VIDEO
HIGHLIGHT
Log InSign up
The Insane Engineering of MRI Machines
SummaryTranscriptChat

The Insane Engineering of MRI Machines

Магнитно-резонансная томография: Технология и Принципы

Обзор раздела: В этом разделе рассматривается технология магнитно-резонансной томографии (MRI) и принципы ее работы.

Изменение в медицине благодаря MRI

  • MRI изменили способ, которым мы видим и понимаем наше тело.
  • MRI позволяют проводить операции через небольшие отверстия, что ускоряет восстановление пациентов.

Принципы работы MRI

  • MRI используют квантовые свойства атомов водорода для создания изображений.
  • Машины MRI создают сильное магнитное поле, выстраивая атомы водорода, после чего используют радиочастотный импульс для получения сигнала.

Инженерные Решения за Фасадом Белого МРТ

Обзор раздела: Здесь обсуждаются сложные инженерные аспекты магнитно-резонансных томографов.

Сложность инженерии MRI

  • Фасад белых машин скрывает сложную инженерию.
  • Использование катушек для генерации радиочастотного импульса и чтения сигнала.

Создание сильного магнитного поля

  • Мощность магнитного поля в MRI составляет 1.5–3 теслы, что значительно превосходит обычные магнитные поля.

Применение Сверхпроводников в МРТ

Обзор раздела: Здесь рассматривается использование сверхпроводниковых катушек в создании сильных магнитных полей для MRI.

Роль сверхпроводников

  • Для достижения высоких магнитных полей требуются сверхпроводники.

Особенности сверхпроводников

Содержание

Обзор раздела: В этом разделе обсуждается энергопотребление и технология охлаждения в магнитно-резонансной томографии (МРТ).

Энергопотребление и материалы

  • Энергия, необходимая для работы МРТ в течение года, эквивалентна потреблению 25 четырехместных домохозяйств, около 130 000-140 000 кВтч в год.
  • Ранее МРТ использовали жидкий гелий для охлаждения сверхпроводящих проводов до близкого к абсолютному нулю состояния. Однако это требовало регулярной замены гелия из-за его испарения.
  • Современные МРТ используют вакуумно-изолированные камеры для хранения жидкого гелия без его испарения, что снижает операционные расходы.

Техника образования изображений

  • Для формирования изображений в МРТ используется электрический цикл охлаждения, который поддерживает сверхпроводимость магнитов за счет сохранения гелия в жидкой фазе.
  • Частота вращения атомов водорода зависит от магнитного поля; это позволяет выбирать нужную частоту для формирования изображений отдельных слоев.

Содержание

Обзор раздела: Здесь рассматривается процесс формирования изображений на основе спирального распада атомов водорода и создание контрастности тканей.

Формирование изображений

  • Для создания срезовых изображений применяется градиент магнитного поля и соответствующие частоты радиочастотных импульсов.
  • Обработка сигнала спирального распада атомов позволяет создавать изображения; контрастирование тканей достигается за счет различий в T1 и T2 релаксации.

Контрастирование тканей

  • T1 релаксация определяется скоростью перенастройки атомов после радиочастотного импульса, а T2 - физическими взаимодействиями между атомами.

Содержание

Обзор раздела: Здесь углубленно рассматривается процесс контрастирования тканей через T1 и T2 релаксации.

Углубленное понимание контрастирования

  • Различия между T1 и T2 релаксациями зависят от характеристик ткани; это позволяет выделять различные типы тканей на изображении.

Содержание

Обзор раздела: В данном разделе обсуждаются методы акцентирования сигнала при формировании изображений МРТ.

Акцентирование сигнала

Введение в обработку изображений с помощью МРТ

Обзор раздела: В этом разделе рассматривается процесс деконструкции изображений на примере использования МРТ для создания изображений.

