БЕСПРОВОДНАЯ РАДИОЧАСТОТНАЯ КАТУШКА НА ОСНОВЕ ОБЪЁМНЫХ РЕЗОНАТОРОВ ДЛЯ ВИЗУАЛИЗАЦИИ МОЛОЧНЫХ ЖЕЛЁЗ

Полезная модель относится к области медицинской техники, а именно является клиническим устройством для высокопольных систем магнитно-резонансной томографии (МРТ), которые работают с индукцией магнитного поля равной 1.5 Тл. Устройство предназначено для перераспределения электромагнитного радиочастотного (РЧ) поля внутри приемопередающей катушки типа «птичья клетка», а именно фокусировки магнитного поля в области молочных желез пациента, что улучшает качество получаемых изображений и, одновременно с этим позволяет уменьшить величину подаваемой РЧ мощности, повышая безопасность сканирования для тканей человека. Кроме того, сфокусированное возбуждение оказывает прямое, выгодное влияние на время формирования изображения, и сводит к минимуму появление артефактов от окружающих тканей и органов.
На данный момент в магнитно-резонансных клинических томографах (1.5 Тл) для передачи РЧ сигнала применяется катушка типа «птичья клетка», которая встроена в большинство современных высокопольных сканеров. Этот тип катушек отличается высокой однородностью магнитного поля в области сканирования, но из-за больших характерных размеров, относительно сканируемого объекта, обладает плохой чувствительностью при приеме сигнала магнитного резонанса исследуемой области. Поэтому, для повышения чувствительности и улучшения эффективности передачи в исследуемой области, используют локальные РЧ катушки (напр., патент США № 5,363,845 от 19.12.2000). Open structure breast coil and support arrangement for interventional MRI/ Toshiba America MRI, Inc., патент США № 6,850,065 от 01.02.2005. MRI coil system for breast imaging/ General Electric Company), подключаемые с помощью РЧ кабелей к системе магнитно-резонансного томографа. Такие катушки имеют ряд недостатков, например громоздкость конструкции и следующая из этого сложность в установке оборудования внутри томографа. Также стоит отметить высокую стоимость, наличие хрупких разъемов и кабеля с протекающим по нему высоким током, которые создают дополнительный шум и оказывают негативное влияние на процесс получения сигналов ядер исследуемых атомов при сканировании пациентов. Локальные приемо-передающие катушки часто имеют неоптимальное распределение РЧ полей, которое может привести к повышению удельного поглощения энергии в тканях.
Другим техническим решением является использование беспроводных пассивных устройств, которые за счет индуктивной связи с приемопередающей катушкой типа «птичья клетка» позволяют локализовать РЧ поле в области интереса и тем самым,уменьшить РЧ нагрузку на всего пациента.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является катушка для МРТ молочных желез (патент на полезную модель RU 190567 U1 МПК А61В 5/055, дата приоритета 28.12.2018, дата публикации 03.07.2019), состоящая из массива керамических колец с высокой диэлектрической проницаемостью. При использовании данного устройства, встроенная основная катушка типа «птичья клетка» стандартного клинического высокопольного томографа (1.5-3 Тл), используется для двух этапов: передачи и приема сигнала. Локальная катушка позволяет сфокусировать РЧ-поле в области молочных желез пациента. Существенным недостатком данного технического решения на основе керамических колец является высокая масса резонаторов и хрупкость керамических элементов, что при частом использовании может привести к механическим повреждениям устройства. Кроме того, сложность в производстве устройства приводит к его повышенной стоимости по сравнению с предлагаемым техническим решением. Также в зависимости от температуры керамические элементы меняют свои электрические свойства, что уменьшает эффективность работы.
Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является повышение качества и РЧ безопасности МРТ молочных желез.
Поставленная задача решается за счет достижения технического результата, заключающегося в использовании массива немагнитных металлических кольцевых резонаторов с распределенными емкостными нагрузками, которые перераспределяют поле в области расположения такого массива.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется фигурами.
Общий вид устройства показан на фиг.1 и фиг.2 и включает в себя корпус 1, состоящий из подушки под область живота и таза 2, подголовника 3, мягкой прокладки 4, внутри которого расположены металлические кольцевые резонаторы 5. Корпус 1 адаптирован под строение тела пациента и препятствует контакту пациента с проводящими частями катушки, делая процедуру ее использования безопасной для любого размера нагрузки. Массивы немагнитных металлических кольцевых резонаторов прямоугольной формы 5 перераспределяют поле в области расположения такого массива. Каждый резонатор состоит из параллельных проводников, соединенных с обоих концов через распределенные емкости, выполненные в виде прямоугольных медных полосок 8, нанесенных на обе стороны общих диэлектрических подложек 6. За счет использования печатных плат 6, выполненных из материла Arlon 255C, с находящимися на них металлическими полосками достигается компактный размер структуры и появляется возможность адаптации под ожидаемую нагрузку. Используемая печатная плата 6 обладает низким значением тангенса угла диэлектрических потерь (0.0014), а также оптимальной относительной диэлектрической проницаемостью (2.55), позволяющей настроить распределенные емкости для работы устройства на частотах магнитного резонанса. Проводники представляют собой латунные телескопические провода. Использование телескопических проводов 7, позволяет изменять размеры используемых проводников, тем самым настраивая резонансную частоту структуры на рабочую частоту магнитно-резонансного томографа. Все компоненты основной части катушки имеют небольшую толщину и размеры, что приводит к небольшому весу устройства, относительно, катушки с керамическими резонаторами, и простоте использования, относительно проводных катушек.
Предлагаемое устройство используется следующим образом. Катушка хранится вне высокопольного магнитно-резонансного томографа и устанавливается на стол для пациента при необходимости локального обследования молочных желез. Производится укладка обследуемого человека на корпус устройства лицом вниз так, чтобы исследуемая область находилась внутри резонансных структур, спрятанных под поверхностью корпуса и образующих две ниши. После процедуры позиционирования пациента вместе с устройством внутри томографа проводится стандартная процедура сканирования с помощью протоколов, рассчитанных для маммографии. Во время стандартной процедуры калибровки автоматически подбирается необходимый уровень мощности РЧ импульса, уровень которого, при использовании резонаторов, будет снижен по сравнению со случаем, когда используется катушка типа «птичья клетка». За счет индуктивной связи приемно-передающей катушки, встроенной в томограф, и встроенных в устройство резонаторов, происходит перераспределение РЧ электромагнитного поля. Таким образом, в области интереса возникает локальное увеличение РЧ магнитного поля, в результате чего усиливается передаваемый ядрам объекта сигнал, а также получаемый отклик ядерного магнитного резонанса при приеме. Из этого следует улучшение качества получаемых изображений при использовании встроенной в томограф приемно-передающей катушки типа «птичья клетка». После использования катушка извлекается из томографа и помещается на хранение.