Medicinsk Introscopy Del 1. Introduktion

Mad

Internettet er fyldt med ubekræftede rygter, spekulationer og fuldstændig misinformation. I mange henseender vedrører dette også information vedrørende introscopes. Størstedelen af ​​artikler og andre oplysninger om emnet er ikke under den rigtige jord og vildledende brugere. I dette nummer af vores blog har vi samlet de syv mest populære myter.

1. Når du bruger introskopet, får du eksponering

Strålingsmyten fra introskoper er den mest almindelige. Oplysninger om dette findes i forskellige dele af World Wide Web: fra svar til Mail.ru til fora for unge mødre. Du vil dog ikke finde noget på dette sted på radio amatører, på populære videnskabssider eller på medicinske fora.

Ikke desto mindre er mange internetbrugere forsigtige: introscopes er livstruende; fra den næste dosis af stråling kan du nemt få skaldethed, leukæmi, forbrændinger i huden og endda dø.

Men hvad ser vi i praksis? Hver dag går millioner af mennesker gennem kontrol på lufthavne og banegårde, undergår toldkontrol og krydser også kontrolpunkter på følsomme steder. Dette sker ikke kun i Rusland, men i hele verden. Og alle er levende og godt.

Så hvor kommer denne myte fra, og hvad er den baseret på? For at gøre dette, lad os vende os til den officielle videnskab, nemlig til fysik.

I dag, for at vurdere virkningerne af stråling på den menneskelige krop, anvendes begreberne ækvivalent dosis og ækvivalent dosis, som måles i Sieverts (Sv) og Sieverts / time. Modtagelse af stråling i 2-3 Sv. (Sv) kan virkelig føre til negative konsekvenser for den menneskelige krop. I dette er ryktet sandt, men de fremstillede introscopes giver ikke sådan magt.

Der millisievert (mSv - en tusindedel af en sievert) og mikrosievert (mSv - en milliontedel af en sievert). Således overstiger dosis ioniserende stråling fra ADANI BV 5030 introskopet ikke 0,16 μSv. Det er den hundrede af en milliondel af Sievert. Hvis det i enklere ord er så lille dosis af stråling, at konsekvenserne af dens indvirkning udelukkes. Samtidig vil en sund person ikke klatre inde i introskopet, og når et nummer er nær, er der slet ingen stråling. Pass kontrol sikkert!

2. Bestråling af Introscope Operator

Den opmærksomme læseren stiller ret med rette spørgsmålet - hvad med operatøren? Og det bliver helt rigtigt - det er den næstmest populære myte.

Den tilsvarende dosis af introskopoperatøren overskrider ikke 0,1 μSv. Samtidig er eksponeringshastigheden for ADANI-udstyr en af ​​de laveste i verden. Men i retfærdighed er det værd at nævne, at passagererne bruger betydeligt mindre tid med introskopien - 5-10 minutter, ikke mere. Operatøren bruger hele arbejdsdagen bag enheden. Og det betyder at han får en meget større dosis af stråling. Det er.

Og selv om en sådan strålingsdosis er sikker, for at reducere risikoen, introduceres en speciel driftsmåde for operatører af inspektionsudstyr. Denne tilstand tillader ikke at arbejde mere end det burde være, og tillader derfor ikke at overskride de tilladte eksponeringsgrænser.

Også specifikt installeret til styring af stråledosis i apparatet:

  • indbygget dosimeter;
  • indbygget mekanisk lukker;
  • synligt advarselssignal om brugen af ​​scanneren.

Dette giver dig mulighed for at advare operatøren for inspektion af bagage, overstiger det tilladte antal scanninger eller den maksimale dosis af stråling. I dette tilfælde erstatter den partneren. Sikkerhedspersonale sætter således ikke deres eget helbred i fare, og processen med screening pågår.

3. Ved søgning af bagagen bestråles

Dette er en meget mærkelig myte. Men da det eksisterer, analyserer vi det. Under hensyntagen til de tidligere debunkede myter blev det klart for os, at stråling under personlig inspektion er for lille til at skade passageren og operatøren af ​​introscopes. Bagageinspektion er den samme. Ikke desto mindre er netizens interesseret i, om der medbringes tøj og souvenirs, der er radioaktive. Svaret er: nej, under alle omstændigheder.

Og igen lidt videnskab. Røntgenstråling under inspektion af bagage, selvom det refererer til ioniserende, det vil sige hypotetisk skadeligt for menneskers sundhed, men det kan ikke føre til negative virkninger. Det vil sige, at du sikkert kan bære magnetikens slægtninge, de bliver ikke radioaktive efter inspektionen i lufthavnen.

4. Introscope light film

I dag er det en meget mindre almindelig myte, der har migreret fra kategorien kendt for kategorien professionelle. Sagen er, at i de fleste mennesker stoppede folk simpelthen med at bruge fotografiske film og erstattede analoge kameraer med digitale dem. Og i dem, som du forstår, er der intet, der skal lyses op. Ikke desto mindre forblev et lag af elskere af varme lampefilmer af film stadig. Og det betyder, at du skal debunk denne myte.

Hidtil har udsigten til, at røntgenapparater er i stand til at udøve kemiske virkninger på filmen, ingen begrundelse. Desuden angiver producenterne af moderne introskoper i deres tekniske egenskaber det faktum, at stråling er sikker for fotografiske film. Desuden er sikkerhed sikret op til ISO 1600 (33DIN), det vil sige for meget lysfølsomme film.

Sikkerheden for introscopes til fotografiske film blev redigeret personligt af redaktionen i Sluzhba7-firmaets blog. Tag billeder med dristigt!

5. Introscopes er farlige for gadgets og tekniske enheder.

I begyndelsen af ​​2000'erne begyndte mange ejere at spekulere på, om det var sikkert for en bærbar computer at blive testet på et introskop. Deres bekymring kan forstås - trods alt for ti eller femten år siden købte en bærbar computer en rigtig begivenhed. Og der var ingen, der ville skade den værdsatte og dyre enhed med røntgenstråler. Så internettet var fyldt med spørgsmål, rygter og spekulation.

I dag er denne myte ikke engang værd at debunking, da hver læser uafhængigt kan bekræfte sin inkonsekvens. Hver dag går vi gennem metal detektorer, en eller to gange om året flyver vi til havet. Og passerer kontrol i lufthavnen, ikke engang var overbevist om, at introscopes ikke skader gadgets. Denne myte blev også gentagne gange afprøvet af redaktionen i "Services7" bloggen.

6. Introscopes er stråling.

Der er en opfattelse af, at bagagesøgninger ved hjælp af introskoper er farlige, fordi du under eksponeringen udsættes for stråling. For at debunk denne myte, lad os se, hvad din bagage skinner igennem.

Og du skinner gennem røntgenstråler og ingen stråling. Røntgenbilleder af deres natur er en form for elektromagnetisk stråling. Det er sådan stråling, der refererer til lys eller radiobølger. Det er alt, der følger med os i dag i livet, lige fra fødslen. Ved hjælp af radiobølger ved forskellige frekvenser transmitteres en bred vifte af oplysninger i dag, herunder radio- og tv-signaler, der er kendte for os.

Et karakteristisk træk ved røntgenstråler er en kort bølgelængde. Et træk ved denne type elektromagnetiske bølger er, at de kan bære en masse energi og derfor have en høj indtrængningsevne. Med andre ord, røntgenstråler er i stand til at trænge ind i menneskekroppen. Denne ejendom bruges også aktivt i medicin.

Hvad angår faren for en sådan stråling, hævder læger og specialister enstemmigt, at der ikke er nogen skade. For eksempel modtager vi inden for 10 uger naturligt den samme stråling som fra en enkelt røntgenundersøgelse. På en naturlig måde - det vil sige fra den omgivende baggrundsstråling, som forresten ikke altid er normal. Derudover husker vi, at introscopernes strålingskraft er mange gange svagere end røntgenapparater anvendt i medicin.

7. Introscopes er farlige, selvom de er slukket.

Denne myte er baseret på den foregående. Som introskoper er radioaktive. Og i off-state er de farlige på grund af induceret stråling. Bare i tilfælde af at vi husker, at induceret radioaktivitet er radioaktiviteten af ​​stoffer og objekter, der forekommer under bestråling af ioniserende stråling, som regel ved neutroner.

