Разбираем магнитно-резонансный томограф


    Квантовая физика, математика, биология, криогеника, химия и электроника сплелись единым узором, чтобы воплотиться в железе и показать настоящий внутренний мир человека, и даже, ни много ни мало, прочитать его мысли. Электроника таких аппаратов, по надежности и сложности может сравниться разве что с космической. Эта статья посвящается оборудованию и принципам работы магнитно-резонансных томографов.

    В области современного томографостроения лидируют мастодонты электронного мира: Siemens, General Electric, Philips, Hitachi. Только такие крупные компании могут позволить себе разработку столь сложного оборудования, стоимость которого как правило составляет десятки (почти сотни) миллионов рублей. Разумеется, ремонт такой дорогущей техники у официального представителя влетает в огромную копеечку владельцу аппарата (а они к слову в основном частные, а не государственные). Но не стоит отчаиваться! Также как и сервис-центры по ремонту ноутбуков, телефонов, чпу-станков, да собственно любой электроники существуют фирмы, занимающиеся ремонтом медицинского оборудования. В одной из таких фирм я и работаю, поэтому продемонстрирую вам интересную электронику и постараюсь описать ее функционал понятными словами.


    Магнитно-резонансный томограф фирмы GE Healthcare с полем 1.5 Тесла. Стол отсоединяется от томографа и может быть использован как обычная каталка.

    Вся магия МРТ начинается с квантовой физики, откуда берет свое начало термин «спин», применяемый к элементарным частицам. Можно встретить кучу определений, что такое спин, общепринято — это момент количества движения частицы, что бы это не значило. В моем понимании частицы как-бы постоянно вращаются (упрощенно) создавая при этом возмущения в магнитном поле. Так как элементарные частицы в свою очередь образуют ядра атомов, считается, что их спины при этом складываются и ядро обладает собственным спином. При этом, если мы хотим как-то взаимодействовать с ядрами атомов с помощью магнитного поля, нам будет очень важно, чтобы спин ядра был ненулевой. Совпадение или нет, но самый распространенный в нашей вселенной элемент — водород имеет ядро в виде одного единственного протона, который имеет спин равный 1/2.

    Кстати
    Спин может принимать только определенные значения, как целые например 0,1,2, так и полуцелые, вроде 1/2 как у протона. Для незнакомых с квантовой физикой это кажется противоестественным, но на квантовом уровне все делится на порции, и становится в некотором роде дискретным.

    А это означает, что упрощенно, ядра водорода можно рассматривать как очень маленькие магниты, имеющие северный и южный полюс. И стоит ли упоминать, что в теле человека атомов водорода просто море (около 10^27), но так как мы не притягиваем к себе железки, становится очевидно, что все эти маленькое «магниты» уравновешиваются между собой и остальными частицами, и общий магнитный момент тела практически равен нулю.

    Иллюстрация из книги Эверта Блинка «Основы МРТ». Протоны с черными стрелками, символизирующими стрелку компаса вращаются в направлении синей стрелки.

    Приложив внешнее магнитное поле, можно вывести эту систему из равновесия и протоны (не все конечно) поменяют свою пространственную ориентацию в соответствии с направлением силовых линий поля.

    Иллюстрация из книги Lars G. Hanson Introduction to Magnetic Resonance
    Imaging Techniques. Спины протонов в теле человека показаны в виде векторов-стрелочек. Слева отражена ситуация когда все протоны находятся в магнитном равновесии. Справа — когда приложено внешнее магнитное поле. Нижние визуализации показывают тоже самое в трехмерном варианте, если построить все векторы из одной точки. При всем этом, происходит вращение (прецессия) вокруг силовых линий магнитного поля, которая показана круглой красной стрелкой.


    Прежде чем протоны сориентируются в соответствии с внешним полем, они будут какое-то время колебаться (прецессировать) около положения равновесия, как и стрелка компаса, что колебалась бы возле отметки «север», если бы производитель предусмотрительно не добавил бы демпфирующую жидкость внутрь циферблата. Примечательно, что частота таких колебаний различается для разных атомов. На измерении этой частоты например, основаны методы резонансного определения состава исследуемого вещества.

    Кстати
    Частота эта не безымянная и носит имя ирландского физика Джозефа Лармора, называется соответственно Ларморовой частотой. Зависит от величины приложенного магнитного поля и специальной константы — гиромагнитного соотношения, которая зависит от типа вещества.

    Для ядер атомов водорода в поле величиной 1 Тесла эта частота составляет 42,58 МГц, ну или простыми словами, колебания протонов вокруг силовых линия поля такой напряженности происходят около 42 миллионов раз в секунду. Если мы облучим протоны радиоволной с соответствующей частотой, то возникнет резонанс, и колебания усилятся, вектор общей намагниченности при этом сместится на определенный градус относительно линий внешнего поля.


    Иллюстрация из книги Lars G. Hanson Introduction to Magnetic Resonance Imaging Techniques. Показано как смещается общий вектор намагниченности, после воздействия радиоволны с частотой, которая вызывает резонанс в системе. Не забываем, что все это продолжает вращаться относительно силовой линии магнитного поля (на рисунке она расположена вертикально).

    Тут и начинается самое интересное — после взаимодействия радиоволны с протонами и резонансного усиления колебаний, частицы снова стремятся придти к равновесному состоянию, при этом, излучая фотоны (из которых и состоит радиоволна). Это и называется эффектом ядерного магнитного резонанса. По сути, все исследуемое тело превращается в огромный массив миниатюрных радиопередатчиков, сигнал с которых можно поймать, локализовать и построить картину распределения атомов водорода в веществе. Так что, как вы уже догадались, по сути МРТ показывает картину распределения воды в организме. Чем сильнее напряженность поля, тем большее число протонов можно использовать для получения сигналов, поэтому разрешающая способность сканера напрямую зависит от этого.

    Сей эффект проявляется не только в сильных магнитных полях — каждый день, даже по пути в магазин за хлебом, протоны нашего тела испытывают влияние магнитного поля Земли. Исследователи из Словении например, построили экспериментальную систему МРТ, использующую лишь магнитное поле нашей планеты.

    Иллюстрация из научной статьи «Magnetic Resonance Imaging System Based on
    Earth’s Magnetic Field» Авторы: Ales Mohoric, Gorazd Planins и др. Демонстрирует снимки, полученные с использованием экспериментальной системы. Слева яблоко, справа — апельсин. Показательно не то, что получаются снимки с плохим качеством, а сама принципиальная возможность использования МР в слабых полях.


    Разумеется, в коммерческих медицинских сканерах, напряженность магнитного поля многократно выше земного. Наиболее часто используют сканеры с полем 1, 1.5 и 3 Тесла, хотя есть как более слабые (0.2, 0.35 Тесла), так и суровые монстры в 7 и даже 10 тесла. Последние используют в основном для исследовательской деятельности, и в нашей стране насколько мне известно, таких нет.

    Конструктивно поле в сканере может создаваться по разному — это и постоянные магниты, и электромагниты, и погруженные в кипящий гелий сверхпроводники по которым текут огромные токи. Последние широко распространены, и представляют наибольший интерес, так как позволяют добиться несравненно большей напряженности поля по сравнению с другими вариантами.


    Типичная конструкция аппарата МРТ, поле в котором создается током, текущим через сверхпроводники. Источник — интернет.

    Температура сверхпроводящих обмоток поддерживается благодаря постепенному испарению хладагента — жидкого гелия, кроме того в системе работает криокулер, на жаргоне медтехников называемый «холодной головой». Он издает характерные чавкающие звуки, которые вы наверняка слышали если хоть раз видели аппарат вблизи. Ток в сверхпроводниках течет постоянно, а не только во время работы аппарата, соответственно магнитное поле есть всегда. На незнании этого факта часто попадаются киношники (например в последнем сезоне сериала «Черное зеркало» был подобный ляп).

    На панели управления аппаратов такого типа есть большая красная кнопка, позволяющая отключить магнитное поле (Rundown magnet). Она не без иронии называется «Кнопка увольнения».


    Одна из панелей управления томографом фирмы Siemens

    Нажатие этой кнопки включает аварийные нагреватели в емкости с хладагентом, которые поднимают температуру обмоток до критической точки, после которой процесс идет лавинообразно: после приобретения обмотками сопротивления, ток через них моментально разогревает их и все вокруг, приводя к выбросу гелия через специальную трубу. Этот процесс называется «квенч», и это наверное самое грустное, что может случится с аппаратом, так как восстановление его работоспособности после такого занимает очень много времени и денег.


    Томограф Siemens Espree, с полем 1.5. Тесла, обратите внимание на металлические ключи, которые спокойно лежат на столе — магнитного поля тут больше нет. Был закуплен для некоторых государственных клиник у компании Siemens. Имеет сравнительно малые размеры емкости и большой диаметр апертуры. Есть мнение, что подобное укорочение конструкции вылилось в то, что он любит часто пускать гелий на ветер сам по себе (по крайней мере аппарат на фото делает это с завидной регулярностью).

