Тихий усилитель для слабого сигнала экспресс
Катушка в МРТ ловит радиосигнал от атомов водорода — как антенна ловит далёкую радиостанцию. Но сигнал слабый, и если усилитель сам шумит, картинка получается зернистой. В слабых магнитных полях (дешевле и компактнее, чем сильные) таких усилителей мало, и стоят они дорого.
Инженеры собрали усилитель из обычных биполярных транзисторов — тех, что стоят копейки и продаются в любом магазине электроники. Схема построена так, что усилитель почти не добавляет шума (меньше 1,3 децибела) и имеет низкое входное сопротивление — 3 Ома. Это важно: катушки в массиве перестают «перекрикивать» друг друга, и каждая слышит только свой участок тела.
Усилитель проверили на частотах 3 и 21,2 МГц и в настоящем томографе с полем 0,5 тесла. Картинки вышли чёткими, а сигнал — сильным. По сравнению с коммерческим усилителем для этих частот, самодельный оказался лучше по шуму и дешевле в разы.
Такой подход открывает путь к недорогим аппаратам МРТ для клиник, где нет денег на сверхпроводящие магниты. Ведь слабое поле — это не только дешевле, но и безопаснее для пациентов с имплантами.
Оригинальная аннотация
как её написали авторы, на английском arXiv:2608.10225v1
Purpose: In magnetic resonance imaging (MRI), preamplifier decoupling is used to improve the signal-to-noise ratio of a multichannel receive coil array. In low-field and ultra-low-field MRI, low-noise amplifier (LNA) solutions with low input impedance (LII) are poorly represented and consist mostly of field-effect transistors. We propose a low-cost LNA based on a common-base circuit with bipolar transistors to achieve LII (<5 Ohm), a low noise figure (<1.3 dB), and high gain (>30 dB). Methods: The proposed LNA circuits were simulated, fabricated, and tested at frequencies of 3 MHz and 21.2 MHz. The decoupling capabilities of the proposed LNA were experimentally evaluated, and MR imaging was performed in a 0.5T MRI scanner alongside a comparative study with a commercial LNA. At 3 MHz, the LNA was evaluated by analyzing free induction decay signals. Results: Proposed LNA solutions demonstrate a low noise figure below 1.3 dB with an input impedance of 3 Ohm. It was also shown that the presented LNA circuit enables high SNR values in MR imaging. The developed amplifiers demonstrate superior performance compared to available commercial options within the selected HF band. Conclusion: Due to the availability and cost-effectiveness of the selected transistors, the proposed LNA circuit is highly suitable for low-field MRI applications.
При 0,5 тесла частота сигнала от водорода — около 21 МГц, это близко к коротковолновому радиодиапазону, где работают любительские радиостанции.