تجاوز مفك البراغي أمام أذنه. مع رنين عالي ، تجمدت على جسم الثلاجة.
شتمًا نفسي ، قررت أن أستريح. قم بفك البراغي في مجال مغناطيسي من 1.5 تسلا ، باستخدام أداة فولاذية - حتى المغامرة. يحاول المجال ، مثل العدو غير المرئي ، باستمرار تمزيق الأداة من يديه وتوجيهها على طول خطوط قوتها وتوجيهها في أقرب وقت ممكن إلى الإلكترونات التي تعمل في دائرة مفرغة من الموصل الفائق. ومع ذلك ، إذا كان من الضروري جدًا هزيمة المركبات الحمضية منذ سنوات عديدة ، فلا يوجد خيار معين. جلست على الكمبيوتر وتنقلت عادة من خلال موجز الأخبار. "قام العلماء الروس بتحسين التصوير بالرنين المغناطيسي مرتين!" - قراءة عنوان مشبوه.
منذ حوالي عام ، قمنا بتفكيك جهاز تصوير بالرنين المغناطيسي واستوعبنا جوهر عمله. قبل قراءة هذه المقالة ، أوصي بشدة بتحديث هذه المادة.لأسباب مختلفة ، بما في ذلك الأسباب التاريخية ، لا يوجد في روسيا اليوم
عمليًا أي إنتاج لمعدات معقدة مثل ماسحات التصوير بالرنين المغناطيسي عالية المجال. ومع ذلك ، إذا كنت تعيش في مدينة كبيرة إلى حد ما ، فيمكنك بسهولة العثور على العيادات التي تقدم هذه الأنواع من الخدمات. في الوقت نفسه ، غالبًا ما يتم تمثيل أسطول الماسح الضوئي للتصوير بالرنين المغناطيسي بمعدات مستعملة مستوردة في وقت ما من الولايات المتحدة الأمريكية وأوروبا ، وإذا اضطررت فجأة إلى زيارة عيادة باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي ، فلا تنخدع بالمظهر الجميل للجهاز - فقد تستمر في العشر سنوات الثانية. ونتيجة لذلك ، يحدث كسر لهذه المعدات ، وكنت لفترة طويلة واحدة من هؤلاء الأشخاص الذين أعادوا التصوير المقطعي المكسور إلى النظام حتى يتمكن المرضى من الاستمرار في الخضوع للتشخيص والمالكين لتحقيق الربح.
حتى الآن ، في أحد الأيام الجميلة ، خلال استراحة بين الترفيه الخطير بمجالات مغناطيسية ضخمة ، لم أجد نقشًا مثيرًا للاهتمام في سطر الأخبار: "العلماء الروس ، مع زملائهم الهولنديين ، قاموا
بتحسين تقنية التصوير بالرنين المغناطيسي باستخدام المواد الفوقية." وغني عن القول إن حقيقة أن روسيا تجري أبحاثًا على المعدات ، التي لم يتم إتقان إنتاجها ، بدت مثيرة للجدل للغاية. قررت أنه كان مجرد شراب منتظم من المنح ، مخفف بعبارات علمية غامضة مثل "تقنيات النانو" التي كان الجميع قد ارتدها بالفعل. قادني البحث عن معلومات حول موضوع عمل العلماء الروس مع التصوير بالرنين المغناطيسي والمواد الفوقية إلى مقال يحتوي على وصف لتجربة بسيطة يمكنني تكرارها بسهولة ، لأن جهاز التصوير بالرنين المغناطيسي دائمًا في متناول اليد.
