Medicinos introskopija. 1 dalis. Įvadas

Galia

Internetas yra pilnas nepatikrintų gandų, spekuliacijų ir tiesioginės dezinformacijos. Daugeliu atžvilgių tai taip pat susijusi su introskopų informacija. Didžioji dauguma straipsnių ir kita informacija šioje temoje nėra reali ir klaidinanti informacija. Šiame tinklaraščio numeryje mes surinkome septynius populiariausius mitus.

1. Naudodamiesi introscope, jūs gaunate ekspoziciją

Radiacinis mitas iš introskopų yra labiausiai paplitęs. Informacija apie tai galima rasti įvairiose pasaulio žiniatinklio vietose: nuo atsakymų į Mail.ru iki jaunų motinų forumuose. Tačiau nieko panašaus nerandate radijo mėgėjų svetainėje, populiariose mokslo svetainėse ar medicinos forumuose.

Nepaisant to, daugelis interneto vartotojų atsargiai: introskopai kelia pavojų gyvybei; iš kitos radiologinės dozės galite lengvai nuplikėti, leukemija, odos nudegimai ir net mirti.

Bet ką mes matome praktikoje? Kiekvieną dieną milijonai žmonių perduoda kontrolę oro uostuose ir geležinkelio stotyse, atlieka muitinės priežiūrą, taip pat kerta kontrolinius taškus jautriose vietose. Tai atsitinka ne tik Rusijoje, bet ir visame pasaulyje. Ir visi yra gyvi ir gerai.

Taigi, iš kur kilo šis mitas ir nuo ko jis grindžiamas? Norėdami tai padaryti, pasuksime oficialųjį mokslą, būtent fiziką.

Šiandien, norint įvertinti spinduliuotės poveikį žmogaus organizmui, naudojamos lygiavertės dozės ir lygiavertės dozės galios sąvokos, kurios matuojamos Sieverts (Sv) ir Sieverts / val. Spinduliavimo priėmimas 2-3 Sv. (Sv) metu tikrai gali sukelti neigiamą poveikį žmogaus kūnui. Čia gandas yra tiesa, bet pagaminti introskopai nesuteikia tokios galios.

Yra millisievertas (mSv - viena tūkstantoji sievertė) ir mikrosievertė (mSv - milijonoji sieverto dalis). Taigi ADANI BV 5030 introscope jonizuojančiosios spinduliuotės dozė neviršija 0,16 μSv. Tai yra šimto vienas milijonoji Sievertės dalis. Jei paprastesniais žodžiais tariama, kad tokia nedidelė spinduliuotės dozė neleidžia bet kokių jo poveikio pasekmių. Tuo pačiu metu sąmoningas žmogus neįliptų viduje introskope, o, kai yra artimas skaičius, apskritai nėra spinduliuotės. Patikrinkite saugiai!

2. Introscope operatoriaus apšvitinimas

Dėmesingas skaitytojas gana teisingai užduoti klausimą - ką apie operatorių? Ir tai bus visiškai teisinga - tai yra antras populiariausių mitas.

Ekvivalentinė introskopo operatoriaus dozė neviršija 0,1 μSv. Tuo pačiu metu, ADANI įrangos ekspozicijos lygis yra vienas žemiausių pasaulyje. Tačiau sąžiningai verta paminėti, kad keleivis su introskopu praleidžia daug mažiau laiko - 5-10 minučių, ne daugiau. Kadangi operatorius praleidžia visą darbo dieną už prietaiso. Tai reiškia, kad jis gauna daug didesnę radiacijos dozę. Tai yra.

Ir net jei tokia spinduliuotės dozė yra saugi, siekiant sumažinti riziką, tikrinimo įrenginių operatoriams bus taikomas specialus režimas. Šis režimas neleidžia dirbti daugiau nei turėtų būti, todėl neleidžia viršyti leidžiamų poveikio ribų.

Taip pat specialiai įrengti, kad kontroliuotų spinduliuotės dozę aparate:

  • įmontuotas dozimetras;
  • įmontuota mechaninė užraktas;
  • matomas įspėjamasis signalas apie skaitytuvo naudojimą.

Tai leidžia įspėti bagažo tikrinimo operatorių, viršijantį leistiną skenavimo skaičių arba didžiausią spinduliuotės dozę. Šiuo atveju jis pakeičia partnerį. Taigi, saugumo darbuotojai nesukelia pavojaus savo sveikatai ir vyksta atrankos procesas.

3. Ieškant bagažo yra apšvitintas

Tai labai keistas mitas. Bet kadangi jis egzistuoja, mes jį analizuosime. Atsižvelgiant į prieš tai sugedusius mitus, mums paaiškėjo, kad spinduliuotė per asmeninę patikrą yra per maža, kad pakenktų keleiviui ir introskopų operatoriui. Bagažo patikrinimas yra tas pats. Nepaisant to, netizens suinteresuotos, ar atneštos drabužių ir suvenyrų daiktai bus radioaktyvūs. Atsakymas yra toks: ne, bet kuriuo atveju.

Ir vėl šiek tiek mokslo. Rentgeno spinduliuotė bagažo patikrinimo metu, nors ji reiškia jonizaciją, tai yra hipotetiškai kenksminga žmonių sveikatai, tačiau ji negali sukelti neigiamų padarinių. Tai reiškia, kad jūs galite saugiai perkelti magnetikų gimines, jie nebus radioaktyvūs po patikrinimo oro uoste.

4. Introscope šviesos plėvelė

Šiandien jis yra daug mažiau paplitęs mitas, kuris perėjo iš kategorijos gerai žinomų profesionalų kategorijai. Svarbu tai, kad daugumoje žmonių žmonės tiesiog sustojo naudoti fotografinius filmus ir pakeitė analoginius fotoaparatus skaitmeniniais. Ir jose, kaip jūs suprantate, nėra nieko apšviesti. Nepaisant to, vis dar liko šiltų žiburių filmų spalvų mėgėjų sluoksnis. Ir tai reiškia, kad reikia atsikratyti šio mito.

Iki šiol nuomonė, kad rentgeno aparatai gali paveikti cheminį poveikį filme, nėra pagrįsta. Be to, šiuolaikinių introskopų gamintojų techninės charakteristikos rodo, kad spinduliuotė saugi fotografijų plėvelėms. Be to, saugumas užtikrinamas iki ISO 1600 (33DIN), ty labai jautriems filmams.

Nuotraukų filmų introskopų saugumą asmeniškai redagavo bendrovės "Sluzhba7" dienoraščio redakcinė kolegija. Fotografuoti drąsiai!

5. "Introscopes" yra pavojingi dalykėlėms ir techniniams prietaisams.

2000 m. Pradžioje, Rusijos nešiojamųjų kompiuterių masinio populiarinimo eroje, daugelis savininkų pradėjo domėtis, ar nešiojamas kompiuteris buvo saugus dėl introscope. Galima suvokti jų susirūpinimą - galų gale, prieš dešimt ar penkiolika metų pirkimas nešiojamas buvo tikras įvykis. Ir niekas nenorėjo pakenkti brangiai kainuojančiam rentgeno spindulių prietaisui. Taigi internetas buvo užpildytas klausimais, gandais ir spekuliacijomis.

Šiandien šis mitas netgi nėra vertas debunkingo, nes kiekvienas skaitytojas gali savarankiškai patvirtinti savo nenuoseklumą. Kiekvieną dieną mes einame per metalo detektorius, kartą ar du kartus per metus skrendame į jūrą. Ir, perduodant kontrolę oro uoste, ne kartą buvo įsitikinęs, kad "introskopai" nekenkia mini programoms. Šis mitas taip pat buvo pakartotinai išbandytas žurnalo "Services7" redakcijos kolegijos.

6. Introskopai yra spinduliuotė.

Yra nuomonė, kad bagažo paieška naudojant introskopus yra pavojinga, nes tyrimo metu esate susidūręs su spinduliuote. Norint išlaisvinti šį mitą, pažiūrėkime, koks jūsų bagažas spindi.

Ir jūs spindesite per rentgeno spindulius, be radiacijos. Rentgeno spinduliai pagal savo pobūdį yra elektromagnetinės spinduliuotės forma. Tokia spinduliuotė nurodo šviesos ar radijo bangas. Tai yra visa, kas šiandien mums prideda gyvenime, nuo pat gimimo. Naudojant radijo bangas įvairiais dažniais, šiandien perduodama daugybė informacijos, įskaitant mums žinomus radijo ir televizijos signalus.

Rentgeno spinduliuote yra trumpas bangos ilgis. Šio tipo elektromagnetinių bangų bruožas yra tas, kad jie gali turėti daug energijos ir todėl turi didelį įsiskverbimą. Kitaip tariant, rentgeno spinduliai gali įsiskverbti į žmogaus kūną. Šis turtas taip pat aktyviai naudojamas medicinoje.

Kalbant apie tokios spinduliuotės pavojų, gydytojai ir specialistai vieningai teigia, kad nėra jokios žalos. Pavyzdžiui, per 10 savaičių mes natūraliai gauname tą patį spinduliavimą, kaip ir atlikus vieną rentgeno tyrimą. Natūraliu būdu - tai yra iš aplinkinės foninės spinduliuotės, kuri, beje, ne visada normalu. Be to, prisimename, introskopų radiacijos galia daug kartų silpnesnė nei medicinoje naudojamų rentgeno aparatų.

