Система електронного керування магнітно-резонансного томографа
МР томограф собою складну систему, що складається з великого числа вузлів різного призначення і розміщену на великій площі. Сказане відноситься в першу чергу до МРТ з резистивним магнітом, які мають складну енергетичну установку для харчування головного магніту і систему водяного охолодження. Що ж стосується вузлів управління градієнтної і РЧ системами, то вони приблизно однакові у всіх типів МР томографів.
Враховуючи, що випускаються всі три типи томографів, розглянемо, як найбільш загальну, структурну схему системи МРТ з резистивним магнітом (рис.1). На відміну від РКТ або УЗ сканерів, де деякі системи (наприклад, електромеханічні вузли сканування або механічні датчики) працюють автономно, у МРТ всі субсистеми, що беруть участь в зборі і обробці інформації, працюють під управлінням ЕОМ. Свої управляючі функції ЕОМ здійснює через електронний блок управління - Крейт. Звідси йдуть аналогові і цифрові керуючі сигнали і команди в РЧ передавач і джерела харчування градієнтних котушок. У цих блоках генеруються сигнали великої потужності і виділяються значні теплові втрати. Тому вони оформлені в самостійні конструктивні вузли. Джерела живлення градієнтної системи, по суті, являють собою підсилювачі потужності та розміщені в шафах в одному приміщенні з джерелом живлення головного магніту. Там же знаходяться і основні вузли контролю системи охолодження.
Магнітна система МРТ, яку за аналогією з блоком скануючого пристрою РКТ можна було б назвати гентрі, поміщається в спеціальній кімнаті, підлога, стіни і стеля якої обтягуються тонкої металевої сіткою. Вона служить для захисту від перешкод, проникаючих по ефіру від різних джерел: станцій радіо-і телемовлення, електротранспорту, місцевих джерел, наприклад потужних апаратів УВЧ терапії і ін Тим не менш, перешкоди проникають і вносять спотворення в МР-томограми. І це з'ясовно - РЧ сигнали, одержувані від тканин організму, порівняні по величині з електромагнітними коливаннями, що приходять з ефіру і складають десятки мікровольт. Перешкоди можуть проникати також з електромережі. Для їх придушення всі силові струми - джерел живлення головного магніту, градієнтної системи і передавача - пропускаються через фільтри. Цій же меті служить застосування попереднього підсилювача РЧ сигналу, розташованого в безпосередній близькості від РЧ котушки для тіла. Слабкий РЧ сигнал, посилений до декількох мілівольт з мінімальною домішкою перешкод, надходить в Крейт, де додатково посилюється.
Системі водяного охолодження відводиться важлива роль. Вода використовується для відводу тепла не тільки від котушок головного магніту, але і від навантажених силових елементів джерел харчування головного магніту і градієнтних систем. Застосовують два типи систем водяного охолодження: статичну і динамічну. У статичній системі вода закачується в резервуар, розташований на висоті 9-го - 10-го поверху, тобто створюється тиск близько 3 - 4 атм. Резервуар має ємність, достатню для роботи МРТ протягом 1 години. Динамічна система простіше, так як вода подається в систему охолодження безпосередньо з водопровідної мережі насосом. Однак стабільність напору води в ній гірше, а при аваріях у водопровідній мережі або в системі охолодження обстеження доводиться відразу переривати.
Як і в системі РКТ, у МРТ застосовують два монітори: кольоровий загального призначення і напівтоновий чорно-білий для виведення зображення. Для отримання твердої копії зображення застосовують різні принтери - лазерні, теплові та інші, які дають чорно-білі (або інших відтінків) напівтонові зображення.
Малюнок 1. Структурна схема системи МРТ з резистивним магнітом.
