Comments 22
Ничего не понимаю в МРТ, а потому хочу прояснить для себя: все эти фокусы с водой увеличивают SNR, правильно? Но ведь в уже существующих томографах этот параметр уже подобран нужным образом? Стало быть, никакого улучшения разрешающей способности не происходит? И всё это, как сказано в статье, пока игрушки, которые могут привести в будущем просто к удешевлению новых томографов, да?
SNR всегда хочется иметь большой, однако есть куча мешающих факторов, таких как время сканирования, и мощность радиоизлучения не дающих выжимать максимум. Поэтому в клинических аппаратах это скорее компромисное значение. В тоже время, метаматериалы позволяют проводить оптимизацию там, где этого еще не делали — в повышении эффективности используемых для приема и передачи сигналов антенн. Антенны работают в ближнем электромагнитном поле, где магнитная компонента поля отвечает за сигнал, а электрическая — соответственно за шум и нагрев. Конструкцией, описанной в статье можно пространственно разделить места локализации магнитного поля и электрического так чтобы объект который мы сканируем не попадал в электрическое поле, и наоборот находился в максимуме магнитного. В такой ситуации произойдет как увеличение SNR, так и пространственного разрешения, так как мы сможем детектировать сигнал от ядер более отчетливо. Другое дело, что это отлично работает с маленьким объектом вроде помидора, а вот с целым человеком — увы, пока нет.
Спасибо за статью.
Правильно ли я понимаю: в перспективе можно создать «резонирующий пояс», в который будут заворачивать пациента, чтобы получить более качественный МРТ-снимок?
Да, над созданием подобной одежды и ее элементов трудятся некоторые научные группы, например в
И компания General Electric не отстает, недавно представив свою Air Technology, которая позволяет делать очень гибкие антенны, например,
Правда до реально беспроводных технологий дело еще не дошло.
Стенфорде
И компания General Electric не отстает, недавно представив свою Air Technology, которая позволяет делать очень гибкие антенны, например,
в виде одеяла, которым просто укрывают пациента.
Правда до реально беспроводных технологий дело еще не дошло.
Спасибо Вам огромное. Всегда было интересно узнать как работает и как устроен аппарат МРТ, поэтому прочитал обе статьи на одном дыхании.
В первой части вы писали, что радиочастотный усилитель выдаёт порядка 10-15 кВт мощности ВЧ.
По вашему опыту, какой вред организму приносят данные мощности? Среди радиолюбителей разные байки ходят: от высыхающей растительности вблизи антенн, передающих сигнал большой мощности до выпадения волос\зубов у операторов.
Можно ли (с соответствующими доработками по согласованию) применять данные усилители для радиолюбительских диапазонов 1-30 МГц?
В первой части вы писали, что радиочастотный усилитель выдаёт порядка 10-15 кВт мощности ВЧ.
По вашему опыту, какой вред организму приносят данные мощности? Среди радиолюбителей разные байки ходят: от высыхающей растительности вблизи антенн, передающих сигнал большой мощности до выпадения волос\зубов у операторов.
Можно ли (с соответствующими доработками по согласованию) применять данные усилители для радиолюбительских диапазонов 1-30 МГц?
Спасибо за отзыв!
По поводу безопасности радиочастотного излучения — это всегда животрепещущий вопрос. В усилителях мощности, применяемых в МРТ все-таки, указывается пиковая величина, и редко когда это оборудование врубают на полную катушку. Кроме того, сам характер работы оборудования — импульсный, что также уменьшает время воздействия. Уровень поглощения энергии электромагнитных волн телом пациента контролируется несколькими независимыми системами и оценивается удельным коэффициентом поглощения (или SAR), который включает в себя многие параметры, такие, как например вес пациента, время сканирования, мощность импульсов. Система жестко заблокирована на определенные пороги и не даст оператору превысить допустимые пределы.
По моему опыту изучения данного вопроса, ответ такой — разговор по мобильному телефону, поднесенному близко к голове, может быть сравним по вредности с процедурой МРТ.