7. Introskopai yra pavojingi net ir išjungus.

Šis mitas remiasi ankstesne. Panašiai introskopai yra radioaktyvūs. O išjungtoje būsenoje jie yra pavojingi dėl sukeltos spinduliuotės. Būtent tuo atveju mes primename, kad sukelta radioaktyvumas yra medžiagų ir daiktų, susidarančių veikiant apšvitinimui su jonizuojančiąja spinduliuote, paprastai neutronais, radioaktyvumas.

"S.E. ULIN, V.N. Mikhailovas V.G. NIKITAEV, A.N. ALEKSEEV, V.G. KIRILLOV-UGRYUMOV, F.M. SERGEJEV FIZINIAI METODAI MEDICINOS INTROSPEKTYVOS Rekomenduojama UMO "Branduolinė fizika ir technologijos" c. "

FEDERALINIS ŠVIETIMO AGENTŪRA

RUSIJOS FEDERACIJA

MOKSLO INŽINERINIŲ FIZINIS INSTITUTAS

(VALSTYBINIS UNIVERSITETAS)

S.E. ULIN, V.N. Mikhailovas V.G. NIKITAEV,

A.N. ALEKSEEV, V.G. KIRILLOV-UGRYUMOV, F.M. SERGEEV

FIZINIAI METODAI

MEDICAL INTROSCOPY

Rekomenduojama Branduolinės fizikos ir technologijų asociacija "Branduolinė fizika ir technologijos"

kaip aukštųjų mokyklų studentų vadovėlis Maskva 2009 UDC 539.1.08 (075) + 616-073.75 (075) BBK 53.6 i7 F 50 MEDICINOS INTROSPEKTYVUMO FIZINĖS METODAI: studijų vadovas / S.E. Ulis, V. N. Mikhailovas V.G. Nikitaev, A. N. Aleksejevas, V.G. Кириллов-Угрюмов, F. M. Sergejus. M.: MEPhI, 2009. - 308 p.

Mokomoji medžiaga aptaria fizinės medicinos introskopijos metodus, kuriuose naudojama elektromagnetinė ir ultragarsinė spinduliuotė, taip pat įkraunamų ir neutralių elementariųjų dalelių srautai. Pateikiama įranga, skirta registruoti šiuos spindulius ir gauti su jų pagalba įvairius biologinius objektus vaizdus.

Sukurtas studentams MEPI, studijuojantis "Computer Medical Systems" skyriuje. Tai gali būti naudinga aukštųjų mokyklų studentams, besimokantiems medicinos-technikos specialybėse ir specializacijose, medicinos universitetų studentams.

Recenzentas Dr. Phys.-Mat. mokslai, prof. S. A. Воронов © Maskvos inžinerijos fizikos institutas ISBN 978-5-7262-1141-1 (Valstybinis Universitetas), 2009 m.

TURINYS

1 skyrius. Elektromagnetinis spinduliavimas

1.1. Elektromagnetinės spinduliuotės bangos pobūdis. 10

1.2. Pagrindinės kvantinės mechanikos koncepcijos

Skyrius 2. Radijo bangos

2.1. Branduolinis magnetinis rezonansas

2.2. Branduolinės magnetinio rezonanso vaizdavimas. 31 2.3. NMR tomografai

2.4. Taikymas NMR tomografija medicinoje

3 skyrius. Elektromagnetinės spinduliuotės optinis diapazonas

3.1. Infraraudonieji spinduliai

3.1.1. Bendros IR charakteristikos

3.1.2. IR šaltiniai

3.1.3. IR imtuvai

3.1.4. Infraraudonosios spinduliuotės naudojimas medicinoje

3.2. Ultravioletinė spinduliuotė

3.2.1. Bendrosios charakteristikos

3.2.2. UV šaltiniai

3.2.3. UV imtuvai

3.2.4. UV spindulių naudojimas medicinoje

3.3. Matoma spinduliuotė

3.3.1. VI bendrosios charakteristikos

3.3.2. VI šaltiniai

3.3.3. VI imtuvai

3.3.4. Žmogaus akis kaip šviesos spindulių imtuvas

3.3.5. Optiniai prietaisai

3.3.6. Optinės spinduliuotės spektrometrija. 101 3.3.7. VI naudojimas medicinoje

4 skyrius. Lazerio spinduliavimas

4.1. Fizinis lazerio spinduliuotės pagrindas

4.2. Pagrindiniai lazerių tipai

4.3. Lazerių naudojimas medicinoje

Skyrius 5. Rentgeno spinduliai

5.1. Bendros RS charakteristikos

5.2. RI šaltiniai

5.3. RI detektoriai

5.5. Apskaičiuotos rentgeno tomografijos pagrindai. 140

5.6. Rentgeno tomografai

5.7. RI naudojimas medicinoje

6 skyrius. Gama spinduliavimas

6.1. Bendrosios geografinės charakteristikos

6.2. Gama spinduliuotės sąveika su medžiaga. 153

6.3. Gamtiniai šaltiniai gama spinduliuotės

6.4. Dirbtiniai gama šaltiniai

6.5. Gama spinduliuotės detektoriai

6.6. Vaizdų, kuriuose yra radioaktyviųjų izotopų, įsigijimas. 176

6.7. Išmetamųjų teršalų kompiuterinė tomografija

6.8. Pozitronų emisijos tomografija

6.9. Gama spinduliuotės naudojimas medicinoje

7 skyrius. Elementarios dalelės

7.1. Bendrosios savybės elementarių dalelių, naudojamų šiuolaikinėje medicinoje

7.2. Pagrindiniai dalelių su materija sąveikos procesai

7.2.1. Įkraunamų dalelių jonizacijos lėtėjimas

7.2.2. Sklaidai įkraunamų dalelių

7.3. Elementariųjų dalelių šaltiniai

7.4. Elementarioji dalelių detektoriai

7.5. Elementarioji dalelių naudojimas medicinoje. 211 7.5.1. Elektroniniai mikroskopai

7.5.2. Skenavimo zondo mikroskopai

7.5.3. Protonų ir jonų spindulių terapija

7.5.4. Neutroninis terapija

7.5.5. Neutronų surinkimo terapija

Skyrius 8. Ultragarsinė spinduliuotė

8.1. Bendrosios ultragarsinės charakteristikos ir jos medicininės paskirties

8.2. Ultragarsinio lauko parametrai ir ultragarso bangų sklidimo pagrindiniai įstatymai

8.3. Ultragarsu charakteristikos

8.3.1. Ultragarso kryptingumas

8.3.2. Fokusavimas ultragarsu

8.3.3. Netiesiniai ultragarso efektai. 252 8.3.4. Akustinis Doplerio efektas

8.4. Ultragarso šaltiniai ir imtuvai

8.4.1. Pagrindiniai pjezoelektrinių ultragarsinių keitiklių tipai

8.4.2. Ultragarso koncentratoriai

8.4.3. Ultragarso fokusavimo elementai

8.4.4. Prizo-išskiriančios pjezoelektrinių keitiklių grotelės. 261

8.5. Ultragarso sąveika su biologine aplinka

8.5.1. Biologinių audinių charakteristikų įtaka ultragarso lauko parametrams

8.5.2. Ultragarso poveikis biologinei aplinkai

8.5.3. Ultragarso naudojimo medicinoje saugos kriterijai

8.6. Ultragarso medicininė introskopija ir diagnostika

8.6.1. Echo impulsų vizualizavimo ir matavimo metodai

8.6.2. Doplerio vaizdavimo ir matavimo metodai

8.6.3. Kiti ultragarso vaizdavimo metodai. 291 8.6.4. Ultragarso vizualizavimo metodų taikymo sritis medicinos diagnostikoje. 294 8.6.5. Ultragarso diagnostikos prietaisai. 301 8.6.6. Ultragarso vieta medicininiuose vaizduose

PRATARMĖ

Introskopija - vizualus objektų, reiškinių ir procesų stebėjimas optiškai nepermatomuose kūnuose ir žiniasklaidoje, taip pat esant nepakankamai matomoms sąlygoms. Vizualizacija - tai objekto nematomos radiacijos lauko transformacija į matomą vaizdą.

Šiuolaikinėje medicinoje, vizualizuojant įvairių objektų vaizdus, ​​praktiškai naudojamas visas elektromagnetinės spinduliuotės spektras, apimantis nuo radijo bangų iki kietos gama spinduliuotės. Naudojant elektromagnetinę spinduliuotę, galima gauti tyrimo objekto išorės ir vidinės struktūros vaizdą. Pavyzdžiui, rentgeno spinduliai naudojami vizualiam kaulų ir kitų biologinių audinių įvaizdžiui gauti, o impulsinė radijo emisija branduolio magnetinio rezonanso (NMR) tomografijoje naudojama siekiant gauti vaizdus iš kaulų ar smegenų, kurie yra uždaryti iš beveik visų kaulų audinio pusių. Objektų atvaizdas optinėje srityje, atsižvelgiant į visą spalvų gamą, yra informacijos apie biologinių audinių formą, jų temperatūrą, kraujo sudėtį, uždegiminių sričių lokalizaciją ir tt

Šiuolaikinių optinių mikroskopų pagalba galima tirti mikro objektus, kurių matmenys yra apie 200 nm (riba nustatoma pagal matomos spinduliuotės bangos ilgį). Elektroniniai ir skenavimo zondo mikroskopai su kelių nanometrų erdvine raiška leidžia ištirti atskiras nagrinėjamų objektų molekules ir atomus. Jie gali būti naudojami biocheminių procesų mechanizmų tyrinėjimui genų ir baltymų molekulių lygiu.

