МР-томограф состоит из следующих основных блоков: магнита, градиентных, тттиммируютттих и РЧ-катушек, охлаждающей системы, систем приема, передачи, обработки и хранения данных, системы экранирования (рис. 27) [11].

РЧ-катушка

Рис. 27. Схема основных систем МР-томографа

Магнит является самой дорогой частью МР-томографа, создающей сильное устойчивое магнитное поле. Большинство современных магнитов, выпускаемых различными производителями, являются сверхпроводящими.

Внутри магнита расположены градиентные катушки, предназначенные для создания контролируемых изменений главного магнитного поля В0 по осям X, Y и 2 и пространственной локализации сигнала. Градиентные катушки благодаря своей конфигурации создают управляемое, однородное и линейное изменение поля в определенном направлении, имеют высокую эффективность, низкую индуктивность и сопротивление [41].

Градиентные катушки имеют различные размеры и конфигурацию и бывают следующих видов:

1)    катушка в форме «8»;

2)    катушка Голея, создающая градиенты магнитного поля перпендикулярно главному полю;

3)    катушка Г ельмгольца - пара катушек с током, создающих однородное магнитное поле в центре между ними;

4)    катушка Максвелла, создающая градиенты поля по направлению главного магнитного поля;

5)    сдвоенная седлообразная катушка, создающая градиент в направлении осей X и Y.

Для пространственного возбуждения выбранного объема используются три совмещенные ортогональные катушки, создающие требуемые градиентные поля, добавляемые к главному полю (В0). Например, при кодировании сигнала для создания градиента по оси 2 может использоваться пара Г ельмгольца или катушка Максвелла, а по осям X и Y - парные седлообразные катушки. В ряде методов быстрого отображения градиенты также используются для создания обратного импульса.

Шиммирующие катушки - это катушки с малым током, создающие вспомогательные магнитные поля для компенсации неоднородности главного магнитного поля томографа, вызванной дефектами магнита или при

сутствием внешних ферромагнитных объектов.

РЧ-катушка представляет собой одну или несколько петель проводника, создающих магнитное поле Вх, необходимое для поворота спинов на 90°

или 180° во время импульсной последовательности, и регистрирующих сигнал поперечной намагниченности от спинов внутри тела. Совершенная катушка создает однородное магнитное поле без существенного излучения. По характеру выполняемых операций РЧ-катушки можно разделить на три основные категории: приемопередающие, только принимающие и только передающие РЧ-сигнал. Приемопередающие катушки служат излучателями поля Вх и приемниками РЧ-энергии от отображаемого объекта. Только передающая катушка используется для создания поля Вх; только принимающая катушка используется в сочетании с предыдущей для обнаружения или приема МР-сигнала от спинов отображаемого объекта. Любая отображающая катушка должна резонировать или эффективно накапливать энергию на частоте Лармора. Резонансная частота РЧ-катушки определяется индуктивностью (Ь) и емкостью (С) индуктивно-емкостной цепи. Некоторые типы отображающих катушек должны настраиваться для каждого пациента путем индивидуальной подстройки емкости переменного конденсатора [40].

Качество МР-изображений зависит от соотношения сигнал/шум регистрируемого сигнала и каждый МР-томограф имеет несколько отображающих катушек для применения в различных ситуациях. По конструкции РЧ-катушки обычно разделяются на две категории: поверхностные и объемные.

Объемной катушкой называется РЧ-катушка, окружающая исследуемую часть тела. Такие катушки имеют лучшую радиочастотную однородность внутри отображаемого объема, чем поверхностные катушки, и бывают нескольких видов:

-    катушка «птичья клетка»;

-    циркулярная поляризованная катушка;

-    пересеченная катушка;

-    парная катушка Г ельмгольца;

-    сдвоенная седлообразная катушка;

-    квадратурная катушка;

-    соленоид с одним витком провода.

Наиболее часто в МР-томографии используется катушка «птичья клетка», которая является приемопередающей катушкой и создает высокооднородное РЧ-поле практически во всем объеме, дающее изображение с высокой однородностью. Другое преимущество заключается в том, что такая катушка создает два поля В^, направленных точно под углом 90° друг к другу, что облегчает введение второго сигнала в квадратуре и создает циркулярно поляризованное РЧ-поле. Катушки этого типа используются для отображения головы и иногда для отображения конечностей.

Циркулярная поляризованная катушка разработана для возбуждения или обнаружения спинов с помощью двух ортогональных передающих и/или принимающих каналов. Потребляемая для передачи мощность в 2 раза ниже. Принимающая катушка имеет лучшее соотношение сигнал/шум, чем линейно-поляризованная катушка.

