RU199989U9

RU199989U9 - Magnetic resonance imaging pad

Info

Publication number: RU199989U9
Application number: RU2020118204U
Authority: RU
Inventors: Станислав Борисович Глыбовский; Всеволод Владимирович Воробьев; Алена Вадимовна Щелокова
Priority date: 2020-05-25
Filing date: 2020-05-25
Publication date: 2021-03-04
Also published as: RU199989U1

Abstract

Полезная модель относится к медицинской технике, а именно является пассивным элементом приемопередающей системы магнитно-резонансного томографа с уровнем постоянного магнитного поля 3 Тл, располагающимся внутри приемопередающей радиочастотной катушки типа «птичья клетка».Полезная модель состоит из гибкой диэлектрической подложки, принимающей форму области исследования. Подложка выполнена из диэлектрика с относительной диэлектрической проницаемостью от 2 до 5 в виде пластины с толщиной от 0.02 до 2 мм. На подложку нанесена периодическая структура, элементы которой содержат пересекающиеся под прямым углом металлические проводники, соединенные между собой конденсаторами с емкостью примерно 40 пФ. Расстояние между перекрестиями проводников составляет примерно 1 см, а полный размер структуры - не менее 10×10 см2и не более 40×40 см2.Достижение однородности радиочастотного магнитного поля возможно за счет поля наведенных токов, приводящих к увеличению суммарного магнитного поля радиочастотной волны в области исследуемого органа, что позволяет сгладить неоднородность поля катушки, возникающую при его проникновении в биологические ткани.The utility model relates to medical technology, namely, it is a passive element of the transceiver system of a magnetic resonance imager with a constant magnetic field level of 3 T, located inside a radio frequency transceiver coil of the "birdcage" type. The utility model consists of a flexible dielectric substrate that takes the shape of the study area. The substrate is made of a dielectric with a relative permittivity of 2 to 5 in the form of a plate with a thickness of 0.02 to 2 mm. A periodic structure is applied to the substrate, the elements of which contain metal conductors intersecting at right angles, connected by capacitors with a capacity of about 40 pF. The distance between the crosshairs of the conductors is approximately 1 cm, and the total size of the structure is not less than 10 × 10 cm2 and not more than 40 × 40 cm2. Achieving the uniformity of the radio frequency magnetic field is possible due to the field of induced currents, leading to an increase in the total magnetic field of the radio frequency wave in the region of the investigated organ, which makes it possible to smooth out the inhomogeneity of the coil field arising from its penetration into biological tissues.

Description

Полезная модель относится к медицинской технике, а именно является пассивным элементом приемопередающей системы магнитно-резонансного томографа с уровнем постоянного магнитного поля 3 Тл (соответствует рабочей частоте томографа 123.2 МГц), располагающимся внутри приемопередающей радиочастотной катушки типа «птичья клетка».The utility model relates to medical technology, namely, it is a passive element of the transceiver system of a magnetic resonance tomograph with a constant magnetic field level of 3 T (corresponds to the operating frequency of the tomograph 123.2 MHz), located inside a radio frequency transceiver coil of the "birdcage" type.

В магнитно-резонансной томографии известны диэлектрические подкладки для улучшения однородности радиочастотного магнитного поля, создаваемого приемопередающей катушкой типа «птичья клетка», внутри исследуемого пациента. Существует подкладка, изготовленная из дистиллированной воды, геометрия которой позволяет ей принимать форму исследуемой части тела (Yang, Q.X., Мао, W., Wang, J., Smith, М.В., Lei, H., Zhang, X., Ugurbil, K. and Chen, W. (2006), "Manipulation of image intensity distribution at 7.0 T: Passive RF shimming and focusing with dielectric materials." J. Magn. Reson. Imaging, 24: 197-202. doi:10.1002/jmri.20603). Ее основной недостаток в том, что подкладка занимает значительный объем внутри томографа и уменьшает максимально возможный объем исследуемой области.In magnetic resonance imaging, dielectric pads are known to improve the uniformity of the radio frequency magnetic field generated by a birdcage transceiver coil within a patient under study. There is a lining made of distilled water, the geometry of which allows it to take the shape of the examined part of the body (Yang, QX, Mao, W., Wang, J., Smith, M.V., Lei, H., Zhang, X., Ugurbil , K. and Chen, W. (2006), "Manipulation of image intensity distribution at 7.0 T: Passive RF shimming and focusing with dielectric materials." J. Magn. Reson. Imaging, 24: 197-202. Doi: 10.1002 / jmri.20603). Its main disadvantage is that the lining takes up a significant volume inside the tomograph and reduces the maximum possible volume of the studied area.