Деконструкция изображения

  • Изображение можно представить как взвешенное среднее более простых черно-белых полос.
  • МРТ использует вращающиеся атомы в сетке, где фаза атомов отображается в оттенках серого. Это позволяет создавать необходимые полосчатые узоры для анализа Фурье.
  • Путем постепенного добавления узоров с разными частотами и ориентациями машины формируют изображение каждого 2D среза.

Эволюция технологии МРТ

Обзор раздела: Рассматривается эволюция технологии МРТ и ее значимость в медицине.

Технологическое развитие

  • Развитие технологии МРТ направлено на повышение разрешения и уменьшение размеров для повсеместного использования.
Video description

Win free electronics gear and learn from the experts at Keysight here: https://www.keysight.com/us/en/events/keysight-world/live-from-the-lab-realengineering.html Watch this video ad free on Nebula: https://nebula.tv/videos/realengineering-the-insane-engineering-of-mri-machines Watch the next episode of Real Engineering 2 weeks early: https://nebula.tv/videos/realengineering-the-secret-invention-that-changed-ww2 Links to everything I do: https://beacons.ai/brianmcmanus Get your Real Engineering shirts at: https://standard.tv/collections/real-engineering References: 1] “Magnetic Resonance explained.” . https://www.drcmr.dk/MR [2] “rf_transmit-rec_design_.pdf.” . https://www.mriquestions.com/uploads/3/4/5/7/34572113/rf_transmit-rec_design_.pdf [3] “How Strong Does Your MRI Magnet Really Need to Be? - DMS Health,” May 16, 2019. . https://www.dmshealth.com/05/how-strong-does-mri-magnet-need-to-be/ [4] “MRI at 7 tesla and above: Demonstrated and potential capabilities,” J. Magn. Reson. Imaging. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/jmri.24573 [5] “The Energy Consumption of Radiology: Energy- and Cost-saving Opportunities for CT and MRI Operation,” Radiology. https://pubs.rsna.org/doi/full/10.1148/radiol.2020192084 [6] “Conductors for commercial MRI magnets beyond NbTi: requirements and challenges,” Supercond. Sci. Technol. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5472374/ [7] “Conectus - Market,” Aug. 11, 2014. . https://web.archive.org/web/20140811140649/http://www.conectus.org/xxmarket.html [8] “Liquid helium,” Questions and Answers ​in MRI. . http://mriquestions.com/liquid-helium-use.html [9] “MRI Helium Refills and Boil-off Rates: The Top Six Magnets.” . https://info.blockimaging.com/mri-helium-refills-and-boil-off-rates-the-top-six-magnets [10] “Physics of MRI: A primer,” J. Magn. Reson. Imaging. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/jmri.23642 [11] “MRI Basics.” . https://case.edu/med/neurology/NR/MRI%20Basics.htm [12] “MRI interpretation.” . https://www.radiologymasterclass.co.uk/tutorials/mri/t1_and_t2_images [13] “MRI for all: Cheap portable scanners aim to revolutionize medical imaging | Science | AAAS.” . https://www.science.org/content/article/mri-all-cheap-portable-scanners-aim-revolutionize-medical-imaging?utm_source=sfmc&utm_medium=email&utm_campaign=DailyLatestNews&utm_content=alert&et_rid=149361568&et_cid=4612861 Select imagery/video supplied by Getty Images Thank you to AP Archive for access to their archival footage. Music by Epidemic Sound: http://epidemicsound.com/creator Thank you to my patreon supporters: Abdullah Alotaibi, Adam Flohr, Henning Basma, Hank Green, William Leu, Tristan Edwards, Ian Dundore, John & Becki Johnston. Nevin Spoljaric, Jason Clark, Thomas Barth, Johnny MacDonald, Stephen Foland, Alfred Holzheu, Abdulrahman Abdulaziz Binghaith, Brent Higgins, Dexter Appleberry, Alex Pavek, Marko Hirsch, Mikkel Johansen, Hibiyi Mori. Viktor Józsa, Ron Hochsprung