"SE ULIN, V.N. Mikhailov, V.G. NIKITAEV, A.N. ALEKSEEV, V.G. KIRILLOV-UGRYUMOV, F.M. SERGEYEV FYSISKE METODER FOR MEDICINSK INTROSCOPY Anbefalet af UMO "Nuclear Physics and Technologies" c. "

FEDERAL AGENTUR FOR UDDANNELSE

RUSSISK FEDERATION

MOSKOV-ENGINEERING-FYSISK INSTITUT

(STATE UNIVERSITY)

SE ULIN, V.N. Mikhailov, V.G. Nikitaev,

AN ALEKSEEV, V.G. KIRILLOV-UGRYUMOV, F.M. Sergeev

FYSISKE METODER

MEDICAL INTROSCOPY

Anbefalet af Nuclear Physics and Technology Association "Nuclear Physics and Technologies"

som en lærebog til studerende på videregående uddannelser Moscow 2009 UDC 539.1.08 (075) + 616-073.75 (075) BBK 53,6 i7 F 50 FYSISKE METODER FOR MEDICINSK INTROSCOPY: studievejledning / S.E. Ulin, V.N. Mikhailov, V.G. Nikitaev, A.N. Alekseev, V.G. Kirillov-Ugryumov, F.M. Sergeev. M.: MEPhI, 2009. - 308 s.

Tutorialet diskuterer de grundlæggende fysiske metoder for medicinsk introskopi, som bruger elektromagnetisk og ultralydsstråling samt strømme af ladede og neutrale elementære partikler. En beskrivelse af det udstyr, der er designet til at registrere disse stråler og få billeder af forskellige biologiske genstande med deres hjælp, gives.

Designet til studerende MEPI, studere ved afdelingen for "Computer Medical Systems." Det kan være nyttigt at studerende på højere uddannelsesinstitutioner undergår uddannelse i medicinske-tekniske specialer og specialer, studerende på medicinske universiteter.

Anmelder Dr. Phys.-Mat. videnskaber, prof. S.A. Voronov © Moscow Engineering Fysik Institut ISBN 978-5-7262-1141-1 (State University), 2009

INDHOLD

Kapitel 1. Elektromagnetisk stråling

1.1. Den bølge karakter af elektromagnetisk stråling. 10

1.2. Grundlæggende begreber i kvantemekanik

Kapitel 2. Radiobølger

2.1. Kernemagnetisk resonans

2.2. Kernemagnetisk resonansbilleddannelse. 31 2.3. NMR-tomografer

2.4. Anvendelse af NMR-tomografi i medicin

Kapitel 3. Optisk rækkevidde af elektromagnetisk stråling

3.1. Infrarød stråling

3.1.1. Generelle egenskaber ved IR

3.1.2. IR-kilder

3.1.3. IR-modtagere

3.1.4. Anvendelsen af ​​infrarød stråling i medicin

3.2. Ultraviolet stråling

3.2.1. Generelle egenskaber

3.2.2. UV kilder

3.2.3. UV-modtagere

3.2.4. Anvendelsen af ​​UV-stråling i medicin

3.3. Synlig stråling

3.3.1. Generelle egenskaber ved VI

3.3.2. Kilder til VI

3.3.3. VI modtagere

3.3.4. Det menneskelige øje som modtager af lysstråling

3.3.5. Optiske instrumenter

3.3.6. Spektrometri af optisk stråling. 101 3.3.7. Brugen af ​​VI i medicin

Kapitel 4. Laserstråling

4.1. Fysisk basis for laserstråling

4.2. Hovedtyper af lasere

4.3. Brug af lasere i medicin

Kapitel 5. Røntgenbilleder

5.1. Generelle egenskaber ved RS

5.2. RI kilder

5.3. RI detektorer

5.5. Fundamentals of computed x-ray tomography. 140

5.6. Røntgen-tomografi

5.7. Anvendelsen af ​​RI i medicin

Kapitel 6. Gamma stråling

6.1. Generelle egenskaber ved GI

6.2. Interaktionen af ​​gammastråling med et stof. 153

6.3. Naturkilder til gammastråling

6.4. Kunstige gamma kilder

6.5. Gamma strålingsdetektorer

6.6. Erhvervelse af billeder ved hjælp af radioisotoper. 176

6.7. Emission computertomografi

6.8. Positron emission tomografi

6.9. Anvendelsen af ​​gammastråling i medicin

Kapitel 7. Elementære partikler

7.1. Generelle egenskaber ved elementære partikler, der anvendes i moderne medicin

7.2. De vigtigste processer for interaktion mellem ladede partikler med materiale

7.2.1. Ionisering deceleration af ladede partikler

7.2.2. Spredning af ladede partikler

7.3. Kilder til elementære partikler

7.4. Elementære partikel detektorer

7.5. Anvendelsen af ​​elementære partikler i medicin. 211 7.5.1. Elektronmikroskop

7.5.2. Scanningsprobe mikroskop

7.5.3. Proton- og ionstrålebehandling

7.5.4. Neutronterapi

7.5.5. Neutron capture-behandling

Kapitel 8. Ultralydsstråling

8.1. Generelle egenskaber ved ultralyd og dets medicinske anvendelser

8.2. Parametre for ultralydfeltet og de grundlæggende love for udbredelse af ultralydsbølger

8.3. Egenskaber ved ultralyd

8.3.1. Ultralyd Direktiv

8.3.2. Fokuserende ultralyd

8.3.3. Ikke-lineære ultralydseffekter. 252 8.3.4. Akustisk Doppler Effekt

8.4. Ultralydkilder og modtagere

8.4.1. Hovedtyperne af piezoelektriske ultralydstransducere

8.4.2. Ultralydskoncentratorer

8.4.3. Ultralyd-fokuserende elementer

8.4.4. Modtagende gitter af piezoelektriske transducere. 261

8.5. Interaktion af ultralyd med det biologiske miljø

8.5.1. Indflydelse af biologiske vævskarakteristika på ultralydfeltparametre

8.5.2. Effekt af ultralyd på det biologiske miljø

8.5.3. Sikkerhedskriterier for brug af ultralyd i medicin

8.6. Ultralyd Medicinsk Introscopy og Diagnostics

8.6.1. Ekko-pulsvisualisering og målemetoder

8.6.2. Doppler billedbehandling og målemetoder

8.6.3. Andre metoder til ultralydsbilleddannelse. 291 8.6.4. Anvendelsesområdet for ultralyd billeddannelsesmetoder i medicinsk diagnostik. 294 8.6.5. Ultralyd diagnostiske enheder. 301 8.6.6. Stedet for ultralyd i medicinsk billeddannelse

Forord

Introscopy er en visuel observation af objekter, fænomener og processer i optisk uigennemsigtige organer og medier, samt i forhold til ufuldstændig synlighed. Visualisering betyder omdannelsen af ​​et usynligt strålingsfelt af en genstand til et synligt billede.

I moderne medicin, til visualisering af billeder af forskellige objekter, anvendes praktisk taget hele spektret af elektromagnetisk stråling, der strækker sig fra radiobølger til hård gammastråling. Ved hjælp af elektromagnetisk stråling er det muligt at få et billede af både den ydre og den interne struktur af objektet under studiet. For eksempel anvendes røntgenstråler til at opnå et visuelt billede af knogler og andre biologiske væv, mens pulserende radioemissioner i atommagnetisk resonans (NMR) tomografi bruges til at opnå billeder af knogle eller hjerne, som er lukket fra næsten alle sider af knoglevævet. Billedet af objekter i det optiske område under hensyntagen til hele farveskalaet indeholder information om form af biologiske væv, deres temperatur, blodpræparat, lokalisering af inflammatoriske områder mv.

Ved hjælp af moderne optiske mikroskoper er det muligt at studere mikroobjekter med dimensioner på ca. 200 nm (grænsen bestemmes af bølgelængden af ​​synlig stråling). Elektron- og scanningssonde-mikroskoper med en rumlig opløsning af flere nanometre gør det muligt at undersøge individuelle molekyler og atomer af objekterne under undersøgelse. De kan bruges til at studere mekanismerne for biokemiske processer på niveauet af gener og proteinmolekyler.

Sammen med elektromagnetisk stråling, i dag i medicinsk introskopi, anvendes ultralydsstråling i vid udstrækning, hvor det med næsten ingen negative konsekvenser for patienten er muligt at få et billede af sine indre organer. Ultralyd diagnostiske enheder anvendes mest i obstetrik, kardiologi, urologi og flere andre områder af moderne medicin.

Hvert år i praksis med medicinsk introskopi ekspanderer brugen af ​​radioaktive isotoper. Deres indføring i menneskekroppen i mikroskopiske (næsten harmløse) mængder giver dig mulighed for at få et billede af de indre organer og deres individuelle strukturer.

