Ден Томел - Поиск неисправностей в электронике

Компьютерный томограф

Описание рентгеновских систем будет неполным без обзора наиболее комплексных на сегодня рентгеновских систем, которые называются компьютерными аксиальными томографами. Компьютерный аксиальный томограф использует генератор рентгеновских лучей и устройство формирования цифрового изображения, расположенный на вращающейся на 180° каретке. Пациент помещается в центре этого механизма через тороидальное отверстие. Часть тела больного, которая должна быть исследована, помещается на пути рентгеновского луча. Система циклически снимает рентгеновское изображение и вращает каретку, как показано на рис. 10.23.

Рис. 10.23. Механизм компьютерного аксиального томографа

После того как были получены и оцифрованы все изображения, компьютер составляет двумерную модель, которая показывает разрез тела пациента (рис. 10.24).

Рис. 10.24. Изображение головы, полученное с помощью компьютерного аксиального томографа

Компьютерный аксиальный томограф представляет собой очень дорогое и сложное электронно-механическое оборудование. Для того чтобы окупить затраты, его нужно постоянно использовать, но при этом приходится, соответственно, нести расходы на оплату труда сервисного инженера. Изготовители компьютерных аксиальных томографов часто предоставляют сервисного представителя для систематического технического обслуживания и решения проблем, в течение нескольких часов, как часть сервисного контракта с больницей. Только сервисный контракт на обслуживание таких систем может стоить 100 000 долларов в год. Если работающий в больнице специалист но обслуживанию биомедицинского оборудования отвечает за компьютерный аксиальный томограф, необходимо, чтобы он прошел подготовку на предприятии-изготовителе, чтобы гарантировать быстрое получение запасных частей.

Магнитно-резонансные системы

Одним из наиболее впечатляющих высокотехнологичных приборов, которые разработаны в области биомедицины, являются системы магнитно-резонансной томографии (или ядерно-магнитный резонанс — ЯМР) — рис. 10.25.

Рис. 10.25. Пациент в цилиндре для сканирования установки ЯМР

Как описано выше, компьютерный аксиальный томограф может реконструировать данные из нескольких рентгеновских изображений для формирования разрезов внутренних органов и структур тела. Оборудование ЯМР может создавать аналогичные изображения и не так ограничено в ориентации срезов. Кроме того, этот метод не подвергает пациента вредному ионизированному воздействию радиации (рентгеновских лучей), поскольку он вместо излучения использует магнитные поля.

Полное описание принципов работы установок ЯМР лежит за пределами предмета данной книги. Мы рассмотрим только некоторые базовые концепции. Поскольку атомы нашего тела вращаются, они образуют магнитные полюса: северный и южный. Ориентация полюсов случайна, и поэтому мы не создаем четкой магнитной ориентации. Однако если нас поместить в очень сильное магнитное поле, все наши полюса выстроятся в одном из двух направлений (параллельно или противоположно) внешним линиям магнитного потока. С помощью высокочастотного радиоимпульса можно заставить магнитные полюса изменить направление. Это высвобождает некоторое количество высокочастотной энергии, частота излучения которой связана с природой тканей и интенсивностью магнитного ноля.

Магнитное поле генерируется таким образом, что его интенсивность возрастает линейно по наблюдаемой оси. Следовательно, радиочастоты, которые образуются при перемещении атомов, показывают их расположение в магнитном поле. Эта информация собирается антеннами в сканирующей камере и компьютером для формирования изображения.

Пациент располагается таким образом, что все его тело находится внутри длинной грубы (см. рис. 10.25). Вокруг трубы расположены сверхпроводящие электромагниты, которые создают сильное магнитное поле, для поляризации атомов пациента. Больной ничего не чувствует, за исключением, может быть, некоторых симптомов клаустрофобии. Компьютерное оборудование и рабочее место оператора обычно расположены отдельно или даже в другом помещении, как показано на рис. 10.26.

Рис. 10.26. Рабочее место для обработки данных и управления установки ЯМР

Магнитно-резонансное изображение способно показывать различия в мягких тканях лучше, чем получаемые компьютерным аксиальным томографом с помощью рентгеновских лучей, и может показать сечение пациента по любой из трех осей. На рис. 10.27 показано магнитно-резонансное изображение живота сбоку. Обратите внимание налетали позвоночника и хрящевые диски между позвонками, а также различные органы живота. Оборудование ЯМР особенно чувствительно при изображении мягких тканей, в то время как компьютерный аксиальный томограф хорошо отображает костные структуры.

Рис. 10.27. Магнитно-резонансное изображение области нижней части спины и близлежащих органов

Оборудование ЯМР представляет собой очень сложную систему, состоящую из многих взаимосвязанных подсистем. Для того чтобы диагностировать и исправлять проблемы такого комплексного оборудования, абсолютно необходима подготовка на предприятии-изготовителе и специальные меры предосторожности при работе с устройством из-за интенсивных магнитных полей. Любые магнитные носители, например, компьютерные диски, оставленные в кармане, выйдут из строя, если окажутся в одном помещении с установкой ЯМР. Инструменты могут быть вырваны из рук человека, даже находящегося на расстоянии нескольких метров от сканирующего туннеля. Вследствие специфической природы устройства и этих непривычных особенностей, к работе с любой частью системы ЯМР допускаются только специально подготовленные специалисты, будь то компьютерные проблемы или скрип подшипника на столе для пациента.

Работа с такой сложной системой, как установка ЯМР, может показаться непосильной задачей для начинающего специалиста. Однако, если система не выполняет каких-либо из основных функций, а их взаимоотношения понятны, становится очевидно, что в оборудовании ЯМР используются те же схемы, которые применяются для создания телевизионной аппаратуры. Для обслуживании прибора требуется умение рассуждать на основе доступных фактов.