Какая напряженность поля лучше всего для МРТ
Как напряженность поля влияет на качество изображений и как выбрать магнитно-резонансый томограф с оптимальными характеристиками
Понять, как напряженность (сила) магнитного поля аппарата МРТ влияет на результат обследования, поможет приведенный ниже текст из книги “Магнитный Резонанс в Медицине” профессора П.А. Ринка, председателя Европейского Форума по магнитному резонансу.
Битва магнитных полей
Как почти все в нашем мире, МР-томографы появляются самых разных размеров: особо-малые, малые, средние, большие и особо-большие. В силу технической природы МРТ их называют приборами с ультраслабым, слабым, средним, сильным и сверхсильным магнитными полями. Эти эпитеты относятся к напряженности постоянного магнитного поля соответствующего прибора. Эта напряженность измеряется в тесла (Тл), в единицах, несколько лет назад заменивших прежнюю единицу Гаусс (Гс), хотя Гаусс по-прежнему иногда используют (10000 Гс=1 Тл). Приборы со сверхслабым полем работают при напряженности менее 0.1 Тл, со слабым – от 0.1 до 0.5 Тл, средним – от 0.5 до 1 Тл, сильным – от 1 до 2 Тл, а со сверхсильным – более 2 Тл.
В клинической обстановке служба радиологической безопасности запрещает применение МР-томографов с полем более 2.5 Тл. Свыше этого предела поля предполагаются потенциально опасными и могут допускаться для исследовательских лабораторий.
При описании МР-аппаратуры, ученые-естественники предпочитают говорить не о полях, а о частотах. Это обусловлено тем, что различные ядра в периодической системе имеет разные МР-частоты. В поле 1 Тл, например, протоны резонируют на 42.58 МГц. Для клинической медицинской МР-томографии эти различия пока несущественны, т.к. используется только протонный МР.
Прогуливаясь по величайшей в мире коммерческой выставке радиологического оборудования на ежегодном митинге Радиологического общества Северной Америки, можно найти малые МРТ-приборы, работающие на 0.
Почему встречаются малые МР-томографы со сверхслабыми полями наряду с приборами, работающими с магнитным полем в 100 раз сильнее? Почему не выживают томографы только со слабым или только с сильным полем?
Эта проблема величины магнитного поля с начала 1980-х годов расколола МРТ-сообщество. В то время МР-томографы работали в слабых полях, многие прототипы имели поле около 0.15 Тл. Исследователи не верили, что возможна томография в более сильных полях: казалось, что более высокие радиочастоты не будут равномерно пронизывать человеческое тело. Подобно многим другим предсказаниям в МРТ, это предсказание было ошибочным.
МР-томограммы тогда были очень грубыми, неотчетливыми и, вообще говоря, хуже рентгеновских, полученных на вычислительных томографах.
Разработчиков МР-томографов на фирмах-изготовителях все время допрашивали: „Как можно улучшить качество МР-томографов?” Ответ был прост: „Усилить магнитное поле”.
Из аналитических приложений МР было известно, что отношение сигнал/ шум возрастает с ростом поля. Чем больше это отношение, тем лучше будет изображение. Но более сильное поле требует больших градиентов, чтобы снизить влияние артефактов, обусловленных химическими сдвигами, растущими вместе с полем. Сильные градиенты увеличивают пространственное разрешение. Эти простые соображения заставили некоторых изготовителей под давлением своих разработчиков и специалистов по маркетингу сделать решительный выбор в пользу сверхпроводящих магнитных систем. Такие системы – огромные динозавроподобные изделия. Они были дорогими, сложными в изготовлении, дорогими в эксплуатации, но с их помощью было реализовано выдающееся качество изображения.
Другим аргументом в поддержку разработки томографов с сильными магнитными полями было то обстоятельство, что только они позволяли совместить МР-томографию с локальной МР-спектроскопией по ядрам углерода, фосфора и протонам.
А в то время одной из целей разработки МР-интроскопии для медицины было объединение томографии и спектроскопии для одновременного получения морфологической информации и сведений о метаболизме в соответствующей точке человеческого организма. Спектроскопическая информация будет тем более детальной, чем сильнее магнитное поле.