Kartu su elektromagnetine spinduliuote, šiandien medicinos introskopijoje plačiai naudojama ultragarsinė spinduliuotė, kurios metu beveik jokių neigiamų pasekmių pacientui galima gauti jo vidinių organų įvaizdį. Ultragarso diagnostikos prietaisai dažniausiai naudojami akušerijoje, kardiologijoje, urologijoje ir keliose kitose šiuolaikinės medicinos srityse.

Kasmet medicininės introskopijos praktikoje plečiasi radioaktyviųjų izotopų naudojimas. Jų įvedimas į žmogaus kūną mikroskopiniais (beveik nekenksmingais) kiekiais leidžia jums gauti vidinių organų ir jų atskirų struktūrų įvaizdį.

Šiuolaikinėje medicinos introskopijoje taip pat naudojamos neutralių ir įkraunamų dalelių (neutronų, protonų, elektronų ir tt) sijos, kurios jau seniai buvo naudojamos eksperimentinėje fizikoje tirti medžiagos struktūrą. Šios dalelės dabar naudojamos medicinoje, tiek įvairių ligų prevencijai, tiek introskopijai. Visų pirma galima pastebėti, kad sunkiųjų jonų pluoštų naudojimas siekiant išvengti įvairių onkologinių ligų ar neutronų siekiant gauti tomografinius vaizdus yra sėkmingas.

Šiuo metu iš tiesų revoliuciniai procesai vyksta dėl medicininės introskopijos dėl sparčios šiuolaikinių kompiuterinių technologijų plėtros. Remiantis jų pagrindu sukurta iš esmės nauja medicinos įranga, kurios pagalba galima įgyvendinti perspektyvius statistinių ir dinaminių vaizdų vizualizavimo metodus, juos vėliau apdorojant. Dėl nepaprasto duomenų apdorojimo sparta naudojant šiuolaikinius kompiuterius yra įmanoma įgyvendinti įvairius matematinius metodus (kai kurie iš jų buvo sukurti praėjusio šimtmečio pradžioje) ir gauti erdvinius statinius ir dinaminius objektų vaizdus realiuoju laiku, paslėptus nuo žmogaus akies.

Medicinos introskopijos plėtojimo pažanga yra susijusi su įvairių mokslo sričių pasiekimais: medicina, fizika, matematika, chemija, elektronika, kompiuterinės technologijos ir kt.. Kiekvienais metais mokslinės žinios, susijusios su medicinos introskopijos plėtojimu, nuolat didėja, o profesionalių darbuotojų ugdymas šiuolaikinės medicinos diagnostikos įrangos sukūrimui, priežiūrai ir veikimui yra ypač svarbus. Šiuolaikinių specialistų išsimokslinimo lygis iš esmės lemia pagrindines medicinos introskopijos krypčių raidos tempą.

Esant tokioms sąlygoms, ypač svarbu yra vadovas, kuriame yra prieinamas ir kompaktiškas šios medicinos srities pagrindų pristatymas. Knygos, kurios šiuo metu naudojamos šiems tikslams, yra pernelyg specialios arba skirtos tik privatiems klausimams, todėl labai sunku ištirti šią medicinos fizikos sritį. Remiantis tuo, autoriai nustatė užduotį sukurti studijų vadovą, kuris išsamiai apžvelgia pagrindinius šiuolaikinės medicinos introskopijos aspektus, įskaitant jo fizinius pagrindus ir konkrečių taikymų įgyvendinimo metodus.

Šis vadovas yra parašytas remiantis bendrais ir specialiais fizikos kursais, kuriuos autoriai skaito įvairiems Maskvos inžinerijos fizikos instituto specialistams. Siekdama užtikrinti, kad vadovas būtų naudingas daugeliui skaitytojų, autoriai bandė pasiekti, kad pristatymas būtų nuoseklus ir išsamus, jo prieinamumas ir trumpumas. Atsižvelgiant į tai, daugelio aptariamų klausimų matematiniai skaičiavimai buvo praleisti.

Pirmajame skyriuje pateikiama trumpa šiuolaikinių elektromagnetinės spinduliuotės koncepcijų, pagrįstų bangų ir kvantu fizika, apžvalga.

Iš dviejų iki šešių skyrių nagrinėjami įvairūs elektromagnetinės spinduliuotės diapazonai, spinduliuotės savybės, šaltiniai ir imtuvai, taip pat jų naudojimas medicinos introskopijoje.

Septintame skyriuje pateikiama trumpa pagrindinių elementariųjų dalelių, naudojamų medicinos introskopijoje, jų šaltiniai ir atitinkami detektoriai, pagrindinės savybės ir nagrinėjami jų naudojimo medicininiai aspektai.

Aštuntasis skyrius skirtas ultragarso spinduliavimui, jo savybėms, sąveikai su biologiniais audiniais ir naudojimu medicinos praktikoje.

Autoriai tikisi, kad ši knyga bus naudinga daugeliui specialistų, dalyvaujančių kuriant ir pritaikant įvairią medicinos introskopijos įrangą, taip pat aukštųjų mokyklų studentams, besidomintiems šiuolaikine medicinos introskopija ir jos taikymais.

Literatūros sąrašas apima knygas, kurios buvo naudojamos rašant šį vadovą, ir kurios gali būti rekomenduojamos išsamesniam nagrinėjamų klausimų nagrinėjimui.

Autoriai supranta, kad jų darbo rezultatas toli gražu nėra tobulas, todėl bus labai dėkingas visiems, kurie mano, kad galima išreikšti savo pageidavimus ir kritines pastabas šiai vadovėlio daliai.

Autoriai yra dėkingi departamento direktoriaus pavaduotojams "Kompiuterinės medicinos sistemos" MEPI, daktaras, mokslų daktaras. E. J. Berdnikovič ir docentas, mokslų daktaras A.N. Pronikhevas už vaisingą šio vadovo aptarimą ir pagalbą rengiant jo paskelbimą, Fuduro medicinos ir biologijos agentūros (FMBA) Rusijos klinikinės ligoninės Nr. 83 funkcinės diagnostikos skyriaus vedėjas T.V. Krutova ir galvos funkcinės diagnostikos departamento Federalinės medicinos ir biologijos agentūros Rusijos klinikinės ligoninės Nr. 85 profesorius P.V. Struchkov už pateiktas iliustravimo medžiagas, gautas naudojant šiuolaikinę introskopinę įrangą.

1 skyrius. ELEKTROMAGNETINĖ SPINDULIAVIMAS Medicininės introskopijos metodų tyrimas neįmanomas be modernių idėjų apie elektromagnetinių ir kitų tipų radiacijos fizinį pobūdį.

Šiuolaikinės bangų ir kvantinės teorijos su dideliu tikslumu apibūdina įvairių tipų spinduliuotės sklidimo procesus ir jų sąveiką su terpėmis, o tai tiesiogiai patvirtinama daugybės eksperimentų metu. Pagrindiniai šių teorijų punktai ir išvados sudaro pagrindą suprasti fizinius reiškinius, kurie naudojami šiuolaikinėje introskopijoje. Šiuo požiūriu tikslinga trumpai apžvelgti bendrus elektromagnetinės spinduliuotės bangų ir krašto teorijos principus, prieš pradedant pristatyti pagrindinę šio vadovo medžiagą.

1.1. Elektromagnetinės spinduliuotės bangos pobūdis

Remiantis šiuolaikinėmis fizinėmis sąvokomis, elektromagnetinė spinduliuotė yra elektromagnetinės energijos plitimo procesas erdvėje ir materijoje. Ši spinduliuotė turi tiek bangų, tiek korpusuliarines savybes, o šių savybių pasireiškimo laipsnis iš esmės priklauso nuo spinduliavimo energijos.

Elektromagnetinės spinduliuotės spektras plinta nuo radijo bangų iki kietos gama spinduliuotės. Priklausomai nuo įvykio pobūdžio ir sąveikos su medžiaga pobūdžio, elektromagnetinė spinduliuotė skirstoma į daugelį sričių. Skirtuke. 1.1 išvardijami pagrindiniai elektromagnetinės spinduliuotės tipai, nurodyti bangų ilgių intervalai ir atitinkamos energijos vertės.

Reikėtų pažymėti, kad šių diapazonų ribos nėra tikslios vertės ir yra sąlyginės. Pavyzdžiui, matomajai šviesai jie nustatomi, skaičiuojant skirtingų žmonių akies šviesos jautrumo daugelio matavimų rezultatus. Rentgeno spindulių ir gama spinduliuotės srityje jų greitis gretimose vietose iš dalies sutampa. Šiuo atveju skirtumas tarp rentgeno fotonų ir gama kvantuose nustatomas tik jų atsiradimo pobūdžiu.

Kiekviena elektromagnetinės spinduliuotės sritis, savo ruožtu, yra padalinta į atskirus energijos plotus, kuriuos lemia šių spinduliuotės sąveikos su medžiaga ypatumai. Pavyzdžiui, radijo bangos yra suskirstytos į ilgas, vidutines, trumpas, metras, deci, centimetras, milimetrai ir laikinas.

Bangos teorijos požiūriu elektromagnetinė spinduliuotė yra elektromagnetinė banga, skleidžianti vakuumą šviesos greičiu. Elektros lauko stiprio svyravimai E ir magnetiniai H laukai yra tarpusavyje statmenose plokštumose. Šių plokštumų susikirtimo linija yra lygiagreti su elektromagnetinės bangos sklidimo kryptimi. Schematiškai pavaizduotos plokštumos elektromagnetinės bangos, sklidančios x kryptimi, parodytos fig. 1.1.

