в высокопроизводительных применениях, таких как медицинская времяпролетная позитронно-эмиссионная томография.
x67
18.07.2017 14:36Откройте капот своего авто. Этот малыш преобразует энергии на целую пятиэтижку! И все, что он делает — перемещает 80-килограммовую тушку с места на место.
zerusvirus
22.07.2017 02:08+1Чем вы таким болеете, что вам раз в год ПЭТ делают? Достать радиоизотоп не так-то просто, особенно бета-плюс излучающий. На всю Россию около двух десятков медицинских циклотронов. А уж перевозка изотопов — вообще нетривиальная задача по российскому законодательству. Я уже молчу про мизерный период полураспада изотопов для ПЭТ.
semen-pro
22.07.2017 11:11+2Чем вы таким болеете, что вам раз в год ПЭТ делают?
Лимфома. Но, судя по разговорам в очереди на обследование, многим ПЭТ раз в год назначают, с разными диагнозами.
Достать радиоизотоп не так-то просто, особенно бета-плюс излучающий.
Наибольшее концентрация изотопа, находится в моче пациента, хотя, вряд ли кто его будет оттуда выделять. Во всяком случае, дают памятку, с руководством по утилизации (смывать два раза). Видимо, чтоб кто-нибудь не украл)
На всю Россию около двух десятков медицинских циклотронов.
По моим сведениям, меньше. Так уж получилось, что в моём городе есть медицинский циклотрон.
buldo
25.07.2017 22:24Можно упростить механику, если вращать исследуемый образец, а не детектор с излучателем.
semen-pro
26.07.2017 08:28Идея, в общем-то, хорошая, только при исследовании мне не разрешали шевелиться 20 минут. Первым делом исследуют мочевой пузырь, т.к. за 20 минут он имеет тенденцию изменять размеры.
buldo
26.07.2017 12:27+1Не прочитал изначально о вашем способе томографии. Тот способ, который указал я, используется, когда источник излучения невозможно поворачивать и исследуемый образец достаточно мал.
seri0shka
17.07.2017 10:56Стол отсоединяется от томографа и может быть использован как обычная каталка.
А томограф у нас, извините, не работает. Стол куда-то завезли в качестве каталки, а новый только в комплекте с томографом (или стоит половину от цены).
seri0shka
17.07.2017 11:01На панели управления аппаратов такого типа есть большая красная кнопка… Она не без иронии называется «Кнопка увольнения».
… восстановление его работоспособности после такого занимает очень много времени и денег.
Очень выгодная для производителя кнопка.semen-pro
17.07.2017 19:22Она не без иронии называется «Кнопка увольнения».
Говорят, в самолётах схожую функцию выполняют ручки дверей аварийных выходов.lubezniy
17.07.2017 21:55Полагаю, не всех выходов, а тех, которые оснащены надувными трапами. Ибо трап обратно сдуть и привести в рабочее состояние проблематично. Впрочем, то же можно и про спасжилеты сказать: там, чтобы создать проблему, достаточно просто вскрыть его упаковку.
Mikeware
18.07.2017 08:50недавно в китае случай был. китаянка потом объясняла, что ей было очень интересно, что будет, если дернуть за ручку «за которую дергать нельзя» :-)
lubezniy
18.07.2017 11:11Ну вот с трапами получается так, что при открытии двери они выбрасываются и надуваются автоматически.
На земле бортпроводники перед открытием дверей ставят рукоятку на двери в Disarmed, тем самым отключая автоматический выброс, чтобы работать в штатном режиме. А перед полётом при закрытии дверей — в Armed. А насчёт неоснащённых выходов точно не скажу.
Ravebinovich
17.07.2017 11:03+2На фотографии «Градиентный усилитель Quantum Cascade в разборе» деревянный брусок является штатным элементом конструкции?
Astrei
17.07.2017 14:12+3Выглядит действительно как дерево, но это какой-то материал напоминающий текстолит или капролон.
argz
17.07.2017 11:07Очень крутое видео про работающий аппарат КТ без кожуха.
YouHim
17.07.2017 11:11Я правильно понял, это КТ а не МРТ?
ClearAirTurbulence
17.07.2017 11:59Да, там же аж в двух местах написано — в комменте и в заголовке видео.
Кроме того, в МРТ ничего не вращается.
Зато там классные магниты, а еще они нехило взрываются иногда. Фото на сайте http://www.simplyphysics.com/flying_objects.html, перемотка зелеными стрелками, в конце — мини-видео, как из МРТ извлекают офисный стул.
Если этого мало, у гугла есть еще.chabapok
17.07.2017 19:57+1Ну стул — понятно. Медицинское оборудование — тоже понятно. И даже понятно, когда туда затягивает шуруповерт. Но каким образом в эти магниты прилетает тележка из супермаркета??? КАК?
lubezniy
17.07.2017 22:15+2Тележки — они такие универсальные. :) В них могут запросто развозить между кабинетами какую-нибудь универсальную расходку или инструмент — например, полотенца, моющие средства, уборочный инвентарь. И забыть про то, что в кабинет МРТ тележку завозить нельзя.
Astrei
17.07.2017 13:02+4Довелось разбирать такой, очень интересный с инженерной точки зрения аппарат, особенно то как сделана балансировка, может, если соберу достаточно материала напишу статью и про КТ.
bigstone
17.07.2017 11:57+2Вся магия МРТ начинается с квантовой физики, откуда берет свое начало термин «спин», применяемый к элементарным частицам. Можно встретить кучу определений, что такое спин, общепринято — это момент количества движения частицы, что бы это не значило. В моем понимании частицы как-бы постоянно вращаются (упрощенно) создавая при этом возмущения в магнитном поле
Спин — это (примерно) показатель вращения частицы вокруг своей оси.
Возмущение электромагнитного поля берётся от вращения электронов вокруг атомных ядер. Но никак не от спина протона. Есть ещё спин атома — вот он может создавать возмущение электромагнитного поля.Astrei
17.07.2017 12:58+2Но у протона ведь есть магнитный момент, т.е. он сам по себе взаимодействует с магнитным полем. Я просто пытался это объяснить более простыми словами.
unexim
17.07.2017 11:57+3//Был закуплен для некоторых государственных клиник у компании Siemens так как более дешевый за счет «новой» укороченной емкости.
Простите, русский язык ваш родной?
По существу.
Эспри не был более дешёвым «за счёт укороченной ёмкости». Он вообще не был дешёвым, у того же Сименса была в полтора раза более доступная Эссенца и почти столько же стоящая Аэра, а магниты GE в пору производства Эспри крыли по цене любого немецкого одноклассника за счёт дорогого евро. При этом Эспри обеспечивал реально высокое качество изображений (лучше GE Signa и Philips Achieva) и возможность исследовать клаустрофобов (благодаря короткой и широкой апертуре, которую вы изящно обозвали «новой укороченной ёмкостью»). Да, Эспри более требователен к надёжности системы охлаждения, но у хорошего владельца работает без проблем. Хороший владелец, как правило, частный.