Однако, in vivo-спектроскопия не получила распространения в клиниках, тогда как популярность МРТ росла взрывоподобно. Правилом становились специализированные на томографии МР-приборы, а комбинированные приборы и медицинская спектроскопия оставались исключениями.
Затем необходимость сильных магнитных полей в томографии стали подвергать сомнению. Техническое развитие привело к тому, что качество изображения и пространственное разрешение томографа со слабыми и средними полями стало не хуже, а иногда и лучше, чем в сильных полях, хотя тогда и отсутствовало научное обоснование этих достижений. Дополнительные исследования показали, что наиболее важный для медицинской томографии фактор, а именно, контраст тканей, по крайней мере для ряда диагностических проблем в связи с центральной нервной системой, в средних магнитных полях оказывается наилучшим, слегка убывая затем при увеличении магнитного поля.
Строгий научный подход к этой проблеме и тогда еще не был разработан. На конференции 1983 года в Сан-Франциско дебаты на эту тему перенеслись из зала в коридор и чуть не дошли до драки между сторонниками идеологии сильных полей, чья компания сосредоточила все свои усилия на томографах с полем 1.5 Тл, и сторонником слабых полей, чья компания пропагандировала томограф с полем 0.35 Тл. Линия фронта в этой войне была непроходимой, окопы – глубокими. Вы должны были принадлежать либо к одному лагерю, либо к другому. Все большие компании переметнулись к сторонникам сильных полей и рекламировали эти поля со всей мощью своих отделов маркетинга. В некоторых странах субсидии на разработку систем с сильными полями обошлись налогоплательщикам в миллионы долларов.
Однако, в одно прекрасное утро покупатели МРТ проснулись и увидели ров заполненным. Одна компания решила выйти на рынок приборов со средними полями, другая – последовала за ней, а третья – пошла на компромисс, решив создать МР-томограф, работающий с полем, промежуточным между принятыми до того „стандартами”.
Причины этих действий никогда публично не обсуждались, но медики убедились в том, что тот выигрыш в чувствительности, который рост магнитного поля дает в МР-спектроскопии, не производит аналогичного эффекта в медицинской МР-томографии, если речь идет о всем теле человека.
Дело в том, что тело человека с ростом магнитного поля порождает дополнительный шум, ограничивающий суммарный рост чувствительности. Кроме того, никто не мог предвидеть, что в сильных полях возникнут такие новые проблемы, как артефакты, обусловленные непроизвольными движениями пациента. Вполне очевидны были опасности, связанные с ростом поля, а также неизбежное удорожание техники. А между тем томографы со слабыми и средними полями становились все меньше при неуклонном улучшении обеспечиваемых ими диагностических результатов.
Разумеется, томографы с сильными полями оставались хорошим диагностическим средством и сохраняли свой рынок. Определенные преимущества за ними сохранялись: сверхбыстрые экспозиции, например, все-таки легче обеспечить в сильных полях за счет роста аппаратурной чувствительности.
Но, скорее всего, в будущем большинство МР-томографов будут работать в слабых и средних полях. Соотношение будет зависеть от конкретного рынка. Основная доля МР-томографов со слабыми и сильными полем будет установлена в Японии, за ней будет следовать Европа, в меньшей степени – США. Новое поколение пользователей МРТ, небольшие больницы и частные врачи, будут предпочитать более дешевые МР-томографы, которые обеспечивают возможность проведения подавляющего большинства наиболее часто встречающихся диагностических обследований. Большие госпитали, в особенности те из них, которые интересуются локальной спектроскопией и исследованиями в области функциональной томографии, сохранят интерес к сильным магнитным полям, но и они будут покупать томографы со слабыми и средними полями в качестве вторых и третьих установок для массовых обследований ( и разгрузки от них большого томографа).
Если бы все это было известно и принято во внимание 8-10 лет назад, то гораздо больше пациентов могли бы получить доступ к МР-томографии, и медицинское МР-оборудование могло быть не столь дорогим, как сегодня.
Напряжённость магнитного поля | это… Что такое Напряжённость магнитного поля?