    Тем временем после небольшого отступления, снова вернемся к теории. Если просто принимать радиоволны испускаемые протонами тела в ответ на резонансные радиоимпульсы, картинку не построить не выйдет. Как же локализовать сигнал, который идет сразу со всех частей тела? В свое время исследователи Пол Лотербур и Питер Мэнсфилд получили за решение этой проблемы нобелевскую премию по медицине. Если вкратце, их решение состоит в применении дополнительных обмоток в аппарате, создающих практически линейное изменение напряженности магнитного поля вдоль выбранного направления — градиент поля. Так как наше пространство вроде как трехмерное, то и обмоток используется три — оси X, Y и Z.


    Иллюстрация из книги Эверта Блинка «Основы МРТ». Примерно так выглядят дополнительные градиентные обмотки внутри аппарата — реальные обмотки имеют конечно более сложную структуру.

    Если напряженность магнитного поля изменяется по линейному закону, то при активации одного из градиентов протоны вдоль этого направления будут иметь различную резонансную частоту.


    Иллюстрация с сайта howequipmentworks.com. Символически нарисованы градиентные обмотки (синим) и радиочастотная обмотка (зеленым). Показано что при создании градиента поля вдоль стола в точке А резонансная частота протонов будет отличатся от частоты в точке B

    Использование градиентов позволяет манипулировать полем так, чтобы сигнал приходил только из конкретно определенных областей. В зависимости от амплитуды полученного сигнала выбирается яркость пикселя на картинке. Чем больше концентрация протонов в области — тем ярче результат.
    Конечно...
    Такое описание конечно сильно утрировано. Реально же сигнал локализуется комбинированием сразу всех трех градиентов, причем картинка строится не пиксель за пикселем, как можно подумать из этого описания, а сразу целой строкой. Не последнюю роль в этом играет и известное преобразование Фурье. Подробное описание можно прочитать в книге «Introduction to Magnetic Resonance Imaging Techniques» Lars G. Hanson. Данная статья увы все не вместит.

    Чтобы создать градиент магнитного поля, нужно пропустить через градиентные обмотки большой ток, причем импульс должен быть довольно кратковременным, и с крутым фронтом, а для некоторых программ и вовсе требуется, чтобы направление тока в градиентной обмотке мгновенно менялось на противоположное для перемагничивания. Этим занимаются мощные импульсные преобразователи, они занимают целую стойку в аппаратной.


    Градиентные усилители аппарата Siemens Harmony 1T. Рабочие характеристики — до 300 Ампер и до 800 Вольт, при использовании шести модулей — на фото представлено три модуля.

    В аппаратах Siemens традиционно используется водяное охлаждение силовых компонентов — трубки видно на фото. Это нередко выливается (интересный каламбур) в хороший салют при любой течи. Несмотря на хваленое немецкое качество, никто не озаботился установкой датчиков протечки ( в этом плане им стоило бы поучиться у GE). Но справедливости ради, конкретно градиентные блоки текут редко, чаще они выходят из строя без видимой причины.


    Внутренности градиентного модуля от Siemens Harmony старого типа.

    Модуль вроде тех, что показан на фото тяжело поддается ремонту — транзисторы приклеены к медной трубке на что-то вроде холодной сварки, и горят они там сразу десятками. Чтобы снять плату, требуется отпаять одновременно несколько десятков ножек! Лучше забудем этот кошмар, и посмотрим на более свежее решение от немецкого производителя.


    Градиентный усилитель от Siemens Harmony. Более новая версия. Две симметричные платы прикручиваются болтами к очень мощным полевым транзисторам. Транзисторы работают группами по шесть штук параллельно, горят конечно тоже не по одному. Модель на фото уже слегка «отколхожена», вместо родных разъемов между платами впаяны медные пластины. Обратите внимание на верхний правый угол фото — это оптические кабели по которым идет сигнал на открытие ключей. Если перепутать их подключение — блок тут же сгорает с громким хлопком, никакой защиты «от дурака» в такой технике не предусмотрено.

    Одной из главных проблем при ремонте является отсутствие какой-либо документации, тем более, оборудование весьма специализированное. Поэтому порой приходится набить немало шишек и пожечь довольно много недешевых компонентов, чтобы понять что же было не так. Конечно, за деньги можно купить и сервисные мануалы, но как правило, они весьма поверхностные. Крутые фирмы надежно хранят свои секреты.

    Чем сильнее магнитное поле в аппарате, тем соответственно более мощными должны быть и градиентные преобразователи. В аппаратах с полем 1.5 Т и 3 Т куча параллельных полевых транзисторов, которые нужно набрать для обеспечения необходимой мощности, становится чересчур огромной, в дело вступают IGBT сборки, подобные тем, что ставят в промышленные преобразователи частоты для управления двигателями.

    Градиентный усилитель Quantum Cascade в разборе, ток до 500 Ампер, выходное напряжение до 2000 В. В его составе работают 20 мощных IGBT сборок. Здесь есть интересный момент — сама по себе сборка не выдержит 2 киловольта, это напряжение получается путем использования пяти независимых источников по 400В каждый. Моя мечта — собрать из этого агрегата катушку Тесла.

    Что же творится с градиентными обмотками, когда по ним текут такие чудовищные токи, с учетом того что они еще и находятся в неслабом магнитном поле? Сила Ампера разумеется заставляет их деформироваться, но они накрепко залиты смолой по самое немогу. Тем не менее, даже это не спасает — так как градиенты работают в диапазоне звуковых частот, то возникающие при этом вибрации могут порождать довольно громкие звуки, по громкости напоминающие удар молотком по гвоздю (с той оговоркой, что вы слышали как стучат молотком около 5000 ударов в секунду). Поэтому практически в любом аппарате МРТ есть наушники, либо беруши. Софт и аппаратура постоянно контролируют уровень звука в помещении сканера, чтобы децибелы не выходили за допустимые пределы. Быстро изменяющееся при работе градиентов магнитное поле, вкупе с порождающими резонанс радиочастотными импульсами наводит вихревые токи в любой металлической поверхности рядом со сканером, что приводит к вибрации металла и небольшому нагреву, а на снимках даже от маленькой металлической пломбы появятся характерные артефакты. Именно по этой причине перед обследованием в МРТ требуют избавиться от всего металла (пломбы снимать не надо).

    За создание радиочастотных импульсов нужной частоты отвечает блок синтезатора (в аппаратах Siemens) или же эксайтер (в случае аппаратов GE). Несмотря на разные названия, их функции примерно одинаковы. Эти блоки как правило надежны и редко требуют ремонта, если с ними аккуратно обращаться. Сигнал формируется путем цифро-аналогового синтеза, и представляет собой sinc-функцию.


    Слева продемонстрированы два вида радиочастотных импульсов — гауссиан и sinc, он же так называемый кардинальный синус. Справа показан профиль возбуждения при их использовании в качестве радиочастотного возбуждающего сигнала — то есть примерно показана форма области, где протоны войдут в резонанс, вид сбоку. Разумеется нижняя версия более предпочтительна для создания изображений (слайсов), особенно когда они расположены близко друг к другу, чтобы уменьшить влияние сигналов за пределами выбранной области сканирования.

    Наконец, мы подошли без преувеличения, к самому интересному по моему мнению блоку во всем томографе — радиочастотный усилитель мощности, который преобразует слабый сигнал с синтезатора в мощный, подаваемый на передающую антенну в аппарате.

    Еще кстати
    В иностранной литературе все антенны, относящиеся к томографу зовуться «Coil», по-русски прижилось название «катушка». Вы вряд ли где-либо еще услышите слово «антенна» применительно к МРТ. Body coil — или «Боди-катушка» на местном диалекте — основная приемо-передающая антенна томографа, но кроме нее есть и другие, но о них — далее.

    Мощность усилителя для томографа с полем 1Т составляет 10кВт, для поля 1.5Т уже 15 кВт, соответственно для более высокопольных аппаратов требуются большие мощности в плане радиочастотного излучения. Это одна из причин, почему высокопольные аппараты еще прочно не вошли в клиническую практику. Но давайте без фанатизма — постоянно разговаривая по мобильнику вы пооблучаетесь побольше чем за один сеанс в аппарате МРТ.
    Как правило этот блок совмещает в себе сложные запутанные схемы управления и защиты, радиочастотные фишки, большие напряжения, а также проблемы с охлаждением.

    В томографах General Electric и Hitachi ставят усилители мощности, изготавливаемые фирмой Analogic. Отличаются красивой компоновкой компонентов на плате, высокой живучестью — как правило в их усилителях несколько транзисторных каскадов работают параллельно, причем выходной сумматор устроен так, что при отказе одного каскада усиления, блок продолжит работать, хоть и не на полную мощность.


    Плата усилителя из аппарата GE. Красивая и эффектная конструкция!
    Блок целиком

    В аппарате с полем в 1.5Т стоят два таких красавца, по 8 кВт каждый. Верхняя девятислойная (!) плата — это хитрый импульсный блок питания, а сам усилитель размещен на нижней плате. К нам он попал по причине неисправности верхней платы. За отсутствием времени на разбирательства со схемой, успешно хакнули и собрали из двух серверных блоков питания замену. Кроме того путем подбора более крутых по характеристикам транзисторов смогли добиться усиления большего чем было изначально.

    Усилитель мощности с томографа Hitachi

    Этот малыш работает в системе с магнитным полем в 0.35Т, тем не менее легко угадывается похожесть на технику из GE — производитель один.