Кстати, изображённой на фото с арбузом сименсовской Гармошке минимум 15-18 лет, что как бы противоречит вашим домыслам о конструктивной ненадёжности техники этого производителя. Такой томограф (а также «ненадёжный» Эспри, плюс Аванто и трёхтесловая Скайра) много лет работает, например, в Онкоцентре на Каширке.
///МРТ нового типа — Philips Panorama. Поле этого аппарата 3 Тесла
Филипс Панорама имеет поле не 3 Тесла, а 1 (один), то есть, условно говоря, на 2 класса ниже. Вполне средний магнит с единственным и главным достоинством, связанным с дополнительным комфортом вышеупомянутых клаустрофобов.
И почему-то в статье не упомянута Toshiba, томографов которой в России на порядок больше, чем Hitachi.
Astrei
17.07.2017 12:45+1Эспри не был более дешёвым «за счёт укороченной ёмкости». Он вообще не был дешёвым, у того же Сименса была в полтора раза более доступная Эссенца и почти столько же стоящая Аэра, а магниты GE в пору производства Эспри крыли по цене любого немецкого одноклассника за счёт дорогого евро.
Ну возможно, моя выборка данных не столь большая, я знаю два таких аппарата, и один из них стабильно раз в год сбрасывает гелий, другой чуть пореже. По данным коллег это все таки конструктивный изъян.
Кстати, изображённой на фото с арбузом сименсовской Гармошке минимум 15-18 лет, что как бы противоречит вашим домыслам о конструктивной ненадёжности техники этого производителя.
У вас наверное сложилось впечатление, что я ругаю технику Siemens. Это не так (за исключением усилителей конечно). Просто я специализируюсь в основном на ремонте оборудования этой фирмы, соответственно у меня на них больше материала и потому в статье они фигурируют. Ошибка выжившего своеобразная. По той же причине, не упомянул Toshiba — я ни разу не встречался с их оборудованием вживую.
Кстати тот томограф что на фото, претерпел ремонт практически всего что там стоит, а система охлаждения постоянно течет то тут то там, но в его почтенном возрасте это нормально, думаю.
Филипс Панорама имеет поле не 3 Тесла, а 1 (один), то есть, условно говоря, на 2 класса ниже. Вполне средний магнит с единственным и главным достоинством, связанным с дополнительным комфортом вышеупомянутых клаустрофобов.
Действительно, с полем ошибся, спасибо за исправление. Насчет среднего магнита не соглашусь — по уровню комфорта эксплуатации как для персонала так и для пациентов дает огромную фору любому закрытому аппарату, но это мое личное мнение.
sirrosh
18.07.2017 23:24Большое спасибо за статью, с интересом прочитал о технической стороне дела.
Но после фразы
Одной из главных проблем при ремонте является отсутствие какой-либо документации, тем более, оборудование весьма специализированное. Поэтому порой приходится набить немало шишек и пожечь довольно много недешевых компонентов, чтобы понять что же было не так. Конечно, за деньги можно купить и сервисные мануалы, но как правило, они весьма поверхностные. Крутые фирмы надежно хранят свои секреты.
меня гложет вопрос: вы вообще имеете отношение к официальному сервису?
Хочу понять, то ли так плохо в России с официальным сервисом, что его работники при ремонте медприборов используют метод тыка и смекалочку, то ли у владельцев (в массе своей частных, как вы написали) МРТ не хватает на сервис официальный (при этом хватает на новый автомобиль каждый год, скорее всего) и они вынуждены обращаться к вам.
Или здесь какая-то друга специфика?
Astrei
18.07.2017 23:49Я не имею отношения к официальным сервисам. Как правило ремонт от производителя заключается в предложении купить новый блок взамен сломанного со скидкой (до 50%). Но даже в этом случае стоить он будет примерно как автомобиль. Услуги сторонних компаний стоят многократно дешевле. Такие компании имеют соответствующие лицензии. Но по факту, они занимаются в основном выигрыванием тендеров, а сам ремонт передают тем, кто может починить такое оборудование. Не только маленькие частники экономят таким образом — государственные и очень крупные организации, имеющие собственные клиники не исключение.
так плохо в России
Точно также работают наши коллеги в Евросоюзе.sirrosh
21.07.2017 15:19+1Вы меня совершенно заинтриговали последним предложением, поэтому я взял таймаут для изучения ситуации в моей части Евросоюза (Чехия). Кое-что узнал от знакомых, что-то прочитал из официальных источников.
Медицина здесь на 100% страховая, поэтому клиники любого уровня и формы собстенности снабжаются только через публичные закупки, а их история доступна любому желающему.
Так вот, мне не удалось найти упоминания сервисных договоров на MR томографы, заключенных не с фирмой-поставщиком(производителем). Siemens и GE здесь работают через локальные представительства, японцы — через авторизированных партнеров, которые обеспечивают в т.ч. сервис.
Далее, любой ремонт диагностического оборудования влечет за собой государственную аттестацию, которую невозмоно пройти неавторизированному ремонту или организации. И да, ремонт блочный: в журнал ремонтов записывается заменяемый блок, на вновь устанавливаемый должен быть поверочный сертификат производителя.
Вот так это выглядит по крайней мере официально. В случае врачебной ошибки будет подниматься документация от шприцов до томографов и будет усиленно искаться крайний (не врач же в самом деле ошибся, что за чушь!), поэтому рисковать никто из этой цепочки не будет.
От себя лично могу добавить, что категорически неприемлю кустарный ремонт медицинского, лифтового, авиационного (где сам работаю) и любого другого ответственного оборудования.Astrei
22.07.2017 02:05+1Вы меня совершенно заинтриговали последним предложением, поэтому я взял таймаут для изучения ситуации в моей части Евросоюза (Чехия).
Не буду спорить, я сам никогда не бывал там. Знаю только что есть по крайней мере одна компания подобная нашей на территории ЕС. Как то раз даже подсказывал им, как ремонтируется один из блоков.
От себя лично могу добавить, что категорически неприемлю кустарный ремонт медицинского, лифтового, авиационного (где сам работаю) и любого другого ответственного оборудования.
Я конечно согласен, но по факту только этим и занимаюсь, что поделать.semen-pro
26.07.2017 10:21С другой стороны, какая разница кто чинил, вопрос в том, кто проверял и пломбировал. Вот только полноценные тесты дорого стоят.
dmitry2
17.07.2017 13:12+1//Томограф Siemens Espree, с полем 1.5. Тесла, обратите внимание на металлические ключи, которые спокойно лежат на столе — магнитного поля тут больше нет. Был закуплен для некоторых государственных клиник у компании Siemens так как более дешевый за счет «новой» укороченной емкости. Укорочение конструкции вылилось в то, что он любит часто пускать гелий на ветер сам по себе.
Я бы выставил аппараты по возрастанию цены следующий образом (видно, что Espree далеко не самая дешевая система):
1. Symphony
2. ESSENZA
3. Avanto
4. Espree
5. Aera
6. Skyra
Не думаю, что самопроизвольный квенч связан с коротким магнитом — при коротком магните сложно добиться гомогенного магнитного поля, но сама конструкция практически не отличается от других систем. Я не могу сказать, что статистка по самопроизвольным квенчам для Espree заметно различается от статистики для других типов магнитов. Вообще, самопроизвольный квенч довольно редкое событие и в большинстве случаев зависит от конкретного магнита. С чем связана ирония про «новую укороченную емкость» мне непонятно.