صورة من
مقال مخصص لتعزيز إشارة التصوير بالرنين المغناطيسي باستخدام ما يسمى ب "المادة الفوقية". في جهاز 1.5 السريري النموذجي - جهاز تسلا ، بدلاً من المريض ، يتم تحميل المواد على شكل حوض بالماء ، حيث توجد أسلاك متوازية ذات طول معين. على الأسلاك يكمن موضوع الدراسة - الأسماك (غير الحية). الصور على اليمين هي صور للأسماك التي تم الحصول عليها في التصوير بالرنين المغناطيسي ، مع خريطة ملونة متراكبة ، تشير إلى شدة الإشارة من نوى الهيدروجين. يمكن ملاحظة أنه عندما تقع الأسماك على الأسلاك ، تكون الإشارة أفضل بكثير من بدونها. وقت المسح في كلتا الحالتين هو نفسه ، مما يثبت الزيادة في كفاءة المسح. كما استشهد المقال بحذر
لحساب طول الأسلاك ، اعتمادًا على تردد تشغيل التصوير المقطعي ، الذي استخدمته. لقد صنعت مادتي المعدنية من كفيت ومجموعة من الأسلاك النحاسية ، وزودتها بحوامل بلاستيكية مطبوعة على طابعة ثلاثية الأبعاد:
مادتي الأولى. مباشرة بعد التصنيع ، تم دفعه إلى التصوير المقطعي 1-Teslov.
تصرف البرتقالي ككائن للمسح الضوئي.
ومع ذلك ، بدلاً من تضخيم الإشارة الموعودة ، حصلت على مجموعة من القطع الأثرية التي تفسد الصورة تمامًا! سخط بلدي لا يعرف حدودا! بعد الانتهاء من الموضوع ، كتبت رسالة إلى مؤلفي المقالة ، يمكن تقليل معناه إلى السؤال "ماذا ...؟".
أجابني المؤلفون قريبا جدا. لقد تأثروا تمامًا بأن شخصًا ما كان يحاول تكرار تجاربهم. في البداية ، حاولوا لفترة طويلة أن يشرحوا لي كيف لا تزال المواد الميتية تعمل ، باستخدام مصطلحات "رنين Fabry-Perot" ، و "eigenmodes" ، وأي حقول تردد لاسلكي في الحجم. بعد ذلك ، بعد أن أدركوا على ما يبدو أنني لم أفهم ما يتحدثون عنه ، قرروا دعوتي لزيارتي حتى أتمكن من الاطلاع على تطوراتهم مباشرة والتأكد من أن هذا لا يزال يعمل. لقد وضعت مكواة اللحام المفضلة لدي في حقيبتي وذهبت إلى سانت بطرسبرغ ، إلى جامعة الأبحاث الوطنية لتقنيات المعلومات والميكانيكا والبصريات (كما اتضح ، لا يتم تدريب المبرمجين فقط هناك).
التقوا بي بحرارة في الموقع ، وفجأة عرضوا عليّ وظيفة ، لأنهم أعجبوا بخندقي بالأسلاك وكانوا بحاجة إلى رجل لإنشاء أخرى جديدة. في المقابل ، وعدوا بشرح كل ما يهمني بالتفصيل وأخذ دورة تدريبية في الفيزياء الإشعاعية والتصوير بالرنين المغناطيسي ، والتي بدأت بفرصة محظوظة في ذلك العام. تعطش للمعرفة وفاز بها ، وبعد ذلك ، على مدار العام ، درست وصنعت مشاريع وعملت ، وتعلمت شيئًا فشيئًا المزيد والمزيد من الأشياء الجديدة حول تاريخ الرنين المغناطيسي ، وكذلك حالة العلوم الحديثة في هذا المجال ، والتي سأشاركها هنا.
تعتمد طريقة التحسين المزعوم للتصوير بالرنين المغناطيسي ، والتي تم التحقيق فيها في المقالات العلمية المذكورة ، على ما يسمى "المواد الفوقية". المواد الفوقية ، مثل العديد من الاكتشافات الأخرى ، تدين بمظهرها إلى حلول غير متوقعة تم الحصول عليها على أساس الدراسات النظرية. اقترح العالم السوفيتي فيكتور فيزيلاجو ، عام 1967 ، بالعمل على نموذج نظري ، وجود مواد ذات مؤشر انكسار سلبي. كما فهمت بالفعل ، نحن نتحدث عن البصريات ، وهذا المعامل ، تقريبًا ، يعني إلى أي مدى سيغير الضوء اتجاهه ، ويمر عبر الحدود بين البيئات المختلفة ، مثل الهواء والماء. يمكن التحقق بسهولة من حقيقة أن هذا هو الحال بشكل مستقل:
تجربة بسيطة بمؤشر ليزر وحوض سمك يظهر انكسار الضوء.
