Сущность магнитно-резонанстной томографии

Магнитно-резонансная  томография (МРТ)-один из самых молодых методов лучевой диагностики Метод основан на феномене ядерно-магнитного  резонанса , который известен  с 1946г, когда F. Bloch и E. Purcell  показали , что некоторые ядра, находящиеся в магнитном поле, индуцируют электро-магнитный  сигнал под воздействием радиочастотных  импульсов В 1952году за открытие магнитного резонанса  им была вручена Нобелевская премия

В 2003году Нобелевская  премия по медицине была присуждена британскому ученому Питеру Мэнсфилду  и его американскому коллеге Полу Лотербуру за исследования в области МРТ В начале 1970-х годов Пол Лотербур  открыл возможность получать двухмерное изображение благодаря созданию градиента в магнитном поле Анализируя  характеристики испускаемых  радиоволн , он определил их происхождение Это позволило создавать двухмерные изображения, которые нельзя получить другими методами

Доктор Мэнсфилд  развил исследования Лотербура , установив , каким образом можно анализировать сигналы , которые подает в магнитном поле человеческий организм Он создал математический аппарат , позволяющий в кратчайший срок преобразовывать  эти сигналы в двухмерное изображение

Споров по поводу приоритета открытия МРТ было много Американский физик Рэймонд Дамадьян объявил себя настоящим изобретателем МРТ и создателем первого томографа

Вместе с тем принципы построения магнитно-резонансных  изображений человеческого тела задолго до Рэймонда Дамадьяна разработал Владислав Иванов Исследования, которые в то время казались сугубо теоритическими, через десятки лет нашли широкое практическое применение  в клинике (с 80-х годов 22 века)

Для получения МР сигнала и последующего изображения используют  постоянное гомогенное магнитное поле и радиочастотный  сигнал ,который  изменяет  магнитное поле

Основные компоненты любого МР-томографа:

-магнит, который создает внешнее постоянное магнитное поле с вектором магнитной индукции В; в системе СИ единицей измерения  магнитной индукции является 1 Тл (Тесла)(длясравнения-магнитное поле Земли составляет примерно 5*10^-5 Тл) Одним из основных требований предъявляемых к магнитному полю, является  его однородность в центре тоннеля;

-градиентные  катушки , которые создают слабое магнитное поле в трех направлениях в центре магнита , и позволяют выбрать область исследования;

-радиочастотные  катушки , которые используются  для создания электромагнитного возбуждения протонов в теле пациента ( передающие катушки)и для регистрации ответа сгенерированного  возбуждения (приемные  катушки) Иногда приемные и  передающая катушки совмещены в одну при исследовании различных частей тела , например головы

При выполнении МРТ:

-исследуемый объект помещается  в сильное магнитное поле;

-подается  радиочастотный  импульс , после которого происходит изменение внутренней намагниченности  с постепенным его возвращением к исходному уровню

Эти изменения  намагниченности многократно считываются  для каждой  точки исследуемого объекта

Физические основы МРТ

Организм человека примерно на 4/5 состоит из воды, около 90% вещества составляет водород –‘H. Атом водорода является  простейшей структурой В центре есть положительно заряженная  частица –протон ,а на периферии –значительно меньшая по массе: электрон

Постоянно вращается  вокруг ядра (протона) только электрон , но одновременно с этим происходит вращение протона Он вращается  примерно как волчок вокруг собственной оси , и одновременно  его ось вращения описывает окружность ,так что получается конус (см. рис. 5.1,а,б)

Частота  вращения протона (прецессия)  очень высока –примерно 40МГц , то есть за 1с  он делает –около 40 млн оборотов Частота вращения прямо пропорциональна напряженности магнитного поля и называется  частотой Лармора Движение заряженной частицы формирует магнитное поле , вектор которого совпадает с направлением конуса вращения Таким образом , каждый протон можно представить в виде маленького магнита (спина) ,который имеет свое собственное магнитное поле и  полюсы –северный и южный (рис. 5.1)

Протоны имеют самый высокий магнитный момент и, как отмечалось выше, самую большую концентрацию в организме Вне сильного магнитного поля эти маленькие магниты (спины)  ориентированы хаотично Попадая  под действие сильного магнитного поля ,которое составляет основу магнитно-резонансной томографической установки , они выстраиваются вдоль основного магнитного вектора Во Возникающая  при этом продольная  намагниченность спинов будет максимальной

После этого подается  мощный радиочастотный  импульс определенной (резонансной) частоты , близкой к частоте Лармора Он заставляет все протоны перестраиваться  перпендикулярно (90 град) основному магнитному вектору Во и совершать синхронное вращение , вызывая собственно ядерный резонанс Продольная  намагниченность становится  равной нулю, но возникает поперечная  намагниченность, так как все спины направлены перпендикулярно основному магнитному вектору Во

3

 

Под влиянием основного магнитного вектора Во спины постепенно возвращаются  к исходному состоянию Это процесс называется  релаксацией Поперечная намагниченность уменьшается ,а продольная увеличивается

Скорость этих процессов зависит от наличия химических связей; наличия или отсутствия  кристаллической решетки; возможности свободной отдачи энергии с переходом электрона с более высокого на более низкий  энергетический уровень (для воды это макромолекулы  в окружении); неоднородности магнитного поля

Время , за которое величина основного вектора намагниченности  вернется  к 63% первоначального  значения , называют временем Т1-релаксации ,или спин-решетчатой релаксацией

После подачи радиочастотного  импульса все протоны вращаются  синхронно (в одной фазе) Затем из-за  небольшой неоднородности магнитного поля спины ,вращаясь с разной частотой (частотой Лармора), начинают вращаться  в  разных фазах Другая частота резонанса позволяет «привязать» тот илииной протон к конкретному месту в исследуемом объекте

Время релаксации Т2 наступает приблизительно в момент начала расфазировки  протонов, которая  происходит из-за негомогенности внешнего магнитного поля и наличия локальных магнитных полей внутри исследуемых  тканей, то есть когда спины начинают вращаться  в разных фазах Время, за которое вектор намагниченности  уменьшится  до 37% первичного значения, называют временем Т2-релаксации ,или спин-спиновой  релаксацией

4

 

Эти изменения  намагниченности  считываются  многократно для каждой точки исследуемого объекта и в зависимости от начала измерения  МР-сигнала , характерного для разных импульсных последовательностей  , мы получаем Т2-взвешеннные, Т1 –взвешенные или протон-взвешенные  изображения

В МРТ радиочастотные импульсы могут подаваться  в различных комбинациях  Эти комбинации называются  импульсными последовательностями  Они позволяют добиваться  различной контрастности мягкотканных структур и применять специальные методики исследования

Комментарии

No Комментарии

Leave a reply

Союз образовательных сайтов