Ученые Университета ИТМО разработали антенну для беспроводного питания устройств в МРТ

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.

Авторы новой работы 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 основан на использовании энергии радиочастотного поля сканера. Предложенная исследователями конструкция состоит из приемной антенны, которая работает в ближнем поле, и преобразователя радиочастотных колебаний в постоянное напряжение.

«В МРТ у переменного магнитного поля есть вектор, который имеет определенное направление в каждый момент времени. В существующих концептах систем беспроводной передачи энергии принимается линейная поляризация. В таком случае направление вектора меняется только вдоль одной линии (например, вверх и вниз). Мы предложили использовать круговую поляризацию (когда вращение вектора напоминает ход часов). Она точно соответствует движению вектора поля внутри аппарата МРТ — это позволило повысить эффективность системы. Наша разработка способна принимать почти в два раза больше энергии по сравнению с ранее представленными устройствами», — объясняет аспирант Нового физтеха ИТМО Олег Бурмистров.

Еще одно преимущество разработки в том, что она не требует изменения конструкции томографа. Во многих ранее представленных концепциях для беспроводной передачи энергии внутри МРТ требовалось размещать дополнительную антенну. 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.

«С помощью численного моделирования мы удостоверились в безопасности системы и также убедились, что наша антенна не влияет на однородность полей, то есть не ухудшает качество МР-изображений. Проверив устройство на фантомах (сосудах с жидкостью, имитирующих организм человека) внутри клинических томографов, мы подтвердили работоспособность и безопасность разработки на практике», — подчеркивает к.т.н., младший научный сотрудник Нового физтеха ИТМО Павел Серегин.

Ученые будут развивать технологию, чтобы использовать ее для разработки беспроводных катушек и управляемых метаповерхностей. Во время экспериментов удалось получить мощность порядка тысячи мВт, 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.