Šviesos bangos ilgis terpėje su lūžio rodikliu n yra susijęs su bangos ilgiu vakuume 0 santykiu = 0.

• Sukeliant priverstinius svyravimus molekulinių arba atominių elektronų terpėje, veikiant elektromagnetinę bangą, sukelia antrinių elektromagnetinių bangų sužadinimą. Įtraukus incidentą ir antrines elektromagnetines bangas, atsižvelgiant į jų įsiskverbimą į terpę, lemia susidaranti elektromagnetinė banga ir jos tolesnis dauginimas. Visų pirma, bangų teorija leidžia paaiškinti elektromagnetinės spinduliuotės sklaidos, polarizacijos, atspindžio, perdavimo ir absorbcijos įtaką.

Atsižvelgiant į elektromagnetinės spinduliuotės bangos koncepcijas, galima rasti elektromagnetinės bangos atspindžio ir perdavimo koeficientus žiniasklaidoje su santykiniu lūžio rodikliu n12. Pavyzdžiui, įprastoje elektronų kritimo metu

Elektromagnetinės bangos, susidūrusios su bet kokiu kūnu, kelia jiems spaudimą:

P cos p = (1 + k), c kur P - elektromagnetinės spinduliuotės energija, kylanti tam tikru paviršiaus vieneto plotu 1 s; - radiacijos dažnio kampas; k - atspindžio koeficientas.

Ryškiausias elektromagnetinės spinduliuotės bangos pobūdis pasireiškia tokiais fiziniais procesais kaip trukdžiai, difrakcija ir poliarizacija.

Trikdymas yra fizinis reiškinys, susijęs su šviesos srauto perskirstymu į erdvę, kai ant koherentinių šviesos bangų, dėl kurių tam tikrose erdvėse yra maksimumas, ir kitiems intensyvumo minimumai.

Suderinamumas reiškia suderintą kelių svyravimų ar bangų procesų eigą. Apsvarstykite laiko ir erdvės darną.

Laiko suderinamumas yra susijęs su bangos fazės pokyčio sparta. Šiuo atveju laikas, per kurį atsitiktinis bangos fazės pokytis (t) pasiekia užsakymo vertę, vadinamas koherento laiku. Per šį laiką svyravimai tarsi "pamirštų" savo pradinį etapą ir taptų nesuderinami su pačia savimi.

Erdvinė koherencija susijusi su bangų vektoriaus k kryptimis, išsiskiriančiomis atskiromis bangos paviršiaus sekcijomis, kurios išskiria bangas su skirtingomis fazėmis. Dėl spinduliuotės šaltinių tokia koncepcija įvedama kaip erdvinės dingens ilgis, apibrėžiamas kaip atstumas tarp atskirų spinduliuojančio paviršiaus dalių, dėl kurių atsitiktinės fazės pokytis pasiekia vertę.

Skirtingai nuo įprastų šviesos šaltinių, lazeriai turi milžinišką laiko ir erdvės darną. Lazerio išleidimo angoje erdvinė koherence stebima visame šviesos pluošto skerspjūvyje.

Gautas dviejų koherentinių bangų intensyvumas nustatomas pagal išraišką I = I1 + I 2 + 2 I1 I 2 cos (1 2).

Interferencijos maksimalių ir minimalių sąlygų sąlyga nustatoma pagal optinio kelio skirtumą elektromagnetinių bangų su bangos ilgiu 0:

max at = ± m0 ir min at = ± (m + 1/2) 0 (m = 0, 1, 2,...).

Remiantis trukdžių reiškiniu, buvo sukurti įvairūs interferometrai, plačiai naudojami spektroskopijoje, siekiant ištirti smulkią spektrinių linijų struktūrą. Trikdžiai, atsirandantys dėl plonos plėvelės atspindžio, taip pat naudojami dengtos optikos kūrimui.

Difrakcija - reiškinių rinkinys, stebimas elektromagnetinės spinduliuotės plitimo terpėje su aštriomis nehomogeniškumu. Tarp trikdžių ir difrakcijos nėra jokio reikšmingo fizinio skirtumo.

D Polarizacija yra pagrindinė elektromagnetinės spinduliuotės savybė, kurią sudaro tam tikra bangos intensyvumo vektoriaus orientacija, statmena jos sklidimo krypčiai. Natūrali šviesa yra nepoliarizuota.

Planarinės poliarizuotos šviesos gali būti gaunamos iš natūralių prietaisų, vadinamų poliarizatoriais. Šie prietaisai laisvai siunčia svyravimus lygiagrečiai plokštumai, vadinamai poliarizacijos plokštuma.

1.2. Kvantinės mechanikos pagrindai

r sin 2 r. Elektronui, esančiam atomo, pirmajame aproksimacija jo energija nustatoma tik pagrindiniu kvantiniu skaičiumi m e4 Z 2 En = e 2 2, 2 n, kur n reikšmės n = 1, 2, 3,....

Bangos funkcija, apibūdinanti elektrono būseną atomai, apibūdinama keturiais kvantais skaičiais:

1 - pagrindinis kvantinis skaičius n (n = 1, 2, 3,...);

2 - orbitos kvantinis skaičius l (l = 1, 2, 3,..., n);

3 - magnetinis kvantinis skaičius m (m = 0, ± 1, ± 2, ± 3,..., ± l);

4 - nugaros kvantinis skaičius ms (ms = ± 1/2).

Pagal tos pačios atomo (arba bet kokios kvantinės sistemos) kvantinės mechanikos įstatymus negali būti dviejų elektronų su tuo pačiu keturių kvanties skaičių rinkiniu (Pauli principas). Todėl valstybėse, turinčiose tam tikrą n reikšmę, atomyje gali būti ne daugiau kaip 2n2 elektronų.

Elektronai, turintys tas pačias pagrindinio kvantinio skaičiaus reikšmes n, sudaro atskirus korpusus, kurių kiekvienas žymimas raidėmis K, L, M,.... Elektronai su tomis pačiomis n ir l formos subhells, pažymėti indeksais s, p, d, f,..., kurie atitinka orbitos kvanties skaičių l = 0, 1, 2, 3,....

Bendrųjų charakteristikų (energijos, mechaninių ir magnetinių momentų, sukčių ir tt) kvantavimas yra būdingas ne tik elektronų, bet ir kitų elementarių dalelių. Jų energijos būklę branduoliuose, atomus ir molekules taip pat lemia kvantinės mechanikos įstatymai ir jie aprašomi atitinkamomis bangų funkcijomis.

Tikimybės tankio pasiskirstymas elektrono radimo atstumu r nuo branduolio gali būti nustatytas iš išraiškos = 4 r 2 2 dr, kur bangų funkcija yra lygtis Šriodingeris.

Kaip pavyzdys fig. 1.2 parodo apskaičiuotus bangų funkcijų paskirstymus: 1) n = 1, l = 0; 2) n = 2, l = 1;

3) n = 3, l = 2 - spindulio r atžvilgiu. Skalės vienetui

Atsižvelgiant į spinduliuotės su kvantine energija E = h12 absorbciją, atomas pereina nuo energijos būklės E1 iki E2, o kai išmeta, atvirkščiai - pagal perėjimo schemas, parodytas fig. 1.3.

Pav. 1.3. Transitionų schema fotonų emisijoje ir absorbcijos metu. Kartu su absorbcija ir emisija elektromagnetinių bangų pagal nagrinėjamas schemas yra stimuliuojama spinduliuotė (sukelta), kurią sukelia išorinė spinduliuotė. Šiuo atveju kvantinė sistema praeina iš energijos būklės E2 į E1 ir išmeta atitinkamą kvantą, o išorinės spinduliuotės kvantų energija nesikeičia. Indukcinė spinduliuotė yra lazerio spinduliavimo susidarymo pagrindas.

Kvantinė teorija paaiškina įvairių atomų ir molekulių kompleksines absorbcijos ir emisijos spektrus, taip pat elektromagnetinės spinduliuotės sklaidos ir sąveikos su medžiaga procesus. Išsamią informaciją apie kvantinės mechanikos pamatus galima rasti švietimo ir specialiosiose literatūrose.

Tolesniame medžiagos pristatyme mes atkreipiame dėmesį į atskiras bangos ir kvantinės teorijos išvadas, siekdami išsamiau išnagrinėti kai kuriuos fizinių reiškinių aspektus, naudojamus medicinos introskopijai.

Skyrius 2. RADIJO BANGOS

Kaip minėta anksčiau, radijo bangos yra elektromagnetinė spinduliuotė su bangų ilgiu nuo 5 10-5 iki 1010 m, o dažniai nuo 6 1012 iki kelių hercų. Gamtoje yra natūralių radijo bangų šaltinių, kurių dažniai yra visame nurodytame diapazone. Tai apima bet kokius šildomus kūnus, žvaigždes, įskaitant mūsų Saulę, galaktikus ir metagalaxies, atskirus kosminius objektus (pulsarus). Radijo emisija taip pat pasireiškia sužadintoje jonosferos plazmoje arba žaibo metu išleidžiant atmosferą.

Elektromagnetinės bangos, kurių bangos ilgis siekė kelis dešimtys centimetrų, pirmą kartą buvo gauti eksperimentuose Vokietijos fizikui G. Herčiui 1888 m. Rusijos inžinierius A. S. Popovas pirmą kartą (1895 - 1899) taikė elektromagnetinius svyravimus (102-2104 cm) belaidžiam ryšiui nuotoliniu būdu.

