Mis see uuring on? Mri füüsiline alus

Informatiivne, ohutu, mitteinvasiivne diagnostiline meetod, mis võimaldab saada kõrge eraldusvõimega pilte elunditest ja süsteemidest, veresoonte struktuuridest erinevatel tasapindadel, kasutades kolmemõõtmelisi rekonstruktsioone.

MAGNETRESONANTSKUJUTUSE ARENGU AJALUGU

Põhiliseks avastuseks füüsika valdkonnas oli Nikola Tesla avastus pöörlevast magnetväljast 1882. aastal Budapestis.

1956. aastal rahvusvaheline elektrotehniline komisjon Tesla Ühing. Kõik MRI-seadmed on kalibreeritud Tesla ühikutes. Magnetvälja tugevust mõõdetakse Tesla või Gaussi ühikutes. Mida tugevam on magnetväli, seda suurem on keha aatomitelt vastuvõetavate raadiosignaalide arv ja seega ka MRT-pildi kvaliteet. 1 Tesla = 10000 Gaussi

§ Madala väljaga MRI = kuni 0,2 Teslat (2000 Gaussi)

§ Keskmine MRI väli = 0,2–0,6 Teslat (2000 Gaussi kuni 6000 Gaussi)

§ Kõrgvälja MRI = 1,0 kuni 1,5 Teslat (10 000 Gaussi kuni 15 000 Gaussi)

1937. aastal märkis Columbia ülikooli professor Isidore I. Rabi New Yorgi Columbia ülikooli Pupini füüsikalaboris töötades kvantnähtuse, mida nimetati tuumamagnetresonantsiks (NMR). Ta leidis, et aatomituumad märgivad oma kohalolekut raadiolainete neelamise või kiirgamisega, kui nad puutuvad kokku piisavalt tugeva magnetväljaga.

Professor Isidore I. Rabi sai oma töö eest Nobeli preemia. 1973. aastal tegi New Yorgi osariigi ülikooli keemik ja NMR-uurija Pavel Lauterbur esimese NMR-pildi.

Brooklyni Downstate'i meditsiinikeskuse arst ja eksperimenteerija Raymond Damadian avastas, et vesiniku signaal vähikoes erineb tervetest kudedest, kuna kasvajad sisaldavad rohkem vett. Mida rohkem vett, seda rohkem vesinikuaatomeid. Pärast MRI-aparaadi väljalülitamist kestavad vähikoe raadiolainete jääkvibratsioonid kauem kui tervete kudede vibratsioonid.

Oma magistrantide, arstide Lawrence Minkoffi ja Michael Goldsmithi abiga lõi dr Damadian kaasaskantavad mähised vesinikkiirguse jälgimiseks ning mõni aeg hiljem konstrueeriti esimene MRI-aparaat. 3. juulil 1977 tehti pea viietunnine inimkeha esimene MRT-uuring, rinnavähiga patsiendist tehti esimesed uuringud 1978. aastal.

MRI PÕHIMÕTE

Magnetresonantstomograafia on meditsiiniline diagnostiline meetod, mis loob tuumamagnetresonantsi põhimõttel kujutisi inimkeha kudedest ja elunditest. MRI võib luua kujutise õhukesest koelõikest inimkeha mis tahes osast – mis tahes nurga ja suuna alt. MRI võimaldab teil elektromagnetvälja abil saada pilti inimese elunditest ja kudedest.

MRI loob tugeva magnetvälja ja inimkehas on mingid väikesed bioloogilised "magnetid", mis koosnevad magnetiseeritud prootonitest, mis on osa vesinikuaatomitest. Prootonid on kehakudede magnetiliste omaduste põhielement.

Esiteks loob MRI püsiva magnetilise oleku Inimkeha kui keha asetatakse pidevasse magnetvälja. Teiseks stimuleerib MRI keha raadiolainetega, mis muudab prootonite statsionaarset orientatsiooni. Kolmandaks peatab seade raadiolained ja registreerib keha elektromagnetilise ülekande. Neljandaks kasutatakse edastatud signaali keha sisekujutiste koostamiseks arvutis infotöötluse abil.