Касательно магнитного инструмента на столе аппарата под полем. Пожалуйста, на работайте с инженером, который так обращается с оборудованием/инструментом. Я видел довольно много случаев неосторожного использования МРТ, которые закончились не очень хорошо. Нужно понимать, что поле возрастает очень резко и если мы говорим о металлическом предмете массой более 50-100 грамм, то Вы не сможете удержать его в руках. Его просто вырвет из рук как только Вы почувствуете, что поле есть.
+1 к словам о надежности оборудования: я видел много старых систем работающих годами без существенных проблем. Проблема с RFPA, наверное, из наиболее ярких. Вероятнее всего, это обусловлено сроком его использования — он появился на Harmony/Symphony т.е. около 20 лет назад и до сих пор устанавливается на Symphony/ESSENZA/Avanto/Espree без изменений в конструкции. Это надежный усилитель со стабильными параметрами. Я могу согласиться, что ремонтопригодность этого усилителя не очень высока, но не считаю это проблемой.
Использование для новых систем ламповых усилителей не имеет большого смысла — мощные лампы стоят дорого и их ресурс заметно ниже, чем у полупроводниковых усилителей. Плюс возникает проблема с охлаждением (их сложно охладить водой, в отличии от полупроводниковых систем) и габаритами.
Если мы говорим о Toshiba, то до недавнего времени эта компании использовала магниты от Siemens.impetus
17.07.2017 13:33Я видел довольно много случаев неосторожного использования МРТ, которые закончились не очень хорошо.
не оченнь хорошо для техники, или для людей тоже?
(с одной стороны — интересно же — очень хочется попросить вас подробностей….с другой — площадка открытая — незачем, пожалуй, лишние фобии создавать у случайных людей, особо если разойдётся по миру цитатами)ClearAirTurbulence
17.07.2017 14:29Обычно для техники, но если кто-то окажется на пути, очевидно, тоже может не поздоровиться.
Я выше приводил ссылки на фото.
Вот пример пострадавшего человека.
Чувака попросили принести кислородную маску, он решил принести баллон. Результат немного предсказуем.encyclopedist
17.07.2017 15:00+1Причём судя по всему в этом случае кто-то отключил аварийный выключатель, ту самую "кнопку увольнения", из-за чего они там проторчали 4 часа.
unexim
17.07.2017 19:31/// С чем связана ирония про «новую укороченную емкость» мне непонятно.
Возможно, с тем, что не вполне ясно, при чём здесь ёмкость. Если речь об об'ёме внутри гентри, то по сравнению с Авантой бочка Эспри короче, но апертура шире на 10см — соответственно, об'ём если изменился, то незначительно.
WRP
17.07.2017 12:46Тема «квенча» не раскрыта. Зачем он нужен? Смайлик. За статью спасибо.
Astrei
17.07.2017 12:52+1Как уже выше верно ответили, это сделано на случай, если магнитное поле угрожает здоровью людей, например бывают ситуации когда кто-то по ошибке проносит металл в зону действия поля (каталки, инвалидные коляски и.т.п.) и гипотетически, человека может при этом зажать.
wiha
17.07.2017 13:57+1А как поддерживается гелий в жидком состоянии ?
Astrei
17.07.2017 14:00+1Ну внутри емкости с хладаегнтом поддерживается давление, кроме того, емкость постоянно охлаждается криокулером (рефрижиратор конструкции Гиффорда — Мак-Магона), который также использует жидкий гелий в качестве хладагента.
dmitry2
17.07.2017 16:51+1Сейчас есть два типа магнитов с точки зрения охлаждения криостата:
1. 10К магниты. Охлаждается несколько экранов которые находятся в вакууме (вместе с емкостью с гелием и сверхпроводником). Охлаждения этих экранов позволяет уменьшить нагрев емкости с гелием. В таких системах гелий расходуется всегда, их требуется регулярно заправлять. Использование экранов позволяет лишь уменьшить потери — чем ниже температура экранов, тем меньше нагрев за счет излучения от них.
2. 4К магниты. Охлаждение экранов + реконденсация гелия. Первая ступень холодной головы охлаждает экраны, вторая ступень достигает температуры 3.2К, что достаточно для сжижения газообразного гелия находящегося в криостате. Таким образом испарившийся гелий снова сжижается и попадает обратно в криостат. При исправности системы охлаждения МРТ (холодной головы, компрессора и чиллера) потери гелия в такой системе отсутствуют.
В качестве хладогента для системы (холодная голова, гелиевый компрессор) используется газообразный гелий.
dmitry2
17.07.2017 13:22+2Обычно, квенч абсолютно не нужен. Но он есть. Это процесс при котором участок сверхпроводника теряет сверхпроводимость. Это вызывает лавинообразный нагрев сверхпроводника выше критической температуры и в результате, потерю магнитного поля и испарение жидкого гелия. Сам процесс потери магнитного поля занимает около 10-20 секунд, кипение гелия продолжается заметно дольше.
Квенч часто происходит при монтаже оборудования, во время первоначального поднятия поля и шиммирования (выравнивания магнитного поля).
seri0shka
17.07.2017 12:56177 транзисторов
А что за количество такое странное? Вроде на 2 делиться должно. Не рассматривали вариант замены меньшим количеством более мощных-высоковольтных?Astrei
17.07.2017 13:06+1В статье показана только одна высокочастотная плата усилителя, на ней 117 транзисторов. Нечетное количество потому что первый каскад усиления состоит из одного единственного, дальше все четно.
Остальные 60 транзисторов стоят на второй плате — управления, они работают в ключевом режиме, легко выкидываются и заменяются двумя мощными мосфетами из того же градиента. Более того, в следующей по мощности версии усилителя, производитель сам так и сделал.
nicknathanovich
17.07.2017 13:10Спасибо, очень интересно. Я когда первый раз был на МРТ, в процессе подготовки к процедуре, подумал — «Однако забористое техно у них играет». Теперь мне понятно, кто виноват :)
we1
17.07.2017 13:57А те аппараты, которые с постоянными и электромагнитами орут так же, как и «стандартный»?
Astrei
17.07.2017 14:09Звуки издают градиентные обмотки, а они есть во всех известных мне конструкциях аппаратов. В более слабом магнитном поле, в случае с постоянными/электромагнитами, через градиентные катушки идет более слабый ток, соответственно «орут» они гораздо тише.
Вообще, в статье я слегка приукрасил, не каждый протокол исследования требует столь активной работы градиентов на максимальной амплитуде, и иногда их работа напоминает скорее громкое жужжание.YouHim
17.07.2017 14:34Не так пугают звуки МРТ, как их резкое прекращение и неожиданно наступившая мертвая тишина.
Astrei
17.07.2017 14:44В некоторых клиниках пациентам во время обследования включают расслабляющую музыку, благо такая возможность есть.