Radijo inžinerijoje elektromagnetines bangas sukuria įvairios aukštosios dažnio elektrinių svyravimų grandinės, kurių energija išskiriama į laisvą erdvę specialių antenų pagalba. Radijo bangų registravimą vykdo priimančioji antena, kurioje elektronai įsijungia į svyravimus, kai veikia išorinė elektromagnetinė spinduliuotė, t. Y. Joje kyla aukšto dažnio srovė. Priverstiniai elektriniai svyravimai, kurie suformuojami į priėmimo anteną, pritaikytą rezonansui su įregistruotais elektriniais svyravimais, filtruojami ir sustiprinami. Šiuo metu sukurta radijo įranga, leidžianti generuoti, spinduliuoti ir priimti radijo bangas beveik visame pirmiau minėtame bangos ilgyje.

Kaip žinote, radijo bangos dažniausiai naudojamos informacijos perdavimui bevieliu ryšiu per didelius atstumus.

Radijo bangų pagalba yra transliavimas ir televizija. Labai nukreiptų radijo bangų naudojimas leidžia aptikti, identifikuoti ir stebėti judančius objektus (radarą).

Radijo bangomis taip pat naudojamas tirti medžiagos struktūrą ir įvairių medijų savybes. Visų pirma, naudojant radijo bangas, diagnozuojama jonosfera ir jame vykstantys procesai.

Kosminės komunikacijos ir radiolokacijos sistemoje per pastaruosius 10-15 metų įvyko perėjimas nuo metro į dešimtainį ir centimetrų bangas, prasidėjo intensyvus milimetrinių bangų vystymasis.

Šie bangų ilgiai atitinka dažnius nuo 300 MHz iki 300 GHz, ir jie yra sujungti į atskirą ultra aukšto dažnio juostą (UHF). Šioje srityje elektromagnetinę spinduliuotę galima sutelkti į siaurą spindulį, kuri leidžia sukurti labai ekonomiškas ryšių sistemas ir radarines stotis tikslui aptikti ir stebėti. Mikrobangų spinduliavimas laisvai pereina per jonizuotus atmosferos sluoksnius, todėl užtikrinamas jo naudojimas kosminių ryšių sistemoms. Tačiau mikrobangų diapazono trumpųjų bangų daliai pastebimas reikšmingas šios spinduliuotės švelninimas, dauginantis atmosferoje dėl vandens garų ir deguonies sugėrimo, taip pat dėl ​​atmosferoje suspenduotų dalelių išsisklaidymo.

Kita vertus, stiprioji mikrobangų spinduliuotės absorbcija trumpųjų bangų diapazone yra plačiai naudojama kaitinant įvairias medžiagas, kurių sudėtyje yra didelio vandens kiekio, ypač maisto ruošimui arba iškaitinimui.

Šiuo metu radijo bangos yra plačiai naudojamos medicinos tikslams. Sukurta daugybė radiokontroliuojamų miniatiūrinių zondų, kurie naudojami diagnostikos ar terapijos tikslais. Informacijos perdavimas iš šių zondų ir jų kontrolė atliekami naudojant radijo ryšio sistemas.

Kaip jau minėta, naudojant mikrobangų spinduliuotę galima šildyti vandenį turinčias medžiagas, o ši savybė plačiai naudojama fizioterapijoje gydyti biologinius audinius giliu šildymu.

Viena iš įdomiausių radijo bangų spindulių taikymo medicininei introskopijai yra magnetinio rezonanso tomografija (NMR). Bendrieji NMR tomografijos įgyvendinimo principai ir jų taikymas medicinos introskopijoje aptarti tolesniuose skyriuose.

2.1. Branduolinis magnetinis rezonansas

Atkreipiamas dėmesys į paprastą tvarkingumą, jungiantį branduolio nugarą su jo masės skaičiumi A. Visi branduoliai, kurių net A yra sveiki skaičiai nugaros, branduoliai su nelygine A turi pusę sveikojo nugaros. Branduolių protonų ir neutronų nugaros ir magnetinės momentai beveik visiškai abipusiškai kompensuojami. Pavyzdžiui, net vienodo branduolio nugaros ir magnetiniai momentai yra nuliniai. Abipusė grąžtų ir magnetinių momentų kompensacija branduolyje yra branduolinių jėgų priklausomybės nuo nugaros priklausomybė.

Branduoliai su nulinio nugaros ir magnetiniu momentu gali sąveikauti su išoriniais magnetiniais laukais. Būtent tokia sąveika yra NMR reiškinio pagrindas, naudojamas NMR tomografijos metoduose.

Magnetinio rezonanso fenomenas yra susijęs su elektronų ar atominių branduolių magnetiniais momentais. Pagrindinis magnetinio rezonanso procesas yra magnetinių momentų elektronų ar atominių branduolių, dedamų magnetiniame lauke, precedencija.

Atomo branduolys su nugarėmis I statiniame magnetiniame lauke su indukcija B0 formuoja kvantinę 2I + 1 energijos lygį. Kiekvienam lygiui būdingas magnetinis kvantinis skaičius m, kuris savo būsenose gali būti vienas iš 2I + 1 verčių: I, I-1,..., - (I-1), - I. Atominiai branduoliai su nugarėmis I = 1/2, tokie kaip 1H, 13C, 19F ir 31P, sudaro kvantinę sistemą, kurią sudaro tik du pogumbliai. Energijos skirtumas tarp šių pogrindžių yra proporcingas išorinio magnetinio lauko indukcijai B0:

E = E (+1/2) - E (-1/2) = 0, B0 = čia yra atominio branduolio gigomagnetinis santykis su nugarėmis I = 1/2;

t. y. branduolio magnetinio momento ir jo kampinio momento santykis:

/ I; 0 - tai cikliškas elektromagnetinės spinduliuotės dažnis, kurį skleidžia arba sugeria perjungimo sistemos nuo vieno pogrindžio į kitą.

Perėjant nuo vieno energijos lygio į kitą, elektromagnetinė spinduliuotė susidaro poliarizuotai plokštumoje, statmenoje B0.

Esant kambario temperatūrai, dviejų pogrindžių populiacijų santykis yra labai mažas ir yra tik 10-5 magnetiniame lauke su 1 T indukcija.

M atominių branduolių magnetiniai momentai sudaro precesiją aplink vektorių B0 (2.1 pav.) Su dažniu L = B0, kuris vadinamas Larmoru.

Vienodame statiniame magnetiniame lauke visi branduolio magnetiniai mėginio momentai imami beveik tuo pačiu dažnumu, tačiau šio judėjimo fazės skiriasi. Todėl branduolių magnetinių momentų projekcijos į plokštumoje, statmenoje B0, "užgesina" vienas kitą.

Neigiami magnetinių momentų komponentai nukreipti magnetiniu lauku arba prieš jį, priklausomai nuo atominio branduolio magnetinio momento orientacijos viena nuo kitos. 2.1. Išorinio magnetinio lauko branduolio magnetinio momento sukimosi schema.

palyginus magnetinis. Dėl protonų branduolio įmagnetinimo lauke B0 susidarantis vektorius M0 yra lygus B0. Magnetizacija yra makroskopinio kūno magnetinės būsenos charakteristika, o vienodo įmagnetinto kūno atveju - tai magnetinis momentas vienam kūno vienetui. Tada branduolio magnetizacija M 0 vieneto tūrio makroskopiniame mėginyje gali būti išreikšta kaip:

M 0 = N 2 + 1) B0 / 3kT, 2 I (I, kur N - branduolių skaičius, turintis rezonansą vieneto tūriu.

Esant statinėms sąlygoms, mėginio M 0 makroskopinis įmagnetinimo vektorius nesudaro signalų, kuriuos galėtų užregistruoti elektroninis arba radijo inžinierinis įrenginys. Tik tada, kai bendraujant su elektromagnetine spinduliuote, turinčiu dažnio komponentus arti Larmoro dažnio, arba veikiant sparčiai besikeičiantiems išorinio magnetinio lauko orientacijose, galima nustatyti įvairius elektroninius prietaisus.

Dažniausiai įmagnetinimo M 0 matavimui į statiškai vienodą magnetinį lauką dedamas mėginys yra su radijo dažniu (RF), skersine B0 lauku, kurio magnetinio lauko Bl B0 amplitudė ir apskritimo dažnis L. Sukamojo poliarizuoto RF lauko magnetinė sudedamoji dalis nukreipta į branduolinių magnetinių momentų precediją, atsiranda rezonanso ši precedija.

Rezonansinio elektromagnetinio lauko sąveika su branduolio magnetiniu momentu gali būti paaiškinta naudojant Fig. 2.2.

Branduolio magnetinis momentas, dedamas į B0 lauką, precesuoja aplink šio lauko kryptį su Larmoro dažnumu L. RF laukas Bl, statmenas laukui B0, gali būti suskaidytas į du ciklinius laukus, sukasi priešais vienas kito. Vieno iš jų poveikis (sukantis Larmoro precesijai) yra vidutiniškai suvokiamas laikui bėgant ir iš kitos (sukasi toje pačioje kryptyje), nes jis "kaupiasi" laikui bėgant.

Šis kaupimosi efektas matomas iš fig. 2.2, kur laiko laiko t ir t + T / 2 (po pusės laiko) matavimams parodomos dvi vektorių pozicijos ir Bl. RF lauko veikimo metu, susidarančio dėl vektorių sąveikos (papildymo) ir Bl, vektoriaus orientacija pasikeis tam tikra kryptimi (didėjimo arba mažėjimo kampo kryptimi). Dėl šio poveikio dalis magnetinių dipolių pasirodys esanti perorientacija. 2.2. Sąveikos schema yra orientuota.

