Современная электроника №7/2022

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ 10 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 7 2022 Магнитно-резонансная томография и радиочастотные соединители В статье рассмотрены физические основы магнитно-резонансной томографии для диагностики внутренних органов человека. Приведено квантовое представление ядерно-магнитного резонанса, лежащего в её основе. Описано устройство магнитно-резонансного томографа. Сформулированы требования к радиочастотным соединителям и кабелям, применяемым в рабочей зоне томографа. Показана необходимость применения в томографах немагнитных соединителей и кабелей. Рассмотрены основные типы немагнитных радиочастотных соединителей зарубежных компаний. Кива Джуринский (kbd.istok@mail.ru ) 1. Из истории МРТ Казалось бы, какая связь может быть между магнитно-резонансной томогра- фией и радиочастотными соедините- лями? Оказывается, связь прямая: без специальных радиочастотных соеди- нителей магнитно-резонансная томо- графия высокого разрешения не может существовать. Но сначала о самой магнитно-резо- нансной томографии. Магнитно-резо- нансная томография (МРТ) – это спо- соб получения томограмм послойных изображений внутренних органов человека, основанный на явлении ядер- но-магнитного резонанса (ЯМР). Нача- лом истории МРТ считается 1946 год, когда швейцарский физик Феликс Блох доказал, что ядро атома ведёт себя подобно магниту, а заряженная частица, такая как протон, вращается вокруг собственной оси и имеет маг- нитное поле [1–6]. Автором патента на способ сканиро- вания тела человека с помощью ЯМР длямедицинскогоисследования в нача- ле 1970-х годов был американский учё- ный Раймонд Дамадьян. В 1977 году он и его помощники сконструировали первый сверхпроводящий ЯМР-сканер и впервые получили изображение тела человека. Одновременно подобные исследования в этой области проводи- ли американский химикПолЛаутербур и британский физик Питер Мэнсфилд. В 2003 году они стали лауреатами Нобелевской премии по медицине и физиологии за изобретение метода магнитно-резонансной томографии, позволяющегоисследовать внутренние органыи ткани человека, не прибегая к оперативному вмешательству и рентге- новскому облучению [1, 2]. С начала 1980-х годов производители оборудования для получения медицин- ских изображений начали разрабаты- вать и производить магнитно-резо- нансные (МР) сканеры. Неинвазивный метод магнитно-резонансной томогра- фии позволяет получать точные и чёт- кие изображения виртуальных срезов тканей и внутренних органов челове- ка без вторжения в его тело. Объектом исследования могут быть разные органы и ткани: централь- ная нервная система, суставы, сердце, печень, лёгкие и другие внутренние органы, а также сосудистая и перифе- рическая нервная системы. Наиболее частый объект исследования при про- ведении МРТ – это головной мозг. В современной диагностике магнит- но-резонансная томография является одним из самых точных диагностиче- ских методов обнаружения новообра- зований, патологий сосудов, патологий нервов и нервных узлов, внутренних гематом и кровоизлияний и пр. Появля- ются всё более совершенные томогра- фы, повышается точность и сокраща- ется продолжительность исследования. Открылись новые возможности приме- нения МРТ в ангиографии, функцио- нальной диагностике и сканировании для получения чётких изображений [6]. По сравнению с рентгеновскими исследованиями и компьютерной томографией, в которых применяют рентгеновское излучение, МРТ доста- точно безопасна для человека, так как использует только магнитное поле и радиоволны слабой интенсивности. 2. Физические основы МРТ Хотя магнитно-резонансная томо- графия (MRI в английском языке) использует явление ядерного магнит- ного резонанса, от слова «ядерный» в её названии решили избавиться, что- бы не пугать людей, так как с бомба- ми или радиоактивными элементами периодической таблицы Менделеева ничего общего здесь нет. ЯМР – это избирательное поглоще- ние веществом электромагнитных волн определённой частоты, обусловленное изменением ориентации магнитного момента частиц вещества. Это кванто- вый эффект, при котором на вещество действуют магнитное и радиочастот- ное поля и происходит избирательное поглощение веществом электромагнит- ных волн определённой частоты. Это квантовый эффект, при котором в основе ядерного магнитного резонан- са лежит взаимодействие протонов водорода с внешним магнитным полем. Современные томографы настрое- ны на ядра водорода – протоны. Ядро атома водорода содержит один-един- ственный протон, имеющий положи- тельный заряд. В нём нет нейтронов. С помощью протона водорода можно изучать поведение спина (собственно- го момента импульса частицы, имею- щей заряд) в магнитном поле. Спин – это квантово-механический параметр. В классической физике аналогом спина является вращательный момент. Прото- ны водорода имеют спин, равный 1/2, который обусловливает появление маг- нитного момента ядра атома водорода. Выбор протонов водорода в качестве объекта исследования обусловлен сле- дующими соображениями. Биологиче- ская среда – это в основном ядра атомов водорода (протоны). В теле человека 63% атомов водорода, которые содер- жатся в воде и жире, входящих в его состав. Водород в теле человека и дру- гих живых организмов занимает при- близительно 10% от общей массы [1–4]. Для лучшего понимания принципа ядерно-магнитного резонанса можно представить ядро в виде вращающего- ся волчка, который вращается вокруг собственной оси, и одновременно его ось вращения описывает окружность (рис. 1а) [2]. При отсутствии внешнего магнитно- го поля магнитные моменты протонов