    К сожалению, не могу сказать того же про продукцию Siemens. Очевидно, что перед инженерами, проектировавшими устройство радиочастотного усилителя поставили задачу во чтобы то ни стало использовать производимый компанией дешевый транзистор Buz103. Это хилый компонент в плане допустимой для него мощности, и чтобы выкрутится из положения, в итоговую конструкцию усилителя с красивым именем «Dora» вставили 177 транзисторов, все они стоят на двух огромных радиаторах, которые при работе находятся под высоким напряжением и контактируют через термопрокладку с радиатором водяного охлаждения, а тот уже в свою очередь постоянно течет, причем прямо на плату, что на фото далее.


    Плата усилителя Siemens усилителя мощности 10кВт. Сплошные электротехнические понты: индуктивности из дорожек, идущие через несколько слоев, сложнейшая схема управления транзисторами на 10-слойной плате, резонаторы из полигонов и прочие малоприятные вещи.

    Ремонтопригодность усилителя этой фирмы практически никакая. Имея в своем распоряжении производство транзисторов Siemens может позволить себе собрать близкие по параметрам детали из партии, путем отбора, а это очень критично когда параллельно работает сразу сотня транзисторов. И самое обидное, что даже если купить нужное количество на замену, то выяснится что то, что находятся в продаже оказывается не тем чем кажется.


    Вскрытие транзисторов — снаружи все подписаны и выглядят одинаково, внутри — все разные. Оригинал — крайний справа. Те, что с меньшей площадью кристалла чем у оригинала — горят как спички, второй справа хоть и имеет близкую площадь, но отвратительно работает в режиме усиления.

    Вероятно у кого нибудь может возникнуть вопрос, почему в описанных усилителях применяют транзисторы, а как же лампы? Действительно, в старых агрегатах фирмы Siemens, а также во вполне современных аппаратах Philips с полем в 3Т применяют именно лампы. Увы, фото данного железа у меня нет, но могу сказать что срок службы у этих элементов составляет всего год-два, а цена у них немалая. Вообще, как то в статье обделил вниманием Philips, нехорошо вышло. Исправлюсь немного:


    МРТ нового типа — Philips Panorama. Как правило аппараты открытого типа основаны на постоянных либо электромагнитах, что автоматом означает низкое поле и качество картинки. Но не в этом случае. Поле этого аппарата 1 Тесла, и здесь также применяется сверхпроводник. Огромное по сравнению с обычным томографом пространство позволяет проводить исследование крупных пациентов, либо тех кто боится замкнутого пространства, например детей.

    Мощность радиочастотного сигнала контролируется в самом блоке усилителя мощности, в измерительном блоке, осуществляющем подстройку передающей антенны (катушки) и еще в приемнике. Таким образом, аппарат МРТ имеет троекратную защиту от превышения допустимых норм радиоизлучения. Так что не бойтесь, и смело проходите обследование.

    Несмотря на всю мощь усилителей, описанную выше, сигнал, получаемый в ответ на резонансное возбуждение довольно мал. Поэтому передающую антенну (Body coil), описанную ранее и находящуюся в корпусе томографа редко используют в режиме приема сигнала. Вместо этого, существует большой набор катушек (coils) для любых частей тела — голова, спина, колено, плечи и.т.п. Они находятся гораздо ближе к объекту исследования и позволяют добиться лучшего качества изображения. Но я думаю вы уже устали от кучи информации, поэтому я просто засуну в томограф арбуз.


    Арбуз готовится к исследованию. На нем сверху лежит катушка, предназначенная для грудной области, под ним — катушка для спинного отдела и позвоночника. Справа на полу — шар для предсказаний специальный объект для калибровки систем аппарата, так называемый «фантом»


    Мало кто режет арбузы в поперечном направлении. Аппарат МРТ позволяет сделать это без ножа. Знали ли вы об интересной фрактальной структуре внутри? Обратите внимание, что верхняя часть, которая ближе к приемным элементам катушки светлее, так как амплитуда сигнала, получаемого из этой области выше, чем снизу ягоды.


    Продольный разрез уже знаком всем. Думаю, арбуз спелый, можно брать.

    Сигнал с катушек поступает в блок приемника в виде аналоговых сигналов, где перерабатываются в цифровую форму. В новейшем оборудовании на острие прогресса, приемник с аналогово-цифровым преобразователем встроен прямо внутрь катушки, а к компьютеру идет оптическая линия передачи данных. Это сделано для того чтобы максимально убрать помехи. Компьютер, занимающийся построением изображения из этих данных обычно стоит отдельно и называется реконструктором. Полученные изображения печатают на пленку, которая кстати хорошо подходит для фоторезиста.

    В заключение еще хотел добавить, что в России прямо сейчас проводят интересные исследования по улучшению качества изображения в аппаратах МРТ. Этим занимается кафедра нанофотоники и метаматериалов университета ИТМО. Если простыми словами — метаматериалы это композиты, имеющие специальную структуру. Они позволяют создавать антенны и резонаторы, с очень малыми размерами по сравнению с длинной волны излучения, что идеально подходит для магнитно-резонансной томографии.
    Поделиться публикацией
    Реклама помогает поддерживать и развивать наши сервисы

    Подробнее
    Реклама
    Комментарии 179
    • +5
      Спасибо за интересную статью, очень надеюсь на продолжение — уверен, что у вас есть в запасе ещё огромное количество историй.
      Арбуз — это своеобразный тест оборудования после ремонта?
      • +3
        Для тестов оборудования каждый томограф укомплектован кучей разных фантомов, вроде шара, что на одном из фото. Они все представляют собой емкости, заполненные специальным раствором. Полное проведение всех тестов и калибровок с ними занимает почти целый день. А арбуз кстати действительно оказался хороший — и как тестовый объект и как еда.
        • +9
          «оказываем услуги по выбору арбузов. дорого.»© :-)
      • +5
        Изумительно, спасибо. Вспомнил, как тестировал конусно-лучевой томограф на тыкве. А потом ещё была дощечка с гвоздиком, чтобы проверить равномерность вращения излучателя.
        • +3
          в итоговую конструкцию усилителя с красивым именем «Dora» вставили 177 транзисторов
          — наверное, сумрачный германский гений вспомнил https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%BE%D1%80%D0%B0_(%D0%BE%D1%80%D1%83%D0%B4%D0%B8%D0%B5) :-)
          • +2
            как вариант — такую конструкцию сложнее склонировать.

            А вообще круто конечно — когда-то 7Тл было доступно только самым-самым маститым физикам, а теперь вот — людей в это суют массово.
            Заодно на тему «как выглядят высокие технологии»… Сложно они выглядят…
            «любая достаточно сложная технология неотличима от магии»
            Очень интересная статья.
            • 0
              наверняка конструкция зарегистрирована как промышленный образец, и поэтому клон (даже если он получится работоспособным) никуда не приткнуть.

              А выглядят они действительно сложно. Не говоря уж о том, что даже не всякий образованный человек поймет, как оно работает…
              • 0
                В 7 Тл всё же вряд ли массово. Ибо для массовости нужно много аппаратов, а создание такого магнитного поля, пожалуй, требует такого расхода электроэнергии, что здания с такими вводами под размещение аппаратов ещё приходится поискать.
            • –3

              Немцы делают хорошо, но намеренно все усложняют, мне так кажется. Американуы

              • 0

                Я правильно понял, что ток в магнитах циркулирует постоянно без внешней подпитки, пока проводники остаются сверхпроводящими?

                • +1
                  Да вроде в статье так и написано — всегда. И то что при «сбое» сверхпроводимости получается пороткое замыкание со знатным нагревом и выбросом гелия «в трубу».
                  Более интересно, в чем основная проблема восстановления после этого. Катушка настолько перегревается, что деформируется с возможными разрушениями?
                  • +6
                    Заново «захолодить» аппарат и поднять поле стоит весьма недешево и требует специального оборудования.
                    • +1
                      Я вот тоже не сильно понял. При взаимодействии же часть энергии поглощается испытуемым. Поле нужно подпитывать? Или имеется в виду, что если всех повынимать, и выключить свет в кабинете, то токи продолжают бегать по сверхпроводникам, и те же ключи от подсобки уборщицы могут стать ой как дорого?
                      А в общем круто. Я как-то пытался воткнуться в медтехнику, но в своём городе не нашёл ничего адекватного. Так и сижу в бытовой. А тут читаю, аж глаза засветились… Спасибо.
                      • +3
                        Линии магнитного поля замкнуты, энергия не поглощается пациентом. Есть очень небольшое падения поля за счет потерь в сверхпроводнике (на припое к примеру), за счет наводок. Обычно падение поля за время жизни аппарата никак не влияет на работоспособность.
                        • –2

                          На самом деле это очень большая и интересная загадка для всей мировой физики, — тратит ли магнит энергию? Ставятся мысленные эксперименты на подобии следующего, на сколько хватит постоянного магнита массово намагничивающего иголки на производстве.


                          Когда говорят про замкнутость линий магнитного поля забывают про такой параметр как напряжённость поля.


                          Теоретически магнит должен остывать..., но с этим не все могут согласиться, так как учёные вообще точно не уверены откуда берётся энергия магнитного поля.


                          Если постоянный магнит остывает при затрате энергии магнитного поля, тогда он является вечным двигателем второго рода.