Особливістю системи керуючих команд МРТ в порівнянні з РКТ і ультразвуковими сканерами є великий питома вага аналогових сигналів. До них відносяться, перш за все, радіочастотні посилки (несучі коливання і обвідна) і аналогові напруги для керування градієнтної системою, а також деякі допоміжні сигнали. Роль цифрових сигналів в основному зводиться до управління аналоговими сигналами і формуванню тимчасових інтервалів. Зрозуміло, аналоговий РЧ сигнал, що приймається антеною, перетвориться в цифровий. В основному всі сигнали і дані виміри, передавані на виконавчі пристрої і в ЕОМ, виробляються в Крейти, структурна схема якого наведена на рис.2.
Контролер призначений для організації обміну даними між Крейти і ЕОМ. Він забезпечує адресацію блоків крейта, трансляцію даних з ЕОМ, прийом оцифрованого МР сигналу в послідовному коді по двох каналах, перетворення його в паралельний і введення в ЕОМ в режимі прямого доступу до пам'яті. З метою прискорення перетворення виду зображення в ньому можуть бути передбачені для цього апаратні засоби. Наприклад, порівняно просто і швидко на апаратному рівні виконується інверсія зображення В«позитив-негативВ» за допомогою елементів В«Виключає АБОВ».
Більшість блоків крейта вимагає для свого функціонування різноманітних імпульсів різної частоти і тривалості. Їх постачає програматор імпульсів, який, у свою чергу, одержує необхідну інформацію про ці імпульсах від контролера.
У програматорі рівнів з допомогою декількох ЦАП, на які подаються цифрові коди, формуються аналогові напруги, призначені для завдання рівнів градієнтів, форми огинаючої РЧ імпульсу і ряду інших аналогових сигналів, про які буде сказано нижче. Так як аналогових сигналів потрібно багато, то програматор рівнів конструктивно може бути розміщений на двох платах.
У радіочастотний блоці знаходиться задає генератор радіочастотного збудливого сигналу, пристрій зміщення радіочастоти, крайовий підсилювач МР сигналу і його детектор.
Блок вибору шару тісно пов'язаний з блоком РЧ, так як в ньому формуються необхідні сигнали для організації зміщення РЧ частоти і обвідна РЧ імпульсу.
Хоча індуктивності градієнтних котушок порівняно невеликі (кілька десятків мкГн), при подачі градієнтних імпульсів з крутими фронтами в них можуть виникати небажані перехідні процеси. У блоці корекції градієнтів відбувається автоматичне перетворення прямого фронту напруги, що надходить від програматора імпульсів, у напругу з лінійним фронтом і оптимальною швидкістю наростання, при якій перехідний процес мінімальний.
Нарешті, в блоці АЦП і фільтрів формується цифровий результат перетворення МР-сигналу. Фільтри служать для вибору смуги пропускання, в якій приймається сигнал від вибраного шару, тобто в смузі частоти зсуву. Таких блоків у Крейти також може бути два (два інформаційних каналу).
Як бачимо з структурної схеми крейта, керуюча електроніка МРТ не дуже складна. У всякому разі, УЗ сканер по насиченості різними управляючими електронними пристроями значно перевершує МР томограф. Складність МРТ полягає в його магнітної системі і програмному забезпеченні.
З електронних вузлів, забезпечують дію системи, найбільший інтерес представляють блоки радіочастотної групи. Розглянемо більш докладно задачі, які вона виконує. Структурна схема, що відображає зв'язок і взаємодія цієї групи блоків зображена на рис.3. Однією з головних вимог, що пред'являються до РЧ блоку, є висока стабільність радіочастоти, що забезпечуєтьсязастосуванням кварцового генератора, що задає, який виробляє сигнал з частотою f 0 , яка визначається рівністю Лармора. Тому зсув цієї частоти при виборі шару здійснюється не прямим способом, а шляхом непрямих нелінійних перетворень, наприклад змішуванням сигналів частоти f 0 і частоти зсуву.
Зміщений сигнал посилюється по напрузі і по потужності в блоці передавача, модулюється огинаючої із заданим законом зміни і надходить на РЧ котушки за загальним коаксіальному фідеру. Відповідно їх просторовому розташува...