ПРИЕМНО-ПЕРЕДАЮЩЕЕ РАДИОЧАСТОТНОЕ УСТРОЙСТВО К МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНОМУ СКАНЕРУ ДЛЯ ОРТОПЕДИЧЕСКОГО МАГНИТНОГО ТОМОГРАФА
RADIO-FREQUENCY TRANSMITTER-RECEIVER TO MAGNETIC RESONANCE SCANNER FOR ORTHOPAEDIC MAGNETIC TOMOGRAPH

Предлагаемое изобретение предназначено для использования в медицине, а именно в ортопедической, травматологической и хирургической практике, и входит в состав магнитного томографа, позволяющего получать изображения суставов, мягких тканей и костей конечностей на основе ядерно-магнитного резонанса.
Известно приемно-передающее радиочастотное устройство к магнитно-резонансному сканеру для ортопедического магнитного томографа (МРТ), содержащее передающую и приемную радиочастотные катушки, витки которых соединены взаимно параллельно, соединенные соответственно с высокочастотным передатчиком и приемником диагностического сигнала, подключенным к компьютеру (патент США №5543710 от 1994 г., кл. 324/318) [1].
Известное устройство [1] предназначено для обследования конечностей пациента. Его недостатком является заметное падение чувствительности в зоне голеностопного сустава и пятки при исследовании ноги пациента.
Известно также приемно-передающее радиочастотное устройство к магнитно-резонансному сканеру МРТ для обследования конечностей, содержащее передающую и приемную радиочастотные катушки, соединенные соответственно с высокочастотным передатчиком и приемником диагностического сигнала, подключенным к компьютеру. В состав устройства входит ложе для обследуемой ноги в форме сапога из магнито- и электроизоляционного материала, на котором навиты радиочастотные катушки, блок электроники и пульт управления (патент RU №2192165, кл. А61В 5/055) [2].
Известное устройство [2] предназначено для исследования голеностопного сустава и пятки ноги пациента; на нем невозможно получать изображения коленного и локтевого суставов, что ограничивает сферу применения устройства [2].
Наиболее близким по конструкции к заявляемому объекту является приемно-передающее радиочастотное устройство к сканеру магнитно-резонансного томографа Artoscan-C, содержащее передающую и приемную радиочастотные катушки соленоидального типа, соединенные соответственно с высокочастотным передатчиком и приемником диагностического сигнала, подключенным к компьютеру ("Artoscan-C et al. Dedicated MRI Systems" 03.04.2004, www.esaote.com/media/des/Cfs…[3]).
Данное устройство [3] выбрано в качестве прототипа.
В данном устройстве приемная и передающая радиочастотные катушки находятся между полюсами магнита, причем приемная радиочастотная катушка расположена в непосредственной близости от объекта исследования, проходит вокруг его ложа, а передающая радиочастотная катушка проходит вокруг приемной катушки. Такое удаленное от объекта исследования расположение передающей радиочастотной катушки энергетически невыгодно, так как требует повышенной мощности высокочастотного передатчика (не менее 1 кВт). При такой мощности передатчика пациент получает излишнюю дозу облучения высокочастотным радиосигналом биологических тканей, что нежелательно, так как в дальнейшем может отрицательно сказаться на здоровье пациента. В этом состоит основной недостаток прототипа.
Целью настоящего изобретения являются снижение мощности высокочастотного передатчика и ослабление влияния высокочастотного электромагнитного поля на организм пациента.
Данная цель достигается тем, что в приемно-передающем радиочастотном устройстве к магнитно-резонансному сканеру для ортопедического магнитного томографа, содержащем формирователь возбуждающего радиоимпульса, блок усиления радиоимпульса, передатчик, приемник радиочастотного сигнала, приемную и передающую радиочастотные катушки, соединенные соответственно с приемником и передатчиком, передающая и приемная радиочастотные катушки совмещены в одной приемно-передающей катушке, формирователь возбуждающего радиоимпульса связан через коммутатор с блоком усиления радиоимпульса, выполненный в виде магазина усилителей с различными коэффициентами усиления для каждого типа приемно-передающей катушки, при этом вход коммутатора соединен с блоком памяти, для опознавания типа приемно-передающей катушки в каждую катушку встроена RC-цепочка, вход которой соединен с задатчиком ступенчатого напряжения, а выход - со вторым компаратором, второй вход которого соединен с задатчиком ступенчатого напряжения, а выход - со счетчиком времени задержки, второй вход которого также соединен с задатчиком ступенчатого напряжения, а выход - со вторым входом первого компаратора.