MRI pilt ei ole fotograafiline. See on tegelikult arvutipõhine kaart või kujutis inimkeha kiiratavatest raadiosignaalidest. MRI on oma võimaluste poolest parem kui kompuutertomograafia, kuna ioniseerivat kiirgust ei kasutata nagu CT-s ja tööpõhimõte põhineb kahjutute elektromagnetlainete kasutamisel.

Magnetresonantstomograafia on välimuselt sarnane arvutiga. Uuring viiakse läbi samamoodi nagu CT-skaneerimine. Tabel liigub järk-järgult mööda skannerit. MRI võtab kauem aega kui CT-skaneerimine ja võtab tavaliselt vähemalt 1 tunni.

MAGNETVÄLJA VÕIMSUS

Magnetresonantstomograafia (MRI) on mitmetasandiline kujutise tehnika, mis põhineb interaktsioonil

raadiosageduslik elektromagnetväli ja mõned aatomituumad inimkehas (tavaliselt vesinik), pärast keha asetamist tugevasse magnetvälja. See pildistamismeetod visualiseerib eriti hästi pehmeid kudesid. MRI kvaliteet ei sõltu ainult väljatugevusest (üle 1 T loetakse kõrgeks väljaks), vaid ka mähise valikust, kontrasti kasutamisest, uuringu parameetritest, hindava spetsialisti kogemusest. saadud kujutist ja suudab kindlaks teha patoloogia olemasolu. MRI uuringutes kasutatakse sageli intravenoosse kontrastaine (gadoliiniumi) kasutuselevõttu. Praegu kasutavad MRT-seadmed välja võimsusega 0,1 kuni 3,0 T. Viimastel aastatel on ilmunud ka tomograafid võimsusega 7 T, kuid nende kasutamine kliinikus on alles testimisjärgus.

AT kliiniline praktika seadmete puhul kasutatakse võimsuse järgi järgmist seadmete gradatsiooni:

§ Madal väli 0,1 kuni 0,5 T

§ Keskväli 0,5 kuni 0,9 T

§ Kõrge väli üle 1 T

§ Ülimalt kõrge väljaga 3,0 ja 7,0 T

Seadmed jagunevad ka avatud tüüp ja suletud (tunneli tüüpi).

Kuni viimase ajani esindasid avatud tüüpi MRI-seadmeid ainult madala väljaga seadmed, kuid nüüd toodetakse ja kasutatakse aktiivselt avatud tüüpi kõrgvälja MRI-seadmeid (1 T ja rohkem). Lisaks on ilmunud seadmed püstises või istuva patsiendi uuringute läbiviimiseks. Mitmekesisus mitmesugused MRI-seadmed võimaldavad seda diagnostilist meetodit laialdaselt kasutada erinevate patoloogiliste seisundite morfoloogiliste muutuste või funktsionaalsete häirete määramiseks.

Kõik seadmed võib tinglikult jagada madala väljaga ja kõrgväljaga või avatud või tunneli tüüpi.

PATSIENTIL ON SAGELI RASKE TEHA VALIKU MADALA- VÕI KÕRGE VÄLJAKULUDE VAHEL. KUID MADALA- JA KÕRGEVÄLJAGA MASINATE VAHEL ON OLULINE ERINE.

Avatud (madal põrand) skannerid pakuvad halba pildikvaliteeti ja mõningaid uuringuid diagnoosi selgitamiseks tuleb korrata pärast madala väljaga seadmeid kõrge väljaga seadmetel. Kõrgvälja magnetvälja tugevusega (1 - 1,5-3,0 Tesla) MRI seadmed tagavad kõrge eraldusvõime, mis võimaldab visualiseerida elundite ja kudede struktuuri detailsemalt. Madala väljaga MRI-masinate magnetvälja tugevus on tavaliselt 0,23–0,5 Teslat. Mida suurem on magnetvälja tugevus, seda parem on kujutis ja seda kiirem on skaneerimine. Magnetvälja võimsuse suurenemise ja koepildi kvaliteedi vahel on otsene seos.

MRI-seadmed skaneerivad keha kihtidena (viiludena). Mida suurem on magnetväli, seda õhemad on lõigud, mis võimaldab saada kudedest üksikasjalikumat morfoloogilist pilti ja seega ka täpsemat diagnoosi.