Moderne medicinsk introskopi bruger også bjælker af neutrale og ladede partikler (neutroner, protoner, elektroner osv.), Som længe har været anvendt i eksperimentel fysik til at studere stoffets struktur. Disse partikler anvendes nu i medicin, både til forebyggelse af forskellige sygdomme, og med henblik på introskopi. Især kan man bemærke succesen med brugen af ​​tunge ionstråler til forebyggelse af forskellige onkologiske sygdomme eller neutroner for at opnå tomografiske billeder.

I øjeblikket forekommer der virkelig revolutionerende processer i medicinsk introskopi på grund af den hurtige udvikling af moderne computerteknologi. På deres grundlag oprettes et fundamentalt nyt medicinsk udstyr, hvorved det er muligt at gennemføre lovende metoder til visualisering af statiske og dynamiske billeder med deres efterfølgende behandling. Det er takket være den fænomenale hastighed af databehandling ved hjælp af moderne computere, at det er muligt at implementere forskellige matematiske metoder (nogle af dem blev udviklet i begyndelsen af ​​det sidste århundrede) og at modtage tredimensionale statiske og dynamiske billeder af genstande i realtid skjult fra det menneskelige øje.

Fremskridt i udviklingen af ​​medicinsk introskopi er resultatet af at kombinere resultaterne fra forskellige videnskabelige områder: medicin, fysik, matematik, kemi, elektronik, computerteknologi mv. Hvert år øges mængden af ​​videnskabelig viden i forbindelse med udvikling af medicinsk introskopi stadigt og opgaven med at uddanne professionelt personale til oprettelse, vedligeholdelse og drift af moderne medicinsk diagnostisk udstyr er af særlig betydning. Niveauet af omfattende uddannelse af moderne specialister vil i høj grad bestemme udviklingen i de vigtigste retninger for medicinsk introskopi.

Under disse betingelser er manualen, som indeholder en tilgængelig og kompakt præsentation af de fysiske grundlag for dette medicinske felt, af særlig betydning. De bøger, der i øjeblikket bruges til disse formål, er enten for specielle eller er kun dedikeret til private forhold, hvilket gør det ekstremt svært at studere dette område af medicinsk fysik. På baggrund heraf har forfatterne sat sig til opgave at oprette en studievejledning, der giver en omfattende gennemgang af de vigtigste aspekter af moderne medicinsk introskopi, herunder dets fysiske grundlag og implementeringsmetoder til specifikke applikationer.

Denne vejledning er skrevet på grundlag af generelle og særlige kurser i fysik, der læses af forfatterne til studerende fra forskellige specialiteter fra Moscow Engineering Physics Institute. For at sikre at manualen var nyttig for en bred vifte af læsere, forsøgte forfatterne at opnå en kombination af konsistens og fuldstændighed af præsentationen med tilgængelighed og kortfattethed. I den forbindelse blev de matematiske beregninger af mange af de behandlede spørgsmål udeladt.

Det første kapitel giver et kort overblik over moderne begreber elektromagnetisk stråling baseret på bølge- og kvantefysik.

I kapitlerne 2 til 6 overvejes forskellige områder af elektromagnetisk stråling, egenskaber, kilder og modtagere af stråling samt deres anvendelse i medicinsk introskopi.

Det syvende kapitel giver et kort overblik over de grundlæggende egenskaber ved elementære partikler, der anvendes til medicinsk introskopi, deres kilder og de tilsvarende detektorer, og de medicinske aspekter ved deres anvendelse overvejes.

Det ottende kapitel er afsat til ultralydsstråling, dets egenskaber, interaktion med biologiske væv og anvendelse i medicinsk praksis.

Forfatterne håber, at denne bog vil være nyttig for en bred vifte af specialister involveret i oprettelse og anvendelse af forskellige udstyr til medicinsk introskopi, samt til studerende på højere uddannelsesinstitutioner, der er interesseret i moderne medicinsk introskopi og dets applikationer.

Referencelisten indeholder bøger, der blev brugt til at skrive denne vejledning, og som kan anbefales til en dybere undersøgelse af de pågældende emner.

Forfatterne er opmærksomme på, at resultatet af deres arbejde er langt fra perfekt og derfor vil være dybt taknemmelig for alle, der anser det muligt at udtrykke deres ønsker og kritiske kommentarer til denne vejledning.

Forfatterne er taknemmelige for deputerede af afdelingen for afdelingen "Computer Medical Systems" MEPI, lektor, Ph.D. E.YU. Berdnikovich og lektor, ph.d. AN Pronichev til den frugtbare diskussion af denne vejledning og hjælp til forberedelsen af ​​dens offentliggørelse, leder af den funktionelle diagnostik afdeling på klinisk hospital nr. 83 fra Fudural Medical-Biological Agency (FMBA i Rusland) T.V. Krutova og leder af den funktionelle diagnostik afdeling på det kliniske hospital nr. 85 fra det russiske føderale medicinsk og biologiske kontor professor P.V. Struchkov til de viste illustrative materialer opnået ved hjælp af moderne introskopisk udstyr.

Kapitel 1. ELEKTROMAGNETISK RADIATION Undersøgelsen af ​​metoder til medicinsk introskopi er umulig uden moderne ideer om den fysiske karakter af elektromagnetiske og andre former for stråling.

Bølge- og kvantteorier i dag med høj nøjagtighed beskriver processer for udbredelse af forskellige typer stråling og deres interaktion med mediet, hvilket direkte bekræftes af mange eksperimenter. De væsentligste punkter og konklusioner af disse teorier giver et grundlag for at forstå de fysiske fænomener, der anvendes i moderne introskopi. I den henseende synes det hensigtsmæssigt at give en kort gennemgang af de generelle principper for bølge- og kantteorien om elektromagnetisk stråling, inden de begynder at fremlægge hovedmaterialet i denne vejledning.

1.1. Den bølge karakter af elektromagnetisk stråling

I overensstemmelse med moderne fysiske begreber er elektromagnetisk stråling processen med udbredelse af elektromagnetisk energi i rum og materie. Denne stråling har både bølge- og corpuskulære egenskaber, og graden af ​​manifestation af disse egenskaber afhænger i høj grad af strålingsenergien.

Spektret for elektromagnetisk stråling strækker sig fra radiobølger til hård gammastråling. Afhængig af arten af ​​forekomsten og arten af ​​interaktionen med stoffet er elektromagnetisk stråling opdelt i en række områder. I fanebladet. 1.1 viser hovedtyperne af elektromagnetisk stråling, angivet bølgelængdeområderne og de tilsvarende energiværdier.

Det skal bemærkes, at grænserne for disse områder ikke har nøjagtige værdier og er betingede. For eksempel til synligt lys bestemmes de ved at middelværdige resultaterne af talrige målinger af øjets lysfølsomhed hos forskellige mennesker. Hvad angår røntgen- og gamma-stråling, overlapper deres energibehov i tilstødende områder delvis. I dette tilfælde bestemmes forskellen mellem røntgenfotoner og gammakvanta kun ved arten af ​​deres forekomst.

Hvert område af elektromagnetisk stråling er i sin tur opdelt i separate energiformer, som bestemmes af de særlige forhold i samspillet mellem disse strålinger med materie. Radiobølger er for eksempel opdelt i lange, mellemstore, korte, meter, deci, centimeter, millimeter og forbigående.

Ud fra bølgeteoriets synsvinkel er elektromagnetisk stråling en elektromagnetisk bølge, der formeres i vakuum ved lysets hastighed. Oscillationerne af de elektriske feltstyrker E og magnetiske H-felter forekommer i gensidigt vinkelrette planer. Krydsningen af ​​disse plan er parallelt med udbredelsesretningen af ​​en elektromagnetisk bølge. En skematisk repræsentation af en plan elektromagnetisk bølge, der formerer sig i x-retningen, er vist i fig. 1.1.

Lysbølgelængden i et medium med brydningsindekset n er relateret til bølgelængden i vakuum 0 ved forholdet = 0.

n Fremgangsmåderne til excitation af tvungen oscillationer af molekylære eller atomelle elektroner i mediet under virkningen af ​​en hændelseselektromagnetisk bølge fører til excitering af sekundære elektromagnetiske bølger. Tilsætningen af ​​indfaldende og sekundære elektromagnetiske bølger under hensyntagen til deres absorption i mediet bestemmer den resulterende elektromagnetiske bølge og dens videre udbredelse. Bølge teorien tillader os især at forklare lovene om spredning, polarisering, refleksion, transmission og absorption af elektromagnetisk stråling i et stof.