Jei RF laukas Bl į kampinį RF lauką su magnetiniu momentu branduolio dažnio L įjungiamas į galutinį laiką t, tada įmagnetinimo vektorius M 0 pasisuks per kampą, nustatytą lauko Bl ir jo poveikio t trukme:

Yra du branduolinės precesijos tipai: priverstinis, kuris stebimas RF lauke ir laisvas, užregistruotas išjungus RF lauką Bl. Norėdami inicijuoti įvairius pereinamuosius procesus, naudojami keli pagrindiniai RF impulsų tipai:

1) / 2 - impulsas, kurio veikimu vektorius M 0 sukasi 90 ° kampu z zoscio atžvilgiu;

2) - impulsas, kurio pabaigoje vektorius M 0 sukasi 180 ° kampu z ašies atžvilgiu.

Išjungus lauką Bl, įmagnetinimo vektorius M 0 laisvai pasirenka. Ši precesija nustatoma pagal elektros srovę, kuri indukuojama dugne su ašimi, statmena išorinio magnetinio lauko B0 krypčiai. Precedijos dažnis sutampa su Larmoro dažniu. Tuo atveju, kai laukas Bl yra vienodas mėginys, elektromobilio jėga (EMF) iš pavyzdžio, kurio tūris yra V, yra nustatomas pagal formulę d EMF = (Bl M) dV L (Bl) xy MV cos (L t), dt V, kur (Bl) xy yra komponentas radijo dažnio laukas xy plokštumoje.

Pasibaigus RF impulsui, pasikeitusio mėginio įmagnetinimas yra nestabilus ir su laiku įskaičiuojamas į pradinę pusiausvyrą. Skilimo procesas vyks eksponentiškai, greičiui, kurį nustato terminė jungtis su objekto konstrukcinėmis grotelėmis ir magnetinės energijos mainai tarp sužadintų ir neišsišakojusių dalelių. Du energijos sąstingio tipai vadinami "spin-grotelių sulaužymu" (su T1 laiko konstanta) ir "gręžimo-grįžimo" (su T2 laiko konstanta). Šie laiko konstantos yra gana dideli (nuo kelių milisekundžių iki kelių sekundžių), ir jie priklauso nuo dalelių ir aplinkinių medžiagų tipo. T1 ir T2 reikšmes galima nustatyti keičiant laiką tarp RF impulsų ir jų galios (atitinkančios 90 ir 180 laipsnių posūkį), taip pat keičiant priimančių ritinių vietą.

Po trumpo RF lauko impulso poveikio magnetinių momentų sistema patenka į būseną su atvirkščia populiacija, kuri tada pagal įstatymą sklendžia pereinant prie pradinės pusiausvyros būsenos:

M (t) = M 0 [1 2exp (t / T1)], kur T1 yra rezonansinės būklės su dažniu L. spin-grotelių relaksacinis laikas.

Įjungus 2-impulso RF lauką, magnetizacija M0, sukuriama tokiu impulsu į xy plokštumą, pagal įstatymą išnyksta laiku:

M (t) = M0 exp (t / T2), kur T2 yra stebimo rezonanso sukimosi atšvaito laikas su dažnumu L.

Taikant / 2 ir RF signalus su tam tikru laiko paskirstymu, į kuriuos atsižvelgiama į rezonansinių būsenų T1 ir T2 atsipalaidavimo laiką, generuojamas signalas "nugaros echo", kuris pasiekia maksimalią reikšmę 2 t impulso metu ir kuri atrodo kaip laisvosios indukcijos mažėjimo signalas (FID) abiejose maksimalios pusėse. Arba viena (bet kuri) pusė ar abi pusės spin-echo signalo įrašomos kaip elektromagnetinio spinduliavimo impulsas (2.3 pav.).

Pav. 2.3. Spin echo signalo formavimo grandinė

Taigi, veikiant mėginio, pastatyto į nuolatinį magnetinį lauką B0, rezonansiniu radijo dažnio magnetiniu lauku, galima keisti branduolio magnetinio momento orientaciją ir dėl relaksacijos procesų po to, kai pasibaigia RF laukas, gauti atsako į sužadintą branduolį elektromagnetinės spinduliuotės kaip "spin echo" signalo formą, kuris sukuria sukeliamą elektros srovę magnetiniuose ritiniuose, esančiuose aplink tiriamąjį objektą.

Magnetinių dalelių atsipalaidavimo procesai po sužadinimo radijo impulsų, būdingi signalų T1 ir T2 atkūrimo laikui, gali būti išsamiau išnagrinėti naudojant įvairius įtaisus. Jie leidžia kaupti signalus, susijusius su tam tikru atkūrimo etapu.

Kiekvieno iš šių elementų branduolinio magnetinio rezonanso efektus galima išmatuoti, jei mėginiai dedami į aparatą su vienodu magnetiniu lauku su skirtingu RF lauko sužadinimo dažniu.

Dažnai kyla šie klausimai: kas atsitiks su atomų elektronais, kai jiems taikomas išorinis elektromagnetinis laukas; Ar jie kartu su atominiais branduoliais sukuria elektromagnetinius signalus ir kaip šiuos signalus padalinti? Atsakymas yra toks. Tiesą sakant, elektronuose, esančių kiekviename atomai, taip pat priklauso ir pastovaus išorinio magnetinio lauko B0 poveikis, o jų sukimasis ir magnetiniai momentai taip pat išilgai magnetinio lauko. Tačiau, veikiant RF laukui, jų būsena nesikeičia, nes atomo elektronų būdingasis rezonansinis dažnis yra visiškai kitokio dažnio diapazone.

Taigi elektronai negamina grįžtamojo echo signalų, skirtingai nei branduoliai, kurių naudojamas rezonansinis RD laukas atitinka jų paties Larmoro dažnį.

2.2. Branduolinės magnetinio rezonanso vaizdavimas

Iki šiol buvo svarstomas rezonansinio RF lauko įtaka magnetizuotam ėminiui, kad jo reakcija būtų formuojama kaip sukimosi echo signalai. Norint gauti tomografinį objekto vaizdą, būtina objektui atlikti tokį poveikį, kad atsirastų atskirų tūrinio V elemento rezonansinis atsakas su koordinačių x, y ir z ar atskiromis juostomis pločio l viename iš objekto sekcijų.

Norint gauti nugaros smailį iš tam tikros objekto dalies, naudojama speciali technika, kurią sudaro tai, kad kartu su vienodu ir pastoviu magnetiniu lauku B0z taip pat naudojamas papildomas magnetinis laukas su mažu linijiniu gradientu Gz. Tada, kai objektas yra apšvitintas radijo dažnių sritimi, vienintelės objekto dalies, kurioje Larmorio sukimosi dažnis, atitinkantis magnetinį lauką B = B0z + Gz z, sutampa su išorinio RV impulsu dažniais, patenka į rezonansą.

Norėdami išsiaiškinti, kaip skirstoma atskira tiriamojo objekto dalis, žr. Fig. 2.4.

Pav. 2.4. Individualių tyrimo objekto sluoksnių atrankos schema.

Tegul pastovus magnetinis laukas B0z su linijiniu gradientu Gz turi būti nukreiptas palei Z ašį. Tada, veikiant išoriniam RD laukui su rezonansiniu dažniu, atitinkančiu magnetinį lauką B = B0z + Gz z, azoto, uždengto plonu medžiagos sluoksniu z statmenai Z ašiai ir yra aukštyje z.

Rezonansinio sluoksnio storis nustatomas pagal magnetinio rezonanso linijos bendrą plotį (branduolio magnetinio rezonanso (NMR) linijos plotis) ir magnetinio lauko gradientą Gz:

Gz Mes įvertinsime rezonansinio sluoksnio z protonų NMR storį skystyje.

Tegul = 4, 2 MHz / T; Gz = 103 T / m.

1 Hz; B0 z 1 T, = = B 2 B0 z Tada rezonuojančio sluoksnio plotis yra 2 mm.

Panašiu atveju magnetinis laukas yra sužadinamas su mažu magnetiniu gradientu Gy išilgai Y ašies.Šiuo atveju nustatytas ir iš anksto pasirinktas magnetinio lauko reikšmė yra nustatoma tik plonų sekcijų z ir y (jų magnetinio lauko dydis virš ir žemiau šių skirsnių skirsis). Ši konkreti svetainė bus tyrimo objektas.

Sukuriant tam tikrą RD laukų seką RF indukcinėmis ritėmis, esančiomis aplink objektą dažniu, atitinkančiu tam tikrų dalelių (dažniausiai vandenilio branduolių) Larmoro dažnį, galima gauti pasirinktos juostos grįžtamąjį echą. Pakeičiant RF lauko dažnį, atitinkantį Larmoro dažnius Z ašies kryptimi, galima gauti atsakymų rinkinį iš atskirų sluoksnių su aukščiu z ir pločiu y. Sukdami magnetinį lauką mažu kampu aplink Y ašį, galite gauti atsakymus, kurie atitiktų juostų pjūvius, pasuktus aplink Y ašį.

Atrankinis radijas paryškins signalus, tarsi jie būtų srovės linijos, lygiagrečios abiems gradiento laukams. Patobulintas imtuvas (spektro analizatorius) gamina daugiakanalius signalus, priklausomai nuo dažnumo, ir perduoda juos į kompiuterį.