                        • 0
                          Цена заводчика тока от Сименс 200 тысяч евро. Как говорят.
                        • +4
                          Никаких разрушений катушки при квенче не происходит. Основная проблема — это цена жидкого гелия для заправки магнита. Цена есть вот тут. Потребуется 1500-3000 литров гелия + работы по заливке + доставка.
                          Если магнит потеряет весь гелий, то все очень сильно усложняется — стенки сосуда нагреются и этого объема гелия не хватит для получения уровня жидкого гелия в криостате. Обычно в таком случае, сначала заливают жидкий азот (он наметно дешевле) и потом заменяют его жидким гелием. Это процедура очень затратная по времени и цене.
                          • +1
                            Ого, 1500-3000 литров. Аппарат не выглядит настолько большим, да и пустоты вокруг катушек мне казалось должны быть минимальными. Думал вообще, в случае нагрева, тащат емкость с гелием плюс внешний «переносной» криостат и постепенно гоняя опускают температуру до приемлемой, с минимальными побочными затратами гелия.
                            • +1
                              Так это же не сжиженного 1500 литров. Сжиженного там гораздо меньше будет
                              • +1
                                К сожалению, сжиженного. Полная емкость криостата 2000-3000 литров (в зависимости от типа магнита, объем для 3Т больше, чем для 1.5Т). Не нужно так же забывать, что есть потери гелия при перевозке и переливе т.е. в магнит попадает не весь гелий, который был куплен.
                                • +2
                                  А за время работы как много гелия стравливается? Томограф дозаправляют или на работе аппарата это не сказывается?
                                  • 0
                                    Дозаправляют. Обычно заключают контракт с поставщиком гелия.
                                  • 0
                                    Ого, около 40тыс долларов/заправка получается.

                                    Возникает вопрос — а так ли нужен гелий? азотом не выйдет, если охладить его до 4К? Соответственно, охлаждение будет тогда не за счет испарения, а просто теплопередачей. Наверное это получится менее эффективно — но можно больше азота прокачивать, ведь он очень дешевый.

                                    И плюс это ослабит требования к оборудованию. Гелий сверхтекуч, и через микротрещины уходит, с азотом этой проблемы не будет.
                                    • 0

                                      К сожалению, твердым азотом охлаждать тяжело: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Phase_diagram_of_nitrogen_(1975).png
                                      https://en.wikipedia.org/wiki/Liquid_nitrogen "The temperature of liquid nitrogen can readily be reduced to its freezing point 63 K (−210 °C...)"
                                      Более низкие температуры, чем с азотом, можно достичь с жидким водородомпорядка 20 К:


                                      http://cryocourse2011.grenoble.cnrs.fr/IMG/file/Lectures/2011-Godfrin-Cryogenic_fluids-v2.pdf


                                      • Liquid Nitrogen Range of temperatures accessible by varying the pressure: from 62 K / 128 mbar to 126 K / 33 bars
                                      • Liquid Oxygen Range of temperatures accessible by varying the pressure: From 54,4 K / 1,2 mbar to 154 K / 50 bars (Seldom used in Cryogenics)
                                      • Liquid Hydrogen (flammable) Range of temperatures accessible by varying the pressure: from 13,8 K / 70 mbar to 33 K / 12,7 bars
                                      • Liquid Neon (10 times more expensive than Helium) Range of temperatures accessible by varying the
                                        pressure: from 24,5 K / 425 mbar to 44,5 K / 27,8 bars
                                      • Liquid Argon: from 83,8 K / 690 mbar to 150,9 K / 50 bars
                                      • Liquid 4He: Range of temperatures accessible by varying the pressure: from 1 K / 0,1 mbar to 5,2 K / 2,26 bars
                                      • Helium 3 (Very expensive: Price ~ 3000 Euros (2011) /litre of gas NTP!). Low temperatures < 1 K: 3He liquid at 10^-3 mbar: T = 0,3 K; Mixtures 3He/4He: a few mK. Range of temperatures accessible by varying the
                                        pressure: from 0,3 K / 10^-3 mbar to 3,33 K / 1,16 bars
                        • +1
                          Странноватое решение с выводом поля нагревом гелия и переходом магнита. Это ни разу не безопасно (резкий скачок давления и электрическая дуга на магните), крайне дорого и может быть фатальным для соленоида. Если источник тока не четырёхквадрантный, то можно сделать вывод тока через охлаждаемый поглотитель энергии.
                          • +5
                            Снятие поля происходит нагревом сверхпроводника до темп. выше критической. Никакой электрической дуги при этом не возникает, сверхпроводник одновременно нагревается в нескольких местах + установлено несколько сборок диодов для ограничения напряжения в катушке до безопасного уровня. Вообще, этот способ используется для экстренного снятия поля в ситуациях когда есть риск для жизни/здоровья людей (например, кого-нибудь придавило железякой).
                          • 0
                            А я всё собираюсь позитронно-эмиссионный томограф на коленке собрать. Думаю, он гораздо проще по конструкции.
                            • +1
                              Вы уверены? Насколько я знаю, этот тип аппаратов еще сложнее и дороже МРТ. И где вы собрались радиоизотопы брать? О_о
                              • 0
                                На самом деле нет. Не нужен жидкий гелий, катушки и прочее. Только синхронный детектор и радиоизотоп. И механика. В моём городе достать человека с радиоизотопом для опытов не сложно: мне самому раз в год ПЭТ делают, отловить пацианта можно по высокому гамма фону. По технологии, пациент должен быть голодным, поэтому, вполне рассматриваю вариант за еду) Самое сложное — это механическая система, по типу КТ томографа.
                                • 0
                                  UPD:
                                  Видео с дозиметром через примерно 4 часа после ПЭТ. От меня жутко «фонит» и это вызывает «переполнение буфера». Сразу, после процедуры, дозиметр офигевал и показывал 0, вместо ~12 при нормальных условиях.
                                  • +1
                                    Представил как на улице подходят незнакомые люди с дозиметром и говорят — «пройдите с нами на опыты».

                                    Конструкция аппарата подразумевает целую кучу детекторов:

                                    Я полагаю, вы хотите использовать малое количество детекторов за счет их вращения вокруг обследуемого образца. Мне кажется это будет нереально сложно с точки зрения определения позиционирования детекторов. Нужно будет точно отслеживать положение рамы во время регистрации гамма-кванта, да и не факт что он не пролетит мимо пока детекторы проходят другой участок. Тем более в КТ излучатель строго напротив детекторов, а тут гамма-кванты могут прилететь откуда угодно же. Не зря в оригинальном аппарате такое решение не используется.
                                    • 0
                                      гамма-кванты могут прилететь откуда угодно

                                      Вообще-то нет, при аннигиляции возникают 2 гамма-кванта, которые разлетаются род углом 180 градусов. Вот их, мы и будем ловить. Есть такая diy штуковина — мюонный телескоп, там похожий принцип используется: сигнал с двух детекторов поступает на логический элемент «И» и там выделяются нужные совпадения.
                                      • +2
                                        Ну я имел ввиду, что разлететься то они в любом направлении могут, хоть вдоль тела, разве нет?
                                        Поделитесь ссылкой на телескоп если есть, интересно будет почитать.
                                        • +1
                                          разлететься то они в любом направлении могут, хоть вдоль тела, разве нет?

                                          Разлетаются в всех направлениях, томограф отрисовывает срез в плоскости поперек тела, потом смещается и следующий срез и так далее. Доза довольно большая, квантов хватает. Мне на диск все эти срезы скинули вместе с прогой, которая по ним полную картину строит. Кстати, глючная, до жути.

                                          Тот самый телескоп с атмегой и дисплеем
                                          Тыц
                                          image

                                          ещё один телескоп
                                          Ещё один тыц
                                          image
                                        • 0
                                          Что то подобное делают в НИИ Высоких энергий, детекторы берут инфу по пролетающему фоновому излучению, подробностей не знаю, случайно пересекся с человеком оттуда. А может уже и сделали, было это почти 10 лет назад.
                                      • +2
                                        ПЭТ с вращающимся детектором были в самом начале развития этого метода. К сожалению с таким детектором аппарат не даст хорошего качества изображения. Основное приемущество ПЭТ (в отличии от гамма камеры) это использование изотопа, которые распадается на 2 фотона с углом разлета в 180 градусов. Если мы не можем поймать оба фотона одновременно, то мы не можем быть уверены что это событие относится к распаду именно нашего изотопа (а не является например частицей от распада чего-то другого).
                                        • 0

                                          Одновременно, это с учетом как быстро электроника считает и может ли различить false positive events. Сейчас новое поколение PET работает по принципу time
                                          of flight registration. И по цене clinical PET все же в полтора раза дешевле MRI. А еще любой МРТ жрет электричество как 5-этажка.

                                          • 0
                                            К сожалению, цена ПЭТ-КТ (а чистых ПЭТ, наверное, уже никто не производит) по крайней мере не меньше цены МРТ. А если к этому добавить цену изотопов, то будет понятно почему этот тип исследований не так широко используется в России.
                                            Time of Filght может уменьшить определние зоны где произошло событие распада, на все равно не дает точного положения этой точки. Расстояние между двумя детекторами около 70см, фотоны двигаются со скоростью света т.е. мы говорим о времени в несколько пикосекунд. Я не уверен, что технически возможно создать массовую электронику, которая стабильно работает с такой точность.
                                            • 0
                                              ПЭТ-КТ, дает изображение очагов активности + изображение организма, а ПЭТ только очаги активности, которые трудно привязать к координатом, т.к. остальное тело плохо различимо.
                                              • 0

                                                Смотря скока колоть. Если дать 20 миликюри, то анатомия видна хорошо. Основная цель пэт-кт произвести картинки для tumor radiotherapy planning system. Есть, конечно, экзотика, на вроде определения функций мозга, кардио, и т.д.