ARD8S
17.07.2017 18:37А магниты в наушниках не «мешают»? Благодарю за интересную статью.
dmitry2
17.07.2017 18:54+2Во-первых, динамик находится довольно далеко от наушников, а звук передается по пластиковой трубке.
Во-вторых, динамик может просто быть в кабине, тогда его слышно и без наушников
av220
17.07.2017 19:22+2Наушники полностью пластмассовые, звук в них приходит извне по пластиковому же звуководу.
we1
18.07.2017 04:19+1Оно настолько странно. Вроде кажется, что уже привык, оно начинает совсем другим способом стучать. Потом, ну уже точно все слышал, а оно как запищит тоненьким громким голосом. И снова стресс ))
BelerafonL
17.07.2017 14:29Отличная статья, спасибо!
Но немного непонятно по прочтении стало про роль катушек. Сначала пишете про мощный постоянный магнит на сверхпроводниках, а затем про градиентные обмотки. Если градиентные обмотки могут создавать мощные импульсные поля вдоль каждой из осей, то для чего тогда нужен основной криогенный магнит? И в каком направлении от него идет поле? Кроме того, на рисунке также показана радиочастотная катушка, назначение которой тоже не очень для меня осталось понятным: кто же делает радиочастотные импульсы — эта катушка или градиентные катушки?Astrei
17.07.2017 15:52+3Основной магнит создает очень однородное поле в центре аппарата — это важно для получения изображений с правильными пропорциями. Силовые линии поля направленны вдоль стола.
Посмотрите на следующую иллюстрацию
синяя линия показывает как меняется напряженность поля вдоль стола когда работает градиент Z. Одновременно с градиентом, радиочастотная катушка посылает возбуждающий импульс. Его энергию поглотят только ядра атомов водорода (протоны), символически нарисованные на срезе, показанным в виде плоскости в центре, так как только их резонансная частота будет соответствовать частоте радиочастотного импульса. Протоны левее среза находятся в менее напряженном поле, а те, что правее среза — в более напряженном, соответственно их частоты отличаются от резонансной. После отключения градиента обратно сигнал излучат только ядра атомов, что поглотили энергию. Предположим, что основного магнитного поля при этом нет, тогда после отключения градиента, никакого внятного сигнала обратно мы не получим, так как ядрам атомов не нужно будет излучать фотоны чтобы вернуться к равновесному состоянию. В условиях отсутствия мощного поля они просто тихо-мирно постепенно придут к равновесию. Поэтому в аппаратах с высоким полем исследования занимают меньше времени, чем у аппаратов с низким полем, поскольку протоны быстрее стремятся отдать энергию обратно после того как их «побеспокоили».
Кроме того несмотря на всю мощь градиентов, поля создаваемые ими слабее поля сверхпроводника и также, решение на его основе более энергоэффективно.
electroneman
17.07.2017 14:45+4Спасибо за статью! Супер!
Пожалуйста расскажите как намагничивается основной (сверхпроводящий) магнит аппарата при изготовлении?Astrei
17.07.2017 15:09+2В аппаратах для этого есть специальные порты, по сути клеммы сверхпроводящей обмотки. Когда аппарат установлен, и заправлен хладагентом, к нему подключают специальный блок питания — заводчик (в комплекте с томографом не идет). Он выдает маленькое напряжение (кажется около 12В) и огромные токи (около 800А). Причем ток наращивается очень плавно — процедура занимает пару часов. Примечательно, что обмотка при этом не находится в состоянии сверхпроводимости — ее подогревают специальным нагревателем. Думаю, это делают чтобы снизить вероятность самопроизвольного квенча, если что-то пойдет не так.
chabapok
17.07.2017 17:17Насколько я понимаю из картинки — если не греть часть проводника, то ток через оба плеча будет бежать примерно равный, и тогда при отключении источника тока токи в плечах «уравновесят» друг друга и течь там вообще ничего не будет.
Тут больше интересно, зачем ток наращивают медленно, почему нельзя быстро?
И как источник тока отключают от обмотки. Там же резистор этот, получается, надо мгновенно охладить, иначе ток упадет.Astrei
17.07.2017 17:34+2Все верно, этот резистор является участком сверхпроводника. Во время накачки, этот участок выведен из сверхпроводимости путем подогрева. В ситуации показанной на рисунке ток через него практически не идет, так как остальные участки сохраняют сверхпроводимость.Однако если ток будет расти слишком быстро, то может вызвать перегрев участка и соответственно, квенч. После достижения нужного уровня тока, нагреватель отключают, сопротивление этого «резистора» падает до нуля и петля замыкается. Затем заводчик просто отключают.
chabapok
17.07.2017 17:41Хм, тогда в чем разница, подключать ток ненагревая, или выключать нагрев после достижения нужного тока? Ведь, когда нагрев отключают, и сопротивление участка падает до 0 — по участкам начинает течь такой же ток, как если бы изначально все подключили ненагревая.
dmitry2
17.07.2017 17:46+2Если подключить источник не нагревая участок сверхпроводника, то ток не пойдет через катушку.
dmitry2
17.07.2017 17:44+1За счет огромной индуктивности катушки нельзя быстро завести или вывести ток.
А с резистором все просто, нужно продолжать держать напряжение от источника пока нагретый участок не станет сверпроводящим, потом постепенно уменьшить напряжение и отключить источник.
impetus
17.07.2017 19:20+1Если такое магнитное поле «создать» или «исчезнуть» быстро — («пересилив», например её колосальную индуктивнсть) — будет очень большой ЭМИ. (вихревое поле, отрыв магнитного от сердечников и т.п. чудеса)
А вообще фантастика, сколь суровую «по физике» технику сумели довести до массового в общем-то изделия.
orland
17.07.2017 14:45+2«Для ядер атомов водорода в поле величиной 1 Тесла эта частота составляет 40.45 МГц...» — не согласен — на самом деле 42,58 МГц (быстро нашел только ссылку на вики). Хотя для этой статьи это не принципиально.
Astrei
17.07.2017 14:47+5Обалдеть, вы мне только что подсказали где я ошибся при расчете резонатора который я собираю. Вроде постоянно имею дело с этими цифрами, а все равно напутал. Спасибо большое!
olekl
17.07.2017 15:51Про сименс знакомо, но из другой области… Жаль, что этой информацией не обладают те, кто эти девайсы покупают…
stalinets
17.07.2017 22:51+1Интересная статья.
Помню, в детстве, лет в 10-11, мне делали МРТ головы, а так как несколько раньше мне сделали склеропластику, вокруг каждого глаза у меня имеется 4 «подушечки», не дающих глазному яблоку растягиваться.
Так вот, я чётко помню, что под конец исследования начались сначала слабые, а потом всё сильнее и сильнее подёргивания в местах, где подшиты эти подушечки. На пике эти подёргивания были достаточно сильные, я уже стал нервничать, что если так будет нарастать — надо выбираться, а то их вырвет магнитным полем и мне разворотит лицо. Эти подушечки ведь из какой-то органики, не думал, что они будут магнитные (пусть и слабо). Сейчас ради интереса вожу довольно мощным неодимовым магнитом вокруг глаз — никакого шевеления не чувствую, очевидно, потому, что поле внутри томографа куда как мощнее.
