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

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

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