Kõrgvälja MRI nõuab suurema magnetvälja tõttu vähem aega uuringu läbiviimiseks. Kõrge väljaga MRI skaneerib keha poolteist kuni kaks korda kiiremini kui madala väljaga (avatud tüüpi) masinad. See on väga oluline, kuna pika uuringuga suureneb patsiendi liikumise ja pildiartefaktide ilmnemise tõenäosus.

Suure väljaga MRI-seadmed pakuvad kõige arenenumaid pilditehnikaid, millest mõnda ei saa teostada madala magnetväljaga masinatega.

Kõrgvälja MRI-aparaate täiustatakse pidevalt, et pakkuda patsiendile suuremat mugavust ja vähendada patsiendi ärevust uuringu ajal. Viimastel aastatel on välja töötatud uued oluliselt lühema toruga MRT-skannerid, mis võimaldab mõne uuringu jaoks olla patsiendi pea magneti avast väljaspool. Magnetiava laiendatakse toru otsas, mis vähendab patsiendi suletustunnet, sest patsiendi pea on teel laiendatud otsa poole. Lisaks on ava laiem kui varem disainitud skanneritel, võimaldades patsiendi ümber uuringu ajal rohkem ruumi.

Kõrgvälja seadmetel on aga mitmeid puudusi:

1. Klaustrofoobia. Väike osa patsientidest kardab kinniseid ruume ega saa viibida suure väljaga aparaadi sees. Valdav osa nendest patsientidest piisab enne uuringut kerge rahusti võtmisest, kuid raske klaustrofoobia korral on sellistel patsientidel väga raske läbi viia uuringut tunneli tüüpi seadmetega.

suurus 2. Kõrgvälja MRI masinatel on vähe ruumi ja mõned patsiendid võivad oma suure keha suuruse tõttu olla MRT tunnelisse mahtumiseks liiga suured. Mõnel kõrgvälja MRI-l on ka kaalupiirangud.

3. Valu. Kui patsiendil on tugev selja-, kaelavalu või muud sümptomid, raskendab see patsiendil pikka aega paigal lamamist.

Seetõttu võivad madala väljaga (avatud tüüpi) MRI-aparaadid olla mõnele patsiendile sobivamad, näiteks neile, kellel on tõeline klaustrofoobia või suured suurused keha.

Meditsiinilise diagnostika haru arsenalis on juba piisavalt meetodeid konkreetset elundit mõjutanud haiguse kindlakstegemiseks. MRI (magnetresonantstomograafia) on uuring, mis on oma omaduste tõttu kindlalt liidripositsiooni võtnud. Mis on MRI ja miks on see tehnika viimastel aastakümnetel pea kogu tsiviliseeritud maailmas nõutavaks muutunud, saate teada, kui tutvute protseduuri läbiviimiseks kasutatavate seadmete tööpõhimõttega.

Natuke ajalugu

1973. aastal, mil keemiaprofessor Paul Lauterbur avaldas oma artikli magnetresonantstomograafiast. teadusajakiri Loodus, mille meetodi loomise ajal kõik üksmeelselt aktsepteerisid. Veidi hiljem täiustas Briti füüsik Peter Mansfield kujutise loomise matemaatilisi komponente. Panuse eest magnetresonantstomograafia loomisesse said mõlemad teadlased 2003. aastal Nobeli preemia.

Märkimisväärne läbimurre meetodi väljatöötamisel toimus MRI skanneri leiutamisega Ameerika teadlase ja arsti Raymond Damadiani, ühe esimese MRI võimaluste uurija poolt. Paljude aruannete kohaselt on teadlane meetodi looja ise, kuna juba 1971. aastal avaldas ta idee tuvastada vähk MRI abil. Samuti on teave leiutiste ja avastuste komiteele avalduse esitamise kohta nõukogude leiutaja Ivanov V.A. sellel teemal, mida kirjeldati üksikasjalikult juba 2000. aastal.

Millel diagnoos põhineb?

MRI tööpõhimõte põhineb võimel uurida kudesid Inimkeha põhineb nende küllastumisel vesinikuga ja magnetiliste omadustega. Vesiniku tuumal on üks prooton, mis sisaldab spinni (magnetmomenti), mis tema jaoks resonantssagedusel rakendatud magnet- ja gradient- (lisa)väljade mõjul muudab oma orientatsiooni ruumis.