Ну и да, рокот внутри трубы вызывает некоторые интересные и притом неприятные психологические явления. Мне на полном серьёзе казалось, что степень громкости грохота зависит от моих мысленных усилий, т.е. я мысленным напряжением как бы управляю громкостью. Причём так: стоит неосторожно подумать, как грохот резко нарастает, что-то вроде системы с положительной обратной связью, и был страх, что я как бы потеряю контроль и громкость улетит в небеса, причинив мне вред. Я потом даже вычитал название подобного эффекта (всё это было очень давно, так что уже не вспомню). Но эффекты неприятные) Явно не добавляет спокойствия при обследовании. Если бы мне про них рассказали перед исследованием, было бы намного лучше (а посмотреть на ютубе как проходит процедура тогда было нельзя, не было ни ютуба, ни компьютера дома).x67
18.07.2017 15:06Неодимовые магниты, емнип, имеют достаточно высокие значения индукции магнитного поля, упоминаемые здесь 1 Тл — не лабораторный рекорд уж точно.
YouHim
18.07.2017 15:44+1Когда мне делали МРТ на аппарате 1,5Тл у меня точно так же были ощутимые нарастающие подергивания глаз в такт звукам. Хотя никаких имплантантов у меня нет. Думаю, такие ощущения не редкость.
VladimirKokarev
17.07.2017 23:56+1Я далёк от темы, и из статьи не понял — зачем квенч? Что будет если просто обесточить обмотки, но продолжать их охлаждать?
За статью — спасибо!Astrei
18.07.2017 00:02+1Обмотки представляют собой замкнутый контур из сверхпроводника, они не подпитываются извне, ток бесконечно циркулирует по ним порождая сильное магнитное поле. Их нельзя обесточить, кроме как с помощью выведения из состояния сверхпроводимости.
Sleepwalker_ua
18.07.2017 00:24+1Обмотки в состоянии сверхпроводника, да еще и скрученные в огромную катушку индуктивности суть огромный же аккумулятор. В них «накачивают» запас энергии на весь срок службы, достаточно большой потенциал, между прочим… и такого понятия, как «обесточить» тут, увы, нет. Даже если полностью все вырубить, хоть все здание, потенциал в обмотках никуда не денется. Есть два способа — либо заземление с лавинообразным, непредсказуемым процессом нагрева сверхпроводника, либо относительно управляемая реакция длительностью в 10-20 секунд, которая возникнет за счет роста температуры проводника и относительно плавным сбросом энергии. Первое может повредить не только сам аппарат, но и окружающих (практически равносильно шарахнувшей рядом молнии), второе — практически безопасно для персонала, но гарантировано выводит аппарат на некоторое время из строя и влечет дорогой ремонт.
VladimirKokarev
18.07.2017 09:12А если заземление не на прямую, а через подобранное сопротивление, чтобы ток был не огромным, а «разрядил» контур, скажем, минут за 10? Так тоже нельзя?
Sleepwalker_ua
18.07.2017 21:56+110 минут — долго. Очень долго, если вас придавило стулом к обмотке томографа и ножкой вот-вот проткнет печень.
Операция по стравливанию гелия гораздо более предсказуема и легче устраивается с точки зрения техники, к тому же гарантировано не создает помех — ибо томограф на небольшой промежуток времени превращается в просто большой кипятильник, а не сливает пару сотен кВтч через общее заземление в течении десятков минут.
Gutt
19.07.2017 08:31+2Если можно, поясните, что вы имеете в виду под заземлением? Как заставить ток, текущий по сверхпроводнику, ответвиться куда-то по несверхпроводящему каналу? Вижу только вариант со второй (несверхпроводящей) обмоткой, которой можно постепенно вывести энергию магнитного поля.
Sleepwalker_ua
19.07.2017 23:54Это, кстати, еще один момент, который доставляет головную боль. Теоретически можно сделать заземление путем использования НУ ОЧЕНЬ большого заземляющего контура. Опять же, насколько я понимаю, у катушки даже в состоянии СП будет иметься наличие некоего потенциала относительно земли. Как это реализуется на практике — увы, не знаю, не имел дела со сверхпроводниками. В любом случае, резкий сброс такого кол-ва энергии куда-то это очень плохая идея как для оборудования, так и для окружающих. Проще и выгоднее подогреть сверхпроводник и перевести все в тепло на нем.
Gutt
20.07.2017 14:10+1Ненулевой потенциал у катушки относительно земли будет в том случае, если или катушку, или Землю кто-то зарядит. Избытка или недостатка зарядов в катушке нет, разность потенциалов между любыми двумя точками катушки также нулевая.
av220
19.07.2017 15:03Логика подсказывает мне, что заземлять тут ничего не надо, надо просто разомкнуть катушку. По своей сути это короткозамкнутый соленоид, но так как он сверхпроводящий, то однажды введенный туда ток будет течь там пока катушка в таком состоянии. При размыкании возникнут обычные эффекты отключения индуктивной нагрузки, магнитный поток начинает меняться, возникает ЭДС самоиндукции, напряжение на разомкнутых контактах растет, дуга, фейерверк. Понятно, что размыкание неприемлемо, да и в таких услових работы наверное невозможно реализовать, но суть это размыкание, а не заземление.
ipswitch
18.07.2017 08:44Как бы охлаждение требуется чтобы не терять поле и не терять гелий. Без охлаждения будет увеличение расхода гелия, как выйдет ниже критического уровня, будет квенч и потеря поля.
chabapok
18.07.2017 00:53+2А почему ремонт после квенча — дорогой? где-то выше в каментах кто-то называл цифру 200тыс евро. Это продиктовано объективными техническими причинами, или монопольной составляющей?
Насколько я понял, ремонт заключается в заправке жидким гелием и накачке катушки током. Первое — обычное обслуживание криотехники. Подъехала машина — и заправила бак. Второе — процесс, который делается автоматически, специальным дэвайсом.
На ютуб по запросу «mri quench» есть некоторое кол-во видео, в которых группа людей специально вызывает квенч — и радуется этому явлению. Чему там можно радоваться?
Почему обязательно гелий? Есть же высокотемпературные сверхпроводники, у которых температура сверхпроводимости выше температуры кипения жидкого азота. По идее с такими сверхпроводниками все должно быть вообще дешево.dmitry2
18.07.2017 07:58+2Я думаю 200 тысяч евро это немного не корректная оценка. Если мы говорим о заправке МРТ после квенча и подъеме поля, то она должна быть заметно меньше.
Максимальный ток для высокотемпературных сверхпроводников в магнитном поле в разы меньше, чем для используемых сейчас. Так как высокотемпературные сверхпроводники это керамика, то с ними сложно работать — например, соединить два куска это проблема. Я думаю и механическая прочность будет меньше, а для МРТ это проблема. Небольшая статью про высокотемпературные сверхпроводники тут .
petropavel
18.07.2017 11:43+1200тыс евро была «как говорят» цена за заводчик, то есть, за прибор для ремонта. Не за сам ремонт.
ipswitch
18.07.2017 08:42Было бы интересно узнать про «криогенную» подсистему. Что охлаждает криокулер? Только сверхпроводник? Для охлаждения силовых элементов усилителей везде применяется отдельный водяной контур? Входит ли криокулер и система водяного охлаждения в комплект поставки, или требуются отдельные чиллеры?