الحقيقة المثيرة للاهتمام التي يمكن استخلاصها من هذه التجربة هي أنه لا يمكن انكسار الحزمة في نفس الاتجاه من حيث سقطت على الواجهة ، بغض النظر عن مدى صعوبة المجرب. تم إجراء هذه التجربة مع جميع المواد التي تحدث بشكل طبيعي ، ومع ذلك ، تنكسر الحزمة بعناد فقط في اتجاه واحد. رياضيا ، هذا يعني أن مؤشر الانكسار ، وكذلك الكميات المكونة له ، النفاذية العازلة والمغناطيسية ، إيجابية ، ولم يسبق أن لوحظ خلاف ذلك. على الأقل حتى قرر V. Veselago دراسة هذه المسألة ، وأظهر أنه من الناحية النظرية لا يوجد سبب واحد لعدم قدرة معامل الانكسار على أن يكون سلبيًا.
صورة ويكي تظهر الفرق بين وسائط مؤشر الانكسار الإيجابية والسلبية. كما نرى ، يتصرف الضوء بشكل غير طبيعي تمامًا ، مقارنة بتجربتنا اليومية.
حاول V. Veselago لفترة طويلة العثور على دليل على وجود مواد ذات مؤشر انكسار سلبي ، لكن البحث لم ينجح ، وتم نسيان عمله دون تحفظ. فقط في بداية القرن المقبل تم إنشاء الهياكل المركبة بشكل مصطنع الذي أدرك الخصائص الموصوفة ، ولكن ليس في البصري ، ولكن في التردد المنخفض ، نطاق تردد الميكروويف. كانت هذه نقطة تحول ، حيث أن احتمال وجود مثل هذه المواد فتح آفاق جديدة. على سبيل المثال ، إنشاء
عدسات فائقة قادرة على تكبير الأشياء حتى أصغر من الطول الموجي للضوء. أو - الإخفاء المطلق للطلاء غير المرئي ، أحلام كل العسكريين. تم إجراء تعديلات خطيرة على النظرية ، مع مراعاة البيانات الجديدة. كان مفتاح النجاح هو استخدام الهياكل المرتبة لعناصر الرنين - metaatoms ، التي يكون حجمها أصغر بكثير من الطول الموجي للإشعاع الذي تتفاعل معه. الهيكل المنظم لل metaatoms هو مركب اصطناعي يسمى metamaterial.
إن التنفيذ العملي للمواد الخام أمر صعب من الناحية التكنولوجية اليوم ، حيث يجب أن يكون حجم الجسيمات الرنانة مشابهًا لأقل من الطول الموجي للإشعاع الكهرومغناطيسي. بالنسبة للمدى البصري (حيث يكون الطول الموجي نانومتر) ، فإن هذه التقنيات في طليعة التقدم. لذلك ، ليس من المستغرب أن يتم إنشاء الممثلين الأوائل لمفهوم المواد الخام للموجات الكهرومغناطيسية الأطول نسبيًا من النطاق الراديوي (والتي لها طول مألوف أكثر من مم إلى م). الرقاقة الرئيسية وفي الوقت نفسه نقص أي مادة أولية هو نتيجة الطبيعة الرنانة للعناصر المكونة لها. يمكن للمادة المعدنية أن تظهر خصائصها المعجزة فقط عند ترددات معينة.
ترددات محدودة.لذلك ، على سبيل المثال ، عندما ترى مرة أخرى شيئًا مثل التشويش الفائق للصوت استنادًا إلى المواد الخام ، اسأل عن مدى التردد الذي يكتمه حقًا.
أمثلة نموذجية على المواد الفوقية التي تسمح بالتفاعل مع الموجات الكهرومغناطيسية. هياكل الموصلات ليست أكثر من مرنانات صغيرة ، تتكون دوائر LC من الموقع المكاني للموصلات.