                                              • +1

                                                Clinical да, все с кт или мрт. Preclinical много просто pet. С циклотроном вы правы. В копеечку влетает. Сужу по Америке, здесь изотопами частные компании занимаются, поэтому цена на fdg-f18 не такая уж и большая. Теоретический предел локализации зоны аннигиляции позитрона около 200микрон(здесь не уверен). И разрешение сделать не 4 мм, а 1 мм, для clinical Пэт уже хорошо.хотя, да, электроника будет стоить много.

                                                • –1

                                                  ГПС например может измерять миллиметры. И тоже скорость света.

                                                  • 0
                                                    image
                                                    Вот такие детекторы нашел
                                                    Кремниевые фотоумножители серии J (модель MicroFJ) были разработаны компанией SensL и оптимизированы по своим параметрам для использования в высокопроизводительных применениях, таких как медицинская времяпролетная позитронно-эмиссионная томография.


                                                  • 0
                                                    Откройте капот своего авто. Этот малыш преобразует энергии на целую пятиэтижку! И все, что он делает — перемещает 80-килограммовую тушку с места на место.
                                                • +1
                                                  Чем вы таким болеете, что вам раз в год ПЭТ делают? Достать радиоизотоп не так-то просто, особенно бета-плюс излучающий. На всю Россию около двух десятков медицинских циклотронов. А уж перевозка изотопов — вообще нетривиальная задача по российскому законодательству. Я уже молчу про мизерный период полураспада изотопов для ПЭТ.
                                                  • +2
                                                    Чем вы таким болеете, что вам раз в год ПЭТ делают?
                                                    Лимфома. Но, судя по разговорам в очереди на обследование, многим ПЭТ раз в год назначают, с разными диагнозами.
                                                    Достать радиоизотоп не так-то просто, особенно бета-плюс излучающий.
                                                    Наибольшее концентрация изотопа, находится в моче пациента, хотя, вряд ли кто его будет оттуда выделять. Во всяком случае, дают памятку, с руководством по утилизации (смывать два раза). Видимо, чтоб кто-нибудь не украл)
                                                    На всю Россию около двух десятков медицинских циклотронов.
                                                    По моим сведениям, меньше. Так уж получилось, что в моём городе есть медицинский циклотрон.
                                                  • 0
                                                    Можно упростить механику, если вращать исследуемый образец, а не детектор с излучателем.
                                                    • 0
                                                      Идея, в общем-то, хорошая, только при исследовании мне не разрешали шевелиться 20 минут. Первым делом исследуют мочевой пузырь, т.к. за 20 минут он имеет тенденцию изменять размеры.
                                                      • +1
                                                        Не прочитал изначально о вашем способе томографии. Тот способ, который указал я, используется, когда источник излучения невозможно поворачивать и исследуемый образец достаточно мал.
                                              • 0
                                                Стол отсоединяется от томографа и может быть использован как обычная каталка.

                                                А томограф у нас, извините, не работает. Стол куда-то завезли в качестве каталки, а новый только в комплекте с томографом (или стоит половину от цены).
                                                • 0
                                                  На панели управления аппаратов такого типа есть большая красная кнопка… Она не без иронии называется «Кнопка увольнения».
                                                  … восстановление его работоспособности после такого занимает очень много времени и денег.

                                                  Очень выгодная для производителя кнопка.
                                                  • 0
                                                    Она не без иронии называется «Кнопка увольнения».

                                                    Говорят, в самолётах схожую функцию выполняют ручки дверей аварийных выходов.
                                                    • 0
                                                      Полагаю, не всех выходов, а тех, которые оснащены надувными трапами. Ибо трап обратно сдуть и привести в рабочее состояние проблематично. Впрочем, то же можно и про спасжилеты сказать: там, чтобы создать проблему, достаточно просто вскрыть его упаковку.
                                                      • 0
                                                        недавно в китае случай был. китаянка потом объясняла, что ей было очень интересно, что будет, если дернуть за ручку «за которую дергать нельзя» :-)
                                                        • 0
                                                          Ну вот с трапами получается так, что при открытии двери они выбрасываются и надуваются автоматически.
                                                          На земле бортпроводники перед открытием дверей ставят рукоятку на двери в Disarmed, тем самым отключая автоматический выброс, чтобы работать в штатном режиме. А перед полётом при закрытии дверей — в Armed. А насчёт неоснащённых выходов точно не скажу.
                                                  • +2
                                                    На фотографии «Градиентный усилитель Quantum Cascade в разборе» деревянный брусок является штатным элементом конструкции?
                                                    • +3
                                                      Выглядит действительно как дерево, но это какой-то материал напоминающий текстолит или капролон.
                                                    • 0
                                                      Очень крутое видео про работающий аппарат КТ без кожуха.
                                                      • 0
                                                        Я правильно понял, это КТ а не МРТ?
                                                        • 0
                                                          Да, там же аж в двух местах написано — в комменте и в заголовке видео.
                                                          Кроме того, в МРТ ничего не вращается.

                                                          Зато там классные магниты, а еще они нехило взрываются иногда. Фото на сайте http://www.simplyphysics.com/flying_objects.html, перемотка зелеными стрелками, в конце — мини-видео, как из МРТ извлекают офисный стул.

                                                          Если этого мало, у гугла есть еще.
                                                          • +1
                                                            Ну стул — понятно. Медицинское оборудование — тоже понятно. И даже понятно, когда туда затягивает шуруповерт. Но каким образом в эти магниты прилетает тележка из супермаркета??? КАК?
                                                            • +2
                                                              Тележки — они такие универсальные. :) В них могут запросто развозить между кабинетами какую-нибудь универсальную расходку или инструмент — например, полотенца, моющие средства, уборочный инвентарь. И забыть про то, что в кабинет МРТ тележку завозить нельзя.
                                                        • 0
                                                          Как быстро оно вращается?
                                                          • 0
                                                            На современных аппаратах до 5 оборотов в секунду.
                                                          • +4
                                                            Довелось разбирать такой, очень интересный с инженерной точки зрения аппарат, особенно то как сделана балансировка, может, если соберу достаточно материала напишу статью и про КТ.
                                                          • +2
                                                            Вся магия МРТ начинается с квантовой физики, откуда берет свое начало термин «спин», применяемый к элементарным частицам. Можно встретить кучу определений, что такое спин, общепринято — это момент количества движения частицы, что бы это не значило. В моем понимании частицы как-бы постоянно вращаются (упрощенно) создавая при этом возмущения в магнитном поле

                                                            Спин — это (примерно) показатель вращения частицы вокруг своей оси.
                                                            Возмущение электромагнитного поля берётся от вращения электронов вокруг атомных ядер. Но никак не от спина протона. Есть ещё спин атома — вот он может создавать возмущение электромагнитного поля.
                                                            • +2
                                                              Но у протона ведь есть магнитный момент, т.е. он сам по себе взаимодействует с магнитным полем. Я просто пытался это объяснить более простыми словами.
                                                            • +3
                                                              //Был закуплен для некоторых государственных клиник у компании Siemens так как более дешевый за счет «новой» укороченной емкости.
                                                              Простите, русский язык ваш родной?
                                                              По существу.
                                                              Эспри не был более дешёвым «за счёт укороченной ёмкости». Он вообще не был дешёвым, у того же Сименса была в полтора раза более доступная Эссенца и почти столько же стоящая Аэра, а магниты GE в пору производства Эспри крыли по цене любого немецкого одноклассника за счёт дорогого евро. При этом Эспри обеспечивал реально высокое качество изображений (лучше GE Signa и Philips Achieva) и возможность исследовать клаустрофобов (благодаря короткой и широкой апертуре, которую вы изящно обозвали «новой укороченной ёмкостью»). Да, Эспри более требователен к надёжности системы охлаждения, но у хорошего владельца работает без проблем. Хороший владелец, как правило, частный.
                                                              Кстати, изображённой на фото с арбузом сименсовской Гармошке минимум 15-18 лет, что как бы противоречит вашим домыслам о конструктивной ненадёжности техники этого производителя. Такой томограф (а также «ненадёжный» Эспри, плюс Аванто и трёхтесловая Скайра) много лет работает, например, в Онкоцентре на Каширке.

                                                              ///МРТ нового типа — Philips Panorama. Поле этого аппарата 3 Тесла
                                                              Филипс Панорама имеет поле не 3 Тесла, а 1 (один), то есть, условно говоря, на 2 класса ниже. Вполне средний магнит с единственным и главным достоинством, связанным с дополнительным комфортом вышеупомянутых клаустрофобов.

                                                              И почему-то в статье не упомянута Toshiba, томографов которой в России на порядок больше, чем Hitachi.

                                                              • +1
                                                                Эспри не был более дешёвым «за счёт укороченной ёмкости». Он вообще не был дешёвым, у того же Сименса была в полтора раза более доступная Эссенца и почти столько же стоящая Аэра, а магниты GE в пору производства Эспри крыли по цене любого немецкого одноклассника за счёт дорогого евро.