Сколько там ИБП и какой примерно мощности? И вообще, что требуется запитывать от резервированного источника — криокулер, компрессоры, какой-то failsafe контроллер?
Как выполняется «корректный shutdown», к примеру при переезде или просто в ночь на выходной? Понятное дело, что компьютер для построения изображения можно выключить. А усилители, водяное охлаждение, блоки питания (кстати, там рансформатор или импульсные)?dmitry2
18.07.2017 20:37+1Гелиевый компрессор + холодная голова охлаждают экраны криостата и сжижают газообразный гелий внутри криостата. Гелиевый компрессор, градиентные усилители, градиентная катушка, РЧ усилитель и некоторые другие компоненты охлаждаются водой. Холодную воду поставляет чиллер (чиллеры). Купить чиллер вместе с МРТ или отдельно это выбор покупателя, обычно покупается все целиком.
ИБП — это опция, обычно ставится на весь аппарат МРТ т.к. резервировать отдельные части довольно сложно. Основная сложность с ИБП — это его цена. Пиковая мощность МРТ высокая, поэтому используется ИБП на 100-160кВа в зависимости от типа МРТ.
Когда МРТ находится в выключенном состоянии, работают: гелиевый компрессор, холодная голова, водяная система охлаждения и небольшое количество управляющей электроники. Все остальное выключено.
sutasu
18.07.2017 14:29Отличная статья, спасибо!
Я правильно понимаю, простите за дилетантский вопрос, что эти все ритмичные звуки, которые издает томограф — это от механически движущихся деталей, т.е. помпы охлаждения? Или какое-то отношение к собственно магнитным полям может быть? Мне всегда звуки томографа казались очень музыкальными, часто в чистый интервал «играющие» — т.е. это предполагает наличие более одного источника «шума», так ли это?Astrei
18.07.2017 14:35+1Звуки о которых вы говорите издают градиентные катушки, по которым идет пульсирующий ток во время сканирования. Они вибрируют, так как находятся в сильном магнитном поле. Их в аппарате три.
Еще ритмичный звук — примерно раз в секунду издает поршень криокулера.
joginzbajin
18.07.2017 14:30… Именно по этой причине перед обследованием в МРТ требуют избавиться от всего металла (пломбы снимать не надо
Всегда было интересно, как обследуют пациентов с металлическими имплантами (стоматологические — металлокерамика, брекеты или ортопедические металлоконструкции)…Astrei
18.07.2017 14:37Я знаю, что с металлокерамикой и пломбами проходить обследование можно — есть специальные протоколы, позволяющие минимизировать влияние артефактов, создаваемых металлом. Насчет ортопедических металлоконструкций не уверен.
dmitry2
18.07.2017 16:30На любые устанавливаемые конструкции (стенты, ортопедические конструкции, искусственные клапана и.т.п) есть паспорт в котором указаны условия использования, в том числе и допустимая напряженность магнитного поля (обычно импланты делают из немагнитного материала). Клиники, чтобы обезопасить себя, просят заполнить анкету в которой указано, что никаких имлантов нет. Если импланты есть — то требуют направление от хирурга в котором указано, что проведение исследования с этим имлантом не противопоказано.
alderkra
18.07.2017 14:31+2Хотелось бы поговорить с автором про методы так сказать магнитной «фокусировки» на определенных точках пространства. Этого момента я не понимал раньше, теперь наступает прояснение. По аналогии с электромагнитной разверткой луча в электронно- лучевых трубках (кинескопах), в аппарате МРТ происходит что-то подобное. Я так понимаю, сильное постоянное магнитное поле, создаваемое электромагнитами на сверхпроводниках, модулируют слабым переменным магнитным полем, создаваемым градиентными обмотками. И я так понимаю, что, для того, чтобы в каждый момент времени считывать отклик только от одного вокселя (воксель, это аналог пикселя, только в объеме), надо чтобы в этом объеме вокселя (в объемной точке) величина поля соответствовала требуемой, а в остальных точках исследуемого объема, величина поля отличалась. Это надо для того, чтобы отклик нужной частоты мы получали только из одного вокселя в каждый момент времени. Такое хитрое распределение магнитного поля в пространстве получается с помощью градиентных обмоток, пропусканием через каждую обмотку в каждый момент времени тока определенной величины.
Если правильно (хоть и примитивно) понимаю принцип выборки вокселей в пространстве, то скажите, в каком диапазоне модулируют градиентными обмотками величину магнитного поля величиной 1 Тесла?Astrei
18.07.2017 15:54+2Увы, в МРТ все гораздо сложнее, и подход пиксель-за-пикселем тут не работает, иначе обследование занимало бы куда больше времени. Я специально упростил этот момент в статье В противном случае с подробным объяснением принципа она вышла бы раза в три больше. Постараюсь объяснить суть:
Снова приведу эту иллюстрацию, она довольно наглядная
Итак, пациент лежит в аппарате и включается градиент Z. Напряженность поля вдоль стола меняется линейно, только протоны в срезе посередине будут возбуждены радиочастотным импульсом. Но когда градиент отключится, сигнал обратно пошлют сразу все протоны, которые находятся в этом срезе, а это нам мало что даст. (Кстати, градиент Z при этомназывается срезокодирующим.)
Поэтому сразу после отключения градиента Z включается градиент X, который создает линейное изменение поля уже в плоскости среза (слева-направо если смотреть на срез). После выключения градиента Z, все протоны в срезе имеют одинаковую частоту, и прецессируют (вращаются) синхронно относительно силовых линий магнитного поля. Но когда включается градиент X, то протоны в срезе, еще сохраняя одинаковой частоту вращения начинают делать это уже не синхронно, то есть между ними появляется сдвиг по фазе, причем известной величины, т.к. поле меняется линейно. Это получается благодаря тому, что градиент X работает очень недолго и протоны не успевают сменить частоту вращения, а только накапливают разность фаз.
После отключения градиента X, мы все также можем получить в ответ сигналы сразу от всех протонов среза, но в этот раз они будут сдвинуты по фазе, т.е. разнесены по времени. Это уже позволяет знать, какой сигнал полученот протонов слева, а какой — от протонов справа, так как их сигналы приходят по факту по очереди. Градиент X при этом называется фазокодирующим.
Но, остается непонятным, какие сигналы приходят сверху среза — а какие снизу. Для этого сразу после X, включается последний градиент Y. Он создает линейное изменение напряженности поля в плоскости среза сверху-вниз. Этот градиент работает дольше предыдущего и поэтому протоны в срезе сверху-вниз меняют свою частоту. Итого после отключения последнего градиента мы получим сразу кучу сигналов разных частот, амплитуд, и сдвинутых по фазе относительно друг друга. Из всего этого мы формируем только одну строку изображения. Для следующих строк, процес повторится, но с другой амплитудой градиента X.