Напряжённость магни́тного по́ля (стандартное обозначение Н) — векторная физическая величина, равная разности вектора магнитной индукции B и вектора намагниченности M.
В СИ: где — магнитная постоянная.
В СГС:
- В простейшем случае изотропной (по магнитным свойствам) среды и в приближении достаточно низких частот изменения поля B и H просто пропорциональны друг другу, отличаясь просто числовым множителем (зависящим от среды) B = μ H в системе СГС или B = μ0μ H в системе СИ (см. Магнитная проницаемость, также см. Магнитная восприимчивость).
В системе СГС напряжённость магнитного поля измеряется в эрстедах (Э), в системе СИ — в амперах на метр (А/м). В технике эрстед постепенно вытесняется единицей СИ — ампером на метр.
1 Э = 1000/(4π) А/м ≈ 79,5775 А/м.
1 А/м = 4π/1000 Э ≈ 0,01256637 Э.
Физический смысл
В вакууме (или в отсутствие среды, способной к магнитной поляризации, а также в случаях, когда последняя пренебрежима) напряжённость магнитного поля совпадает с вектором магнитной индукции с точностью до коэффициента, равного 1 в СГС и μ0 в СИ.
В магнетиках (магнитных средах) напряжённость магнитного поля имеет физический смысл «внешнего» поля, то есть совпадает (быть может, в зависимости от принятых единиц измерения, с точностью до постоянного коэффициента, как например в системе СИ, что общего смысла не меняет) с таким вектором магнитной индукции, какой «был бы, если магнетика не было».
Например, если поле создаётся катушкой с током, в которую вставлен железный сердечник, то напряжённость магнитного поля H внутри сердечника совпадает (в СГС точно, а в СИ — с точностью до постоянного размерного коэффициента) с вектором B0, который был бы создан этой катушкой при отсутствии сердечника и который в принципе может быть рассчитан исходя из геометрии катушки и тока в ней, без всякой дополнительной информации о материале сердечника и его магнитных свойствах.
При этом надо иметь в виду, что более фундаментальной характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции B. Именно он определяет силу действия магнитного поля на движущиеся заряженные частицы и токи, а также может быть непосредственно измерен, в то время как напряжённость магнитного поля H можно рассматривать скорее как вспомогательную величину (хотя рассчитать её, по крайней мере, в статическом случае, проще, в чём и состоит её ценность: ведь H создают так называемые свободные токи, которые сравнительно легко непосредственно измерить, а трудно измеримые связанные токи — то есть токи молекулярные и т. п. — учитывать не надо).
Правда, в обычно используемое выражение для энергии магнитного поля (в среде) B и H входят почти равноправно, но надо иметь в виду, что в эту энергию включена и энергия, затраченная на поляризацию среды, а не только энергия собственно поля[1].
Энергия магнитного поля как такового выражается только через фундаментальное B. Тем не менее видно, что величина H феноменологически и тут весьма удобна.
См. также
- Магнетизм
- Магнитная индукция
- Уравнения Максвелла
- Напряжённость электрического поля
Примечания
- ↑ Действительно, для иллюстрации рассмотрим выражение для так называемой плотности энергии поля в среде для сравнительно простого случая линейной связи намагниченности напряженности магнитного поля Тогда (используем здесь СИ) раскрывается как
7 важных фактов – Lambda Geeks
Автор Abhishekin Physics
В этой статье мы ответим на вопрос: меняется ли величина магнитного поля? Перед этим мы узнаем, какие факторы влияют на величину магнитного поля.
Магнитное поле является мерой магнитного воздействия на электрические заряды, электрические токи и материалы, проявляющие магнетизм. На эти частицы действует сила, перпендикулярная их движению. Величина потока магнитного поля зависит от силы отдельных полюсов.
Что такое магнитное поле?
Это векторное поле, которое используется для описания магнитного воздействия на электрические заряды и материалы, подчиняющиеся магнетизму.
Мы не можем видеть магнитное поле, но можем его визуализировать. Мы можем представить магнитное поле с помощью силовых линий магнитного поля. Эти линии говорят нам о напряженности магнитного поля. В местах, где напряженность поля больше, силовые линии будут сгущаться, и наоборот.
Как возникает магнитное поле в катушке?