Чем короче длина волны излучения — тем больше энергии может поглотиться телом человека. Однако по сравнению с ионизирующим излучением, вроде рентгеновского, длинные радиоволны гораздо более безопасны. Основной вред, который они могут нести — это нагрев тканей. В тоже время, человеческое тело имеет отличный механизм терморегуляции, так что поля определенной величины не могут приносить ему вреда (если конечно не жить под их воздействием постоянно).
Усилитель радиолюбителю приспособить скорее всего получится, но придется перелопатить всю схему, так как там много полосовых фильтров, блокирующих неиспользуемые диапазоны частот.
По поводу безопасности радиочастотного излучения — это всегда животрепещущий вопрос. В усилителях мощности, применяемых в МРТ все-таки, указывается пиковая величина, и редко когда это оборудование врубают на полную катушку. Кроме того, сам характер работы оборудования — импульсный, что также уменьшает время воздействия. Уровень поглощения энергии электромагнитных волн телом пациента контролируется несколькими независимыми системами и оценивается удельным коэффициентом поглощения (или SAR), который включает в себя многие параметры, такие, как например вес пациента, время сканирования, мощность импульсов. Система жестко заблокирована на определенные пороги и не даст оператору превысить допустимые пределы.
По моему опыту изучения данного вопроса, ответ такой — разговор по мобильному телефону, поднесенному близко к голове, может быть сравним по вредности с процедурой МРТ.
Чем короче длина волны излучения — тем больше энергии может поглотиться телом человека. Однако по сравнению с ионизирующим излучением, вроде рентгеновского, длинные радиоволны гораздо более безопасны. Основной вред, который они могут нести — это нагрев тканей. В тоже время, человеческое тело имеет отличный механизм терморегуляции, так что поля определенной величины не могут приносить ему вреда (если конечно не жить под их воздействием постоянно).
Усилитель радиолюбителю приспособить скорее всего получится, но придется перелопатить всю схему, так как там много полосовых фильтров, блокирующих неиспользуемые диапазоны частот.
человеческое тело имеет отличный механизм терморегуляции
По моим наблюдения этот механизм не работает в этих случаях. Нагревается весь организм изнутри, ощущения жарых или холода нет, а температура может уже быть критической. Читал клинические случаи сильного облучения радиоволнами. Например техник сидел на антенне и вел монтажные работы. Ощущал только «теплый ветерок», никаких проблем. А потом, через часы после работы обнаружились ожоги внутренних органов или начала сворачиваться кровь (не помню точно).
Если тепло привносится извне обычным образом, оно контролируется осознанно, и то можно отвлечься и пропустить тепловой удар. Если привносится сразу в глубину организма, еще и не равномерно (разные ткани по разному поглощают излучение), это уже на порядки опаснее.
разговор по мобильному телефону
Там менее 2Вт мощность, типично намного меньше, так как в городе высокая плотность базовых станций и телефону нет смысла работать на максимальной мощности 2Вт (на этой мощности 30 км дальность может быть, что в городе только во вред качеству связи пойдет, из-за помех другим сотам).
Если про интегральный вред, возможно, когда человек по 12 часов в день с телефоном год за годом.
Всегда было интересно узнать как работает и как устроен аппарат МРТВидели это?:
Можно ли сказать, что ваша структура перераспределяет магнитное поле в сечении томографа так, чтобы оно стало сильнее ближе к оси (где лежит объект), и слабее на периферии? Если да, было бы интересно увидеть профиль «усиления» в разных точках сечения.
Томограф — штука осесимметричная: интенсивность поля в нем более-менее одинакова при любой ориентации магнитов. Беличья клетка эту симметрию сохраняет, решетка же очевидно неосесимметрична. Насколько большие сложности это приносит в работу (как в расчет, так и однородность поля при вращении магнита)?
И напоследок про метаматериалы. Если присмотреться, у них есть хитрая особенность: в их контурах есть разрыв, нужный для модуляции поля.