Taigi gaunamas atskirų juostų tyrimo sluoksnio, orientuoto į skirtingas kryptis, atsakymų rinkinys. Kiekvieno juostos atsakas yra neatskiriama informacija apie rezonansinių branduolių tankio pasiskirstymą. BMR fizikinis tomografijos pagrindas žymiai skiriasi nuo rentgeno, tačiau jis turi tipinę struktūrą, tinkamą apdoroti jau sukurtus skaičiavimo algoritmus. Naudodamiesi standartiniais kompiuterinės tomografijos metodais, galite atstatyti rezonansinių branduolių pradinį tankio pasiskirstymą ir gauti tiriamo sluoksnio tomografinį vaizdą. Vienas iš būdų atkurti vaizdą iš jo šešėlių projekcijų bus svarstomas gavus tomografinius vaizdus naudojant rentgeno spindulius Ch. 4

Naudojant NMR introskopiją galima gauti duomenis apie rezonuojančių branduolių tankumą skirtingose ​​tiriamojo objekto dalyse ir pateikti žemėlapio spin-grotelių ir nugaros sūkių atleidimo laiko pasiskirstymą. Ši informacija pateikiama NMR spektruose, matuojant dažniniu nuskaitymu per trumpalaikius NMR signalus. Siekiant sužadinti NMR signalą įvairiose objekto dalyse, būtina atlikti keletą procesų, kurie greitai pakeičia vienas kitą. Kiekvienos iš jų būdinga trukmė yra 0,1-1 s, kurią paprastai kontroliuoja specializuotas kompiuteris, kuris veikia pagal iš anksto nustatytą programą.

Šiuo metu turimi metodai gauti NMR atvaizdus skiriasi viena nuo kitos pagal programą, susijusią su makroskopinio mėginio įmagnetinimo pasipiktinimu, jo evoliucijos stebėjimu ir pirminių duomenų, skirtų NMR vaizdams kurti, pašalinimu. Kai mėginys trikdomas, RF laukas ir gradiento magnetiniai laukai yra pastovūs, grįžtami arba svyruojantys. Radijo dažnių laukas sužadina dozuotus, vieno arba kelių trumpų impulsų forma. Norėdami gauti erdvės selektyvumą, RF lauko impulsas turi turėti sudėtingą dažnių spektrą.

Yra keletas būdų, kaip gauti NMR vaizdus, ​​tarp jų projekcinius-rekonstruojamus NMR vaizdus, ​​Furjė metodus, selektyviojo sužadinimo metodus ir daugybę kitų.

Pasirinktinio sužadinimo metodas leidžia naudoti magnetinį lauką su linijiniu gradientu G trimis kryptimis:

Bx = B0x + G · x; Pasak = B0y + G · y; Bz = B0z + G · z.

Naudojant RD lauką su dažniais, atitinkančiais bandomosios medžiagos V elementinio tūrio Larmoro dažnį, galima nustatyti atitinkamą nugaros echo signalą, kuriame yra informacija apie jame esančių protonų koncentraciją.

Išsamesnį NMR tomografijos metodų aprašymą galima rasti specialioje literatūroje.

2.3. NMR tomografai

Nuo 1973 m., Kai Paulas Lauterburas gavo pirmąjį NMR vaizdą, naudojant koigmatografijos metodą, buvo pasiūlyta ir išvystyta įvairių tipų NMR introskopai, o keletas kompanijų pradėjo gaminti komercinius NMR vaizdus žmogaus tyrimams. Šiuo metu pagrindiniai šios įrangos gamintojai yra firmos Simens (Vokietija), Tashiba (Japonija) ir "General Electric" (JAV).

Modernus NMR tomografas yra sudėtingas prietaisų kompleksas, susidedantis iš įvairių magnetų sistemos, kuriant nuolatinius ir gradientinius magnetinius laukus; radijo dažnio modulis, kuris pacientui suteikia tam tikrą radijo impulsų seką ir kontroliuojamas specialiu kompiuteriu; kilnojamasis stalas, kuris juda ir pataiso pacientą; duomenų apdorojimo sistemos, kurios yra specializuotos didelės spartos kompiuteris su programine įranga, automatizuota valdymo pultas ir operatoriaus stalas.

Pavyzdžiui, fig. 2.5 ir 2.6 yra "General Electric" sukurtų tipiškų erdvinio sprendimo NMR tomografų nuotraukos.

Pav. 2.5. Sistemos NMR - pav. 2.6. GE Signa profilis 0.2T GE 1.0T Signa MR / i yra plačiai atvira ir galinga sistema, užtikrinanti didesnį našumą. Kompaktiško, plačiai atviro paciento modulio forma ir dydis suteikia jam didelį komforto lygį tyrimo metu.

Pagrindinės GE 1.0T Signa MR / I NMR tomografijos sistemos techninės charakteristikos:

Magnetinė sistema Darbo lauko stipris - 1,0 T.

Aušinimas Aušinimas skystuoju heliu. Vartojimas - 0,03 l / val. Vidutinis degalų tiekimo intervalas yra 3 metai.

Gradiento sistema. Maksimalus magnetinio lauko gradientas yra 23 mT / m (SmartSpeed), 33 mT / m (HiSpeed ​​+).

Paciento stalas. Stalo ilgis 211 cm. Horizontaliojo judesio diapazonas yra 244 cm esant 1,29 / 10,26 cm / s greičiui. Vertikalaus judesio diapazonas yra 69 - 97 cm esant 2,58 cm / s greičiui.

Didžiausias paciento svoris yra 159 kg. Motorizuotas stalo pavaras vertikaliai ir išilgai.

Operatoriaus konsolė. Monitorius - 20 colių. Ekrano raiška - 1280 1024.

Duomenų apdorojimo sistema. RAM - 512 MB.

Rekonstrukcijos greitis - iki 100 vaizdų 256 256 per sekundę.

Vaizdų priėmimas. Sluoksnio storis: dvimatė vizualizacija 0,9 - 20 mm (0,1 mm žingsnis); trimatis vizualizavimas 0,1-5 mm (0,1 mm aukščio). Apimties laukas 1-48 cm 1 cm žingsniais.

Reikalavimai maitinimui. Maitinimo įtampa - 380 V / 50 Hz, trys fazės. Didžiausia galia - 50 kW.

Tyrimo kambarys. Minimalus plotas yra 33 m patalpos, temperatūra 20-25 ° C, drėgmė 30-60%.

Bendras sistemos svoris. 3400 kg (įskaitant pacientą).

NMR tomografas Signa profilis 0,2T yra didelės skiriamosios gebos sistema, skirta viso kūno patikrinimui, naudojant naujausią atvirą nuolatinį magnetą, kurio magnetinio lauko stipris yra 0,2 Tl.

"Signa Profile 0.2T" sukurtas taip, kad įvairiais tyrimais pacientui būtų suteikta laisva prieiga ir patogumas, tuo pat metu ir aukštos kokybės diagnostiniai vaizdai.

Pagrindinės GE Signa Profile 0.2T tomografijos tomografijos sistemos techninės charakteristikos:

Magnetinė sistema Darbo lauko stipris - 0,2 TL

Gradiento sistema. Maksimalus magnetinio lauko gradientas yra 10 mT / m.

Operatoriaus konsolė. Monitorius - 19 colių. Ekrano raiška 1280 1024. Sistema - sargyba.

Duomenų apdorojimo sistema. Rekonstrukcijos greitis - iki dešimties 256 256 vaizdų per sekundę.

Vaizdų priėmimas. Sluoksnio storis: dvimatis vizualizavimas 2,7 - 20 mm, žingsnis 0,1 mm; trimatis vizualizacija 0,5 - 5 mm (0,1 mm aukščio). Apimties laukas yra 6 - 40 cm, 1 cm žingsnis.

Pažymėtina, kad šiuolaikiniai NMR tomografai gali suteikti erdvinės rezoliucijos 0,1 - 0,5 mm objekto trimačio vizualizavimo.

NMR tomografai paprastai įrengiami patalpose, apsaugotose nuo išorinių magnetinių ir radijo dažnių laukų.

Apsauga atliekama naudojant metalinę grotelę (Faradėjos narvelį), kuri yra viduje atitinkamų patalpų sienose, lubose ir grindyse.

Šiuo metu NMR tomografus taip pat gamina kelios šalies firmos. Pirmaujanti yra "NPF AZ", kuri įsisavino serijinę NMR tomografų gamybą su rezistenciniais ir nuolatiniais magnetais, kurių stiprumas yra 0,2 T.