К сожалению, мы не можем использовать сразу все данные для построения полной картинки за одну итерацию, это связано с некоторыми ограничениями алгоритмов, использующихся при реконструкции.alderkra
18.07.2017 17:15+1Astrei, спасибо, но пока что понял только то, что за одну итерацию формируется одна строка изображения (аналоговый сигнал). Для построения всего изображения одного среза, надо много таких строк. Все это сложно и надо еще читать… читать… читать.
Astrei
18.07.2017 18:40+1В довольно доступной форме объяснено в книге Эверта Блинка «основы МРТ».
alderkra
18.07.2017 19:20+1Еще раз спасибо, нашел PDF, попробую разобраться: http://mri-physics.net/bin/mri-physics-ru-rev1.3.pdf
DRDOS
18.07.2017 20:53Очень интересно, если у меня стоят штифты, мне их вырвет вместе с зубами?
Или не все так страшно?Astrei
18.07.2017 23:17Смотря какой металл, если титан, то иногда делают. С другими металлами — не стоит.
alderkra
19.07.2017 08:21Astrei, а Вы пробовали вносить стальные предметы в поле МРТ, как они там себя ведут? В руке можно удержать?
Astrei
19.07.2017 14:10+1Зависит от размера. Отвертку удержать можно, но работать ей проблематично. Гаечный ключ уже может вырвать. Поэтому под полем работают с титановым инструментом.
Особенно интересны своей внезапностью ощущения когда подходишь к аппарату, а в карманах штанов начинают шевелиться монеты или ключи которые забыл вынуть ранее.
Мобильник в паре метров от аппарата входит в какой-то аварийный режим и показывает картинку что мол что-то не так, если поднести еще ближе — то выключится.impetus
19.07.2017 22:16о! по последнему пункту можно подробнее? — напр зависит ли расстояние «пара метров» от его ориентации к полю? Т.е. может ли он быть детектером, когда монеты в кармане ещё не шевелятся?
(любопытство моё праздное, для интересу)
(возил как-то сетку мощных магнитов с калужского завода а общ. транспорте. они ко всему прилипали и прихолось отдирать с силой. выглядело забавно — идёт мужик и постоянно отдирает рывком сумку от двери, урны, поручня…
А потом через рамку металлоискателя прошёл с ней — даже не пискнула, хотя у ледей вокруг на зонты-ключи-ножи-пряжки верещала нещадно)
il--ya
19.07.2017 13:34«по сути МРТ показывает картину распределения воды в организме»
Водород ведь содержится не только в воде. Органические вещества тоже содержат водород, хоть и в меньших количествах. Или их вклад пренебрежим?Astrei
19.07.2017 14:03+1От состава вещества зависит и резонансная частота. Соседние атомы также влияют на это. Например жировые ткани и мышечные дают немного разные сигналы. Причем сигналы от жировых тканей считаются помехой и есть специальные протоколы исследований с «жироподавлением».
На самом деле лишь совсем малая часть из огромного количества протонов в воде внутри организма участвует в резонансе. Вклад других веществ будет пренебрежительно мал по сравнению с этим.
waul
19.07.2017 13:51Самое лучшее определение спина, которое мне попадалось: «Спин показывает количество оборотов, которое должна совершить частица, чтобы вернуться в исходное состояние».
chektor
19.07.2017 21:08Спасибо! Симпатично. Всегда удивлялся низкой ремонтопригодности зарубежной техники. К нашей уже привык, но от импортного оборудования ожидаешь более изящных решений.
tishevich
19.07.2017 22:02Подскажите пожалуйста, хочу сделать полное обследование тела при помощи МРТ. Но в прайсах клиник все разделено по органам (голова, брюшная полость и т.п.) и только в одной было сканирование full body за 18 тыс. руб. Можете объяснить в чем разница? Можно ли придти и просто попросить чтобы просканировали меня целиком?
Astrei
19.07.2017 22:59+1Все дело во времени сканирования — чтобы пройти например полноценное обследование позвоночника, на аппарате с полем 1Т потребуется 40 минут. Обследовать все тело займет наверное несколько часов. Думаю Вы сами откажетесь от такого сомнительного удовольствия. Можно сделать быстрое, так сказать, обзорное сканирование. Но сомневаюсь что от него будет толк в плане диагностики.
tishevich
20.07.2017 00:43Ок, тогда уточню. Хотелось бы сделать обследование всего тела чтобы исключить где-либо какие-либо пиздецомы, которые могут годами расти и человек их не ощущает пока до 3-й стадии не дойдет. Что посоветуете? С позвоночником все в порядке.
Astrei
20.07.2017 12:55Я совсем не врач, и боюсь в этой области советы давать не могу. В принципе, обзорное сканирование всего тела на МРТ подходит под ваши требования. Сначала смотрят все подряд — если что-то не понравится, то более детально. Цена будет конечно высокой, так как чтобы не заставлять вас лежать несколько часов, сканирование делают на аппаратах с мощным полем, ну а их время дороже соответственно.
perfect_genius
19.07.2017 22:03+2
Astrei
19.07.2017 23:03Шикарная анимация! Это визуализация метода обратного проецирования, один из самых ранних методов построения изображений в МРТ. Сейчас правда используют более сложные, но в КТ применяют именно его.
mike_y_k
19.07.2017 23:46Огромное спасибо за первую статью. Буду ждать продолжения.
А с вопросами ремонта — необходимо учитывать таки разницу во времени с момента начала производства и возврат средст, затраченных на R&D конкретного агрегата. Плюс тогда, да и сейчас никто особо не задумывается при производстве такой техники об взаимозаменяемости и универсализации.
sim2q
21.07.2017 04:07Очень интересно!
Тем более что немного занимаюсь ремонтом. (мощные звуковые усилители, бп, упс), так что фоточки с массивом электролитов — порадовали! Мне бы наверное на год хватило прожить починив такой, только бы на транзисторы пришлось перед этим кредит брать, а потом этот квенч ещё:)
ps если бы знал заранее что там внутри — не знаю даже, полез бы в него на обследование
vaborg
23.07.2017 15:18+1какая ужасная каша в описании от принципов до реализации.
страшно подумать, что автор напишет в описании «безкриогенных» сканеров.
1. 7Т проходит сертификацию и скоро будет доступен как клинический. В России их пока нет, но скоро, я думаю, купят в большие центры, например, Бурденко. Машины 9.4 в европе есть в Тюбингене и Маастрихте (был в Юлихе). В Сакле запускают 11.7Т, обещали в следующей году (хотя об этом говорят уже года три как). Кстати, достижения в материалах обещают удешевить процесс построения больших катушек и режим получения сверхпроводимости. см Le Bihan&Schild, Supercond Sci Techn 30 (2017) 033003.
Кстати, ЯМР уже достиг частоты 1ГГц, и движется дальше, поэтому перспективы очевидны.