Baseret på bølgekonceptene af typen elektromagnetisk stråling kan man finde refleksions- og transmissionskoefficienterne for en elektromagnetisk bølge i medier med et relativ brydningsindeks n12. For eksempel, i det normale efterår af elec

Elektromagnetiske bølger, der støder på nogen kroppe på vej, sætter pres på dem:

P cos p = (1 + k), c hvor P er energien af ​​elektromagnetisk stråling indfaldende på en bestemt overflade af et enhedsareal i 1 s; - indfaldsvinkel for stråling k er refleksionskoefficienten.

Den lyseste bølge natur af elektromagnetisk stråling manifesteres i sådanne fysiske processer som interferens, diffraktion og polarisering.

Interferens er et fysisk fænomen, der er forbundet med omfordeling af lysstrømmen i rummet, når overlejrede kohærente lysbølger resulterer i maksima på nogle steder i rummet og intensitetsminima i andre.

Sammenhæng betyder det koordinerede forløb af flere oscillatoriske eller bølgeprocesser. Overvej temporal og rumlig sammenhæng.

Temporal kohærens er forbundet med ændringshastigheden af ​​bølgefasen. I dette tilfælde kaldes den tid, hvor den tilfældige ændring i fase af bølgen (t) når en værdi af ordren, kaldes kohærens-tiden. I løbet af denne tid svinger oscillationen som om "glemmer" sin oprindelige fase og bliver usammenhængende i forhold til sig selv.

Rumlig sammenhæng er forbundet med scatteringen af ​​retningen af ​​bølgevektoren k af individuelle sektioner af bølgeoverfladen, som udsender bølger med forskellige faser. For strålekilder indføres et sådant koncept som længden af ​​rumlig sammenhæng, defineret som afstanden mellem individuelle dele af den udstrålende overflade, for hvilken tilfældig faseændringen når en værdi.

I modsætning til konventionelle lyskilder har lasere en enorm temporal og rumlig sammenhæng. Ved laserudgangen observeres rumlig sammenhæng i hele tværsnit af lysstrålen.

Den resulterende intensitet af to kohærente bølger bestemmes af udtrykket I = I1 + I2 + 2I1 I2 cos (1 2).

Tilstanden for forekomsten af ​​interferensmaksima og minima bestemmes af den optiske vejforskel for elektromagnetiske bølger med en bølgelængde på 0:

max ved = ± m0 og min ved = ± (m + 1/2) 0 (m = 0, 1, 2,...).

På basis af interferensfænomenet blev der skabt forskellige interferometre, som i vid udstrækning anvendes i spektroskopi for at studere spektrale linjers fine struktur. Interferens som følge af refleksion fra tynde film anvendes også til udvikling af belagt optik.

Diffraktion er et sæt fænomener, der observeres under udbredelsen af ​​elektromagnetisk stråling i et medium med skarpe inhomogeniteter. Der er ingen signifikant fysisk forskel mellem interferens og diffraktion.

D Polarisering er en grundlæggende egenskab ved elektromagnetisk stråling, som består af en bestemt orientering af vektoren af ​​bølgeintensitet vinkelret på retningen af ​​dens udbredelse. Naturligt lys er upolariseret.

Planar-polariseret lys kan opnås fra det naturlige ved hjælp af apparater kaldet polarisatorer. Disse anordninger transmitterer frit svingninger parallelt med planet, hvilket kaldes polarisationsplanet.

1.2. Fundamentals of Quantum Mechanics

r sin 2 r For en elektron, der er placeret inden for et atom, bestemmes energien i den første tilnærmelse kun af hovedkvantumet m e4 Z 2 En = e 2 2, 2 n hvor n tager værdier n = 1, 2, 3,....

Den bølgefunktion, der beskriver tilstanden af ​​en elektron i et atom, er kendetegnet ved fire kvante tal:

1 - hovedkvantumet n (n = 1, 2, 3,...);

2 - kredsløbskvantum l (l = 1, 2, 3,..., n);

3 - magnetisk kvantum m (m = 0, ± 1, ± 2, ± 3,..., ± 1);

4 - spin kvantum ms (ms = ± 1/2).

Ifølge kvantemekanikernes love i samme atom (eller i et hvilket som helst kvantesystem) kan der ikke være to elektroner med det samme sæt af fire kvante tal (Pauli-princippet). Derfor kan der i stater med en given værdi af n ikke være mere end 2n2 elektroner i atomet.

Elektroner med de samme værdier af hovedkvantumet n danner separate skaller, der hver især er betegnet med bogstaverne K, L, M,.... Elektroner med samme n og l danner subshells, betegnet af indekserne s, p, d, f,..., som svarer til de orbitale kvante tal l = 0, 1, 2, 3,....

Kvantificering af fælles karakteristika (energi, mekaniske og magnetiske øjeblikke, spins osv.) Er iboende ikke kun for elektroner, men også for andre elementære partikler. Deres energilande i kerner, atomer og molekyler bestemmes også af kvantemekanikernes love og er beskrevet af de tilsvarende bølgefunktioner.

Fordelingen af ​​sandsynlighedstætheden for at finde en elektron på en afstand r fra kernen kan bestemmes ud fra udtrykket = 4 r 2 2 dr, hvor bølgefunktionen er en opløsning af Schrödinger-ligningen.

Som et eksempel på fig. 1.2 viser de beregnede fordeling for bølgefunktionerne med: 1) n = 1, l = 0; 2) n = 2, 1 = 1;

3) n = 3, 1 = 2 - med hensyn til radius r. Per stordriftsenhed for

I tilfælde af absorption af stråling med en kvantenergi E = h12, gør atomet overgangen fra energistatien E1 til E2, og når de udledes, tværtimod - i overensstemmelse med overgangsordningerne vist i fig. 1.3.

Fig. 1.3. Skemaet for overgange under emission og absorption af en foton Sammen med absorption og emission af elektromagnetiske bølger, er der i overensstemmelse med de betragtede ordninger stimuleret stråling (induceret), som er forårsaget af ekstern stråling. I dette tilfælde passerer kvantesystemet fra energitilstanden E2 til E1 og udsender det tilsvarende kvantum, og energien af ​​et kvantum af ekstern stråling ændres ikke. Induceret stråling er grundlaget for dannelsen af ​​laserstråling.

Kvantemteori forklarer de komplekse absorptions- og emissionsspektre for forskellige atomer og molekyler samt processerne for formering og interaktion af elektromagnetisk stråling med stof. En detaljeret præsentation af fundamentet for kvantemekanik findes i uddannelses- og speciallitteratur.

I den yderligere præsentation af materialet vil vi henvise til de enkelte konklusioner af bølge- og kvantteori for nærmere at se nærmere på nogle aspekter af de fysiske fænomener, der anvendes til medicinsk introskopi.

Kapitel 2. RADIO WAVES

Som tidligere nævnt er radiobølger elektromagnetisk stråling med en bølgelængde fra 5 10-5 til 1010 m og frekvenser fra 6 1012 til flere hertz. I naturen er der naturlige kilder til radiobølger, der har frekvenser i hele det specificerede område. Disse omfatter alle opvarmede kroppe, stjerner, herunder vores sol, galakser og metagalakser, individuelle rumobjekter (pulsarer). Radioemission forekommer også i et ophidset ionosfærisk plasma eller under lynnedslip i atmosfæren.

Elektromagnetiske bølger med en bølgelængde på flere hundrede centimeter blev først opnået i eksperimenterne fra den tyske fysiker G. Hertz i 1888. Russisk ingeniør A.S. Popov for første gang (1895 - 1899) anvendte elektromagnetiske svingninger på (102-2 104) cm til trådløs kommunikation på afstand.

I radioteknologi er elektromagnetiske bølger skabt af forskellige højfrekvente kredsløb af elektriske oscillationer, hvis energi udstråles i frit rum ved anvendelse af specielle antenner. Registrering af radiobølger udføres af modtageantenne, hvor elektroner kommer i oscillatorisk bevægelse under virkningen af ​​ekstern elektromagnetisk stråling, dvs. en højfrekvent strøm opstår i den. De tvungne elektriske oscillationer, som dannes i modtageantennen, der er indstillet til resonans med de optagne elektriske oscillationer, filtreres og amplificeres derefter. I dag er radioudstyr skabt, der muliggør generering, udstråling og modtagelse af radiobølger i stort set alle ovennævnte bølgelængder.

Som du ved, bruges radiobølger mest til at transmittere information trådløst over store afstande.