                                                                Ну возможно, моя выборка данных не столь большая, я знаю два таких аппарата, и один из них стабильно раз в год сбрасывает гелий, другой чуть пореже. По данным коллег это все таки конструктивный изъян.

                                                                Кстати, изображённой на фото с арбузом сименсовской Гармошке минимум 15-18 лет, что как бы противоречит вашим домыслам о конструктивной ненадёжности техники этого производителя.

                                                                У вас наверное сложилось впечатление, что я ругаю технику Siemens. Это не так (за исключением усилителей конечно). Просто я специализируюсь в основном на ремонте оборудования этой фирмы, соответственно у меня на них больше материала и потому в статье они фигурируют. Ошибка выжившего своеобразная. По той же причине, не упомянул Toshiba — я ни разу не встречался с их оборудованием вживую.

                                                                Кстати тот томограф что на фото, претерпел ремонт практически всего что там стоит, а система охлаждения постоянно течет то тут то там, но в его почтенном возрасте это нормально, думаю.

                                                                Филипс Панорама имеет поле не 3 Тесла, а 1 (один), то есть, условно говоря, на 2 класса ниже. Вполне средний магнит с единственным и главным достоинством, связанным с дополнительным комфортом вышеупомянутых клаустрофобов.

                                                                Действительно, с полем ошибся, спасибо за исправление. Насчет среднего магнита не соглашусь — по уровню комфорта эксплуатации как для персонала так и для пациентов дает огромную фору любому закрытому аппарату, но это мое личное мнение.
                                                                • 0
                                                                  Спасибо за пояснения.
                                                                  • 0
                                                                    Большое спасибо за статью, с интересом прочитал о технической стороне дела.
                                                                    Но после фразы
                                                                    Одной из главных проблем при ремонте является отсутствие какой-либо документации, тем более, оборудование весьма специализированное. Поэтому порой приходится набить немало шишек и пожечь довольно много недешевых компонентов, чтобы понять что же было не так. Конечно, за деньги можно купить и сервисные мануалы, но как правило, они весьма поверхностные. Крутые фирмы надежно хранят свои секреты.

                                                                    меня гложет вопрос: вы вообще имеете отношение к официальному сервису?

                                                                    Хочу понять, то ли так плохо в России с официальным сервисом, что его работники при ремонте медприборов используют метод тыка и смекалочку, то ли у владельцев (в массе своей частных, как вы написали) МРТ не хватает на сервис официальный (при этом хватает на новый автомобиль каждый год, скорее всего) и они вынуждены обращаться к вам.

                                                                    Или здесь какая-то друга специфика?

                                                                    • 0
                                                                      Я не имею отношения к официальным сервисам. Как правило ремонт от производителя заключается в предложении купить новый блок взамен сломанного со скидкой (до 50%). Но даже в этом случае стоить он будет примерно как автомобиль. Услуги сторонних компаний стоят многократно дешевле. Такие компании имеют соответствующие лицензии. Но по факту, они занимаются в основном выигрыванием тендеров, а сам ремонт передают тем, кто может починить такое оборудование. Не только маленькие частники экономят таким образом — государственные и очень крупные организации, имеющие собственные клиники не исключение.

                                                                      так плохо в России

                                                                      Точно также работают наши коллеги в Евросоюзе.
                                                                      • +1
                                                                        Вы меня совершенно заинтриговали последним предложением, поэтому я взял таймаут для изучения ситуации в моей части Евросоюза (Чехия). Кое-что узнал от знакомых, что-то прочитал из официальных источников.
                                                                        Медицина здесь на 100% страховая, поэтому клиники любого уровня и формы собстенности снабжаются только через публичные закупки, а их история доступна любому желающему.

                                                                        Так вот, мне не удалось найти упоминания сервисных договоров на MR томографы, заключенных не с фирмой-поставщиком(производителем). Siemens и GE здесь работают через локальные представительства, японцы — через авторизированных партнеров, которые обеспечивают в т.ч. сервис.

                                                                        Далее, любой ремонт диагностического оборудования влечет за собой государственную аттестацию, которую невозмоно пройти неавторизированному ремонту или организации. И да, ремонт блочный: в журнал ремонтов записывается заменяемый блок, на вновь устанавливаемый должен быть поверочный сертификат производителя.

                                                                        Вот так это выглядит по крайней мере официально. В случае врачебной ошибки будет подниматься документация от шприцов до томографов и будет усиленно искаться крайний (не врач же в самом деле ошибся, что за чушь!), поэтому рисковать никто из этой цепочки не будет.

                                                                        От себя лично могу добавить, что категорически неприемлю кустарный ремонт медицинского, лифтового, авиационного (где сам работаю) и любого другого ответственного оборудования.
                                                                        • +1
                                                                          Вы меня совершенно заинтриговали последним предложением, поэтому я взял таймаут для изучения ситуации в моей части Евросоюза (Чехия).

                                                                          Не буду спорить, я сам никогда не бывал там. Знаю только что есть по крайней мере одна компания подобная нашей на территории ЕС. Как то раз даже подсказывал им, как ремонтируется один из блоков.

                                                                          От себя лично могу добавить, что категорически неприемлю кустарный ремонт медицинского, лифтового, авиационного (где сам работаю) и любого другого ответственного оборудования.

                                                                          Я конечно согласен, но по факту только этим и занимаюсь, что поделать.
                                                                          • 0
                                                                            С другой стороны, какая разница кто чинил, вопрос в том, кто проверял и пломбировал. Вот только полноценные тесты дорого стоят.
                                                                  • +1
                                                                    //Томограф Siemens Espree, с полем 1.5. Тесла, обратите внимание на металлические ключи, которые спокойно лежат на столе — магнитного поля тут больше нет. Был закуплен для некоторых государственных клиник у компании Siemens так как более дешевый за счет «новой» укороченной емкости. Укорочение конструкции вылилось в то, что он любит часто пускать гелий на ветер сам по себе.

                                                                    Я бы выставил аппараты по возрастанию цены следующий образом (видно, что Espree далеко не самая дешевая система):
                                                                    1. Symphony
                                                                    2. ESSENZA
                                                                    3. Avanto
                                                                    4. Espree
                                                                    5. Aera
                                                                    6. Skyra

                                                                    Не думаю, что самопроизвольный квенч связан с коротким магнитом — при коротком магните сложно добиться гомогенного магнитного поля, но сама конструкция практически не отличается от других систем. Я не могу сказать, что статистка по самопроизвольным квенчам для Espree заметно различается от статистики для других типов магнитов. Вообще, самопроизвольный квенч довольно редкое событие и в большинстве случаев зависит от конкретного магнита. С чем связана ирония про «новую укороченную емкость» мне непонятно.
                                                                    Касательно магнитного инструмента на столе аппарата под полем. Пожалуйста, на работайте с инженером, который так обращается с оборудованием/инструментом. Я видел довольно много случаев неосторожного использования МРТ, которые закончились не очень хорошо. Нужно понимать, что поле возрастает очень резко и если мы говорим о металлическом предмете массой более 50-100 грамм, то Вы не сможете удержать его в руках. Его просто вырвет из рук как только Вы почувствуете, что поле есть.

                                                                    +1 к словам о надежности оборудования: я видел много старых систем работающих годами без существенных проблем. Проблема с RFPA, наверное, из наиболее ярких. Вероятнее всего, это обусловлено сроком его использования — он появился на Harmony/Symphony т.е. около 20 лет назад и до сих пор устанавливается на Symphony/ESSENZA/Avanto/Espree без изменений в конструкции. Это надежный усилитель со стабильными параметрами. Я могу согласиться, что ремонтопригодность этого усилителя не очень высока, но не считаю это проблемой.
                                                                    Использование для новых систем ламповых усилителей не имеет большого смысла — мощные лампы стоят дорого и их ресурс заметно ниже, чем у полупроводниковых усилителей. Плюс возникает проблема с охлаждением (их сложно охладить водой, в отличии от полупроводниковых систем) и габаритами.
                                                                    Если мы говорим о Toshiba, то до недавнего времени эта компании использовала магниты от Siemens.
                                                                    • 0
                                                                      Я видел довольно много случаев неосторожного использования МРТ, которые закончились не очень хорошо.
                                                                      не оченнь хорошо для техники, или для людей тоже?
                                                                      (с одной стороны — интересно же — очень хочется попросить вас подробностей….с другой — площадка открытая — незачем, пожалуй, лишние фобии создавать у случайных людей, особо если разойдётся по миру цитатами)
                                                                    • 0
                                                                      /// С чем связана ирония про «новую укороченную емкость» мне непонятно.

                                                                      Возможно, с тем, что не вполне ясно, при чём здесь ёмкость. Если речь об об'ёме внутри гентри, то по сравнению с Авантой бочка Эспри короче, но апертура шире на 10см — соответственно, об'ём если изменился, то незначительно.
                                                                  • +1
                                                                    Ток в сверхпроводниках течет постоянно, а не только во время работы аппарата, соответственно магнитное поле есть всегда.

