МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНЫЙ ТОМОГРАФ ДЛЯ ОБСЛЕДОВАНИЯ КОНЕЧНОСТЕЙ

Предполагаемое изобретение предназначено для использования в медицине, а именно в ортопедической, травматологической и хирургической практике, и позволяет получать изображения суставов, мягких тканей и костей конечностей на основе ядерно-магнитного резонанса.

Известен магнитно-резонансный томограф (МРТ) открытого типа для обследования конечностей MAGNETOM С фирмы «SIEMENS», содержащий постоянный магнит, радиочастотную катушку, блок электроники, стол для пациента и пульт управления (www.medial.siemens.com) [1].

Основным недостатком известного МРТ [1] является очень большая масса постоянного магнита 16 тонн, что затрудняет установку аппарата в клинике и существенно удорожает изделие.

Известен также МРТ, содержащий постоянный магнит, соленоидальную радиочастотную катушку, витки которой соединены взаимно параллельно, ложе для обследуемой конечности, блок электроники и пульт управления (Патент США №5543710 от 1994 г.; кл. 324/318) [2].

Недостатком известного объекта [ 2 ] является заметное падение чувствительности в зоне голеностопного сустава и пятки при исследовании ноги пациента.

Известен также МРТ для обследования конечностей, содержащий постоянный магнит, ложе для обследуемой ноги в форме сапога из магнито- и электроизоляционного материала, на котором навита радиочастотная катушка, блок электроники и пульт управления (патент RU № 2192165, кл. А61В 5/055) [3].

Известный МРТ [3] предназначен для исследования голеностопного сустава и пятки ноги пациента; на нем невозможно получать изображения коленного и локтевого суставов, что ограничивает сферу применения аппарата [3].

Наиболее близким по конструкции к заявляемому объекту является МРТ для обследования конечностей ARTOSCAN-C "Artoscan-C et al. Dedicated MRI Systems " 03.04.2004, www.esaote.com/media/des /Cfs…[4], содержащий закрытый кожухом постоянный магнит О-образной формы в своем вертикальном сечении, с наконечниками на полюсах, градиентные катушки, радиочастотные передающую и приемную катушки, установленные в зазоре между полюсами, ложе для объекта исследования, блок электроники, пульт управления, держатель для здоровой конечности и передвижное кресло пациента.

ARTOSCAN-C был выбран нами в качестве прототипа.

Основным недостатком прототипа является сложность его настройки при введении аппарата в эксплуатацию, что связано с отсутствием механизма коррекции его магнитного поля.

Другой недостаток прототипа выражается в сложности позиционирования исследуемой конечности в рабочем зазоре между полюсами магнита, что вызвано неудачным расположением держателя для здоровой конечности. Этот недостаток создает неудобства для пациента и обслуживающего персонала и может отрицательно повлиять на точность исследования.

Целью настоящего изобретения является облегчение настройки МРТ при введении его в эксплуатацию, а также обеспечение оптимальных условий для пациента и медицинского персонала при позиционировании обследуемой конечности на МРТ.

Для достижения поставленной цели в МРТ для обследования конечностей, содержащем закрытый кожухом постоянный магнит с наконечниками на полюсах, градиентные и радиочастотную катушки, установленные внутри полости постоянного магнита, блок управления с пультом управления и системой диагностического изображения, ложе для исследуемой конечности, держатель для здоровой конечности и подвижное место для пациента, постоянный магнит выполнен в виде открытого сверху U-образного ярма с симметрично установленными на его боковых плоскостях магнитными полюсами цилиндрической формы, набранными из секторов магнитного материала и закрытыми с торца полюсными наконечниками, каждый из которых состоит из основания с внешним опорным кольцом и коррекционных элементов, включающих центральный диск и внешнее кольцо, снабженных механизмом их разворота относительно основания полюсного наконечника на угол от 0 до 5 градусов, градиентные катушки каждой боковой плоскости установлены на плоском диске, закрепленном на внешнем опорном кольце полюсного наконечника и отделены от радиочастотной катушки плоским электромагнитным экраном, при этом радиочастотная катушка снабжена схемой автоматического переключения с приема на передачу и обратно.