لقد مر القليل من الوقت منذ ظهور مفهوم المواد الخام ، وتنفيذها الأول ، كما خمن الناس استخدامها في التصوير بالرنين المغناطيسي. العيب الرئيسي للمواد الخام هو أن نطاق التشغيل الضيق لا يمثل مشكلة للتصوير بالرنين المغناطيسي ، حيث تحدث جميع العمليات على نفس تردد الرنين المغناطيسي النووي تقريبًا في النطاق الراديوي. هنا يمكنك إنشاء ذرات تعريفية بيديك ورؤية ما يحدث في الصور على الفور. واحدة من الميزات الأولى التي نفذها الباحثون في التصوير بالرنين المغناطيسي باستخدام المواد الميتة كانت superlens والمنظار الداخلي.
على الجانب الأيسر تحت الحرف أ) ، تظهر عدسة فائقة تتكون من مجموعة ثلاثية الأبعاد من الرنانات على لوحات الدوائر المطبوعة. كل مرنان هو حلقة معدنية مفتوحة مع مكثف ملحوم ، مشكلاً دائرة LC مضبوطة على تردد التصوير بالرنين المغناطيسي. فيما يلي مثال على وضع هذه البنية من المواد الخام بين أرجل المريض الذي يخضع للتصوير المقطعي والتي تم الحصول عليها بالمقابل بعد الصورة. إذا لم تكن في السابق تستنكف على قراءة مقالتي الأخيرة حول التصوير بالرنين المغناطيسي ، فأنت تعلم بالفعل أنه من أجل الحصول على صورة لأي جزء من جسم المريض ، من الضروري جمع إشارات ضعيفة وسريعة التحلل من النوى باستخدام هوائي قريب - ملف.
تسمح لك Superlens من المواد الخام بزيادة نطاق الملف القياسي. على سبيل المثال ، تخيل ساقي المريض مرة واحدة بدلاً من واحدة. من الأخبار السيئة - يجب تحديد موضع العدسة الفائقة بطريقة معينة للحصول على أفضل مظهر للتأثير ، والعدسة الفائقة نفسها مكلفة للغاية في التصنيع. إذا كنت لا تزال لا تفهم لماذا تسمى هذه العدسة بادئة فائقة ، فقم بتقييم حجمها من الصورة ، ثم أدرك أنها تعمل بطول موجة يبلغ حوالي خمسة أمتار!
تحت الحرف ب) يظهر تصميم المنظار الداخلي. في الواقع ، المنظار الداخلي للتصوير بالرنين المغناطيسي هو مجموعة من الأسلاك المتوازية التي تلعب دور الدليل الموجي. يسمح لك بالفصل المكاني للمنطقة التي يتلقى الملف منها الإشارة من النواة والملف نفسه على مسافة مناسبة - حتى النقطة التي يمكن أن يقع فيها هوائي الاستقبال تمامًا خارج ناظم البرد للتصوير المقطعي ، بعيدًا عن مجال مغناطيسي ثابت. توضح الصور السفلية من علامة التبويب ب) الصور التي تم الحصول عليها لسفينة خاصة مليئة بالسائل - فانتوم. الفرق بينهما هو أنه تم الحصول على الصور الموقعة بواسطة "المنظار الداخلي" عندما كان الملف على مسافة جيدة من الوهمية ، حيث بدون المنظار الداخلي ، من المستحيل تمامًا اكتشاف إشارات النوى.
