Магниты (типы)

Магниты, используемые для МРТ, бывают трех типов: постоянные, резистивные и сверхпроводящие.

Постоянные магниты для МРТ

Постоянные магниты МРТ используются в более дешевых «бюджетных» системах и представляют собой постоянно намагниченное железо, действующее подобно полосовому магниту, согнутому в форме буквы С, с двумя близко расположенными параллельными полюсами. В пространстве между полюсами магнитное поле достаточно однородно для получения изображений. Для этого может потребоваться до 30 тонн железа, что ограничивает их установку помещениями с достаточно прочным полом. Их низкая напряженность поля (около 0,15–0,4 Тл) ограничивает их применение в диагностической визуализации, делая их непрактичными для спектроскопии, визуализации химического сдвига и последовательностей, взвешенных по магнитной восприимчивости. Однородность их магнитного поля также чувствительна к температуре окружающей среды, поэтому температуру в помещении необходимо строго контролировать. Первоначальная стоимость приобретения и эксплуатационные расходы невелики по сравнению со сверхпроводящими магнитами. Такие магниты также могут быть изготовлены из сплавов, содержащих металлы, такие как неодим, что заметно снижает вес магнита, однако значительно увеличивает стоимость.

Резистивные (с воздушным сердечником) магниты МРТ

Резистивные магниты МРТ (с воздушным сердечником) работают при комнатной температуре с использованием стандартных проводников, таких как медь, в форме соленоида или пары катушек Гельмгольца. Соленоид представляет собой цилиндрическую катушку из проволоки. Однородное магнитное поле создается внутри катушки, особенно в ее центре. Такие магниты относительно недороги в производстве, но требуют постоянного протекания тока большой силы во время намагничивания и сканирования. Катушка обладает электрическим сопротивлением, что требует охлаждения магнита. Эксплуатационные расходы высоки из-за высокого энергопотребления магнитных катушек и сопутствующей системы охлаждения.

Как постоянные, так и резистивные томографы МРТ ограничены низкопольным применением, главным образом в МРТ открытого типа и сканерах для конечностей. Такие магниты удобны для пациентов с клаустрофобией.

Сверхпроводящие магниты МРТ

В сверхпроводящих магнитах МРТ используется соленоидная катушка, изготовленная из таких сплавов, как ниобий-титан или ниобий-олово, в медной оболочке. Эти сплавы обладают свойством нулевого электрического сопротивления при охлаждении примерно до 10 кельвинов. Катушка поддерживается при температуре ниже этого значения с помощью жидкого гелия. Источник питания подключается по обе стороны от короткого нагретого участка катушки, и ток в катушке постепенно увеличивается в течение нескольких часов до достижения необходимого магнитного поля. Нагретому участку дают остыть до температуры сверхпроводимости, после чего источник питания отключают и убирают. Ток продолжает циркулировать в замкнутом контуре катушки годами без существенного снижения. Следствием этого является то, что магнитное поле присутствует постоянно. 

Окружающая медь действует как изолятор при низких температурах по сравнению с нулевым сопротивлением сплава. Медь также защищает катушку из сплава от разрушения в случае квенча магнита. Квенч может произойти, если уровень гелия опускается слишком низко или если крупный ферромагнитный объект попадает в поле рассеяния магнита. Квенч приводит к потере сверхпроводимости с выделением большого количества тепла электрическим током и быстрым выкипанием криогена. Образующийся газ выводится наружу за пределы помещения, но в редких случаях может попасть в процедурную томографа с жизнеугрожающими последствиями. Квенч и постоянное магнитное поле — одни из вопросов безопасности, которые рассматриваются отдельно.

Затраты на восполнение криогена снижены в современных магнитах, оснащенных холодильной установкой, называемой «холодной головкой» (cold head), для конденсации газообразного криогена. Начальные затраты на установку сканера могут достигать около 1,5 млн долларов США для МРТ 1,5 Т. Подготовка помещения часто обходится в несколько сотен тысяч долларов США и включает радиочастотное (РЧ) экранирование помещения, возможное магнитное экранирование, укрепление пола, виброизоляцию и установку надежного источника бесперебойного питания (ИБП).

Сверхпроводящие магниты с индукцией 1,5 Т и выше позволяют выполнять функциональную томографию головного мозга, МР-спектроскопию, а также обеспечивают высокое соотношение сигнал/шум (SNR) и/или улучшенное временное и пространственное разрешение. При использовании магнитов с полем более 1,5 Т возникают дополнительные сложности, среди которых РЧ-нагрев тела пациента, а также выраженные артефакты магнитной восприимчивости и РЧ-проникновения.

Сверхвысокопольная МРТ относится к системам с индукцией магнитного поля 7 Тесла и выше.