В дальнейшем изобретение поясняется чертежами и пояснением к ним. На фиг.1 представлен общий вид аппарата (без пульта управления); на фиг. 2 показано положение пациента при обследовании голени; на фиг. 3 дана конструкция магнита с радиочастотной катушкой; фиг.4 - это вид А-А фиг.3, а на фиг.5 представлена блок-схема МРТ, а на фиг. 6 показано положение пациента при обследовании коленного сустава.

Предлагаемый магнитно-резонансный ортопедический томограф является медицинским диагностическим аппаратом, предназначенным для получения изображений суставов конечностей в плоскопараллельных срезах в трех основных сечениях (аксиальном, сагиттальном и коронарном), и в наклонных сечениях с углом наклона до 45 градусов.

Томограф позволяет визуализировать и исследовать внутренние структуры конечностей и суставов: голени, коленного сустава, стопы, лодыжки, локтевого сустава, запястья, кисти.

МРТ для обследования конечностей имеет постоянный магнит 1, выполненный в виде открытого сверху U-образного ярма, тыльная сторона которого закреплена на опорных винтах 2 (фиг. 3, 4). Магнит 1 закрыт защитным кожухом 3 (фиг. 1,2). Индукция статического поля магнита 1 в его рабочей части в пределах сферы диаметром 180 мм составляет 0,23 Тл. Полюса 4 и 5 магнита 1 имеют цилиндрическую форму и набраны из секторов магнитного материала. Такая конструкция полюсов 4, 5 магнита 1 препятствует возникновению индукционных токов (токов Фуко), снижающих интенсивность и однородность магнитного поля. На торцах полюсов 4, 5 закреплены полюсные наконечники 6. Каждый полюсной наконечник 6 состоит из плоского основания цилиндрической формы 7 с внешним опорным кольцом 8 и коррекционными элементами, содержащими центральный диск 9 и внешнее кольцо 10, снабженные механизмом их разворота относительно основания 7 на угол от 0 до 5 градусов. Механизм разворота коррекционных элементов состоит из шаровой опоры и трех винтов, установленных через 120°. Корректировка наклона цилиндрического диска 9 производится тремя винтами 11, вершина которых опирается в основание полюсов 4 (5), в центре которых подвижно закреплена головка шаровой опоры 12 (см фиг. 3). Корректировка положения внешнего кольца 9 производится тремя винтами 13, головка 14 которых имеет шарообразную форму и подвижно закреплена в кольце 10. Полюсные наконечники 6 изготовлены из магнитопласта - материала с магнитной проницаемостью µ=100, поле насыщения 1,2-1,6 Т и электрической проводимостью до 20%. Механизм разворота коррекционных элементов полюсных наконечников предназначен для тонкой настройки магнита перед введением МРТ в эксплуатацию. При наклоне цилиндрического диска 9 и внешнего кольца 10 на угол от 0° до 5° изменяется форма магнитного поля в зазоре между наконечниками магнита, что облегчает проведение его «тонкой» корректировки и позволяет получить диагностическое изображение высокого качества. Такая настройка производится только один раз, при введении МРТ в работу в клинике. Градиентные катушки 15 в количестве трех штук нанесены на плоском диске 16 и закреплены на внешнем опорном кольце 8 полюсных наконечников 6. Градиентные катушки отделены от приемно-передающей радиочастотной катушки 17 плоским электромагнитным экраном (на фиг. не показан). Радиочастотная соленоидальная катушка 17 располагается между полюсными наконечниками 6, в рабочем положении ее геометрическая ось проходит перпендикулярно геометрической оси полюсных наконечников 6 и параллельно основанию МРТ. В радиочастотную катушку 17 встроена схема автоматического переключения с приема на передачу и обратно, поэтому ее правомерно назвать приемно-передающей катушкой. Внутри радиочастотной катушки 17 проходит ложе 18 для обследуемой конечности, изготовленное из магнитонейтрального материала, например пластика.

Использование одной приемно-передающей радиочастотной катушки в предлагаемом МРТ не случайно. Дело в том, что в традиционной схеме, при использовании двух радиочастотных катушек, уменьшается рабочий зазор магнита, что ограничивает размеры объектов исследования.

Автоматичность схемы с одной приемно-передающей радиочастотной катушкой выполняется следующим образом:

- в момент передачи на схему катушки от передатчика подается большое напряжение, которое открывает управляющий диод, коммутирует передающий режим работы катушки;

- в момент приема сигнал маленький, диод закрыт и коммутируется приемный режим катушки.