2. При квенче высвобождается значительное количество энергии иссчисляемое МДж. Катушка магнита представляет собой набор кассет, и бывает что одна из таких кассет выходит из строя, грубо говоря, рвется обмотка и происходит замыкание где то в сендвиче. Ремонт дорог из за замены такой кассеты и последующими тратами на гелий. Однако, это не является чем то ужасным, особенно исследовательские машины подвержены такому (9.4Т пока не стабилизировались квенчнулись пару раз).
3. Люди стали строить гибридные машины типа MRI-PET, MRI-Linac. Это позволяет получать за одну сессию больше информации. Относительно PET — всегда ищут добровольцев, цена около 200 евро за измерение.
Проблема PET — кристаллы и их конфигурация для улучшения пространственного разрешения.
4. Относительно того, что показывает МРТ — есть много контрастов, но основные базируются на временах релаксации и то что называется proton density, введение контрастных веществ и комбинирование подавления или улучшения контрастов дает основное многообразие клинических вариантов. Кроме этого есть диффузия, течение, спектроскопия и то, что называется — X nuclei imaging, например, натрий, фосфор, фтор и тд. Но тут, действительно, много и в одной обзорной статье не охватить (разве что в стиле автора: обо всем и ни о чем).
5. Сканирование в стиле провериться: граждане, во многих местах идут исследования, где требуются добровольцы (здоровые) — участвуйте, получите бесплатные проверки. Кстати, сканирование всего тела неочень долгое, но и менее точное. Надо понимать, что пока универсального диагностического метода от всего нет, проверяйтесь в координации со своими рисками: употребляете черезмерно акоголь — идете на абдоминальное сканирование, кружится голова, тошнит и плохо думается — головы, и тд. Из личного опыта: пару раз находили опухоли доброкачественные у добровольцев и один раз гидроцефала-кандидата наук.
автору: учите мат. часть — лучше меньше да лучше! ИТМО — молодцы, но пока строят велосипеды.Astrei
23.07.2017 22:48Спасибо за отзыв! Позвольте спросить, что вы имеете ввиду под «велосипедом», касательно разработок ИТМО. Я так понял это означает, что уже есть что-то подобное?
dmitry2
26.07.2017 17:147Т проходит сертификацию и скоро будет доступен как клинический. В России их пока нет, но скоро, я думаю, купят в большие центры, например, Бурденко. Машины 9.4 в европе есть в Тюбингене и Маастрихте (был в Юлихе). В Сакле запускают 11.7Т, обещали в следующей году (хотя об этом говорят уже года три как). Кстати, достижения в материалах обещают удешевить процесс построения больших катушек и режим получения сверхпроводимости. см Le Bihan&Schild, Supercond Sci Techn 30 (2017) 033003.
Кстати, ЯМР уже достиг частоты 1ГГц, и движется дальше, поэтому перспективы очевидны.
У меня есть большие сомнения, что имеет смысл использовать 7Т магниты как клинические. На текущий момент это очень дорогая затея без особых преимуществ. Такие магниты требуют специально построенных зданий с десятками тонн железа для пассивного шиммирования. По-моему, повышение отношения сигнал/шум на 40% того не стоит. В клинических аппаратах резонансной частоты 1ГГц нет, и наверное не будет. Для 11Т получается всего около 500МГц.
При квенче высвобождается значительное количество энергии иссчисляемое МДж. Катчушка магнита представляет собой набор кассет, и бывает что одна из таких кассет выходит из строя, грубо говоря, рвется обмотка и происходит замыкание где то в сендвиче. Ремонт дорог из за замены такой кассеты и последующими тратами на гелий. Однако, это не является чем то ужасным, особенно исследовательские машины подвержены такому (9.4Т пока не стабилизировались квенчнулись пару раз).
Если мы говорим о клинических системах, то никакие катушки не выходят из строя при квенче. Ремонт этих катушек за пределами завода невозможен, а на заводе не имеет смысла — дешевле собрать все с «0». Что за система где «катушка представляет собой набор кассет» и что такое «сендвич» я вообще не знаю.
Люди стали строить гибридные машины типа MRI-PET, MRI-Linac. Это позволяет получать за одну сессию больше информации. Относительно PET — всегда ищут добровольцев, цена около 200 евро за измерение.
Проблема PET — кристаллы и их конфигурация для улучшения пространственного разрешения.
MRI-Linac не является диагностической машиной, ее предназначения уточнение локализации опухоли перед проведением исследования. Что касается MRI-PET, то я слышал пока только про аппарат от Siemens — Biograph MMR. Насколько я знаю в РФ есть по крайней мере одна такая система. Мне кажется, что такие системы не будут широко использоваться, я не вижу уникального преимущества для них. Возможно есть несколько типов исследований, где они действительно хороши, но и только. По-моему, гораздо проще и лучше сделать независимо ПЭТ-КТ и МРТ. Так же цена в 200 евро за такое исследование абсолютно нереальна, даже себестоимость ПЭТ исследование заметно выше. Если же говорить о проблемах систем MRI-PET, то основная проблема это невозможность использования фотоумножителей (PMT).
Сканирование в стиле провериться: граждане, во многих местах идут исследования, где требуются добровольцы (здоровые) — участвуйте, получите бесплатные проверки. Кстати, сканирование всего тела не очень долгое, но и менее точное. Надо понимать, что пока универсального диагностического метода от всего нет, проверяйтесь в координации со своими рисками: употребляете черезмерно акоголь — идете на абдоминальное сканирование, кружится голова, тошнит и плохо думается — головы, и тд. Из личного опыта: пару раз находили опухоли доброкачественные у добровольцев и один раз гидроцефала-кандидата наук.
Можете привести информацию о местах проведения исследований для добровольцев? Я думаю многим эта информация будет полезна. Я видел только исследования, которые спонсируются фармацевтическими компаниями для оценки эффективности лекарственных препаратов и, соответственно, не подходят для здоровых людей.zerusvirus
27.07.2017 06:25Как минимум PET/MR система есть у GE — SIGNA PET/MR, причем детектор ПЭТ с кремниевыми ФУ. Если не ошибаюсь, в Москве одна система установлена. При независимых исследованиях ПЭТ и МРТ есть некоторые сложности с анатомическим совмещением изображений.
alderkra
25.07.2017 07:52То vaborg, вы пишете: "Кстати, ЯМР уже достиг частоты 1ГГц, и движется дальше". Объясните чайнику, означает ли это, что и индукция магнитного поля увеличилась в (1000МГц/42,58МГц =23,5 раза) по сравнению с полем 1 Т, и составляет порядка 23 Тесла?
42,58МГц – это ларморовская частота для атомов водорода в поле 1 Тесла. Терминов начитался в Википедии :)
kharlashkin
Спасибо за интересную статью, очень надеюсь на продолжение — уверен, что у вас есть в запасе ещё огромное количество историй.
Арбуз — это своеобразный тест оборудования после ремонта?
Astrei
Для тестов оборудования каждый томограф укомплектован кучей разных фантомов, вроде шара, что на одном из фото. Они все представляют собой емкости, заполненные специальным раствором. Полное проведение всех тестов и калибровок с ними занимает почти целый день. А арбуз кстати действительно оказался хороший — и как тестовый объект и как еда.
Mikeware
«оказываем услуги по выбору арбузов. дорого.»© :-)