Ученые Нового физтеха Университета ИТМО разработали антенну для беспроводного питания устройств в МРТ. Она принимает почти в два раза больше энергии по сравнению с ранее представленными прототипами. В перспективе проект позволит отказаться от проводов и дорогостоящих немагнитных аккумуляторов для питания измерительной электроники.
Фото: Екатерина Шевырева / ITMO News
Фото: Екатерина Шевырева / ITMO News
Магнитно-резонансная томография (МРТ) — важнейший метод диагностики внутренних органов и тканей человека. Его постоянно совершенствуют, чтобы сократить время сканирования, улучшить качество получаемых изображений и повысить комфорт пациента.
В Университете ИТМО активно развивают направление по созданию беспроводных антенн-катушек для МРТ, которые, в отличие от классических устройств, будут компактнее, удобнее и безопаснее. Однако избавление от проводов требует решения вопроса питания электроники.
Ученые Нового физтеха ИТМО изучили и усовершенствовали способ беспроводной передачи энергии внутри тоннеля аппарата МРТ. Они разработали антенну для беспроводного питания катушек и другого медицинского оборудования. Принцип работы устройства базируется на использовании энергии радиочастотного поля сканера. Предложенная исследователями конструкция состоит из приемной структуры (антенна, которая работает в ближнем поле) и преобразователя радиочастотных колебаний в постоянное напряжение.
Еще одно преимущество разработки в том, что она не требует изменения конструкции томографа. Предложенное учеными ИТМО решение можно сразу внедрять в системы питания беспроводных катушек и небольшие устройства — например, нагрудные кардиодатчики или сенсоры дыхания. Исследователи провели численное моделирование, разработали прототип и проверили эффективность предлагаемого решения на нескольких моделях клинических аппаратов МРТ.
Ученые будут развивать технологию, чтобы использовать ее для разработки беспроводных катушек и управляемых метаповерхностей. Во время экспериментов удалось получить мощность порядка тысячи мегаватт, что уже достаточно для питания небольшой электроники. Однако в планах исследователей — увеличить это значение, чтобы максимально охватить весь класс устройств, применяемых во время процедуры МРТ.
Работа ведется на грант РНФ «Управляемые метаповерхности для беспроводных технологий» №21-79-30038.
Фото: Екатерина Шевырева / ITMO News
Фото: Екатерина Шевырева / ITMO News
Павел Серегин, к.т.н., младший научный сотрудник Нового физтеха ИТМО:
— Принцип работы клинических МРТ заключается в возбуждении протонов в теле пациента и последующем приеме сигналов от них при помощи радиоволн. Для этого применяют специализированные антенны, приемные и передающие, называемые «катушками». Передающая катушка, как правило, одна. Она большая и встроена в тоннель аппарата МРТ. Приемные катушки маленькие, их много, и они предназначены для разных частей тела, например, спины, колена, головы, шеи.
Приемные катушки требуют питания внутренней электроники и подключаются при помощи кабелей к системам томографа. В ИТМО активно работают над созданием беспроводных катушек, не требующих проводного подключения.
Технологии для высокопольных МРТ развиваются в настоящее время, большинство из них являются прототипами, так же как и тот, что демонстрируем в своей работе мы,— это экспериментальные образцы. Для полноценного рабочего решения, готового к применению в клиниках, требуется еще много исследований и работы. Есть похожие технологии создания беспроводных катушек, как, например, у отечественных МРТ АЗ для низкопольных МРТ, но они работают немного на других принципах. Кроме того, есть отдельные решения у зарубежных производителей, как например беспроводная катушка для конечностей для МРТ Siemens, однако эта технология развивается в настоящее время и пока большинство катушек проводные.
Олег Бурмистров, аспирант Нового физтеха ИТМО:
— Разработанное устройство (антенна — это лишь его часть) позволяет собрать часть энергии радиочастотного поля от передающей катушки, чтобы запитать ею электронику малых приемных катушек. Кроме того, мы использовали круговую поляризацию, что позволило улучшить ее эффективность.
Так как энергия передается через радиоволны, то не потребуется кабель для подключения катушек. Информацию и другие служебные сигналы при необходимости тоже можно передавать по радиоканалу.
В первую очередь беспроводное питание устройств в МРТ позволит увеличить комфорт процедуры. Человек лежит в замкнутом пространстве, и для многих это уже большой стресс. Избавление от кабелей упростит прохождение обследований, а также ускорит подготовку к ним. Кроме того, это позволит избавиться от выходящих из строя в самый неподходящий момент кабелей и разъемов, перестать использовать неэкологичные и дорогостоящие аккумуляторы. В научном плане это шаг в развитии методов беспроводного питания для различных устройств, в том числе в необычных условиях высоких магнитных полей, как в МРТ.