Prootonite parameetrite, selle magnetmomentide ja nende vektorite, mis eksisteerivad ainult kahes faasis, ning prootoni spinnidega seondumise järgi saab järeldada, millises koeaines vesinikuaatom asub. Teatud sagedusega elektromagnetväljaga kokkupuude kehaosaga viib mõne prootoni magnetmomendi muutumiseni vastupidiseks ja seejärel naasmiseni algsesse asendisse.

MR-tomograafi andmehõiveprogramm registreerib ergastatud osakeste - prootonite - lõõgastumisel tekkiva energia vabanemise. Alates selle loomisest on seda meetodit kutsutud NMRI-ks (tuumamagnetresonantstomograafia) ja seda kuni Tšernobõli tuumaelektrijaama õnnetuseni. Pärast seda otsustati esimene sõna nimest eemaldada, et mitte tekitada muret MRT-uuringule minejate seas.

Tomograafi omadused

MRI-aparaat, mis see on ja millised on selle seadme omadused? Esimesed MRI protseduuriks kasutatud seadmed tekitasid magnetvälja, mille induktsioon oli 0,005 T (Tesla) ja piltide kvaliteet oli halb. Meie aja tomograafid on varustatud võimsate allikatega, mis loovad tugeva elektromagnetvälja. Nende hulka kuuluvad vedelas heeliumis töötavad kuni 1–3 T, mõnikord kuni 9,4 T induktsiooniga elektromagnetid ja suure võimsusega (neodüüm) püsimagnetid kuni 0,7 T.

Konstandid põhjustavad kudedes nõrgemat magnetresonantsreaktsiooni kui elektromagnetilised, seega on esimeste kasutusala väga piiratud. Kuid samal ajal võimaldavad püsimagnetid teha MRT-uuringut seisvas asendis, liikudes ning võimaldavad protseduuril olevale isikule meditsiinilist juurdepääsu nii diagnostiliste kui ka ravitoimingute tegemisel. See kontroll võimaldab teha MRI-d, nn sekkuva magnetresonantstomograafia meetodit.

Tomograafi ehituse põhimõte

MRI-masinaga 3 ja näiteks 1,5 T saadud piltide kvaliteet reeglina ei erine. Pildi selgus võib olenevalt seadme seadistustest erineda. Kuid 0,35 T induktsiooniga tomograafide uuringu tulemused on palju madalama kvaliteediga kui 1,5 T seadmete puhul. Seadmed, mis genereerivad välja alla 1 T, ei võimalda saada siseorganitest informatiivseid pilte ( kõhuõõnde ja väike vaagen).

Sellistel tomograafidel tehakse ainult pea, selgroo, liigeste diagnostika, kui MRI kirjeldus ei nõua ülitäpseid pilte.

Miks valitakse enamikul juhtudel MRI?

MRI diagnostika ja CT (kompuutertomograafia) on kaks meetodit, mis põhinevad elundite kihiliste kujutiste saamisel. Tomograafia kreeka keeles tähendab sektsiooni. Kuid samas on meetoditel ka erinevusi - CT pildistab kasutamisel röntgenikiirgus, mis avaldab inimkehale kiirgust, mõnikord isegi üsna suurt. Vaatamata väikesele protseduuride maksumuse erinevusele tehakse sageli MRT-d, sest KT visualiseerib luukoe ainult paremini.

Ja muudel juhtudel valitakse esimene protseduur, kuna MRI näitab kõiki pehmeid ja kõhrelisi struktuure, veresoonte ja närvide moodustisi erinevad suurused. Uuring paljastab palju kõige erinevama iseloomuga patoloogilisi protsesse. Lisaks võib sellist protseduuri nagu MRI määrata rasedatele ja imetavatele naistele, lastele, kartmata võimalik kahju nende tervist või emakasisene areng lootele. Uuringul on teatud vastunäidustused, kuid paljud neist ei ole absoluutsed ja teatud tingimustel saab seda läbi viia.

Millal on magnetvälja kasutamisel vaja diagnostikat?