Переменный ток создает магнитное поле, когда он проходит через катушку. Катушка состоит из железного стержня, обмотанного катушкой с током.
Когда переменный ток проходит через катушку, между электрическими полюсами создается магнитное поле, и эти полюса начинают действовать как магнитные полюса. И наоборот, когда через катушку проходит переменное магнитное поле, возникает ЭДС.
когда изменяется величина магнитной силы?
Магнитная сила зависит от напряженности магнитного поля, скорости частиц, заряда скорости движения и угла между скоростью и магнитным полем.
Если изменить любой из вышеперечисленных факторов, изменится и величина магнитной силы. Магнитная сила может быть выражена формулой, обсуждаемой в разделе ниже:
F=qvBsintheta
величина магнитного поля зависит от того, что
Магнитное поле зависит от многих факторов. Факторы включают количество проходящего тока, количество витков в катушке и радиус кругового контура. Эти факторы подробно обсуждаются в разделе, приведенном ниже:
- Количество проходящего тока – Количество тока, проходящего через катушку, напрямую влияет на величину магнитного поля.
Величина магнитного поля прямо пропорциональна величине тока, проходящего через катушку. Чем больше текущий ток, тем больше будет напряженность магнитного поля. - Количество витков в катушке — Количество витков является очень важным фактором, влияющим на величину магнитного поля. Величина магнитного поля будет увеличиваться по мере увеличения числа витков в катушке.
- Радиус круговой петли – Много обсуждалось, как на магнитное поле влияет радиус круговой петли. По мере увеличения радиуса катушки величина магнитного поля продолжает уменьшаться. Отсюда следует обратная зависимость от радиуса катушки.
Что изменяет величину магнитного поля
В предыдущем разделе мы обсуждали факторы, влияющие на магнитное поле. Если значение любого из факторов изменится, то изменится и величина магнитного поля.
Факторы, влияющие на величину магнитного поля, включают величину тока, проходящего через катушку, количество витков в катушке и радиус катушки.
Магнитное поле прямо пропорционально количеству витков провода в петле и току, протекающему в катушке. Величина магнитного поля находится в обратной зависимости от куба расстояния.
Как изменяется величина магнитной силы?
Факторы, влияющие на величину магнитной силы, обсуждаются в предыдущем разделе. При изменении любого из этих свойств изменяется и величина магнитной силы. Сила магнитного поля оказывает большое влияние на магнитную силу.
Если мы изменим силу полюсов, то изменится величина магнитного поля, что также приведет к изменению величины магнитной силы. Точно так же, если мы изменим угол катушки или скорость частицы, мы увидим, что величина магнитной силы также изменилась.
Где изменяется величина магнитной силы?
Магнитная сила будет изменяться при изменении величины магнитного поля. Мы можем наблюдать, что магнитное поле имеет наибольшую интенсивность там, где линии наиболее плотные, потому что силовые линии будут сходиться на полюсах и расходиться по мере удаления от него.
Магнитные линии сгущаются возле полюсов. Следовательно, магнитное поле максимально на полюсах. Таким образом, мы можем сказать, что магнитная сила наименьшая в средней части магнита и продолжает увеличиваться на полюсах. Вблизи полюсов мы будем испытывать наибольшую величину магнитной силы.
Уменьшается ли магнитное поле с расстоянием?
Магнитное поле будет уменьшаться по мере удаления от провода. Это, безусловно, связано с тем, что силовые линии будут становиться все реже и менее плотными по мере удаления от полюсов. Это связано с тем, что силовые линии сходятся у полюсов и расходятся по мере удаления от полюсов.
Величина магнитного поля обратно пропорциональна кубу расстояния. Это означает, что на напряженность магнитного поля сильно влияет увеличение расстояния. Оно продолжает резко уменьшаться по мере того, как мы удаляемся от провода. Плотность силовых линий также уменьшается.
Изображение: линии магнитного поля подковообразного магнитаИзображение предоставлено Википедией
Почему магнитное поле уменьшается с расстоянием?
Магнитное поле будет иметь наибольшую напряженность в местах, где силовые линии наиболее плотные.