Ved hjælp af radiobølger er radio og fjernsyn. Brugen af ​​højtgående strålebjælker giver detektion, identifikation og sporing af bevægelige objekter (radar).

Radiobølger bruges også til at studere materiens struktur og forskellige mediers egenskaber. Især ved hjælp af radiobølgerne diagnostiseres ionosfæren, og processerne der forekommer i det observeres.

I rumkommunikationen og radiolokaliseringssystemet har der i de sidste 10-15 år været en overgang fra meter til decimetriske og centimeterbølger, og den intensive udvikling af millimeterbølger er begyndt.

Disse bølgelængder svarer til frekvenser fra 300 MHz til 300 GHz, og de kombineres i et separat ultrahøj frekvensbånd (UHF). I dette område er det muligt at koncentrere elektromagnetisk stråling ind i en smal stråle, som giver dig mulighed for at skabe meget økonomiske kommunikationssystemer og radarstationer til at registrere og spore et mål. Mikrobølge stråling passerer frit gennem de ioniserede lag i atmosfæren, hvilket sikrer dets anvendelse til rumkommunikationssystemer. For den kortbølgende del af mikrobølgeområdet er der dog observeret en signifikant dæmpning af denne stråling, når de formeres i atmosfæren på grund af absorption ved vanddamp og ilt såvel som spredning af partikler suspenderet i atmosfæren.

På den anden side anvendes den stærke absorption af mikrobølgestråling i kortbølgebredsen i vid udstrækning til opvarmning af forskellige stoffer indeholdende store mængder vand og især til at forberede eller forvarme mad.

I øjeblikket er radiobølger meget udbredt til medicinske formål. Skabte adskillige radiostyrede miniatureprober, der anvendes til diagnostiske eller terapeutiske formål. Overførslen af ​​information fra disse sonder og deres kontrol udføres ved hjælp af radiokommunikationssystemer.

Som allerede nævnt er det muligt at opvarme vandholdige stoffer ved brug af mikrobølgestråling, og denne egenskab anvendes i vid udstrækning i fysioterapi til behandling af biologiske væv ved dyb opvarmning.

En af de mest interessante anvendelser af radiobølgestråling til medicinsk introskopi er kernemagnetisk resonansbilleddannelse (NMR). De generelle principper for implementeringen af ​​NMR-tomografi og dens anvendelse i medicinsk introskopi diskuteres i de følgende afsnit.

2.1. Kernemagnetisk resonans

Der henvises til den simple regelmæssighed, der forbinder kernens centrifugering med dens masse nummer A. Alle kerner med lige A har et heltalspin, kerner med ulige A har et halvt heltal spin. Spins og magnetiske øjeblikke af protoner og neutroner i kernerne er næsten fuldstændigt gensidigt kompenseret. For lige jævne kerne er for eksempel spin og magnetiske øjeblikke nul. Den gensidige kompensation af spins og magnetiske øjeblikke i kernen er resultatet af atomkrafternes spinafhængighed.

Kerner med ikke-nul-spin og magnetisk moment kan interagere med eksterne magnetfelter. Det er denne form for interaktion, der er grundlaget for NMR-fænomenet, som anvendes i metoderne for NMR-tomografi.

Fænomenet magnetisk resonans skyldes magnetiske øjeblikke af elektroner eller atomkerner. Den vigtigste proceskarakteristika for magnetisk resonans er præcessionen af ​​de magnetiske øjeblikke af elektroner eller atomkerner placeret i et magnetfelt.

En atomkerne med spin I i et statisk magnetfelt med induktion B0 danner et kvantesystem med 2I + 1 energiniveauer. Hvert niveau er kendetegnet ved et magnetisk kvantum m, som kan tage en af ​​2I + 1 værdierne i sine egne stater: I, I - 1,..., - (I - 1), - I. Atomkerner med spin I = 1/2, såsom 1H, 13C, 19F og 31P, danner et kvantesystem bestående af kun to dellevner. Energiforskellen mellem disse delniveauer er proportional med induktionen af ​​det eksterne magnetfelt B0:

E = E (+1/2) - E (-1/2) = 0, B0 = hvor er det gyromagnetiske forhold for atomkernen med spin I = 1/2;

dvs. forholdet mellem det magnetiske øjeblik for kernen og dets vinkelmoment:

/ I; 0 er den cykliske frekvens af elektromagnetisk stråling emitteret eller absorberet under overgang af spinsystemet fra den ene underdel til den anden.

I overgangen fra et energiniveau til et andet opstår elektromagnetisk stråling polariseret i et plan vinkelret på B0.

Ved stuetemperatur er forholdet mellem populationerne af de to dellevner meget lille og er kun 10-5 i et magnetfelt med en induktion på 1 T.

De magnetiske øjeblikke i M atomkerner gør en præcession omkring vektoren B0 (figur 2.1) med en frekvens L = B0, som hedder Larmor.

I et ensartet statisk magnetfelt forbereder alle atom-magnetiske øjeblikke i prøven næsten samme frekvens, men faser af denne bevægelse er forskellige. Derfor fremspringer de magnetiske øjeblikke af kernerne på et plan vinkelret på B0 "slukket" hinanden.

De ikke-nulkomponenter af de magnetiske øjeblikke styres langs eller imod magnetfeltet, afhængigt af orienteringen af ​​atomkernens magnetiske øjeblik i forhold til hinanden. 2.1. Drejningsordningen for det magnetiske øjeblik af kernen i et eksternt magnetfelt.

relativt magnetisk For protoner er den resulterende vektor af B0-feltet for nuklear magnetisering M0 parallel med B0. Magnetisering er en karakteristik af en makroskopisk krops magnetiske tilstand, og i tilfælde af en ensartet magnetiseret krop defineres det magnetiske moment pr. Enhedens volumen af ​​kroppen. Så kan den nukleare magnetisering M0 af et enhedsvolumen af ​​en makroskopisk prøve udtrykkes som:

M0 = N2 + 1) B0 / 3kT, 2I (I hvor N er antallet af kerner, der oplever resonans i et enhedsvolumen.

Under statiske forhold skaber den makroskopiske magnetiseringsvektor af prøven M 0 ikke signaler, der kunne registreres af en elektronisk eller radioteknisk indretning. Kun når man interagerer med elektromagnetisk stråling indeholdende frekvenskomponenter nær Larmor-frekvensen eller under virkningen af ​​hurtige ændringer i retningen af ​​det eksterne magnetfelt, er det muligt at detektere prøvemagnetisering ved hjælp af forskellige elektroniske enheder.

Oftest måles en prøve placeret i et statisk ensartet magnetfelt over en radiofrekvens (RF) på tværs af B0-feltet med en amplitude af magnetfeltet BlB0 og en cirkulær frekvens L. Den magnetiske komponent i et cirkulært polariseret RF-felt, der roterer retning af præcessionen af ​​atom magnetiske øjeblikke, kommer i resonans med denne præcession.

Samspillet mellem det resonante elektromagnetiske felt med det magnetiske øjeblik af kernen kan forklares under anvendelse af fig. 2.2.

Det magnetiske øjeblik for kernen placeret i B0-feltet gør en præcession omkring retningen af ​​dette felt med Larmor-frekvensen L. RF-feltet Bl, vinkelret på feltet B0, kan nedbrydes i to cykliske felter, som roterer modsat hinanden. Effekten af ​​en af ​​dem (roterende mod Larmor precession) er gennemsnittet over tid og fra den anden (roterende i samme retning) som "akkumuleres" med tiden.

Denne akkumuleringseffekt er synlig fra fig. 2.2, hvor to positioner af vektorerne og Bl er vist for tidernes tid t og t + T / 2 (efter en halv periode). Under RF-feltets virkemåde som følge af interaktionen (tilsætning) af vektorer og Bl vil retningen af ​​vektoren ændre sig i en bestemt retning (i retning af stigende eller faldende vinkel). Som et resultat af denne effekt vil en del af de magnetiske dipoler vise sig at være en omorientering. 2.2. Interaktionsordningen er orienteret.

Hvis RF-feltet Bl ved et vinkel-RF-felt med et magnetisk øjeblik for kernefrekvensen L tændes for en endelig tid t, vil magnetiseringsvektoren MO vende sig gennem en vinkel bestemt af feltet Bl og varigheden af ​​dens virkning t:

Der er to typer nuklear præcession: tvunget, som observeres i RF-feltet og gratis, som registreres, når RF-feltet, Bl. Er slået fra. For at indlede forskellige transienter anvendes flere grundlæggende typer af RF-impulser:

1) / 2 - impuls, under hvilken aktionen M0 roterer i en vinkel på 90 ° i forhold til z-aksen;

2) - puls, ved hvilken enden af ​​vektoren M0 drejes med en vinkel på 180 ° i forhold til z-aksen.