                                                                    «Всегда» в смысле, все время службы аппарата?
                                                                    • +2
                                                                      Да, пока в аппарате есть хладагент.
                                                                    • 0
                                                                      Тема «квенча» не раскрыта. Зачем он нужен? Смайлик. За статью спасибо.
                                                                      • +1
                                                                        Как уже выше верно ответили, это сделано на случай, если магнитное поле угрожает здоровью людей, например бывают ситуации когда кто-то по ошибке проносит металл в зону действия поля (каталки, инвалидные коляски и.т.п.) и гипотетически, человека может при этом зажать.
                                                                        • +1

                                                                          А как поддерживается гелий в жидком состоянии ?

                                                                          • +1
                                                                            Ну внутри емкости с хладаегнтом поддерживается давление, кроме того, емкость постоянно охлаждается криокулером (рефрижиратор конструкции Гиффорда — Мак-Магона), который также использует жидкий гелий в качестве хладагента.
                                                                            • 0
                                                                              Там газообразный гелий же используется.
                                                                            • +1
                                                                              Сейчас есть два типа магнитов с точки зрения охлаждения криостата:
                                                                              1. 10К магниты. Охлаждается несколько экранов которые находятся в вакууме (вместе с емкостью с гелием и сверхпроводником). Охлаждения этих экранов позволяет уменьшить нагрев емкости с гелием. В таких системах гелий расходуется всегда, их требуется регулярно заправлять. Использование экранов позволяет лишь уменьшить потери — чем ниже температура экранов, тем меньше нагрев за счет излучения от них.
                                                                              2. 4К магниты. Охлаждение экранов + реконденсация гелия. Первая ступень холодной головы охлаждает экраны, вторая ступень достигает температуры 3.2К, что достаточно для сжижения газообразного гелия находящегося в криостате. Таким образом испарившийся гелий снова сжижается и попадает обратно в криостат. При исправности системы охлаждения МРТ (холодной головы, компрессора и чиллера) потери гелия в такой системе отсутствуют.
                                                                              В качестве хладогента для системы (холодная голова, гелиевый компрессор) используется газообразный гелий.
                                                                          • +2
                                                                            Обычно, квенч абсолютно не нужен. Но он есть. Это процесс при котором участок сверхпроводника теряет сверхпроводимость. Это вызывает лавинообразный нагрев сверхпроводника выше критической температуры и в результате, потерю магнитного поля и испарение жидкого гелия. Сам процесс потери магнитного поля занимает около 10-20 секунд, кипение гелия продолжается заметно дольше.
                                                                            Квенч часто происходит при монтаже оборудования, во время первоначального поднятия поля и шиммирования (выравнивания магнитного поля).
                                                                          • 0
                                                                            177 транзисторов

                                                                            А что за количество такое странное? Вроде на 2 делиться должно. Не рассматривали вариант замены меньшим количеством более мощных-высоковольтных?
                                                                            • +1
                                                                              В статье показана только одна высокочастотная плата усилителя, на ней 117 транзисторов. Нечетное количество потому что первый каскад усиления состоит из одного единственного, дальше все четно.

                                                                              Остальные 60 транзисторов стоят на второй плате — управления, они работают в ключевом режиме, легко выкидываются и заменяются двумя мощными мосфетами из того же градиента. Более того, в следующей по мощности версии усилителя, производитель сам так и сделал.
                                                                            • 0
                                                                              Спасибо, очень интересно. Я когда первый раз был на МРТ, в процессе подготовки к процедуре, подумал — «Однако забористое техно у них играет». Теперь мне понятно, кто виноват :)
                                                                              • 0
                                                                                А те аппараты, которые с постоянными и электромагнитами орут так же, как и «стандартный»?
                                                                                • 0
                                                                                  Звуки издают градиентные обмотки, а они есть во всех известных мне конструкциях аппаратов. В более слабом магнитном поле, в случае с постоянными/электромагнитами, через градиентные катушки идет более слабый ток, соответственно «орут» они гораздо тише.
                                                                                  Вообще, в статье я слегка приукрасил, не каждый протокол исследования требует столь активной работы градиентов на максимальной амплитуде, и иногда их работа напоминает скорее громкое жужжание.
                                                                                  • 0
                                                                                    Не так пугают звуки МРТ, как их резкое прекращение и неожиданно наступившая мертвая тишина.
                                                                                    • 0
                                                                                      В некоторых клиниках пациентам во время обследования включают расслабляющую музыку, благо такая возможность есть.
                                                                                      • 0
                                                                                        А магниты в наушниках не «мешают»? Благодарю за интересную статью.
                                                                                        • +2
                                                                                          Во-первых, динамик находится довольно далеко от наушников, а звук передается по пластиковой трубке.
                                                                                          Во-вторых, динамик может просто быть в кабине, тогда его слышно и без наушников
                                                                                          • +2
                                                                                            Наушники полностью пластмассовые, звук в них приходит извне по пластиковому же звуководу.
                                                                                      • +1
                                                                                        Оно настолько странно. Вроде кажется, что уже привык, оно начинает совсем другим способом стучать. Потом, ну уже точно все слышал, а оно как запищит тоненьким громким голосом. И снова стресс ))
                                                                                    • 0
                                                                                      Отличная статья, спасибо!
                                                                                      Но немного непонятно по прочтении стало про роль катушек. Сначала пишете про мощный постоянный магнит на сверхпроводниках, а затем про градиентные обмотки. Если градиентные обмотки могут создавать мощные импульсные поля вдоль каждой из осей, то для чего тогда нужен основной криогенный магнит? И в каком направлении от него идет поле? Кроме того, на рисунке также показана радиочастотная катушка, назначение которой тоже не очень для меня осталось понятным: кто же делает радиочастотные импульсы — эта катушка или градиентные катушки?
                                                                                      • +3
                                                                                        Основной магнит создает очень однородное поле в центре аппарата — это важно для получения изображений с правильными пропорциями. Силовые линии поля направленны вдоль стола.


                                                                                        Посмотрите на следующую иллюстрацию

                                                                                        синяя линия показывает как меняется напряженность поля вдоль стола когда работает градиент Z. Одновременно с градиентом, радиочастотная катушка посылает возбуждающий импульс. Его энергию поглотят только ядра атомов водорода (протоны), символически нарисованные на срезе, показанным в виде плоскости в центре, так как только их резонансная частота будет соответствовать частоте радиочастотного импульса. Протоны левее среза находятся в менее напряженном поле, а те, что правее среза — в более напряженном, соответственно их частоты отличаются от резонансной. После отключения градиента обратно сигнал излучат только ядра атомов, что поглотили энергию. Предположим, что основного магнитного поля при этом нет, тогда после отключения градиента, никакого внятного сигнала обратно мы не получим, так как ядрам атомов не нужно будет излучать фотоны чтобы вернуться к равновесному состоянию. В условиях отсутствия мощного поля они просто тихо-мирно постепенно придут к равновесию. Поэтому в аппаратах с высоким полем исследования занимают меньше времени, чем у аппаратов с низким полем, поскольку протоны быстрее стремятся отдать энергию обратно после того как их «побеспокоили».
                                                                                        Кроме того несмотря на всю мощь градиентов, поля создаваемые ими слабее поля сверхпроводника и также, решение на его основе более энергоэффективно.

                                                                                      • +4
                                                                                        Спасибо за статью! Супер!
                                                                                        Пожалуйста расскажите как намагничивается основной (сверхпроводящий) магнит аппарата при изготовлении?
                                                                                        • +2
                                                                                          В аппаратах для этого есть специальные порты, по сути клеммы сверхпроводящей обмотки. Когда аппарат установлен, и заправлен хладагентом, к нему подключают специальный блок питания — заводчик (в комплекте с томографом не идет). Он выдает маленькое напряжение (кажется около 12В) и огромные токи (около 800А). Причем ток наращивается очень плавно — процедура занимает пару часов. Примечательно, что обмотка при этом не находится в состоянии сверхпроводимости — ее подогревают специальным нагревателем. Думаю, это делают чтобы снизить вероятность самопроизвольного квенча, если что-то пойдет не так.
                                                                                          • 0
                                                                                            Насколько я понимаю из картинки — если не греть часть проводника, то ток через оба плеча будет бежать примерно равный, и тогда при отключении источника тока токи в плечах «уравновесят» друг друга и течь там вообще ничего не будет.
                                                                                            Тут больше интересно, зачем ток наращивают медленно, почему нельзя быстро?
                                                                                            И как источник тока отключают от обмотки. Там же резистор этот, получается, надо мгновенно охладить, иначе ток упадет.
                                                                                            • +2
                                                                                              Все верно, этот резистор является участком сверхпроводника. Во время накачки, этот участок выведен из сверхпроводимости путем подогрева. В ситуации показанной на рисунке ток через него практически не идет, так как остальные участки сохраняют сверхпроводимость.Однако если ток будет расти слишком быстро, то может вызвать перегрев участка и соответственно, квенч. После достижения нужного уровня тока, нагреватель отключают, сопротивление этого «резистора» падает до нуля и петля замыкается. Затем заводчик просто отключают.
                                                                                              • 0
                                                                                                Хм, тогда в чем разница, подключать ток ненагревая, или выключать нагрев после достижения нужного тока? Ведь, когда нагрев отключают, и сопротивление участка падает до 0 — по участкам начинает течь такой же ток, как если бы изначально все подключили ненагревая.
                                                                                                • +2
                                                                                                  Если подключить источник не нагревая участок сверхпроводника, то ток не пойдет через катушку.
                                                                                              • +1
                                                                                                За счет огромной индуктивности катушки нельзя быстро завести или вывести ток.
                                                                                                А с резистором все просто, нужно продолжать держать напряжение от источника пока нагретый участок не станет сверпроводящим, потом постепенно уменьшить напряжение и отключить источник.
                                                                                                • +1
                                                                                                  Если такое магнитное поле «создать» или «исчезнуть» быстро — («пересилив», например её колосальную индуктивнсть) — будет очень большой ЭМИ. (вихревое поле, отрыв магнитного от сердечников и т.п. чудеса)

