БАШКИРСЬКА ДЕРЖАВНИЙ МЕДИЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Кафедра неврології з курсом нейрохірургії та медичної генетики
Реферат на тему
ПРИНЦИПИ
МАГНІТНО-РЕЗОНАНСНОЇ ТОМОГРАФІЇ
Уфа 2000
Введення
Явище ЯМР було відкрито порівняно недавно в 1946 році, за відкриття якого F. Bloch і E. Purcell отримали Нобелівську премію. Однак метод МРТ вийшов за рамки лабораторних досліджень зовсім недавно - на початку 80-х років і до теперішнього часу розвиток комп'ютерної та вимірювальної техніки і поява новітніх технологій створення однорідних магнітних полів поставили його в один ряд з методами КТ, а в деяких випадках і вивели на перше місце.
Справа в тому, що на КТ контрастність тканин пов'язана з єдиним параметром, що характеризує кожну тканину. - Її рентгенівської щільністю, або, як ще кажуть «електронної щільністю» речовини, тобто здатністю шару речовини поглинати рент. випромінювання. Можна сказати, що КТ відображає як би поверхневе будова атомів речовини. Чим яскравіше виглядає тканину на КТ, тим вона щільніше.
МРТ будується за переизлучение радіохвиль ядрами водню (протонами), що містяться в тканинах тіла, відразу ж після отримання ними енергії від радіохвильового сигналу, яким опромінюють пацієнта. Таким чином, контрастність тканин відображає особливості «внутрішніх», ядерних структур речовини, і вона залежить від ряду таких факторів, як будова речовини, взаємодія між молекулами, молекулярний рух (дифузія, кровотік), що дозволяє не тільки диференціювати на зображенні патологічні та здорові тканини , ні і дає можливість спостерігати відображення функціональної діяльності окремих структур. Вибираючи форму облучающего радіохвильового сигналу або імпульсної послідовності, можна виділити вплив на тканинну контрастність одного якого-небудь параметра, і одна й та ж тканина на одній МРТ може вийти світлою, а на іншій - темною.
Дослідження МР томографії та пристрій МР томографа
Перш за все пацієнта поміщають всередину великого магніту, де є досить сильне постійне (статичне) магнітне поле, орієнтоване в більшості апаратів уздовж тіла пацієнта. Під впливом цього поля ядра атомів водню в тілі пацієнта, які являють собою маленькі магнітики, кожен зі своїм слабким магнітним полем, орієнтуються певним чином щодо сильного поля магніту. Додаючи слабке змінне магнітне поле до статичного магнітного поля, вибирають область, зображення оскільки треба отримати.
Потім пацієнта опромінюють радіохвилями, причому частоту радіохвиль підлаштовують таким чином, щоб протони в тілі пацієнта могли поглинути частину енергії радіохвиль і змінити орієнтацію своїх магнітних полів щодо направлення статичного магнітного поля. Відразу ж після припинення опромінення пацієнта радіохвилями протони стануть повертатися в свої початкові стану, випромінюючи отриману енергію, і це переизлучение буде викликати появу електричного струму в прийомних котушках томографа.
Зареєстровані струми є МР сигналами, к. перетворюються комп'ютером і використовуються для побудови (реконструкції) МРТ.
Відповідно етапам дослідження основними компонентами будь-якого МР томографа є:
магніт, який створює постійне (статичне), так зване зовнішнє, магнітне поле, в якому розміщують пацієнта
градієнтні котушки, які створюють слабке змінне магнітне поле в центральній частині основного магніту, зване градієнтним, яке дозволяє вибрати область дослідження тіла пацієнт
радіочастотні котушки - передають, що використовуються для створення збудження в тілі пацієнта, і прийомні - для реєстрації відповіді порушених ділянок
комп'ютер, який керує роботою градієнтної і радіочастотної котушок, реєструє виміряні сигнали, обробляє їх, записує у свою пам'ять і використовує для реконструкції МРТ.
Будь-яке М поле характеризується індукцією М поля, яку позначають В. Одиницею виміру є 1 Тл (тесла).
У МРТ в залежності від величини постійного магнітного поля розрізняють кілька типів томографів
зі хемілюмінесцентним полем 0,01 Тл - 0,1 Тл
зі слабким полем 0,1 - 0,5 Тл
з середнім полем 0,5 - 1.0 Тл
з сильним полем 1.0 - 2,0 Тл
зі надсильних полем> 2,0 Тл
Фізичні основи явища ЯМР
Явище ЯМР пов'язано з поведінкою в магнітному полі магнітних моментів атомних ядер. Ядро атом складається з протонів і нейтронів. Всі частинки постійно обертаються навколо своєї осі і мають тому власним моментом кількості руху - спіном s. При цьому власний позитивний заряд протона обертається разом з ним і створює за законом електромагнітної індукції власне магнітне поле. Таким чином власне магнітне поле протона схоже на полі постійного магніту і являє собою магнітний диполь з північним і південним полюсами. Коли пацієнта поміщають всередину сильного магнітного поля МР-томографа, всі маленькі протонні магніти тіла розгортаються в напрямку зовнішнього поля. Крім цього, магнітні осі кожного протона починають обертатися навколо напрямку зовнішнього магнітного поля. Це специфічне обертання називається прецесією, а його частоту - резонансною частотою або частотою Лармора. Частота Л. пропорційна силі зовнішнього магнітного поля і становить для ядер атома водню 42,58 МГц / Тс.