Ближайшим устройством к предлагаемому и выбранным в качестве прототипа является подкладка (Brink, W.М., Versluis, М.J., Peeters, J.М., Bornert, P., & Webb, A.G. (2016). "Passive radiofrequency shimming in the thighs at 3 Tesla using high permittivity materials and body coil receive uniformity correction." Magnetic resonance in medicine, 76(6), 1951-1956.), которая изготовлена из суспензии титаната бария в тяжеловодородной воде с относительной диэлектрической проницаемостью, значительно превышающей относительную диэлектрическую проницаемость биологической ткани, и находится внутри передающей радиочастотной катушки, в непосредственной близости от исследуемой части тела пациента и принимает его форму. Недостатком прототипа является сложность изготовления его состава, высокая стоимость используемого диэлектрического материала и необратимая деградация значения диэлектрической проницаемости материала с течением времени.The closest device to the proposed and selected as a prototype is the lining (Brink, W.M., Versluis, M.J., Peeters, J.M., Bornert, P., & Webb, AG (2016). "Passive radiofrequency shimming in the thighs at 3 Tesla using high permittivity materials and body coil receive uniformity correction. "Magnetic resonance in medicine, 76 (6), 1951-1956.), which is made from a suspension of barium titanate in heavy hydrogen water with a relative dielectric constant significantly exceeding the relative dielectric constant of the biological tissue, and is located inside the transmitting radio-frequency coil, in the immediate vicinity of the examined part of the patient's body and takes its shape. The disadvantage of the prototype is the complexity of manufacturing its composition, the high cost of the used dielectric material and irreversible degradation of the value of the dielectric constant of the material over time.

Задачами, на решения которых направлено заявляемое техническое решение являются удешевление стоимости подкладки и увеличение срока службы.The tasks to be solved by the claimed technical solution are to reduce the cost of the lining and increase the service life.

Поставленная задача решается за счет достижения технического результата, заключающегося в простоте реализации и достижении однородности радиочастотного магнитного поля.The problem is solved by achieving a technical result, which consists in the simplicity of implementation and the achievement of the uniformity of the radio frequency magnetic field.

Данный технический результат достигается за счет того, что подкладка для магнитно-резонансной томографии, содержащая гибкий диэлектрический слой с возможностью принятия формы области исследования, отличающаяся тем, что диэлектрический слой выполнен из диэлектрика с относительной диэлектрической проницаемостью от 2 до 5, в виде пластины толщиной от 0.02 до 2 мм, на которую нанесена матрица, содержащая пересекающиеся под прямым углом элементы, соединенные между собой конденсаторами с емкостью примерно 40 пФ, при этом расстояние между перекрестиями проводников составляет примерно 1 см, а полный размер структуры - не менее 10×10 см² и не более 40×40 см².This technical result is achieved due to the fact that the lining for magnetic resonance imaging, containing a flexible dielectric layer with the ability to take the shape of the study area, characterized in that the dielectric layer is made of a dielectric with a relative dielectric constant from 2 to 5, in the form of a plate with a thickness of 0.02 to 2 mm, on which is applied a matrix containing elements intersecting at right angles, connected by capacitors with a capacity of about 40 pF, while the distance between the crosshairs of the conductors is about 1 cm, and the total size of the structure is at least 10 × 10 cm ² and no more than 40 × 40 cm ² .

Сущность заявляемой полезной модели поясняется фигурой, на которой изображено предлагаемое устройство. Оно состоит из гибкой диэлектрической подложки 1, выполненной из диэлектрика с относительной диэлектрической проницаемостью от 2 до 5 в виде пластины с толщиной от 0.02 до 2 мм. На подложку 1 нанесена периодическая структура, элементы 2 которой содержат пересекающиеся под прямым углом металлические проводники 3, соединенные между собой конденсаторами 4 с емкостью примерно 40 пФ. Расстояние L между перекрестиями проводников 3 составляет примерно 1 см, а полный размер структуры - не менее 10×10 см² и не более 40×40 см².The essence of the claimed utility model is illustrated by the figure, which shows the proposed device. It consists of a flexible dielectric substrate 1 made of a dielectric with a relative permittivity of 2 to 5 in the form of a plate with a thickness of 0.02 to 2 mm. A periodic structure is applied to the substrate 1, the elements 2 of which contain metal conductors 3 intersecting at right angles, interconnected by capacitors 4 with a capacity of about 40 pF. The distance L between the crosshairs of the conductors 3 is about 1 cm, and the total size of the structure is not less than 10 × 10 cm ² and not more than 40 × 40 cm ² .