Ни в беличьей клетке, ни в решетке таких разрывов нет, поэтому есть сомнения, что эту штуку можно называть метаматериалом. Это скорее антенная решетка.
Томограф — штука осесимметричная: интенсивность поля в нем более-менее одинакова при любой ориентации магнитов. Беличья клетка эту симметрию сохраняет, решетка же очевидно неосесимметрична. Насколько большие сложности это приносит в работу (как в расчет, так и однородность поля при вращении магнита)?
И напоследок про метаматериалы. Если присмотреться, у них есть хитрая особенность: в их контурах есть разрыв, нужный для модуляции поля.
Например
Ни в беличьей клетке, ни в решетке таких разрывов нет, поэтому есть сомнения, что эту штуку можно называть метаматериалом. Это скорее антенная решетка.
Думаю стоит еще раз отметить, речь идет о радичастотном магнитном поле, создаваемом антеннами. Статическое магнитное поле томографа есть всегда и практически не зависит от антенн, помещаемых в него. Структура связывается индуктивно с антенной «птичья клетка» и перераспределяет создаваемые ею радиочастотные поля делая ее максимально чуствительной в центре поверхности структуры. Я изучал этот вопрос помещая маленький кубик с водой (в МРТ всегда нужен объект типа коробки с водой, чтобы «видеть» поля) вдоль структуры из метаматериала. Вот такие профили для отношения сигнал-шум получились :
Разрыв в этих колечках ничто иное как конденсатор, образуемый воздухом между контактами, либо подложкой на которой вытравляют эти структуры. Обычно для таких печатных плат берут материалы типа Rogers или Arlon c высокой диэлектрической проницаемостью и низкими потерями в ВЧ диапазоне. В беличьей клетке в эти места установлены конденсаторы, хотя исторически одна из первых версий выглядела
и конденсаторами там служил слой плексигласа.
для трех разных направлений
здесь сигнал/шум для кубика на метаматериале поделен на ту же величину для кубика без метаматериала. Видно что максимум приходится именно на центр структуры, позволяя усилить сигнал/шум почти в 17 раз.
здесь сигнал/шум для кубика на метаматериале поделен на ту же величину для кубика без метаматериала. Видно что максимум приходится именно на центр структуры, позволяя усилить сигнал/шум почти в 17 раз.
Разрыв в этих колечках ничто иное как конденсатор, образуемый воздухом между контактами, либо подложкой на которой вытравляют эти структуры. Обычно для таких печатных плат берут материалы типа Rogers или Arlon c высокой диэлектрической проницаемостью и низкими потерями в ВЧ диапазоне. В беличьей клетке в эти места установлены конденсаторы, хотя исторически одна из первых версий выглядела
вот так
и конденсаторами там служил слой плексигласа.
Как говорится, интересно, но ничего не понятно.
У нас в универе карали за такое — разрешали использование лишь инструменты из немагнитных материалов!
Неужели автор за то долгое время, что проработал в лаборатории метаматериалов ИТМО, до сих пор не понял, что исследуемый им массив из проводов в воде — это отнюдь не метаматериал? Или понял, но он сознательно вводит в заблуждение читателя?
Для тех, кто не в теме, поясняю. Обычно метаматериалом называют материал, который имеет экзотические эффективные диэлектрическую проницаемость или магнитную проницаемость, или же все вместе. Например, ε<0, μ>0; ε>0, μ<0; ε<0, μ<0; 0<ε<1 и т.п., в то время как обычная история для привычных материалов это ε>1, μ>1 (за исключением намагниченной плазмы и др.). Данные материалы составляют из «метаатомов» — небольших размеров по сравнению с длинной волны электромагнитных структур (обычно околорезонансных). При этом их должно быть очень много, материал по размерам должен быть много больше длины волны — для того, чтобы в принципе ввести понятия эффективной диэлектрической и магнитной проницаемости (как и для обычных материалов: атомов нужно много, чтобы получить материал).
