МАГНИТНАЯ СИСТЕМА МАГНИТОРЕЗОНАНСНОГО ТОМОГРАФА

Изобретение относится к устройствам - магниторезонансным томографам (МРТ), широко используемым в настоящее время в медицинской диагностике, в частности, к выполнению их магнитных систем.
В магниторезонансной томографии требуется высокая однородность магнитного поля при слабых полях рассеяния. Для этого применяют магнитные системы, состоящие из громоздких резистивных и сверхпроводящих соленоидов и катушек Гельмгольца (Л.М.Сороко, Интроскопия на основе ядерного магнитного резонанса, Москва, Энергоатомиздат, 1986). В таких устройствах исследуемый объект - пациент находится в замкнутом пространстве, что неудобно для него и для обслуживающего персонала. Больший доступ обеспечивают открытые постоянные магниты с массивными наконечниками. Их вес превышает ШО тонн даже при использовании современных магнитных материалов. Указанные недостатки ограничивают применение таких устройств в небольших больницах и передвижных установках.
Для томографии нужны магнитные системы с однородным полем, с повышенной напряженностью, слабым полем рассеяния и достаточно компактные.
,
,
Известны магнитные системы для МРТ на постоянных магнитах, представляющие собой три постоянных магнита с круглым поперечным сечением (J. Yonnet, A. Picard, Laboratoire dElectrotechnique de Grenoble (UA-355 CNRS), ENSIEG, B.P., n 46, 38402 St Marin dHires Codex, France), обеспечивающие повышенную напряженность поля и малое рассеяние, но они имеют очень большую неоднородность поля.
Также известны кольцевые магнитные системы, составленные из повторяющихся секций из трех постоянных магнитов (Проспект фирмы HUMBOLOT, WEO AG, PERMOS, Mittelfeld-Magnetscheider), обеспечивающие повышенную напряженность поля
и малое рассеяние, но они имеют очень большую неоднородность поля и используются для сепарации руд.
Техническим результатом, на который направлено изобретение, является создание открытой и компактной магнитной системы для МРТ, имеющей область однородного магнитного поля повышенной напряженности при слабом поле рассеяния.
Для этого предложена магнитная система магниторезонансного томографа, состоящая из секций, составленных из трех магнитов, при этом секции из трех отдельно расположенных магнитов в виде параллелепипедов, установлены параллельно, центральные магниты имеют прямоугольное сечение, а крайние - квадратное, расстояние между секциями примерно равно длине L центрального магнита, а расстояние между центральным и крайними магнитами равно примерно L/2, при этом полюса магнитов, расположенных напротив друг друга в каждой из секции, одинаковы.
Центральные магниты могут быть выполнены из двух равных частей с длиной L/2. Магнитная система может быть выполнена из постоянных магнитов.
Магнитная система может быть выполнена из сверхпроводящих магнитов.
Магнитная система может быть установлена на поворачивающуюся раму с возможностью перемещения рамы по вертикали и горизонтали.
Такое выполнение магнитной системы позволит создать в зоне обследования область однородного магнитного поля повышенной напряженности при слабом поле рассеяния с открытым доступом в нее как обслуживающего персонала так и размещения пациента.
На Фиг.1 показан общий вид магнитной системы с постоянными магнитами.
На Фиг.2 показан вариант магнитной системы, собранной на поворотной раме - вид со стороны головы пациента (рама расположена вертикально).
На Фиг.3 показан вариант магнитной системы, собранной на поворотной раме - вид сбоку (рама расположена под углом к горизонтальной плоскости).
На Фиг.4 показан вариант магнитной системы, с центральным магнитом, выполненным из двух одинаковых частей.
На Фиг.5 показано поперечное сечение магнитов на половине их высоты Н и распределение магнитных силовых линий поля.
Обозначения на фигурах:
1 - центральный магнит
2 - крайний магнит
3 - поворотная рама
4 - железный сердечник
5 - обмотка
Рассмотрим особенности магнитной системы для МРТ. Она состоит из двух секций постоянных магнитов 1 и 2 (Фиг1). В каждой секции имеется один центральный магнит 1 и два крайних магнита 2. В поперечном сечении (Фиг.5) центральные магниты имеют форму прямоугольника, а крайние магниты - форму квадрата. Площадь сечения центрального магнита примерно равно площади двух крайних магнитов. На Фиг.5 показано также распределение магнитных силовых линий. Расстояние между секциями магнитов L устанавливается таким, чтобы получить оптимальную однородность магнитного поля. Величина этого расстояния близка к длине центральных магнитов. На Фиг.5 видно, что магнитные силовые линии идут вдоль центральных магнитов, при этом "складываются" все силовые линии идущие в направлении N->S как от центральных магнитов, так и от крайних в обоих рядах магнитов. Этим в значительной степени обеспечивается хорошая однородность и повышенная напряженность магнитного поля. Плотность силовых линий в центральной части (выделена на фиг.5) высокая. А плотность силовых линий вокруг системы значительно меньше, что свидетельствует о низкой напряженности поля рассеяния. Изображенный на фиг,5 круг показывает область
однородного поля. Диаметр ее примерно в два раза меньше расстояния между центральными секциями устройства.
Магнитное поле было рассчитано на компьютере. Устройство также было собрано из постоянных магнитов и исследовано экспериментально. Измеренные параметры соответствуют расчетным. Однородность поля в центральной части можно еще улучшить известными способами, например, шиммированием.
Высота магнитов Н (Фиг.1) должна быть такой, чтобы исследуемая часть тела человека вся находилась в однородном поле. Вес такого устройства приемлем для стационарной установки. Для более портативных томографов предлагается конструкция, в которой магниты, устанавливаются на поворотной раме 3 (Фиг.2 и 3). При этом рама перемещается по горизонтали и по вертикали. Благодаря такой конструкции слой однородного поля подводится к месту расположения пациента - исследуемого объекта, т.е. туда, где надо получить томограмму. Таким образом обеспечивается получение томограмм необходимого среза. При этом градиентные катушки и высокочастотные контуры томографов устанавливаются на раме (на фиг не показаны).
Подведение однородного магнитного поля ограниченного объема к месту получения томограмм значительно уменьшает вес магнитов. А в случае применения резистивных или сверхпроводящих магнитов уменьшается расход электроэнергии и жидкого гелия или азота. Это важно для создания портативных и передвижных МРТ.
Выше было рассмотрена магнитная система МРТ, состоящее из 6 магнитов. Проведенные нами расчеты и эксперименты показали, что также представляет интерес конструкция, в которой каждый центральный магнит 1 заменен двумя центральными магнитами с одинаково направленными полюсами (Фиг.4). Такая конструкция также обеспечивает хорошую однородность магнитного поля. Она удобна тем, что между двумя центральными магнитами с двух сторон могут находиться медицинские сотрудники.
На Фиг.4 схематически показано выполнение магнитной системы с магнитами, выполненными из высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП), где 5 - обмотки ВТСП на железных сердечниках 4. Охлаждающее устройство с жидким азотом не показано.
Таким образом, данная магнитная система МРТ позволит во всех вариантах реализации получить результат - а именно, снимать томограммы при обеспечении удобного доступа к пациенту, расширить оснащенность клиник доступными МРТ.