В дальнейшем изобретение сопровождается электронными схемами и описанием их.
На фиг.1 представлена блок-схема приемно-передающего радиочастотного устройства, а на фиг.2 - схема приемно-передающей катушки.
Приемно-передающее радиочастотное устройство к магнитно-резонансному сканеру для ортопедического магнитного томографа содержит формирователь возбуждающего радиоимпульса 1, блок усиления радиоимпульса 2, передатчик 3, приемник 4 радиочастотного сигнала, приемно-передающую радиочастотную катушку 5, соединенную соответственно с приемником 4 и передатчиком 3. Блок усиления радиоимпульса 2 выполнен в виде магазина усилителей с различными коэффициентами усиления для каждого типа приемно-передающей катушки, подключение того или иного усилителя управляется коммутатором 6, вход которого соединен с выходом первого компаратора 7, первый вход которого соединен с блоком памяти 8. Для опознавания типа приемно-передающей катушки в каждую катушку встроена RC-цепочка 9, вход которой соединен с задатчиком ступенчатого напряжения 10, а выход - со вторым компаратором 11, второй вход которого соединен с задатчиком ступенчатого напряжения 12, а выход - со счетчиком 13 времени задержки, второй вход которого также соединен с задатчиком 12 ступенчатого напряжения, а выход - со вторым входом первого компаратора 7.
Схема приемно-передающего радиочастотного устройства работает следующим образом. Сформированный в формирователе радиоимпульса 1 возбуждающий сигнал поступает на блок усилителей амплитуды радиоимпульса 2. Коммутатор 6 управляет включением того или иного усилителя. При этом с выхода передатчика 3 на приемно-передающую катушку 5 будут поступать сигналы различной мощности в зависимости от подключенного на вход передатчика усилителя. Управление схемой коммутации осуществляется в зависимости от типа катушки. С этой целью в каждую катушку встроена RC-цепочка, причем емкость конденсатора уникальна для каждой катушки и определяет время задержки RC-цепочки. Расчетные времена задержки хранятся в блоке памяти 8, подключенном к первому компаратору 7. Для определения фактического времени задержки, индивидуального для каждого типа катушки за счет различия емкостей, перед началом исследования на RC-вход катушки подается зондирующее ступенчатое напряжение амплитудой U max. Одновременно это же напряжение стартует счетчик времени 13. Остановка счетчика 13 происходит в момент, когда напряжение на выходе RC-цепочки достигнет уровня U max. Сравнение напряжений осуществляет второй компаратор 11. При достижении текущего напряжения значения U max срабатывает второй компаратор 11 и останавливает счетчик времени. Полученное значение времени задержки с выхода счетчика поступает на вход первого компаратора 7, в котором оно сравнивается со всеми расчетными временами, хранящимися в блоке памяти 8. В зависимости от результатов сравнения коммутатор 6 подключает один из усилителей.
Сама приемно-передающая катушка работает следующим образом (см. фиг.2).
В момент передачи pin-диод D1 открыт напряжением смещения, поступающим от передатчика вместе с передающим импульсом. Дроссель L2 согласует катушку с выходом передатчика. Передающий импульс проходит на катушку, резонансный контур которой включает в себя конденсаторы С1-С4 и индуктивность катушки L1. В момент приема напряжение смещения pin-диода D1 равно нулю, диод закрыт, шумы передатчика не проходят в катушку, а часть напряжения контура катушки снимается с конденсатора С1 и поступает на вход приемника.
Предложенная конструкция приемно-передающего радиочастотного устройства обеспечивает возможность проведения обследования пациента методом магнитно-резонансной томографии с помощью одной приемно-передающей радиочастотной катушки, что позволяет снизить мощность передатчика до 20 Вт и, следовательно, исключить нежелательное воздействие сильного импульсного электромагнитного поля на организм пациента.