На верхней части защитного кожуха 3, слева и справа от полости магнита 1, имеется держатель 19, в форме углубления, для здоровой конечности 20 (фиг. 2, 6).

Градиентные 15 и радиочастотная 17 катушки электрически соединены с электронным блоком (на фиг не показан), включающим персональный компьютер, в задачи которого входит управление съемкой, формирования специального электрического сигнала на градиентные и радиочастотную катушки, обработка электрического сигнала, снимаемого с радиочастотной катушки и формирование диагностического изображения. Управление электронным блоком производится врачом через консоль оператора (фиг. 5).

Приведем пример использования МРТ при исследовании нижних конечностей (коленного сустава) (фиг. 6).

В процессе обследования, например, ноги, голень 21 пациента находится на ложе 18 внутри радиочастотной катушки 17, а сам пациент 22 - на специализированной тележке 23 (фиг. 2, 6). Свободная нога 20 помещается на держателе 19, выполненном в виде углубления на верхней части защитного кожуха 3, слева и справа от зазора магнита.

При исследовании коленного сустава, голени, ступни и лодыжки используется катушка для колена. Последовательность действий следующая:

- расположить пациента ногами к магниту;

- надвинуть катушку на ногу пациента в положение, при котором центр катушки совпадает с центром области обследования;

- расположить ногу с катушкой выше верхней кромки магнита над U-образной выемкой;

- опустить ногу с катушкой в U-образную выемку магнита так, чтобы катушка вошла в центрирующий уловитель и зафиксировалась в центре магнита;

- для более удобного положения ног рекомендуется вторую ногу разместить на кожухе магнита;

1 - для уточнения позиционирования ноги относительно катушки запустить программу xscout в сагиттальном сечении и получить изображение;

2 - проверить, соответствует ли центр области исследования центру полученного изображения;

3 - при необходимости, при неподвижном положении катушки, сместить пациента вперед или назад и повторить программу xscout;

4 - начать сканирование по выбранному протоколу

При обследовании конечность 21 всегда располагается в катушке 17 стандартным образом, параллельно основанию магнита. Для того, чтобы получить плоскость среза под углом, например 45°, достаточно перераспределить токи в градиентных катушках, соотношение которых определяет угол наклона. Так, если рассматривать плоскость XOY, то есть Z будет направлена вертикально за счет того, что ток в градиентную катушку Z не подается. Если теперь часть тока обмотки Х подать на Z, то плоскость сечения повернется относительно оси Y.

Пояснение к фиг. 5

Радиочастотная клетка представляет собой замкнутую клетку Фарадея, внутри которой устанавливается магнитная система. Назначение радиочастотной клетки - подавление внешних радиопомех, воспринимаемых по эфиру приемными катушками. Для исключения прохождения радиопомех по соединительным кабелям все соединительные кабели между магнитной системой с одной стороны, и силовой стойкой и консолью оператора с другой стороны, вводятся в радиочастотную клетку через блок радиочастотных фильтров.

В стойке обеспечения смонтированы усилитель градиентов, передатчик, система управления термостатированием магнита и система управления компенсацией внешних электромагнитных полей.

Консоль оператора включает в себя головной персональный компьютер (ПК) и спектрометр, управляющий работой систем томографа и конструктивно размещенный в системном блоке головного ПК.

Рабочая станция представляет собой вспомогательный ПК, соединенный локальной сетью с основным ПК. Рабочая станция обеспечивает возможность параллельной работы - в процессе сканирования текущего пациента врач может на компьютере рабочей станции анализировать, описывать и выводить твердые копии изображений пациентов, уже прошедших обследование на томографе.

На жестком диске рабочей станции также ведется архив изображений.

Для размещения оборудования томографа требуется помещение площадью не менее 20 м².

Компактность МРТ в сочетании со скромными требованиями к рабочему помещению и возможность работы от стандартной сети 220 В позволяют эффективно использовать его как в стационарах, так и в поликлинических отделениях для диагностики, прежде всего, травматологических (в т.ч. спортивных) повреждений конечностей, а также ортопедических, ревматологических и других заболеваний опорно-двигательной системы.