Efter slukning af feltet Bl forløber magnetiseringsvektoren M 0 frit. Denne præcession er fastgjort af den elektriske strøm, som induceres i induktoren med en akse vinkelret på retningen af ​​det eksterne magnetfelt B0. Frekvensen af ​​præcessionen falder sammen med frekvensen af ​​Larmor. I det tilfælde, hvor feltet Bl er ensartet over prøven, bestemmes den elektromotoriske kraft (EMF) fra prøven med volumen V af udtrykket d EMF = (BlM) dV L (Bl) xy MV cos (Lt), dtV hvor (Bl) xy er komponenten radiofrekvensfelt i xy-planet.

Efter afslutningen af ​​RF-pulsen er den ændrede prøvemagnetisering ustabil og falder med tiden i den indledende ligevægtstilstand. Forfaldsprocessen vil forekomme eksponentielt med en hastighed bestemt af termisk kobling med objektets strukturelle gitter og udveksling af magnetisk energi mellem de exciterede og uudtrukne partikler. To typer af energiforfald kaldes "spin-gitterdefald" (med T1-tidskonstant) og "spin-spin decay" (med T2-tidskonstant). Disse tidskonstanter er ret store (fra nogle få millisekunder til et par sekunder), og de afhænger af partiklernes type og det omgivende materiale. Værdierne for T1 og T2 kan bestemmes ved at ændre tiden mellem RF-impulser og deres effekt (svarende til en drejning på 90 og 180 grader) samt ændring af modtagelsesspolenes placering.

Efter eksponering for en kort RF-feltpuls passerer systemet med magnetiske øjeblikke ind i en tilstand med en invers befolkning, som derefter falder med en overgang til den indledende ligevægtstilstand ifølge loven:

M (t) = M 0 [1 2exp (t / T1)], hvor T1 er spin-gitterets afslapningstid for resonanstilstanden med frekvens L.

Efter påføringen af ​​2-puls RF-feltet undergår magnetiseringen M0, der roteres af en sådan puls i xy-planet, et decay i tid i overensstemmelse med loven:

M (t) = M 0 exp (t / T2), hvor T2 er spin-spin-afspændingstiden for den observerede resonans med frekvens L.

Ved at anvende / 2 og RF signaler med bestemte tidsfordelinger, der tager hensyn til aflastningstiderne af resonanstilstandene T1 og T2, genereres et "spin-ekkosignal", som når sin maksimale værdi ved tidspunkt 2t efter impulsen, og som ligner et fri induktionsforfaldssignal (FID) på begge sider af maksimumet. Enten (nogen) halv eller begge halvdele af spin-ekkosignalet registreres som en elektromagnetisk strålingspuls (figur 2.3).

Fig. 2.3. Spin ekkosignalformningskredsløb

Således påvirker resonante radiofrekvens magnetfelt i en prøve anbragt i et statisk magnetfelt B0, kan man ændre orienteringen af ​​det magnetiske moment af kernen som følge af relaksationsprocesser efter afslutningen af ​​RF-feltet for at modtage feedback fra de exciterede kerner i form af elektromagnetisk stråling som en "spin-ekko" signal som skaber en induceret elektrisk strøm i magnetiske spoler placeret omkring objektet under undersøgelse.

Processerne for afslapning af magnetiske partikler efter virkningen af ​​excitations-RF-pulsen, karakteriseret ved genopbygningstiderne af signalerne T1 og T2, kan studeres mere detaljeret ved hjælp af forskellige gatinganordninger. De giver dig mulighed for at akkumulere signaler relateret til en bestemt fase af opsving,

Virkningerne af kernemagnetisk resonans for hver af disse elementer kan måles, hvis prøverne placeres i et apparat med et ensartet magnetfelt med en varierende eksitationsfrekvens for RF-feltet.

Følgende spørgsmål opstår ofte: Hvad sker der med atomernes elektroner, når der anvendes et eksternt elektromagnetisk felt på dem; Opretter de elektromagnetiske signaler samtidigt med atomkerner og hvordan man deler disse signaler? Svaret er som følger. Faktisk er elektronerne der er til stede i hvert atom underlagt virkningerne af et konstant eksternt magnetfelt B0, og deres spins og magnetiske øjeblikke er også lineært langs magnetfeltet. Men når de udsættes for RF-feltet, ændres deres tilstand ikke, da den elektroniske elektroners indre resonansfrekvens ligger i et helt andet frekvensområde.

Således producerer elektroner ikke spin-ekkosignaler, i modsætning til kerner, for hvilke det anvendte resonans-RF-felt svarer til deres egen Larmor-frekvens.

2.2. Kernemagnetisk resonansbilleddannelse

Indtil videre har effekten af ​​et resonant RF-felt på en magnetiseret prøve været overvejet for at danne dets respons i form af spin-ekkosignaler. For at opnå et tomografisk billede af en genstand er det nødvendigt at udøve en sådan effekt på et objekt for at forårsage et resonansrespons af dets individuelle elementer i volumen V med koordinater x, y og z eller individuelle bånd af bredde l i en af ​​genstandene af objektet.

For at opnå et spin-ekko fra et bestemt afsnit af en genstand anvendes en særlig teknik, der består i, at der sammen med et ensartet og konstant magnetfelt B0z også anvendes et yderligere magnetfelt med en lille lineær gradient Gz. Når en objekt bestråles med et radiofrekvensfelt, indtræder atomer af kun den del af objektet, for hvilket Larmor-rotationsfrekvensen svarer til magnetfeltet B = B0z + Gzz, falder sammen med frekvensen af ​​en ekstern RF-puls, ind i en resonans.

For at præcisere tildelingen af ​​et særskilt afsnit af objektet under undersøgelse henvises til fig. 2.4.

Fig. 2.4. Ordningen med udvælgelse af individuelle lag af objektet under undersøgelse.

Lad det konstante magnetfelt B0z med en lineær gradient Gz rettes langs Z-aksen. Når de så udsættes for et eksternt RF-felt med en resonansfrekvens svarende til magnetfeltet B = B0z + Gz z, bliver atomerne omgivet af et tyndt lag af materiale z vinkelret på Z-aksen og placeret i en højde z.

Tykkelsen af ​​resonanslaget bestemmes af den samlede bredde af den magnetiske resonanslinie (linjebredden af ​​den nukleare magnetiske resonans (NMR)) og gradienten af ​​magnetfeltet Gz:

Gz Vi estimerer tykkelsen af ​​resonanslaget z for NMR af protoner i en væske.

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

1 Hz; B0 z 1 T, = = B 2 B0 z Så er resonanslagets bredde 2 mm.

På lignende måde er et magnetfelt spændt med en lille magnetisk gradient Gy langs Y-aksen. I dette tilfælde er den bestemte og forudvalgte værdi af magnetfeltet kun sat i skæringen mellem tynde sektioner z og y (magneten af ​​magnetfeltet over og under disse sektioner vil være anderledes). Denne særlige hjemmeside vil blive genstand for forskning.

Ved at skabe en specifik sekvens af RF-felter ved RF-induktionsspoler placeret omkring et objekt ved en frekvens svarende til Larmor-frekvensen af ​​bestemte partikler (sædvanligvis hydrogenkerner) kan et spineko af det valgte bånd opnås. Ved at ændre frekvensen af ​​RF-feltet svarende til Larmor-frekvenserne langs Z-aksen, er det muligt at opnå et sæt svar fra individuelle lag med en højde z og en bredde y. Ved at dreje magnetfeltet i en lille vinkel omkring Y-aksen, kan du få svar, som svarer til skiverne drejet rundt om Y-aksen.

Den selektive radio markerer signalerne som om de var fejlinier ortogonale til begge gradientfelter. En mere avanceret modtager (spektrumanalysator) producerer flerkanalsignaler, afhængigt af frekvensen, og overfører dem til en computer.

Således opnås et sæt responser af individuelle bånd af det studerede skive, orienteret i forskellige retninger. Responsen af ​​hvert bånd indeholder integreret information om densitetsfordelingen af ​​resonanskerner. Det fysiske grundlag for NMR-tomografi adskiller sig væsentligt fra røntgen, men den har en typisk struktur, der er egnet til behandling af allerede udviklede beregningsalgoritmer. Ved hjælp af standardmetoder for computertomografi kan du genoprette den oprindelige densitetsfordeling af resonantkerner og opnå et tomografisk billede af det undersøgte skive. En af metoderne til rekonstruktion af et billede fra dets skyggefremskrivninger vil blive overvejet, når der opnås tomografiske billeder ved hjælp af røntgenbilleder i Ch. 4.