MRI näidustused põhinevad täielikult selle diagnostilistel tunnustel, nimelt vesiniku molekulide arvul kudedes. Nii et peaaegu kõigis pehmetes ja kõhrelistes moodustistes saab tänu protseduurile diagnoosida järgmist tüüpi patoloogilisi protsesse:

Lisaks muutub pärast MRI tegemist kättesaadavaks veresoonte voodite muutuste jälgimine. vereringe, samuti lümfisoon ja selle sõlmed. Lülisamba diagnoosimine selle meetodiga võimaldab teil luua täieliku (kolmemõõtmelise) pildi kõigist seda moodustavatest struktuuridest ning analüüsida luu-lihaskonna, närvisüsteemi ja vereringesüsteemi aktiivsust.

Aju MRI võimaldab teil saada elundi 3D mudelit

See diagnostiline tunnus paneb mõnikord protseduurile aja saanud patsiendid mõtlema, miks nad teevad lülisamba MRT-d, kui luukoed pole uuringu käigus piisavalt hästi visualiseeritud? Läbipääsu soovitamine on põhjendatud asjaoluga, et lülisamba patoloogiad põhjustavad sageli ümbritsevate kudede haigusi, näiteks sama osteokondroosi, mis põhjustab närvide pigistamist.

Millistel juhtudel on protseduuri võimatu läbi viia?

Isegi kui arvestada, et MRI on kahjutu ja mitteinvasiivne uuring, on siiski põhjuseid, mis takistavad selle rakendamist. Kõige olulisem, mis on protseduuri absoluutseks vastunäidustuseks, on metallesemete olemasolu kehas. Põhjus on otseselt seotud menetluse põhimõttega.

Seega, kui patsiendil on südamestimulaator (stimulaator), hamba- ja kõrvakinnitusega metallimplantaadid, südameklapi proteesid, ferromagnetilised killud, metallplaadid luudes, Elizarovi aparaat, siis vastus küsimusele, kas on võimalik teha MRT-d. on ühemõtteliselt negatiivne. Ainus erand on titaanimplantaadid, kuna see ei ole ferromagnet ega reageeri magnetvälja toimele.

Elektromagnetiline vibratsioon on eriti ohtlik südamestimulaatoriga inimestele, kuna see võib selle välja lülitada, seades ohtu patsiendi elu. Suhtelisi vastunäidustusi on palju rohkem, kuid peaaegu kõigist neist saab mööda minna ja protseduuri läbi viia mis tahes soodsatel asjaoludel.

Seega on uuringu suhtelised takistused järgmised:

• klaustrofoobia, vaimsed ja füsioloogilised häired, mis väljenduvad suurenenud erutuvuses ja võimetuses rahulikus olekus protseduurile vastu pidada;
• patsiendi üldine tõsine seisund - vajadus pidevalt jälgida tema peamisi elutähtsaid näitajaid - hingamine, südamerütm, pulss, vererõhk;
• allergiline reaktsioon kontrastainele (vajadusel läbi viia);
• rasedus esimesel trimestril (arstid kardavad praegu protseduuri ette kirjutada, seega toimub loote põhiorganite munemine);
• südame-, hingamis- ja neerupuudulikkus dekompensatsiooni staadiumis;
• rasvumine 2–3 kraadi kaaluga üle 120–150 kg.

Iga ülaltoodud olukorra puhul saate valida alternatiivse võimaluse või otsustada, kas MRI on nii vajalik või võib selle asendada mõne muu uuringuga. Saate päästa klaustrofoobia all kannatava inimese ebamugavusest või proovida teha suure kehakaaluga patsiendile protseduur, mille jaoks tehakse lahtisel tomograafil MRT.

Avatud ahelaga MRI aparaat

Kas ma pean protseduuriks valmistuma?

Elektromagnetvälja diagnostika ei nõua ettevalmistavat protsessi. Ei ole vaja kinni pidada kindlast dieedist ja dieedist. Ainult siis, kui on vaja vaagnaelundeid uurida, tuleb protseduurile tulla täis põiega – kuna MRT diagnoosib seda piirkonda sirgendatud organi seintega.

Kontrastsuse suurendamisega MRI määramisel tuleb arvestada veel ühe punktiga. Isegi tingimusel, et see pole provokatiivne allergilised reaktsioonid gadoliiniumisooladel põhinevad preparaadid (Omniscan, Gadovist), igal juhul peate esmalt läbi viima testi. Iga patsiendi individuaalset talumatust on võimatu välistada.