Это происходит вблизи зоны, ближайшей к проводам и столбам. По мере удаления от полюсов количество силовых линий на единицу площади начинает уменьшаться, следовательно, величина магнитного поля.
Линии поля начинаются от полюсов и заканчиваются у полюсов. Линии поля образуют петлю, выходя из одного полюса и возвращаясь к другому. Таким образом, линии накапливаются возле столбов/проводов и становятся менее плотными по мере увеличения расстояния. Таким образом, величина магнитного поля также становится все меньше и меньше по мере увеличения расстояния. Математически можно сказать, что магнитное поле обратно пропорционально третьей степени расстояния от провода.
Заключение
Мы видели, что величина магнитного поля ослабевает по мере удаления от провода. Это можно визуализировать, нарисовав силовые линии, сходящиеся вблизи полюсов и расходящиеся, когда они удаляются от полюсов.
Последние сообщения
ссылка на 11 применений золота в различных отраслях промышленности (необходимо знать факты)11 применений золота в различных отраслях промышленности (необходимо знать факты)
Золото — это ярко-желтый, мягкий, ковкий и пластичный металл с очень низкая реактивность.
Давайте рассмотрим промышленное использование золота в различных областях.
Перечислены промышленные применения золота…
Продолжить чтение
ссылка на 15 фактов о h3SO4 + Nh5NO3 Что, как сбалансировать и часто задаваемые вопросы15 фактов о h3SO4 + Nh5NO3 Что, как сбалансировать и часто задаваемые вопросы соль. Обсудим краткие подробности реакции h3SO4 + Nh5NO3 ниже. h3SO4 — это химическая формула серной кислоты, которая представляет собой…
Продолжить чтение
Магнитное поле прямого провода с током
Создано Домиником Черня, доктором философии
Отзыв от Bogna Szyk и Adena Benn
Последнее обновление: 15 сентября 2022 г.
Содержание:- Магнитное поле провода
- Как рассчитать магнитное поле вокруг провода?
- Магнитное поле Земли
Этот калькулятор магнитного поля прямого провода с током позволяет легко описать магнитное поле, создаваемое длинным и прямым проводом с током. Читайте дальше, чтобы понять основы этого явления и узнать, как можно оценить силу этого поля.
Обязательно проверьте наши калькуляторы электромагнитной силы на проводе с током и магнитной силы между проводами!
Магнитное поле провода
Знаете ли вы, что электричество всегда строго связано с магнетизмом? Это результат одного из уравнений Максвелла, согласно которому протекающий электрический ток создает магнитное поле. Рассмотрим случай длинного прямого провода, по которому течет электрический ток. В этой конкретной ситуации силовые линии магнитного поля образуют концентрические окружности вокруг кабеля, а сила магнитного поля зависит от расстояния до провода и протекающего по нему тока.
Мы также можем плотно смотать провод в тонкую катушку, образуя соленоид. Чтобы узнать больше о соленоидах, попробуйте наш калькулятор магнитного поля соленоидов.
Как рассчитать магнитное поле вокруг провода?
Чтобы правильно рассчитать магнитное поле вокруг провода, нам нужно использовать векторное произведение и правило правой руки. Но мы также можем приблизить.
Предполагая, что наш провод прямой и очень длинный, мы можем оценить магнитное поле вокруг провода с помощью следующего уравнения:(-7) [Т*м/А] .
Вы можете видеть, что чем больше ток, протекающий по проводу, и чем ближе мы находимся к проводу, тем сильнее создаваемое магнитное поле.
Магнитное поле Земли
Земля и другие планеты и звезды нашей вселенной действуют как огромные магниты. Магнитное поле Земли зарождается в ее ядре, где находятся очень горячие электропроводящие жидкости. Движение этих жидкостей порождает протекающий ток точно так же, как в проводе, который затем отвечает за создание магнитного поля. Средняя величина магнитного поля Земли с годами меняется, но в настоящее время она составляет около 9(-5) T. Хоть это и крошечное поле, мы все же можем увидеть его на компасе.
Воспользуемся нашим калькулятором и оценим ток, который должен протекать по прямому проводу, чтобы получить магнитное поле Земли на расстоянии 1 см от провода.