Фізичні основи магнітно-резонансної томографії

Явище магнітного резонансу відкрито 1946 р. За це відкриття Ф.Блоч, Е.Пармель 1952 р. були удостоєні Нобелівської премії. 1973 р. П.Раутенбург уперше показав можливість отримання зображення за допомогою магнітно-резонансних радіосигналів, а 1982р, були виконані магнітно-резонансні томограми внутрішніх органів людини.

Принцип методу полягає у зміні положення та обертання протонів, що є магнітними диполями, під впливом сильного зовнішнього магнітного поля (див.мал. 10.22.). Електромагнітні імпульси, що виникають, та наведена електрорушійна сила реєструються та обробляються комп'ютером, на основі чого будується візуальне зображення.

Магнітно-резонансний томограф складається з надсильного магніта, радіоперетворювача, приймальної радіочастотної катушки, комп'ютера (ЕОМ) та консолі керування. Використовують три типи магнітів: постійний, електромагніт та надпровідний. Надпровідність магніту забеспечується надпровідністю катушок, що охолоджуються інертними зрідженими газами (азот, гелій) до температури -269°С (4°К).

Сила магнітного поля визначається в теслах (Т) чи гаусах (1 Т = 10.000 гауссов). Сила магнітного поля Землі становить 0,3 – 0,7 гаусів. В кліничній диагностиці частіше всього використовують магнітне поле силою від 0,5 до 4 Т. МРТ при дослідженях м’яких тканин перевищує по діагностичним можливостям КТ. Це обумовлено тим, що КТ базується на визначені лише электроної щільності, а МРТ - на четирьох компонентах: протоній щільності, двух часах ослаблення - Т1 і Т2 та швидкості руху рідини.

Більшість тканин людського організму в значній міре містять воду, до складу якої входять кисень та водень. Атом водню має один протон, що є магнитным диполем з південний та північним полюсами. Властивості диполя мають ядра з непарним числом протонів. Протон (ядро водню) обертається навколо своєї вісі та утворює слабкий магнітний момент (спін). Диполі безладно орієнтовані в просторі. Якщо людину розташовують в постійне магнитне поле МРТ, ядра атомів водню, як маленькі магніти, орієнтуються вздовж напрямку силових ліній магнітного поля. Вісь протона описує фігуру конусу подібно до дзиги. Це своєрідне обертання називається процесією. Більша частина протонів з низьким енергетичним рівнем, основою конусу (процесією) обернена на північ, а меньша частина протонів з більш високим енергетичним рівнем - в протилежний бік – на південь. Це відповідно паралельні та антипаралельні протони. При цьому в організмі утворюється сумарний тканинний магнітний момент - М, який направлений паралельно силовим лініям магнітного поля (див.мал. 10.22. - 1,2,3,4). Вісь z завжди збігіється з напрямком магнітного поля надпровідого магніта магнітно-резонансного томографа, яке в свою чергу співпадає з магнітним полем Землі. Вісь x розташована в одній площині з віссю z та перпендикулярна їй. Вісь y розташована вертикально та є перпендикулярною площині утвореної вясями x та z.

Для збудження резонанса протонів водню необхідно крім сильного магнітного поля, створити слабке змінне поле, частота якого буде відповідати частоті їх процесій. Для цього за допомогою радіочастотного генератора МРТ імпульс подають на катушку, що оточує ділянку інтересу тіла. Надходження відповідного радіочастотного імпульса викликає резонанс протонів. В результаті резонанса магнітні моменти всіх паралельних протонів починають обертатися за годинниковою стрілкою. При цьому сумарна вісь тканьового магнетизму (Mz) відхиляється на певний кут від напрямку силових ліній магнітного поля. Ступінь відхилення залежить від сили і часу дії радіочастотного імпульсу, тому останній визначають в градусах кута відхилення Mz від напрямку силових ліній магнітного поля. Під час паузи між повторними радіочастотними імпульсами протони, а відповідно і вісь Mz, почнуть обертатися до вихідного положення, з різною швидкістю, посилаючи МР імпульси різної сили, які сприймаються катушкою з наведенням в ній електрорушійної сили та індукції електричного струму (см. рис.10.22. - 5,6,7,8).

Для реконструкції зображень необхідно послідовне поступлення певної кількості МР сигналів. За допомогою обчислення сили імпульсів будується візуальне зображення відповідної ділянки об’єкта. Зовнішній вигляд МРТ див.мал. 10.23. Магнітно-резонансні томограми головного та спинного мозку див.мал. 10.24

Мал.10.23. МРТ апарат 1,5 T. Мал.10.24. МРТ: а)голови; б) поперекового відділу хребта

У складних для діагностики випадках застосовують штучне контрастування магнетиками, до складу яких входить парамагнітний йон з металу гадолінія. Ці контрастні речовини вводять внутрішньовенно. Вони накопичуються у вогнищах запалення та пухлинах. Ці речовини завдяки магнітним властивостям призводять до зміни контрастності.

Клінічна дія магнітного резонансу на пацієнтів і персонал, який займається дослідженням мінімальна, клінічні прояви відсутні, тому протипоказання до дослідження обмежуються лише наявністю феромагнітного об'єкта в організмі, який у разі проведення МРТ піддається значному впливу магнітних сил з індукцією струму і термічним ефектом.

Дата добавления: 2015-08-20