                                                                                                  А вообще фантастика, сколь суровую «по физике» технику сумели довести до массового в общем-то изделия.
                                                                                            • +2
                                                                                              «Для ядер атомов водорода в поле величиной 1 Тесла эта частота составляет 40.45 МГц...» — не согласен — на самом деле 42,58 МГц (быстро нашел только ссылку на вики). Хотя для этой статьи это не принципиально.
                                                                                              • +5
                                                                                                Обалдеть, вы мне только что подсказали где я ошибся при расчете резонатора который я собираю. Вроде постоянно имею дело с этими цифрами, а все равно напутал. Спасибо большое!
                                                                                              • 0
                                                                                                Про сименс знакомо, но из другой области… Жаль, что этой информацией не обладают те, кто эти девайсы покупают…
                                                                                                • +1
                                                                                                  Интересная статья.
                                                                                                  Помню, в детстве, лет в 10-11, мне делали МРТ головы, а так как несколько раньше мне сделали склеропластику, вокруг каждого глаза у меня имеется 4 «подушечки», не дающих глазному яблоку растягиваться.
                                                                                                  Так вот, я чётко помню, что под конец исследования начались сначала слабые, а потом всё сильнее и сильнее подёргивания в местах, где подшиты эти подушечки. На пике эти подёргивания были достаточно сильные, я уже стал нервничать, что если так будет нарастать — надо выбираться, а то их вырвет магнитным полем и мне разворотит лицо. Эти подушечки ведь из какой-то органики, не думал, что они будут магнитные (пусть и слабо). Сейчас ради интереса вожу довольно мощным неодимовым магнитом вокруг глаз — никакого шевеления не чувствую, очевидно, потому, что поле внутри томографа куда как мощнее.

                                                                                                  Ну и да, рокот внутри трубы вызывает некоторые интересные и притом неприятные психологические явления. Мне на полном серьёзе казалось, что степень громкости грохота зависит от моих мысленных усилий, т.е. я мысленным напряжением как бы управляю громкостью. Причём так: стоит неосторожно подумать, как грохот резко нарастает, что-то вроде системы с положительной обратной связью, и был страх, что я как бы потеряю контроль и громкость улетит в небеса, причинив мне вред. Я потом даже вычитал название подобного эффекта (всё это было очень давно, так что уже не вспомню). Но эффекты неприятные) Явно не добавляет спокойствия при обследовании. Если бы мне про них рассказали перед исследованием, было бы намного лучше (а посмотреть на ютубе как проходит процедура тогда было нельзя, не было ни ютуба, ни компьютера дома).
                                                                                                  • 0
                                                                                                    Неодимовые магниты, емнип, имеют достаточно высокие значения индукции магнитного поля, упоминаемые здесь 1 Тл — не лабораторный рекорд уж точно.
                                                                                                    • 0
                                                                                                      Тем не менее, в томографах МРТ на постоянных магнитах обычно не больше 0.4 Тл.
                                                                                                      • +1
                                                                                                        Стремно наверное иметь магнит такой мощности и размера, который не выключить никак.
                                                                                                    • +1
                                                                                                      Когда мне делали МРТ на аппарате 1,5Тл у меня точно так же были ощутимые нарастающие подергивания глаз в такт звукам. Хотя никаких имплантантов у меня нет. Думаю, такие ощущения не редкость.
                                                                                                      • +2
                                                                                                        Градиентные импульсы очень мощные — могут давать наводки на нервы, что превращается в движение мышц
                                                                                                        • 0
                                                                                                          примерно так я и думал.
                                                                                                    • +1

                                                                                                      Я далёк от темы, и из статьи не понял — зачем квенч? Что будет если просто обесточить обмотки, но продолжать их охлаждать?
                                                                                                      За статью — спасибо!

                                                                                                      • +1
                                                                                                        Обмотки представляют собой замкнутый контур из сверхпроводника, они не подпитываются извне, ток бесконечно циркулирует по ним порождая сильное магнитное поле. Их нельзя обесточить, кроме как с помощью выведения из состояния сверхпроводимости.
                                                                                                        • +1
                                                                                                          Обмотки в состоянии сверхпроводника, да еще и скрученные в огромную катушку индуктивности суть огромный же аккумулятор. В них «накачивают» запас энергии на весь срок службы, достаточно большой потенциал, между прочим… и такого понятия, как «обесточить» тут, увы, нет. Даже если полностью все вырубить, хоть все здание, потенциал в обмотках никуда не денется. Есть два способа — либо заземление с лавинообразным, непредсказуемым процессом нагрева сверхпроводника, либо относительно управляемая реакция длительностью в 10-20 секунд, которая возникнет за счет роста температуры проводника и относительно плавным сбросом энергии. Первое может повредить не только сам аппарат, но и окружающих (практически равносильно шарахнувшей рядом молнии), второе — практически безопасно для персонала, но гарантировано выводит аппарат на некоторое время из строя и влечет дорогой ремонт.
                                                                                                          • 0

                                                                                                            А если заземление не на прямую, а через подобранное сопротивление, чтобы ток был не огромным, а «разрядил» контур, скажем, минут за 10? Так тоже нельзя?

                                                                                                            • +1
                                                                                                              10 минут — долго. Очень долго, если вас придавило стулом к обмотке томографа и ножкой вот-вот проткнет печень.
                                                                                                              Операция по стравливанию гелия гораздо более предсказуема и легче устраивается с точки зрения техники, к тому же гарантировано не создает помех — ибо томограф на небольшой промежуток времени превращается в просто большой кипятильник, а не сливает пару сотен кВтч через общее заземление в течении десятков минут.
                                                                                                              • 0

                                                                                                                Но потенциально так возможно? Для сервисного обслуживания, например.

                                                                                                            • +2
                                                                                                              Если можно, поясните, что вы имеете в виду под заземлением? Как заставить ток, текущий по сверхпроводнику, ответвиться куда-то по несверхпроводящему каналу? Вижу только вариант со второй (несверхпроводящей) обмоткой, которой можно постепенно вывести энергию магнитного поля.
                                                                                                              • 0
                                                                                                                Это, кстати, еще один момент, который доставляет головную боль. Теоретически можно сделать заземление путем использования НУ ОЧЕНЬ большого заземляющего контура. Опять же, насколько я понимаю, у катушки даже в состоянии СП будет иметься наличие некоего потенциала относительно земли. Как это реализуется на практике — увы, не знаю, не имел дела со сверхпроводниками. В любом случае, резкий сброс такого кол-ва энергии куда-то это очень плохая идея как для оборудования, так и для окружающих. Проще и выгоднее подогреть сверхпроводник и перевести все в тепло на нем.
                                                                                                                • +1
                                                                                                                  Ненулевой потенциал у катушки относительно земли будет в том случае, если или катушку, или Землю кто-то зарядит. Избытка или недостатка зарядов в катушке нет, разность потенциалов между любыми двумя точками катушки также нулевая.
                                                                                                              • 0
                                                                                                                Логика подсказывает мне, что заземлять тут ничего не надо, надо просто разомкнуть катушку. По своей сути это короткозамкнутый соленоид, но так как он сверхпроводящий, то однажды введенный туда ток будет течь там пока катушка в таком состоянии. При размыкании возникнут обычные эффекты отключения индуктивной нагрузки, магнитный поток начинает меняться, возникает ЭДС самоиндукции, напряжение на разомкнутых контактах растет, дуга, фейерверк. Понятно, что размыкание неприемлемо, да и в таких услових работы наверное невозможно реализовать, но суть это размыкание, а не заземление.
                                                                                                              • 0
                                                                                                                Как бы охлаждение требуется чтобы не терять поле и не терять гелий. Без охлаждения будет увеличение расхода гелия, как выйдет ниже критического уровня, будет квенч и потеря поля.
                                                                                                              • +2
                                                                                                                А почему ремонт после квенча — дорогой? где-то выше в каментах кто-то называл цифру 200тыс евро. Это продиктовано объективными техническими причинами, или монопольной составляющей?

                                                                                                                Насколько я понял, ремонт заключается в заправке жидким гелием и накачке катушки током. Первое — обычное обслуживание криотехники. Подъехала машина — и заправила бак. Второе — процесс, который делается автоматически, специальным дэвайсом.

                                                                                                                На ютуб по запросу «mri quench» есть некоторое кол-во видео, в которых группа людей специально вызывает квенч — и радуется этому явлению. Чему там можно радоваться?

                                                                                                                Почему обязательно гелий? Есть же высокотемпературные сверхпроводники, у которых температура сверхпроводимости выше температуры кипения жидкого азота. По идее с такими сверхпроводниками все должно быть вообще дешево.