Enne protseduurile minekut on kõige parem mõelda riided läbi ja valida selline, mis ei sisalda metallesemeid – tõmblukke, nööpe, kivikesi ja muid kaunistusi. Mõned erakliinikud pakuvad sel juhul spetsiaalselt sellisteks üritusteks mõeldud meditsiinisärgi vastu vahetamist. Lurexiga ei tohiks MRT-sse tulla aluspesus, kuna selle niit on loodud raua lisandiga.

Vahetult enne diagnoosimist peate eemaldama kõik ehted, kellad, prillid, eemaldatavad proteesid ja kõrvaaparaadid.

Oluline punkt, mida ei tohiks tähelepanuta jätta, on visiit kontorisse koos kõigi eelnevate, kui üldse, uuringute tulemustega. See võimaldab arstil uusi pilte kohe võrrelda ja teha järeldusi ravi efektiivsuse või haiguse progresseerumise kiiruse või remissiooni kohta. MRT-aparaadid loovad nii võimsa magnetvälja, et diagnostikaruumis pole metallesemeid - diivaneid, kargusid, keppe ja muid patsientide isiklikke asju - kõik esemed jäävad ruumi uksest väljapoole. Pärast seda lubatakse ainult patsiendil diagnostikat teha.

Uuringute läbiviimine

Niisiis asetatakse täielikult ettevalmistatud patsient diivanilauale ja meditsiinitöötajad fikseerivad ta, et tagada täielik liikumatus, võttes arvesse, millist piirkonda on vaja uurida. Patsiendi keha kinnitamiseks kasutatakse spetsiaalselt disainitud rihmasid ja rulle. Paralleelselt selgitatakse talle, et tomograafi tööga kaasneb üsna vali müra - koputamine, sumin, et see on täiesti normaalne ega tohiks muret tekitada.

Spetsiaalne kinnitus pea MRT jaoks

Protseduuri ajal mugavuse huvides pakutakse katsealusele kõrvaklappe või kõrvatroppe, mis aitavad vabaneda ebameeldivatest müraefektidest. Nad teavitavad kahesuunalise ühenduse olemasolust diagnostikaruumi ja ruumi, kus asub protsessi juhtiv spetsialist, vahel. Kui patsient tunneb paanika suurenemist või tema seisundi halvenemist, võite sellest arstile igal ajal teatada ja ta katkestab uuringu.

Muidugi on hea, kui patsient loeb enne MRI läbimist tema kohta arvustusi mis tahes Interneti-portaalides, mille on jätnud juba diagnostika läbinud inimesed. Siis saab ta vaimselt valmistuda. Kui ta teab, et sellistes olukordades võib ta ära ehmatada, siis peaks ta protseduurile eelnevalt kaasa helistama. armastatud inimene. Selleks tuleb esmalt välja selgitada, kas saatjal on elektromagnetväljas viibimiseks vastunäidustusi, et mitte teda kahjustada ja protseduuri mitte segada.

Kui kõik tingimused on täidetud, libiseb tomograafi kušett, millel patsient asub, seadme tunnelisse ja alustab magnetresonantsskaneerimist. Protseduur ise võib kesta 20 minutist kuni tunnini – see oleneb uuritava piirkonna omadustest. Kui on näidustusi kontrastainega MRT-ks, näiteks kahtlustatavate onkoloogiliste protsesside korral, pikeneb diagnostiline aeg reeglina kahekordseks.

Pärast diagnoosi

Protseduuri lõpus enamikus kliinikutes palutakse patsiendil oodata 1-2 tundi, kuni arst dešifreerib uuringu tulemused. Pärast seda antakse saadud andmed eksami sooritanule üle nii piltidena kui ka digitaalsel andmekandjal - kompaktplaatidel, mida saab vaadata igal sobival ajal. MRT-st ei ole vaja täiendavat puhkust - diagnoos ei mõjuta füüsilist, vaimset ja emotsionaalne seisund patsient. Pärast kõigi kliiniku külastamisega seotud tegevuste lõpetamist saab ta tegeleda oma tavapärase äritegevusega, sealhulgas erinevate seadmete käitamisega.

Magnetresonantstomograafia (MRI) on üks kaasaegsed meetodid radiodiagnostika, mis võimaldab mitteinvasiivset pildistamist sisemised struktuurid Inimkeha.