"RUSIJOS FEDERACIJOS ŠVIETIMO IR MOKSLO MINISTERIJA Aukštojo profesinio rengimo federalinė valstybinė biudžetinė įstaiga" TYUMENO VALSTYBINIS UNIVERSITETAS "TEISĖS MOKSLAS Švietimo ir metodikos kompleksas. Darbo programa studentams kryptimis 03.03.03 "Radiofizika", 28.03.01 "Nanotechnologijos ir mikrosistemos inžinerija", 16.03.01 dieninės švietimo "techninė fizika". SUTARTIES LAIKAS nuo 2015.01.25. Turinys: CMD daktaro "TEISINGUMAS" už. "

"FEDERACIJOS AGENTŪRA" darbo numeris 8 "dirbtuvės REL. Išsamesnės informacijos gairėse. "

"SUTARTIES LAIKAS nuo 2015.06.06. Reg. numeris: 2770-1 (15/06/2015) Disciplina: Diferencialinės lygtys Gyvenimo: 03.03.03 Radiofizika / 4 metai ODO tipo cmd: Elektroninis leidimas iniciatorius: I. sala Elena Autorius: I. sala Jelena Pagrindiniai: matematinis modeliavimas departamentas CMD: Fizikinės ir technikos institutas CMD susitikimo data: 2015-04-14 CMD posėdžio protokolas: pusantros dienos data, suderinanti rezultatus, koordinuojantys pavadinimai Komentarai Vadovo komentarai Katedra Tatos Aleksejus. "

"I. Ogorodnikov mikroprocesorius technologija: ĮVADAS Į Cortex-M3 Susipažinkite ministerija Švietimo ir mokslo Rusijos Federacijos Uralo federalinis universitetas pavadintas po pirmojo Rusijos prezidentas Borisas Jelcinas I. Ogo mikroprocesoriaus technologija: ĮVADAS Į CORTEX-P3 Vadovėlis Rekomenduojama metodikos Tarybos UrFU mokiniams, besimokantiems 140801.65 "Elektronika ir fizikinių įrenginių automatizavimas", 201000.62 "Biotechninės sistemos ir technologijos". "

"Aiškinamajame rašte Kalendorius - teminio planavimo fizikos 9 klasės sukurta remiantis federalinės švietimo lygio bendrojo lavinimo fizikos, 2004, apie bendrojo lavinimo fizikos programos pagrindu, atsižvelgiant į autoriaus programą vadovėlių A. Peryshkina. Programa skirta 68 valandoms (2 valandas per savaitę). Fizika 7-9 klases. Programos autoriai: E.M. Gutnik, A.V. Peryškino pamoka. Fizika 9 klasė: bendrojo lavinimo vadovėlis. "

"Rusijos Federacijos civilinės gynybos, nepaprastųjų padėčių ir stichinių nelaimių Relief Vpo Voronežo institute ministerija ekstremalių situacijų Fizikos katedra, Rusijoje Соловьев А.Г. Gorskovas, G. A. Bakaeva ELEKTROS IR ELEKTRONIKA Tikslai ir gairės, skirtos namų studijų fakulteto specialybės 280705.65 studentų bandomajam darbui atlikti. Voronežas 2012 Elektrotechnika ir elektronika: užduočių atlikimo ir gairės, kaip atlikti kontrolę. "

"Centrinė Tema metodinė komisija Visos Rusijos olimpiada fizikos GAIRIŲ mokykloje ir savivaldybių etapuose All-Rusijos olimpiada fizikos į 2015-2016 mokslo metų AA Voronov M. Yu. Zamyatnin V.P. Slobodyanin Maskva 20 Turinys Įvadas mokykla 4 etapas psl. 5 Bendroji puslapis. Charakteristika iš mokyklos etapo olimpiados fizikos 5 puslapio turinį. Medžiagų mokyklos etapo olimpiadoje Fizikos 6 kiekis, p. Aprašymas. "

"Kazanė federalinis universitetas, Geologijos institutas ir naftos inžinerijos fakultetas Geofizikos ir GIS technologijas Gorgun VA, Stepanovas AV, Musin AD Sungatullina AD Pronin NV Fattah AV, Sitdikov RN, Ravilov NN CHERVIKOV BG, Slepakov ZM Karim K.M.UCHEBNO-įrankis gamybos praktiką bakalauro Kazanė - 2015 UDK 550 BBK d Spausdinimo mokymo sprendimą Geologijos ir naftos ir dujų technologijų instituto metodinė komisija Nr. 9, 30. "

"Ablameiko, S.V. Globalios navigacinės palydovinės sistemos: studentų vadovas, faktas. Radiophysics and Computer Technologies / S. V. Ablameiko, V. A. Saechnikov, A. A. Spiridonov. - Minskas: BSU, 2011. - 147 p. - (Aerokosminės technologijos). ISBN 978-985-518-538-4. Šiame vadove nagrinėjama pasaulinės navigacijos palydovų sistemų ir informacinių technologijų pagrindų struktūra, pagrindiniai principai. Studentams 4-ojo kurso Radiologijos ir filosofijos fakultete. "

"TURINYS 1. Bendrosios nuostatos 1.1. Aukštojo mokslo ugdymo programa (OP VO), kurią įgyvendina TSU pasiruošimo kryptis 03.03.02 Fizika ir ugdymo profilis Fundamentali fizika. 1.2. Reguliavimo dokumentai aukštosios mokyklos rengimui rengiant 03.03.02 fizika.1.3. OP BO 1.4 charakteristikos. Reikalavimai pareiškėjui 2. OP VO absolventų profesinės veiklos charakteristikos fizikos rengimo kryptimi. 2.1. Profesinės studijų baigimo sritis 2.2. "

"Biuletenis apie naujus bibliotekos įplaukas iki 2015 m. I ketvirčio. Fizika ir matematika Michailas Dmitrievich Millionščikovas, 1913-1973 / RAS; statusas M. A. Лебедев; 1 kopija auth įrašas st. N. N. Ponomariovas-Stepė [ir kiti]. Ed. 2, rev. ir pridėti. M.: Science, 2014. 292, [2] p. (Mokslininkų bibliografijos medžiaga, technikos mokslų mechanika, 25 leidimas). ISBN 978-5-02-039028-7: 150.00. Bendrosios fizikos instituto darbas. A. M. Прохоров. V. 70: formavimas, 1 kopija. elektromagnetinio apdorojimo ir registravimo. "

"TSANI FEDERAL AGENTŪRA VALSTYBĖ VIETA" Dirbtuvėse naudojamos priemonės. Į užduotį. "

"Švietimo ir mokslo ministerija, Federalinė valstybinė švietimo įstaiga aukštojo Profesionalus Švietimas Tiumenė valstybinio universiteto Fizikos instituto ir chemijos katedra, Organinės chemijos ir aplinkos Larinos NS ministerija EKOLOGINĖ HIDROCHEMIJA Švietimo ir metodikos kompleksas. Darbas dieninių studentų kryptimi 020100.68 "Chemija", magistro programos "Chemija naftos ir aplinkosaugos", "Technogenic. "

"Anotacija į darbo programą fizikos 7 klasė 1. Fizikos darbo programa yra pagrįsta: Bendrojo lavinimo programas. institucijos: fizika. Astronomija. 7-11 ląstelių / V. A. Коровин, V. A. Orlovas. - 3-asis leidimas, peržiūra. - M.: Drofa, 2010. 2015 m. Fizikos mokymo gairės. Fizika: vadovėlis. už 7 kl. obobrazovat. institucijos / A.V. Periškina - Maskva: Drofa, 2010. Pagal Syrtynskoye mokyklos mokymo planą 2015-2016 mokslo metų: 7 klases yra skirtos fizikos studijoms. "

"Lipecko miesto administracijos švietimo departamentas MAU DO" Tęstinio mokymo centras "STRATEGIJA" LEU HPE "Lipecko aplinkos ir humanitarinis institutas" L.N. Bobrova, TS Kobozeva olimpiada problemos KOLEKCIJA F Isik Vadovėlis 7 klasė Švietimo skyrius UIA Lipecko miesto administracijos "strategijos tęstinio mokymo centras" L. Bobrova, TS Kobozeva OLYMPIADO FIZIKOS UŽDUOTYS 7 klasių vadovėlis Lipeckas, 2015 UDC 372.853 BBK 22.3я72 B 72 Recenzentas. "

"FEDERALINIS ŠVIETIMO AGENTŪRA NOVOSIBIRSKO VALSTYBINIS UNIVERSITETAS IV ШИХОВЦЕВ V. P. P. JAKUBOVAS STATISTINĖS RADIOFIZIKOS Novosibirskas Statistinė radiofizika. Paskaitos kursas / Novosibirskas. valstija un-t Novosibirskas, 2011. 157 p. Šis paskaitų kursas yra skiriamas NSU Fizikos fakulteto studentams Radiofizikos katedroje. Mokomoji medžiaga išdėstoma pagrindinė informacija apie atsitiktinių procesų teoriją, pateikiami pavyzdžiai, kurie leidžia. "

"GYVYBOS MINISTERIJA" Antrosios pakopos studijos MOKYMO KOKYBĖ 05.06.01 ŽEMĖS MOKSLAI. "

"RUSIJOS FEDERACIJOS ŠVIETIMO IR MOKSLO MINISTRIJA FEDERALIŠKAS ŠVIETIMO ĮSTAIGAS Valstybinė švietimo įstaiga" Orenburgo valstybinis universitetas "Elektronikos ir verslo kolegija Elektronikos ir verslo fakultetas LA BUSHUY antena-feeder prietaisai ir Šiltnamių metodinės instrukcijos praktinių užsiėmimų rekomenduojamų paskelbti redakcinio komiteto valstybinės švietimo įstaigos "Orenburgo narėje. "

"Savivaldybės savarankiška švietimo įstaiga Vidnovsky meno ir technikos mokykla darbo programą į fiziką (pagrindinis lygmuo) 7A, B, C, D klasės Sudarė fizikos mokytoja Jekaterina Kiseleva 2015-2016 akademiniais metais AIŠKINAMASIS RAŠTAS Darbas fizikos programos 7 klasės remiasi Valstybinio bendrojo lavinimo standarto federalinė sudedamoji dalis (2004 m. Kovo 5 d. Įsakymas Nr. 1089), autoriaus fizikos programa, programos autoriai D. A. Artemenkovas. "