إذا تحدثنا عن أحد أكثر المجالات الواعدة لتطبيق المواد الفوقية في التصوير بالرنين المغناطيسي ، وأقربها إلى التطبيق العملي (الذي شاركت فيه في النهاية) هو إنشاء ملفات لاسلكية. تجدر الإشارة إلى أننا لا نتحدث عن البلوتوث أو أي تقنية نقل بيانات لاسلكية أخرى. "اللاسلكي" في هذه الحالة يعني وجود اقتران حثي أو سعوي لهيكلين رنين - هوائي جهاز إرسال واستقبال ومادة. في المفهوم ، يبدو مثل هذا:
يظهر على اليسار كيف يتم إجراء التصوير بالرنين المغناطيسي عادة: يقع المريض داخل ناظم البرد في منطقة مجال مغناطيسي ثابت موحد. يتم تثبيت هوائي كبير يسمى قفص الطيور في نفق التصوير المقطعي. يسمح لك هوائي من هذا التكوين بتدوير ناقل المجال المغناطيسي للتردد الراديوي مع تردد بداية نواة الهيدروجين (بالنسبة إلى الأجهزة السريرية ، عادة ما يكون هذا من 40 إلى 120 ميجاهرتز ، اعتمادًا على حجم المجال المغناطيسي الثابت من 1 T إلى 3 T على التوالي) ، مما يتسبب في امتصاص الطاقة ثم يشع استجابة . إشارة الاستجابة من النوى ضعيفة للغاية ، وعندما تصل إلى موصلات هوائي كبير ، فإنها ستحل حتمًا. لهذا السبب ، في التصوير بالرنين المغناطيسي ، يتم استخدام الملفات المحلية القريبة لاستقبال الإشارات. على سبيل المثال ، تُظهر الصورة في المنتصف حالة مسح نموذجي للركبة. باستخدام المواد الفوقية ، يمكن عمل مرنان يقترن حثيًا بقفص الطيور. يكفي وضع مثل هذا الشيء بجوار المنطقة المرغوبة من جسم المريض ، ولن يتم استقبال الإشارة من هناك أسوأ من الملف المحلي! إذا تم تنفيذ المفهوم بنجاح ، فلن يضطر المرضى إلى الخلط في الأسلاك ، وستصبح إجراءات التشخيص بالرنين المغناطيسي أكثر راحة.
كان هذا النوع من الأشياء الذي حاولت صنعه في البداية ، ملأ الأسلاك بالماء وحاول مسح برتقالة. الأسلاك المغمورة في الماء من الصورة الأولى في هذه المقالة ليست سوى metaatoms ، كل منها ثنائي القطب نصف الموجة - أحد أشهر تصميمات الهوائي المألوفة لكل هواة الراديو.
إنها مغمورة في الماء بحيث لا تشتعل فيها النيران في التصوير بالرنين المغناطيسي (على الرغم من أن هذا هو الحال أيضًا)) ، ولكن من أجل تقليل طول الرنين بمقدار الجذر التربيعي الثابت للعازل الكهربائي نظرًا لارتفاع ثابت العزل الكهربائي في الماء.
لطالما استخدمت هذه الشريحة في أجهزة الراديو ، متعرجا الأسلاك على قطعة من الفريت - ما يسمى. هوائي الفريت. فقط الفريت لديه نفاذية مغناطيسية عالية ، وليس عازلًا ، والذي يعمل أيضًا ، وبالتالي يمكن أن يقلل من أبعاد الرنين للهوائي. لسوء الحظ ، لا يمكنك دفع الفريت في التصوير بالرنين المغناطيسي ، لأنه إنه مغناطيسي. الماء بديل رخيص وميسور التكلفة.
من الواضح أنه من أجل حسابات كل هذه الأشياء ، من الضروري بناء نماذج رياضية معقدة تأخذ في الاعتبار العلاقة بين العناصر الرنانة والمعلمات البيئية ومصادر الإشعاع ... - CST ، HFSS). يسمح لك البرنامج بإنشاء نماذج ثلاثية الأبعاد للمرنانات والهوائيات والدوائر الكهربائية وإضافة أشخاص هناك - نعم ، في الواقع ، أي شيء ، والسؤال الوحيد هو الخيال وقوة الحوسبة المتاحة. تنقسم النماذج المبنية إلى شبكات ، في العقد التي يتم فيها حل معادلات ماكسويل المعروفة.