«Метаматериал» который исследовал автор, напротив, имеет размеры сопоставимые с длиной волны в среде. Данный массив из параллельных проводников является всего навсего открытым резонатором или антенной, как заметил qbertych., но никак не метаматериалом. Называть это метаматерилом можно только для того, чтобы хайповать в зарубежных журналах, но на Хабре давайте называть вещи своими именами,
Для тех, кто не в теме, поясняю. Обычно метаматериалом называют материал, который имеет экзотические эффективные диэлектрическую проницаемость или магнитную проницаемость, или же все вместе. Например, ε<0, μ>0; ε>0, μ<0; ε<0, μ<0; 0<ε<1 и т.п., в то время как обычная история для привычных материалов это ε>1, μ>1 (за исключением намагниченной плазмы и др.). Данные материалы составляют из «метаатомов» — небольших размеров по сравнению с длинной волны электромагнитных структур (обычно околорезонансных). При этом их должно быть очень много, материал по размерам должен быть много больше длины волны — для того, чтобы в принципе ввести понятия эффективной диэлектрической и магнитной проницаемости (как и для обычных материалов: атомов нужно много, чтобы получить материал).
«Метаматериал» который исследовал автор, напротив, имеет размеры сопоставимые с длиной волны в среде. Данный массив из параллельных проводников является всего навсего открытым резонатором или антенной, как заметил qbertych., но никак не метаматериалом. Называть это метаматерилом можно только для того, чтобы хайповать в зарубежных журналах, но на Хабре давайте называть вещи своими именами,
Да, истрически метаматериалы появились для доказательства концепции существования отрицательной диэлектрической и магнитной проницаемостей. И так как других методов получения таковых не было, название закрепилось именно за новым классом материалов. Однако позже люди поняли, что саму концепцию можно экстраполировать далее, расширяя диапазон возможных применений.
Скажем, почему бы нам не использовать тот же самый подход, благодаря которому мы смогли получить отрицательные ε и μ для создания, например, материала с очень высоким значением эффективной диэлектрической проницаемости, который также не встречается в природе? Сделав массив из множества параллельных проводников, мы получим именно это.
Вообще мне нравится определение с Вики:
Скажем, почему бы нам не использовать тот же самый подход, благодаря которому мы смогли получить отрицательные ε и μ для создания, например, материала с очень высоким значением эффективной диэлектрической проницаемости, который также не встречается в природе? Сделав массив из множества параллельных проводников, мы получим именно это.
Вообще мне нравится определение с Вики:
Метаматериа́л — композиционный материал, свойства которого обусловлены не столько свойствами составляющих его элементов, сколько искусственно созданной периодической структурой.
Приставка «мета-» переводится с греческого как «вне», что позволяет трактовать термин «метаматериалы» как структуры, чьи эффективные электромагнитные свойства выходят за пределы свойств образующих их компонентов.
Это очень плохое определение, потому что под него попадают кристаллы (металлы-полупроводники-диэлектрики), фотонные кристаллы, сверхрешетки, дифрешетки и много всего другого.
По смыслу метаматериал — это структура
- с хитрым асимметричным паттерном,
- повторяющимся с периодом сильно меньше длины волны,
- что позволяет заметно изменять диэлектрическую/магнитную проницаемость.
Хитрый паттерн с нарушение симметрии — ключевой элемент: именно он вносит беспорядок в уравнения Максвелла. Без него структура превращается в обычную дифрешетку или антенную решетку.
В мире МРТ попадаются как настоящие метаматериалы (например, такой), так и просто антенные решетки (например). Похоже, что вы ближе ко второму случаю.
Впрочем, сейчас время хайпа, и подобные примочки для МРТ все поголовно называют метаматериалами. Что никак не умаляет важности подобных работ.
По поводу важности работы — конечно согласен. Взъелся только из-за терминологии, так что. Astrei не серчайте.
А можно немного бытовой вопрос? На сколько проблемой для МРТ могут быть не титановые винты в пластине? А то надо МРТ, а узнать материал винтов не удалось.
Sign up to leave a comment.
Разбираем магнитно-резонансный томограф II: Метаматериалы в МРТ