Більшість магнітних моментів протонів прецессируют у бік «півночі», тобто в напрямку, паралельному зовнішньому магнітному полю. Їх називають «паралельними протонами». Залишилася, менша частина М моментів протонів прецессирует свої М моменти в бік «півдня», тобто практично антипараллельно зовнішньому маг. полю, це «антипаралельні протони». У результаті в тканинах пацієнта створюється сумарний магнітний момент: тканини намагнічуються, і їх магнетизм (М) орієнтується точно паралельно зовнішньому магнітному полю В 0. Величина М визначається надлишком паралельних протонів, який пропорційний силі зовнішнього М поля, але він завжди вкрай малий. М також пропорційний числу протонів в одиниці об'єму тканини, тобто щільності протонів. Величезне число (приблизно 10 22 в мл води) які у більшості тканин протонів обумовлює той факт, що чистий магнітний момент досить великий, для того щоб індукувати електричний струм в розташованій поза пацієнта приймаючої котушці. Ці індуковані «МР-сигнали» використовуються для реконструкції МР-зображення.
МР-сигнал
Будь-яке магнітне поле може індукувати в котушці електричний струм, але передумовою для цього є зміна сили поля. При пропущенні через тіло пацієнта уздовж осі y коротких ЕМ радіочастотних імпульсів М полі радіохвиль змушує М моменти всіх протонів обертатися за годинниковою стрілкою навколо цієї осі. Для того щоб це відбулося, необхідно, щоб частота радіохвиль дорівнювала ларморовской частоті протонів. Це явище і називають ядерним магнітним резонансом. Під резонансом розуміють синхронні коливання, і в даному контексті це означає, що для зміни орієнтації магнітних моментів протонів М поля протонів і радіохвиль повинні резонувати, тобто мати однакову частоту.
Після передачі 90-градусного імпульсу вектор намагніченості тканини (М) індукує електричний струм (МР-сигнал) в приймальній котушці. Приймальня котушка розміщується зовні досліджуваної анатомічної області, орієнтованому в напрямку пацієнта, перпендикулярно В 0. Коли М обертається в площинах х-у, він індукує в котушці Е струм, і цей струм називають МР-сигналом. Ці сигнали використовують для реконструкції зображень МР-зрізів. При цьому тканини з великими магнітними векторами будуть індукувати сильні сигнали і виглядати на зображенні яскравими, а тканини з малими магнітними векторами - слабкі сигнали і будуть на зображенні темними.
Контрастність зображення: протонна щільність, Т1-і Т2-виваженість
Контраст на МР-зображеннях визначається відмінностями в магнітних властивостях тканин або, точніше відмінностями в магнітних векторах, що обертаються в площині х-у і індукують струми в приймальній котушці. Величина магнітного вектора тканини перш за все визначається щільністю протонів. Анатомічні області з малою кількістю протонів, наприклад повітря завжди індукують дуже слабкий МР-сигнал, і таким чином, завжди представляються на зображенні темними. Вода та інші рідини, з іншого боку, повинні бути яскравими на МР-зображеннях як мають дуже високу щільність протонів. Однак це не так. Залежно від використовуваного для отримання зображення методу рідини можуть давати як яскраві, так і темні зображення. Причина цього полягає в тому, що контрастність зображення визначається не тільки щільністю протонів. Певну роль відіграють кілька інших параметрів; два найбільш важливих з них - Т1 і Т2.
Протипоказання і потенційні небезпеки.
До теперішнього часу не доведені шкідливі ефекти використовуються в МРТ постійних або змінних магнітних полів. Однак, будь-феромагнітний об'єкт піддається впливу сильних магнітних сил, і розташування будь-якого феромагнітного об'єкта в місці, де його переміщення може бути небезпечним для пацієнта, є абсолютним протипоказанням до застосування МРТ. Найбільш важливими і небезпечними об'єктами є внутрішньочерепні феромагнітні кліпси на судинах і внутрішньоочні феромагнітні чужорідні тіла. Найбільш важливими і небезпечними об'єктами є внутрішньочерепні феромагнітні кліпси на судинах і внутрішньоочні феромагнітні чужорідні тіла. Набольшая потенційна небезпека, пов'язана з цими об'єктами - важке кровотеча. Наявність кардіостимуляторів є абсолютним протівопаказ. для МРТ. На функціонування цих приладів може вплинути магнітне поле, і, більше того в їх електродах можуть індукувати електричні струми з можливим нагріванням ендокарда.
Передані радіочастотні хвилі завжди викликають нагрівання тканин. Щоб запобігти небезпечному нагріву максимально допустима енергія, випромінювана на пацієнта, регулюється міжнародними рекомендаціями. Перші три місяці вагітності деякими авторами розцінюються як абсолютне протипоказання для МРТ через ризик нагріву плоду. Протягом перших трьох місяців. плід оточений відносно великим об'ємом амніотичної рідини і має вкрай обмеженими можливостями для відводу надлишкового тепла.