Ved hjælp af NMR-introskopi kan man få data om densiteten af ​​resonerende kerner i forskellige dele af objektet under undersøgelse og kortlægge fordelingen af ​​tiderne for spin-gitteret og spin-spin-relaxationerne. Disse oplysninger er indeholdt i NMR spektrene målt ved frekvensscanning i transiente NMR signaler. For at excitere NMR-signalet i forskellige dele af objektet, er det nødvendigt at udføre flere processer, der hurtigt erstatter hinanden. Den karakteristiske varighed af hver af dem er 0,1-1 s, og de styres normalt af en specialiseret computer, der fungerer i henhold til et forudbestemt program.

De aktuelt tilgængelige metoder til opnåelse af NMR-billeder adskiller sig fra hinanden ved hjælp af programmet for forstyrrelse af den makroskopiske magnetisering af prøven, observation af dens udvikling og fjernelse af de oprindelige data til konstruktionen af ​​NMR-billeder. Når en prøve forstyrres, er RF-feltet og gradientmagnetfelterne konstante, reversible eller oscillerende. Radiofrekvensfeltet exciterer doseret, i form af en eller flere korte impulser. For at opnå rumlig selektivitet skal en RF-feltpuls have et komplekst frekvensspektrum.

Der er flere metoder til opnåelse af NMR-billeder, blandt dem projektion-rekonstruktiv NMR-billeddannelse, Fourier-metoder, metoder til selektiv excitation og en række andre.

Fremgangsmåden til selektiv excitation tilvejebringer anvendelse af et magnetfelt med en lineær gradient G i tre retninger:

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

Ved anvendelse af RF-feltet med frekvenser svarende til Larmor-frekvensen af ​​teststoffets V's elementære volumen er det muligt at identificere det tilsvarende spin-ekkosignal, som indeholder information om koncentrationen af ​​protoner i den f.eks.

En mere detaljeret beskrivelse af metoderne for NMR-tomografi findes i speciallitteraturen.

2.3. NMR-tomografer

Begyndende i 1973, da Paul Lauterbur modtog de første NMR-billeder ved hjælp af coigmatografimetoden, blev forskellige typer NMR-introskoper foreslået og udviklet, og et antal virksomheder begyndte at producere kommerciel NMR-billeddannelse til humane studier. I øjeblikket er de førende producenter af dette udstyr firmaer Simens (Tyskland), Tashiba (Japan) og General Electric (USA).

En moderne NMR-tomografi er et komplekst instrumentationskompleks bestående af et system af forskellige magneter, der skaber permanente og gradientmagnetiske felter; et radiofrekvensmodul, der giver patienten en specifik sekvens af radiobølger og styres af en speciel computer; et bevægeligt bord, der bevæger sig og retter patienten databehandlingssystemer, som er en specialiseret højhastigheds-computer med software, et automatiseret kontrolpanel og et bord til operatøren.

Til et eksempel på fig. 2.5 og 2.6 er fotografier af typiske rumlige opløsning NMR tomografer udviklet af General Electric.

Fig. 2.5. System NMR - Fig. 2.6. GE Signa Profil 0.2T GE 1.0T Signa MR / I er et bredt åbent og kraftfuldt system, der giver større ydeevne. Formen og størrelsen af ​​det kompakte, bredt åbne patientmodul giver ham et højt niveau af komfort under studiet.

De vigtigste tekniske egenskaber ved GE 1.0T Signa MR / i NMR Tomography System:

Magnet system Arbejdsfeltstyrke - 1,0 T.

Køling. Afkøling med flydende helium. Forbrug - 0,03 l / time. Det gennemsnitlige brændstofinterval er 3 år.

Gradient system. Den maksimale magnetfeltgradient er 23 mT / m (SmartSpeed), 33 mT / m (HiSpeed ​​+).

Patientbord. Længden af ​​bordet er 211 cm. Omfanget af vandret bevægelse er 244 cm ved en hastighed på 1,29 / 10,26 cm / s. Omfanget af vertikal bevægelse er 69 - 97 cm ved en hastighed på 2,58 cm / s.

Den maksimale patientvægt er 159 kg. Motoriseret borddrev lodret og langsgående.

Operatørkonsol. Monitor - 20 inches. Skærmopløsning - 1280 1024.

Databehandlingssystem. RAM - 512 MB.

Genopbygningshastigheden er op til 100 billeder 256 256 pr. Sekund.

Modtagelse af billeder. Skive tykkelse: tvådimensionel visualisering 0,9 - 20 mm (0,1 mm pitch); tredimensionel visualisering af 0,1 - 5 mm (0,1 mm tonehøjde). Dækningsområdet er 1-48 cm i intervaller på 1 cm.

Strømkrav. Netspænding - 380 V / 50 Hz, tre faser. Maks. Strømforbrug - 50 kW.

Forskningsrum. Minimumsarealet er 33 m værelser, temperaturen er 20-25 ° C, og fugtigheden er 30-60%.

Samlet systemvægt. 3400 kg (inklusive patient).

NMR-tomografen Signa Profile 0,2T er et system med høj opløsning til at undersøge hele kroppen ved hjælp af den nyeste åbne permanente magnet med en magnetfeltstyrke på 0,2 Tl.

Signa Profile 0.2T er designet på en sådan måde, at det giver fri adgang og bekvemmelighed for patienten under forskellige undersøgelser og samtidig højkvalitets diagnostiske billeder.

De vigtigste tekniske egenskaber ved GE Signa Profile 0.2T NMR tomografi system:

Magnet system Arbejdsfeltstyrke - 0,2 TL

Gradient system. Den maksimale gradient af magnetfeltet er 10 mT / m.

Operatørkonsol. Monitor - 19 inches. Skærmopløsning 1280 1024. System - intercom.

Databehandlingssystem. Genopbygningshastigheden er op til ti billeder 256 256 per sekund.

Modtagelse af billeder. Skive tykkelse: todimensional visualisering 2,7 - 20 mm, tonehøjde 0,1 mm; tredimensionel visualisering af 0,5-5 mm (0,1 mm stigning). Dækningsområdet er 6 - 40 cm med et trin på 1 cm.

Det skal bemærkes, at moderne NMR-tomografer kan tilvejebringe tredimensionel visualisering af et objekt med en rumlig opløsning på 0,1-0,5 mm.

NMR-tomografer installeres normalt i værelser, der er afskærmet fra eksterne magnetfelter og radiofrekvensfelter.

Afskæringen udføres ved hjælp af et metalgitter (Faraday bur), som er placeret inde i væggene, loftet og gulvet i de respektive rum.

I øjeblikket produceres også NMR-tomografer af flere indenlandske firmaer. Den førende er NPF AZ, som har mestret den serielle produktion af NMR-tomografer med resistive og permanente magneter med en styrke på 0,2 T.

"RUSSISK FEDERATION UDDANNELSES- OG VIDENSKABSUDVALG Federal Government Budget Establishment of Higher Professional Education" TYUMEN STATE UNIVERSITY "JURIDISK VIDENSKAB Uddannelses- og metodisk kompleks. Arbejdsprogram for studerende i retning af 03.03.03 "Radiofizika", 28.03.01 "Nanoteknologi og mikrosystemteknik", 16.03.01 "Teknisk fysik" på heltidsuddannelse. AFTALSBLAD fra 01.22.2015 Indhold: CMD på disciplinen "RETTIGHED" for. "

"FEDERATION AGENTUR" Arbejdsnummer 8 "værksted REL. I retningslinjerne for flere detaljer. "

"AFTALSBLAD fra 06.06.2015 Reg. nummer: 2770-1 (15/06/2015) Disciplin: Differentialligninger Pensum: 03.03.03 radiofysik / 4 år ODO skriv cmd: Den elektroniske udgave Initiativtager: Salov Elena Forfatter: Salov Elena Major: Matematisk Modellering Department CMD: Fysisk-Teknisk institut Dato for mødet i CMD: 04/14/2015 Protokoll fra CMDs møde: Dato for halvdato aftalende resultat koordinerende navne Kommentarer Hovedchefens bemærkninger Stol Tatos Alexey. "

