Обзор рынка и перспективные сверхпроводники для МРТ
15 сентября 2017
Представлен доклад “Conductor for MRI magnets beyond NbTi”, авторы M. Parizh (General Electric), Y. Lvovsky и M. Sumption (Ohio State University). Дается обзор существующего рынка МРТ, требования к проводу для МРТ, перспективы использования новых сверхпроводников.
Рынок МРТ: Среди установленных МРТ более 75% - сверхпроводящие Ежегодно изготавливается около 4000 аппаратов, из них: >90% туннельные МРТ для всего тела (whole-body). Примерно поровну МРТ с отверстием 60 см и 70 см. Из них по напряженности магнитного поля 1.5 Тл (75%), 3 Тл (25%) <10% специализированные и более 7 Тл.
Для производства МРТ ежегодно требуется 3000 – 5000 тонн сверхпроводника на основе NbTi, стоимость 1 кА*м (при 4 К в магнитном поле 4 Тл) для производителей МРТ составляет порядка 1 доллара США. На рынок МРТ приходится 20% (2006 год) потребления жидкого всего гелия.
Основные параметры аппаратов МРТ:
|
|
1.5 Тл |
3 Тл |
|
Длина, см |
125-170 |
160-180 |
|
Диаметр туннеля, см |
60 (стандарт), 70 см |
|
|
Внешний диаметр, см |
180-210 |
|
|
Однородность магнитного поля 10 ppm peak-to-peak |
30-45 см по оси 45-55 см в радиальном направлении |
|
|
Рассеянное магнитное поле 5 Гс (Z x R), м |
4х2.5 |
5х3 |
|
Спад магнитного поля |
<0.1% в год |
|
|
Объем жидкого гелия |
До 1500 литров |
|
|
Запасенная энергия, МДж |
2-4 |
8-15 |
|
Максимальное поле на обмотке, Тл |
3-6 |
5-6.5 |
|
Приведенная длина, кА*км |
15-25 |
35-60 |
|
Вес сверхпроводника, кг |
400-800 |
1000-3000 |
Основные требования к сверхпроводнику для МРТ:
- Стоимость <2$ за кА*м (при 4 К, 3 Тл)
- Критический ток >500 А в магнитном поле 3 Тл (при рабочей температуре магнита)
- Длина большинства (70%) кусков проводника >3 км, остальное >1 км
- Отсутсвие эффекта экранировки при работе градиентов
- Круглый или прямоугольный провод (кабель или лента недопустимы)
- Критический радиус изгиба
- Допуск на размеры < ± 10 мкм
- Отстуствие дегарадации свойств сверхпроводника при изготовлении и квенче
- Отсутствие (или минимум) необходимости проверки свойств сверхпроводника перед намоткой
- Наличие технологии производства сверхпроводящих контактов R < 10-12 Ом в магнитном поле 0.5 Тл
- Спад магнитного поля < 0.1 ppm / час (менее 0.1% в год)
- Ежегодное производство > 100 тонн
- Требуется несколько независимых производителей проводника
Авторы доклада делают вывод о том, что к настоящему времени для массового производства МРТ альтернативы, по совокупности параметров, сверхпроводнику на основе NbTi нет.
Автор обзора: к.ф.м-н, инженер ООО МРТ-КРИО, Костров Е.А.