Пересеченная катушка - пара РЧ-катушек, чьи магнитные поля перпендикулярны друг к другу, и их взаимное магнитное взаимодействие минимально. Парная катушка Гельмгольца состоит из двух параллельных кольцеобразных катушек.

Сдвоенная седлообразная катушка обычно служит для отображения колена, обеспечивает лучшую РЧ однородность в области исследования и используется как объемная катушка.

Квадратурная катушка преобразует энергию в циркулярно поляризованное РЧ-поле. Энергия, полученная от РЧ-усилителя, дает два сигнала, отличающиеся по фазе на 90°. Квадратурные катушки могут работать как принимающие и/или передающие. При использовании их в качестве приемника

можно достичь увеличения соотношения сигнал/шум в 42 раз.

Одновитковый соленоид - передающая и принимающая РЧ-катушка цилиндрической формы для отображения конечностей. Единственный виток состоит из медной ленты, ширина которой больше диаметра катушки.

Поверхностная катушка - вид принимающей катушки, помещаемой непосредственно на области интереса. Она имеет хорошее соотношение сиг-нал/шум для тканей вблизи катушки и уменьшение сигнала на расстоянии, которое в общем случае описывается соотношением

где х - расстояние от катушки до отображаемой точки пространства; г -радиус катушки.

При использовании в ходе исследования поверхностных катушек, для излучения РЧ-энергии в виде 90о- и 180о-ных импульсов в томографе служит встроенная объемная катушка. Поверхностные катушки широко распространены, и для различных областей тела разработаны различные конструкции.

Матричная поверхностная катушка состоит из набора малых катушек, которые могут функционировать по отдельности или вместе.

Гибкая поверхностная катушка, оборачиваемая вокруг анатомической области, часто применяется при исследованиях суставов.

Линейно-поляризованная катушка использует для возбуждения или обнаружения спинов один передающий и/или принимающий РЧ-канал.

Фазированные (линейные) катушки обычно только принимают сигнал. Встроенная катушка сканера служит для передачи 90°- и 180°-ных импульсов. Современные системы используют 4 или более катушек с 4 отдельными

(37)

приемниками. Использование этих катушек позволяет уменьшить число усреднений сигнала с большим соотношением сигнал/шум и разрешением, таким образом уменьшая время сканирования.

Седловидная катушка представляет собой две петли проводника, обернутые вокруг противоположных сторон цилиндра, и используется, когда статическое магнитное поле коаксиально продольной (вдоль тела) оси катушки.

Фазочувствительным детектором является устройство, которое отделяет сигналы Мх и Му от сигнала РЧ-катушки, преобразуя лабораторную систему координат во вращающуюся. Его основой является преобразователь частоты, имеющий два входа и один выход. Если сигналами на входе являются cos(А) и cos(В), то на выходе получаются 12 cos(А + В) и 12 cos(А - В). Фазочувствительный детектор обычно состоит из двух преобразователей частоты, двух фильтров, двух усилителей и 900-ного преобразователя фазы и имеет два входа и два выхода. На входы подаются частоты V и V 0 и на выходе получают составляющие поперечной намагниченности

Мх и Му. Аналого-цифровой преобразователь преобразует МР-сигнал в

цифровой сигнал, который обрабатывается с помощью фурье-преобразования и отображается в виде изображения на мониторе.

В компьютере, контролирующем все компоненты томографа, можно выделить центральный блок обработки, состоящий из блока приема и передачи данных, реконструкции изображений, хранения данных и оперативной памяти, и периферийные устройства, к которым можно отнести блок хранения данных и устройства ввода/вывода. Компьютер управляет программатором градиентов, определяющим вид и амплитуду каждого из трех градиентных полей, необходимых для получения данных, а также обработкой данных для отображения изображений. Градиентный усилитель увеличивает мощность градиентных импульсов до уровня, достаточного для управления градиентными катушками. Источник РЧ-импульсов (генерирующий синусоиду нужной частоты) и программатор импульсов (придающий им форму sinc импульсов) являются РЧ-компонентами, находящимися под контролем компьютера. РЧ-усилитель увеличивает мощность импульсов от милливатт до киловатт. Выбор и модификация отображающей последовательности, ввод данных в компьютер осуществляются через консоль управления.

Пациент располагается на управляемом компьютером столе, точность установки позиции которого составляет 1 мм.

Процедурную комнату сканирования окружает клетка Фарадея - электрически проводящий экран (медная сетка или листы алюминия), уменьшающий влияние внешних радиоволн на работу томографа и предотвращающий выход РЧ-волн за пределы процедурной комнаты. Экранирование комнаты может быть полным (с 6 сторон) или частичным, если края поля нужно уменьшить лишь в некоторых областях.