научная статья по теме ТОМОГРАФ С БЕЗГЕЛИЕВЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ Науковедение

Текст научной статьи на тему «ТОМОГРАФ С БЕЗГЕЛИЕВЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ»

Панорама печати 65

ТОМОГРАФ С БЕЗГЕЛИЕВЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ

Принципиально важный шаг к обеспечению отечественной медицины собственными высокотехнологичными приборами сделали в Физическом институте им. П.Н. Лебедева РАН (ФИАН). Как сообщило Агентство научной информации «ФИАН-Информ», здесь создали опытные образцы всех компонентов уникального полноразмерного магнитно-резонансного томографа (МРТ) с безгели-

евой системой охлаждения. По своим характеристикам он будет конкурировать с подобными аппаратами зарубежных компаний, лидирующих на мировом рынке медицинской техники.

Напомним, МРТ — наиболее точный, чувствительный и безопасный метод диагностики человеческого организма, основанный на феномене ядерно-магнитного резонанса (ЯМР), открытом в 1946 г. лауреатами

Ортопедический томограф «МРСканекс», разработанный специалистами ФИАНа.

Наука в России №6, 2014

66 Панорама печати

Нобелевской премии Феликсом Блохом и Ричардом Пурселлом (США). В начале 1970-х годов американский химик Пол Лотербур получил первое в мире ЯМР-изображение двух заполненных жидкостью стеклянных капилляров. А его британский коллега Питер Мэнсфилд разработал математический аппарат для обработки радиосигналов, полученных от прибора, с последующей их интерпретацией в двухмерное изображение. Потребовалось еще 8 лет, чтобы внедрить ЯМР в медицинскую практику: первые томографы появились в клиниках только в 1980-1981 гг.

В последнее десятилетие магнитно-резонансная томография буквально затмила все другие диагностические методы. Уже сегодня с ее помощью можно с высокой вероятностью распознавать злокачественные опухоли, воспалительные процессы, кисты, инсульты, рассеянный склероз, болезнь Альцгеймера, вывихи, переломы, смещение межпозвонковых дисков. А возможности применения метода в будущем ограничены только рамками нашего воображения.

До недавнего времени МРТ-комплексы производили исключительно за рубежом. Три года назад группа ученых ФИАНа под руководством доктора физико-математических наук Евгения Демихова решила заполнить пустующую на нашем медицинском рынке нишу и сделала первый отечественный томограф ортопедического типа с гелиевой системой охлаждения для визуализации и диагностики состояния конечностей и суставов. В его конструкции использован сверхпроводящий соленоид, позволяющий получать магнитную индукцию в рабочей зоне 1,5 Тесла. Диагностическое исследование при таких параметрах, заметил разработчик, занимает всего несколько минут. Более того, удалось достичь необычайной «остроты зрения» аппарата — до 0,6 мм, благодаря чему появилась возможность различать мельчайшие детали человеческого организма, ранее не доступные для визуализации.

Одна из глобальных научных проблем в сфере МРТ — уменьшение использования жидкого гелия для охлаждения сверхпроводящего магнита. Материал этот дорогой (за 2 тыс. л, требуемых на заливку одного агрегата, надо заплатить ~1,5 млн руб.). При этом для первоначальной загрузки томографа жидкостью и дальнейшего периодического ее пополнения руководству клиники приходится приглашать специалистов со стороны. Российские ученые решили эту проблему, противопоставив жидкому гелию охладители особого типа — так называемые криогенные рефрижераторы (криорефрижераторы). По сути, это модификация холодильников, в которых привычный нам фреон заменен газообразным гелием. Если обычное устройство, поддерживающее низкую температуру, может замораживать содержимое до —80 0С, то криорефрижераторы охлаждают «начинку» до Т = 4 К (примерно —269 0С), т.е. до критической для перехода в сверхпроводящее состояние.

В ортопедическом томографе специалисты ФИАНа предусмотрели систему охлаждения замкнутого цикла, подразумевающую использование минимального объема гелия. Сверхпроводящий соленоид поместили в разработанный для этого криостат, заливаемый жидким гелием один раз в год. Испаряясь, он конденсировался на теплообменнике, охлаждаемом низкотемпературным криорефрижератором. Если бы не было утечек через различные уплотнения, утверждал Евгений Демихов, то гелий не надо было бы подливать вообще. Такой принцип действия томографа позволяет экономить до 400 л дорогостоящего гелия ежегодно. К слову, столько в среднем за год потребляет один физический институт РАН.

Отработанные на компактных диагностических системах технологии легли в основу полноразмерного томографа, т.е. позволяющего исследовать человека во весь рост. В ФИАНе уже созданы макет установки и отдельные компоненты в форме опытных образцов, в том числе градиентно-корректирующий модуль, комплекс управляющей электроники, радиочастотные катушки. Эту инновационную систему еще называют «сухим» томографом, поскольку использование жидкого гелия в ней не предусмотрено.

Параметры МРТ будут привычны для врачей. Напряжение магнитного поля — 1,5 Тесла, диаметр туннеля для размещения пациента — 60 см (в несколько раз больше, чем у предшественника). «Новый томограф по масштабу сильно отличается от предыдущего, — отметил Евгений Демихов. — Масса катушки вместе с криостатом в нем составляет ~ 3 т, а ее диаметр — ~ 2 м. Получается, размеры выросли в 34 раза. Это усложняет задачу в целом, и в первую очередь — расчеты магнитного поля. Так что сейчас главное — обеспечить прочность конструкции, работу программных систем и оптимальное распределение магнитного поля в томографе».

Несмотря на большие размера, новаторский аппарат, уверяют специалисты ФИАНа, будет проще и надежнее существующих. И стоимость его, по примерным расчетам, в разы меньше зарубежных аналогов. Осуществление амбициозного проекта позволит России выйти в число стран—производителей МРТ-систем.

Овчинникова О. На пути к безгелиевому томографу. — АНИ«ФИАН-информ», 2014 г., 30 июля

Фото с сайта ФИАНа

Материал подготовила Марина ХАЛИЗЕВА

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Науковедение»