"I. Ogorodnikov mikroprocessor-teknologi: INTRODUKTION TIL Cortex-M3 Tutorial Ministeriet for uddannelse og videnskab i Den Russiske Føderation Ural Federal University opkaldt efter den første præsident for Rusland Boris Jeltsin I. Ogo mikroprocessor-teknologi: INTRODUKTION TIL Cortex-M3 Lærebog Anbefalet Metodologisk Råd UrFU for studerende indskrevet i uddannelsesområder 140801.65 "Elektronik og automatisering af fysiske installationer", 201000.62 "Biotekniske systemer og teknologier." "

"Den forklarende note i kalender - tematisk planlægning i fysik i 9. klasse blev udviklet på baggrund af den føderale uddannelsesstandard for grundlæreruddannelsen i fysik, 2004 og det omtrentlige program for grundlæreruddannelsen i fysik under hensyntagen til forfatterens program for lærebøger A.V. Peryshkina. Programmet er designet til 68 timer (2 timer om ugen) Program. Fysik 7-9 klasser. Programmets forfattere: E.M. Gutnik, A.V. Peryshkin Tutorial. Fysik. Klasse 9: Lærebog til almen uddannelse. "

"Ministeriet for Den Russiske Føderation for Civilforsvaret, Nødsituationer og katastrofehjælp VPO Voronezh Institut for Ministeriet for nødsituationer Institut for Fysik som Rusland Soloviev, A.G. Gorshkov, G.A. Bakaeva ELEKTRISK OG ELEKTRONIKK Opgaver og retningslinjer for udførelse af prøvearbejde af studerende i studieuddannelsen fakultet specialitet 280705.65 Voronezh 2012 Elektroteknik og elektronik: opgaver og retningslinjer for kontrol. "

"Centrale Emne-metodisk kommission alrussiske olympiade på fysik RETNINGSLINJER FOR SCHOOL og kommunale ETAPER alrussiske Olympiade i fysik i 2015/2016 AKADEMISK ÅR AA Voronov M.Yu. Zamyatnin V.P. Slobodianin Moskva 20 Indhold Skolefase Indledning 4 sider. Generelle bestemmelser 5 sider. Karakteristika for indholdet af Fysik Olympiads skolefase 5 side. Indhold af materialer i Fysik Olympiads skolefase 6 side. "

KAZAN FEDERAL UNIVERSITY INSTITUTEN AF GEOLOGI OG OLIE OG GAS TEKNOLOGIER Institut for Geofysik og Geoinformation Technologies GORGUN VA, STEPANOV AV, MUSIN R.Kh., SUNGATULLIN R.Kh., PRININ V.V.V. Sitdikov RN, Ravilov NN CHERVIKOV BG, Slepakov ZM Karim K.M.UCHEBNO-værktøj til fremstillingspraksis for bachelorer Kazan - 2015 UDK 550 BBK D Trykt ved afgørelse af undervisning Metodisk Kommission for Institut for Geologi og Olie og Gas Technologies Protokol nr. 9 af 30. "

"Ablameiko, S.V. Global Navigation Satellite Systems: En Håndbog for Studerende, Fakta. Radiophysics and Computer Technologies / S.V. Ablameiko, V.A. Saechnikov, A.A. Spiridonov. - Minsk: BSU, 2011. - 147 s. - (Aerospace teknologi). ISBN 978-985-518-538-4. Håndbogen undersøger strukturen, de grundlæggende principper for opbygning og drift af globale navigations satellitsystemer og informationsteknologier baseret på dem. For studerende på 4. fakultet for radiofysik og. "

"INDHOLD 1. Almindelige bestemmelser 1.1. Uddannelsesprogrammet for videregående uddannelser (OP VO), implementeret af TSU i forberedelsesretningen 03.03.02 Fysik og uddannelsesprofil Fundamental fysik 1.2. Reguleringsdokumenter for udviklingen af ​​HE på forberedelsesområdet 03.03.02 Physika.1.3. Karakteristik af OP BO 1.4. Krav til ansøgeren 2. Karakteristika for den faglige aktivitet af en kandidat til OP VO i retning af forberedelsen Fysik. 2.1. Uddannelsesfagets fagområde 2.2. "

"Bulletin of new library receipts for 1. kvartal 2015. Fysik og matematik Mikhail Dmitrievich Millionshchikov, 1913-1973 / RAS; comp. M.A. Lebedev; 1 kopi aut. Introd. Art. N. N. Ponomarev-Steppe [og andre]. Ed. 2., rev. og tilføj. M.: Science, 2014. 292, [2] s. (Materialer til bibliografi for forskere. Tekniske videnskaber. Mekanik; Udgave 25). ISBN 978-5-02-039028-7: 150,00. Forsøg fra Institut for Generel Fysik. A. M. Prokhorov. V. 70: Formation, 1 kopi. behandling og registrering af elektromagnetisk. "

"TSANI FEDERAL AGENCY STATE LOCATION" Instrumenter anvendt i værkstedet. I opgaven. "

"RUSSISK FEDERATION UDDANNELSES- OG VIDENSKABSUDVALG Federal Government Budget Establishment of Higher Professional Education TYUMEN STATE UNIVERSITY Institut for Fysik og Kemi Institut for Organisk og Økologisk Kemi Larina N.S. ØKOLOGISK HYDROCHEMISTRI Uddannelses- og metodisk kompleks. Arbejdsplan for fuldtidsstuderende i retning 020100.68 "Kemi", kandidatuddannelserne "Olie- og miljøsikkerhedskemi", "Technogenic. "

"Annotation til arbejdsprogrammet i fysik 7 klasse 1. Arbejdsprogrammet i fysik er baseret på: Programmer for almen uddannelse. institutioner: Fysik. Astronomi. 7-11 celler / V.A. Korovin, V. Orlov. - 3. udgave, Revision. - M.: Drofa, 2010. Retningslinjer for fysikundervisning i 2015-16. Fysik: lærebog. i 7 cl. almen uddannelse. institutioner / A.V. Peryshkina - Moskva: Drofa, 2010. Ifølge læseplanen på Syrtynskoye skole for 2015-2016 akademiske år: 7 klasser er afsat til studiet af fysik. "

"Institut for Uddannelse i Lipetsk City Administration MAU DO" Center for Fortsat Uddannelse "STRATEGI" af LEU HPE "Lipetsk Environmental-Humanitarian Institute" L.N. Bobrova, TS Kobozeva. En indsamling af OLYMPIAD OPGAVER PÅ EN FAKTUR. Lærebog 7. klasse. Institut for Uddannelse for Lipetskadministrationen. Bobrova, TS Kobozeva MØDE AF OLYMPIAD OPGAVE OM FYSIK Grad 7 lærebog Lipetsk, 2015 UDC 372.853 BBK 22.3я72 B 72 Reviewer. "

"FEDERAL AGENTUR FOR UDDANNELSE NOVOSIBIRSK STAT UNIVERSITET IV SHIKHOVTSEV VP P.YAKUBOV STATISTISKE RADIOPHYSIKIEN Novosibirsk Statistisk radiofysik. Forelæsningsforløb / Novosibirsk. tilstand. Univ. Novosibirsk, 2011. 157 s. Dette kursus af forelæsninger gives til studerende fra Fysikafdelingen for NSU ved Institut for Radiofysik. Tutorialet beskriver de grundlæggende oplysninger fra teorien om tilfældige processer, præsenterer eksempler, der tillader det. "

"Livets ministerium" Postgraduate studie DIREKTION AF UDDANNELSE 05.06.01 JORDVIDENSKABER. "

"UDDANNELSES- OG VIDENSKABSUDVALGET FOR DET RUSSISKE FEDERATION FEDERAL AGENTUR FOR UDDANNELSE Statens uddannelsesinstitution" Orenburg State University "College of Electronics og Business Department of Electronic Engineering and Physics LA BUSH ANTENNA-FIDER ENHEDER OG DISTRIBUTION AF RADIO WAVES METODISKE INSTRUKTIONER TIL PRAKTISK SESSION Anbefalet til offentliggørelse af redaktions- og forlagsrådet for den statslige uddannelsesinstitution "Orenburg State. "

"Kommunale autonom uddannelsesinstitution Vidnovsky kunstnerisk og teknisk skole arbejdsprogram på fysik (grundlæggende niveau) 7A, B, C, D klasser kompileret fysiklærer Ekaterina Kiseleva 2015-2016 akademiske år forklarende note Arbejde på fysik program til klasse 7 er baseret på Den føderale del af statsstandarden for almen uddannelse (rækkefølge M RF af 05.03.2004 nr. 1089), forfatterens program i fysik, forfatterne af programmet D.A. Artemenkov. "