Предлагаемая подкладка работает следующим образом.The proposed lining works as follows.

Во время магнитно-резонансного исследования подкладка размещается в непосредственной близости к исследуемой области пациента, при этом пациент помещается внутрь приемопередающей радиочастотной катушки типа «птичья клетка» в изоцентр томографа. Плоскость поляризации электромагнитного поля радиочастотной волны передающей катушки совпадает с плоскостью элементарной ячейки 2 периодической структуры, нанесенной на подложку 1. В каждой ячейке 2 решетки индуцируется круговой ток, состоящий из токов проводимости через проводники 3 и токов смещения через конденсаторы 4. В ближней зоне наведенных токов, расположенной внутри тела пациента, преобладает магнитное поле. За счет большого количества ячеек 2 и малости их размеров по сравнению с длиной волны поле имеет макроскопический характер. Таким образом, суммарное магнитное поле радиочастотной волны в области исследуемого органа увеличивается за счет поля наведенных токов, что позволяет сгладить неоднородность поля катушки, возникающую при его проникновении в биологические ткани.During the magnetic resonance imaging, the pad is placed in close proximity to the patient's area of interest, while the patient is placed inside a birdcage radio-frequency transceiver coil in the isocenter of the tomograph. The plane of polarization of the electromagnetic field of the radio-frequency wave of the transmitting coil coincides with the plane of the unit cell 2 of the periodic structure deposited on the substrate 1. In each cell 2 of the lattice, a circular current is induced, consisting of conduction currents through conductors 3 and displacement currents through capacitors 4. In the near-field zone of induced currents located inside the patient's body is dominated by a magnetic field. Due to the large number of cells 2 and their small size compared to the wavelength, the field has a macroscopic character. Thus, the total magnetic field of the radiofrequency wave in the region of the organ under study increases due to the field of induced currents, which makes it possible to smooth out the inhomogeneity of the coil field arising from its penetration into biological tissues.

В качестве примера конкретной реализации предлагаемого устройства для моделирования его функционирования была выбрана подкладка, имеющая размер поверхности 23×26.5 см². Поверхность подкладки состояла из диэлектрической пластины, выполненной из стеклотекстолита толщиной 0.5 мм со значением емкости конденсаторов равным 40 пФ и металлических проводников с поперечными размерами, равными 0.035×0.3 мм², с расстоянием между их перекрестиями равным 1 см. Подкладка размещалась внутри приемопередающей катушки типа «птичья клетка», настроенной на 123.2 МГц и прилегала к исследуемому образцу, имитирующему брюшную полость человека. Исследуемый образец имел размеры 40×39×20 см³, относительную диэлектрическую проницаемость ε_отн=34 и электрическую проводимость σ=0.45 См/м. В результате, было получено снижение среднеквадратичного отклонения амплитуды радиочастотного магнитного поля в области интереса в 3 раза по сравнению с моделированием без подкладки.As an example of a specific implementation of the proposed device to simulate its operation, a lining was chosen with a surface size of 23 × 26.5 cm ² . The surface of the lining consisted of a dielectric plate made of fiberglass with a thickness of 0.5 mm with a capacitance value of 40 pF capacitors and metal conductors with transverse dimensions equal to 0.035 × 0.3 mm ² with a distance between their crosshairs equal to 1 cm. The lining was placed inside a transceiver coil of the type birdcage ", tuned to 123.2 MHz and adjoined to the test sample, which mimics the human abdominal cavity. The sample under study had dimensions of 40 × 39 × 20 cm ³ , a relative permittivity ε _rel = 34, and an electrical conductivity σ = 0.45 S / m. As a result, the rms deviation of the amplitude of the RF magnetic field in the region of interest was reduced by a factor of 3 in comparison with the unlined simulation.

Таким образом, подкладка позволяет улучшить однородность радиочастотного магнитного поля, создаваемого передающей катушкой при сканировании брюшной области пациента.Thus, the pad improves the uniformity of the RF magnetic field generated by the transmitter coil when scanning the abdominal region of the patient.

Claims

A lining for magnetic resonance imaging, containing a flexible dielectric layer with the ability to take the shape of the study area, characterized in that the dielectric layer is made of fiberglass with a relative dielectric constant from 2 to 5, in the form of a plate with a thickness of 0.5 mm, on which a matrix containing conductors intersecting at right angles, interconnected by capacitors with a capacity of 40 pF, while the distance between the crosshairs of the conductors is 1 cm, and the total size of the lining is not less than 10 × 10 cm ² and not more than 40 × 40 cm ² .