Разработка прототипа инновационной МРТ подкладки из искусственного диэлектрика

Отчет 71 с., 33 рисунка, 2 таблицы, 14 источников. МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНАЯ ТОМОГРАФИЯ, 3 ТЛ, ОДНОРОДНОСТЬ РАДИОЧАСТОТНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ, МРТ ПЛОДА, АРТЕФАКТ СТОЯЧЕЙ ВОЛНЫ Цель работы: Разработка МРТ подкладки на основе искусственного материала (метаматериала) с уникальными электромагнитными свойствами для повышения качества и эффективности МРТ диагностики различных тканей на сверхвысокопольных системах МРТ (3 Тл), а именно для МРТ плода. Результаты работы: В рамках первого этапа работ было проведено численное моделирование и оптимизация подкладки для сверхвысокопольной МРТ беременных. Данная подкладка взаимодействует с магнитным полем радиочастотной (РЧ) катушки для всего тела типа «птичья клетка» и позволяет локально усиливать РЧ магнитное поле в области интереса и сглаживать неоднородности. В качестве оптимальной конфигурации была выбрана численная модель подкладки с количеством элементарных ячеек N×N=15×15 и емкостью конденсаторов С=30 пФ. Прототип подкладки был изготовлен на гибкой тонкой диэлектрической подложке. Чехол для прототипа изготовлен из искусственной кожи с прокладкой из пенополиэтилена. В рамках работ по второму этапу проекта были поведены дополнительные исследования МРТ подкладки на основе метаповерхности, включая эксперименты с добровольцами. В начале было проведено исследование прототипа МРТ подкладки в микроволновой лаборатории для оценки эффективности работы и безопасности в МРТ 3 Тл, а именно был измерен спектр резонансных частот метаповерхности. Было показано, что рабочая частота МР системы с постоянным магнитным полем в 3 Тл находится далеко от резонанса прототипа МРТ подкладки даже при добавлении нагрузки в виде фантома. Другими словами, данная конфигурация прототипа является нерезонансной на рабочей частоте аппарата МРТ и не будет создавать сильных локальных электромагнитных полей, приводящих к чрезмерному нагреву тканей тела пациента. Кроме того, было проведено дополнительное численное исследование подкладки с количеством элементарных ячеек N×N=15×15 и емкостью конденсаторов С=30 пФ в присутствии воксельных моделей беременных женщин со сроками 3 и 7 месяцев. На основании численного моделирования, проведенного в программном пакете CST Microwave Studio, был сделан вывод о том, что прототип МРТ подкладки не нуждается в доработке и показывает свою эффективность и безопасность работы на воксельных моделях беременных с разными сроками. Затем было проведено экспериментальное исследование прототипа МРТ подкладки с добровольцами. Для обоих добровольцев подкладка показала эффективность в борьбе с неоднородностью поля катушки для тела «птичья клетка» – уменьшилось затемнение на МР снимке и повысилось качество визуализации внутренних органов в теле плода. Параметр SARwb (отражающий величину общей, поглощенной телом мощности) в исследовании с первым добровольцем уменьшился на 7% в случае с подкладкой. Со вторым добровольцем уровень SARwb остался на том же уровне, однако этот результат тоже можно считать удачным, потому что несмотря на повышение локального радиочастотного магнитного поля в области плода, не произошло увеличения параметра SARwb. Данные результаты хорошо согласуются с численным моделированием и подтверждают, что подкладка способна улучшить однородность МР-изображения при исследовании плода, сохраняя РЧ безопасность исследования в допустимых нормативах. Сделан вывод о том, что разработанная МРТ подкладка на основе метаповерхности эффективна и безопасна во время МР исследования беременных.