هنا ، على سبيل المثال ، نمذجة مجال مغناطيسي للترددات الراديوية داخل هوائي قفص الطائر المذكور سابقًا:
محدث: والمزيد من المحاكاة مع نموذج بشري يصبح من الواضح على الفور كيف يدور الحقل. يظهر الوضع على اليسار عندما يكون هناك صندوق ماء داخل الهوائي ، وعلى اليمين - عندما يكون نفس الصندوق الموجود على الرنان مصنوعًا من أسلاك بطول رنين. يمكن ملاحظة كيف يتم تحسين المجال المغناطيسي بشكل كبير بفضل الأسلاك. بعد إتقان تقنية CST وتحسين تصميمي هناك ، قمت مرة أخرى بصنع مادة ميتا سمحت بالفعل بتضخيم الإشارة في التصوير المقطعي القياسي للتصوير بالرنين المغناطيسي 1.5T. كان لا يزال صندوقًا (على الرغم من أنه أكثر جمالًا ، مصنوع من زجاج شبكي) ، مملوء بالماء ومجموعة من الأسلاك. هذه المرة ، تم تحسين الهيكل من حيث شروط الرنين ، وهي: اختيار طول الأسلاك ، وموقعها ، وكمية المياه. إليك ما حدث مع الطماطم:
تم إجراء أول مسح للطماطم على هوائي كبير. ونتيجة لذلك ، حصلنا على ضوضاء فقط مع الخطوط العريضة بالكاد مرئية. في المرة الثانية وضعت الجنين على بنية رنين مخبوزة طازجة. لم أقم ببناء بطاقات ملونة ، أو شيء من هذا القبيل ، لأن التأثير واضح. وهكذا ، في تجربتي ، على الرغم من قضاء الكثير من الوقت ، أثبتت أن المفهوم يعمل.
من الواضح ما الذي تفكر فيه - البرتقال ، الطماطم - ليس هذا هو مكان التجارب البشرية؟
تم عقدهم بالفعل:
تقع يد المتطوع الذي يخضع للتصوير بالرنين المغناطيسي على نفس الصندوق. في الواقع ، الماء الموجود في الصندوق ، حيث يحتوي على الهيدروجين ، مرئي تمامًا. يحدث تضخيم الإشارة في منطقة الرسغ التي تقع على الرنان ، في حين أن جميع الأجزاء الأخرى من الجسم ضعيفة الرؤية. من الواضح أنه يمكن تحقيق نفس التأثير ، أو ربما أفضل ، باستخدام ملفات سريرية قياسية. لكن حقيقة أن مثل هذه الأشياء يمكن القيام بها ببساطة عن طريق الجمع المكاني للمياه والأسلاك ، والجمع بينها بالطريقة الصحيحة ، أمر مدهش.
والأمر الأكثر إثارة للدهشة هو أنه يمكن الحصول على المعرفة بهذا الأمر من خلال دراسة ظواهر تبدو غير ذات صلة ، مثل انكسار الضوء.بالنسبة لأولئك الذين لم يتعبوا بعد. , . :
. , , . « » :
. . . — . — . , . , . , , , .
حول "تحسن مرتين" في بداية المقال - بالطبع ، كانت هذه ثمرة أخرى للحب غير المتبادل للصحافيين للعلماء ، ولكن القول بأن هذا البحث فارغ هو أيضًا خطأ ، وهو مدعوم بالاهتمام بهذا الموضوع في المجموعات العلمية حول العالم. والمثير للدهشة أن العمل يجري أيضًا في روسيا ، على الرغم من خبرتي الشخصية البحتة ، إلا أن هذا استثناء نادر. لا تزال هناك العديد من المشاكل التي لم يتم حلها والمرتبطة باستخدام المواد الفوقية في التصوير بالرنين المغناطيسي. بالإضافة إلى توطين المجالات المغناطيسية للحصول على صورة جيدة ، لا ينبغي للمرء أن ينسى المجالات الكهربائية التي تؤدي إلى تسخين الأنسجة ، وكذلك امتصاص الأنسجة من قبل المرضى الذين يخضعون لفحص طاقة مجال التردد الراديوي. لهذه الأشياء ، في الاستخدام السريري ، يجب أن يكون هناك تحكم خاص ، وهو أمر معقد إلى حد كبير عند استخدام توطين حقول الرنان.في حين أن المواد الأولية للتصوير بالرنين المغناطيسي تبقى ضمن إطار البحث العلمي ، فإن النتائج مثيرة للاهتمام بالفعل ومن المحتمل أن يتغير إجراء التصوير بالرنين المغناطيسي للأفضل في المستقبل ، ليصبح أسرع وأكثر أمانًا.هناك أيضا تطورات محلية أخرى في هذا المجال .