Приборы и техника эксперимента, 2019, № 2, стр. 149-150

Компактный магнитно-резонансный томограф “Эверест” (рис. 1а) разработан на основе сверхпроводящего магнита, охлаждаемого криорефрижератором по кондуктивной схеме охлаждения [1–6]. Томограф “Эверест” предназначен для получения изображений с использованием явления ядерного магнитного резонанса в плоскопараллельных срезах в трех основных сечениях (аксиальном, сагиттальном и коронарном) и в сечениях с углом наклона до 45°.

Рис. 1.

Внешний вид магнитно-резонансного томографа для ортопедии (а) и образец снимка колена, полученный на этом томографе (б).

Томограф применяется в таких областях, как: медицинская диагностика конечностей, доклинические исследования (на животных) для отработки диагностических программ и новых технологий, в качестве обучающего оборудования в профильных учебных заведениях, в геологоразведке нефти для визуализации содержания нефти в шурфах.

В области медицинской диагностики томограф “Эверест” позволяет визуализировать и исследовать внутренние структуры конечностей и суставов человека: голени, коленного сустава, стопы, лодыжки, локтевого сустава, запястья, кисти. Томограф имеет туннельную конструкцию с отверстием для размещения исследуемого объекта диаметром 200 мм и длиной 600 мм. Рабочая зона сканирования представляет собой сферу диаметром 160 мм.

Томограф “Эверест” обеспечивает получение изображений с помощью основных импульсных последовательностей: 2D градиентное эхо, 2D спин-эхо, 3D градиентное эхо, турбо-спин-эхо, мультиэхо, инверсия–восстановление. Томографический комплекс включает в себя: криомагнитную систему замкнутого цикла со сверхпроводящим магнитом; градиентно-шиммирующий модуль (максимальный градиент 15 мТл/м, время переключения 500 мкс) с модулем пассивного шиммирования, служащим для подстройки однородности магнитного поля; комплект радиочастотных катушек; стойку обеспечения с радиочастотным усилителем мощности и блоком усилителей градиентов; цифровой спектрометр с промежуточным преобразованием частоты и возможностью модуляции по частоте, фазе и амплитуде; компьютерный комплекс на базе персонального компьютера со специализированным программным обеспечением; радиочастотную клеть-экран (клетку Фарадея), служащую для подавления радиопомех, воспринимаемых по эфиру приемными катушками томографа.

Сверхпроводящий магнит представляет собой систему из восьми концентрических катушек, намотанных проводником на основе сплава ниобий-титан. Все катушки соединены последовательно и запитаны общим током. Максимальная индукция на сверхпроводящей обмотке составляет 3.3 Тл. Магнит является активно-экранированным: две наружные катушки включены по току навстречу остальным и подавляют рассеянное магнитное поле. Расстояние от центра магнитной системы до поверхностей с уровнем индукции 0.5 мТл составляет не более 1.6 м по всем трем осям координат. После процедуры запуска сверхпроводящий магнит работает в короткозамкнутом режиме, при этом “замороженное” магнитное поле затухает со скоростью менее 2 ⋅ 10^–6 %/ч. Столь высокая стабильность поля позволяет магниту автономно функционировать в течение нескольких лет. Для изготовления тоководов использованы высокотемпературные сверхпроводники производства фирмы SuperPower (USA) на основе соединения I-Ba-Cu-O [7].

Сверхпроводящий магнит размещен в компактном гелиевом криостате “нулевого парения”, обеспечивающем его долговременную работу без подлива жидкого гелия за счет использования двухступенчатого криорефрижератора. Первая ступень криорефрижератора используется для охлаждения теплового экрана, а холодопроизводительность его второй ступени – для реконденсации паров испарившегося жидкого гелия. Это обеспечивает рабочую температуру сверхпроводящих обмоток ниже 4.5 К. Общий теплоприток к гелиевому контейнеру криостата составляет менее 0.5 Вт.

В конструкции применен криорефрижератор SRP-082B компании Sumitomo холодопроизводительностью 1 Вт при 4.2 К. Это криорефрижератор типа “пульсационная труба”, он обладает рядом существенных преимуществ по сравнению с распространенными криорефрижераторами Гиффорда–МакМагона, а именно более длительным сроком службы и низким уровнем вибраций и электромагнитных помех.

Созданное программное обеспечение позволяет получать изображения хорошего качества (рис. 1б) со следующими характеристиками: минимальная толщина слоя – 3 мм в режимах 2D и 1 мм в режиме 3D; размер матрицы изображения – от 64 × 64 до 512 × 512; число одновременно получаемых срезов – 24 в режимах 2D и 36 в режиме 3D; ориентация плоскости сечения – аксиальная, сагиттальная, фронтальная, наклонная с углом наклона до 45°.

Стабильная работа томографа продемонстрирована в течение более чем пяти лет.

Основные технические характеристики. Напряженность магнитного поля 1.5 Тл; диаметр рабочей зоны 160 мм; удаление линии 0.5 мТл от центра по радиусу – 1.2 м, по оси – 1.6 м; градиент 15 мТл/м; рабочая частота 64 МГц; потребление энергии 8 кВт. Масса 800 кг; габариты (ш×г×в) 600 × 600 × 2000 мм.