Seda meetodit nimetati pigem magnetresonantstomograafiaks kui t(NMRI), kuna 1970. aastate lõpus olid negatiivsed seosed sõnaga "tuuma". MRI põhineb tuumamagnetresonantsi (NMR) põhimõtetel – spektroskoopia tehnikal, mida teadlased kasutavad andmete saamiseks kemikaalide ja füüsikalised omadused molekulid.

MRI sai alguse tomograafilise pildistamise tehnikana, mis toodab inimkeha läbivatest õhukestest osadest NMR-signaali kujutisi. MRI on arenenud tomograafilisest pilditehnikast mahulise pildistamise tehnikaks.

MRI eelised

MRI kõige olulisem eelis võrreldes teiste pildistamismeetoditega on:
ioniseeriva kiirguse puudumine ja sellest tulenevalt kantserogeneesi ja mutageneesi mõju, mille oht on (kuigi väga vähesel määral) seotud kokkupuutega röntgenikiirgus.
MRI võimaldab teil teha uuringuid mis tahes lennukitel, võttes arvesse anatoomilised omadused patsiendi kehast ja vajadusel saada kolmemõõtmelisi pilte erinevate struktuuride suhtelise asukoha täpseks hindamiseks.
MRI on kõrge pehmete kudede kontrastsusega ning võimaldab tuvastada ja iseloomustada patoloogilisi protsesse, mis arenevad inimkeha erinevates organites ja kudedes.
MRI on ainus mitteinvasiivne diagnostiline meetod, millel on kõrge tundlikkus ja spetsiifilisus tursete ja luukoe infiltratsiooni tuvastamisel.
MR-spektroskoopia ja difusioon-MRI väljatöötamine ning uute organotroopsete kontrastainete loomine on aluseks “molekulaarkujutise” väljatöötamisele ja võimaldab histokeemilisi uuringuid in vivo.
MRI visualiseerib paremini mõningaid aju- ja seljaaju struktuure, aga ka muid närvistruktuure, sellega seoses kasutatakse seda sagedamini vigastuste, kasvajamoodustiste diagnoosimiseks. närvisüsteem, samuti onkoloogias, kui on vaja kindlaks teha kasvajaprotsessi olemasolu ja levimus

MRI füüsiline alus

MRI põhineb nähtusel tuumamagnetresonants avati 1946. aastal. füüsikud F. Bloch ja E. Purcell (Nobeli füüsikaauhind, 1952). Selle nähtuse olemus seisneb mõne staatilise magnetvälja mõju all olevate elementide tuumade võimes vastu võtta raadiosagedusliku impulsi energiat. 1973. aastal Ameerika teadlane P. Lauterbur tegi ettepaneku täiendada tuumamagnetresonantsi fenomeni gradientmagnetväljade kehtestamisega signaali ruumiliseks lokaliseerimiseks. Kasutades tollal kompuutertomograafia (CT) jaoks kasutatud kujutise rekonstrueerimise protokolli, suutis ta saada esimese MRT-uuringu. Järgnevatel aastatel on MRI läbinud terve rida kvalitatiivsed muutused, muutudes praegu kõige keerukamaks ja mitmekesisemaks kiirgusdiagnostika meetodiks. MRT põhimõte võimaldab saada signaali mis tahes inimkeha tuumadest, kuid suurima kliinilise tähtsusega on bioorgaanilisi ühendeid moodustavate prootonite jaotuse hindamine, mis määrab meetodi kõrge pehmete kudede kontrasti, s.o. uurida siseorganeid.

Teoreetiliselt kõik aatomid, mis sisaldavad paaritu number prootonid ja/või neutronid, omavad magnetilisi omadusi. Olles magnetväljas, juhitakse neid mööda selle jooni. Välise vahelduva elektromagnetvälja rakendamisel reastuvad aatomid, mis on tegelikult dipoolid, elektromagnetvälja uutel joontel. Uute jõujoonte järgi ümberpaigutamisel tekitavad tuumad elektromagnetilise signaali, mida saab registreerida vastuvõtupooli abil.

Magnetvälja kadumise faasis naasevad dipooli tuumad oma algasendisse, samas kui algsesse asendisse naasmise kiirus määratakse kahe ajakonstandiga T1 ja T2:
T1 on pikisuunaline (spin-võre) aeg, mis peegeldab ergastatud tuumade energiakao kiirust
T2 on põiki relaksatsiooniaeg, mis sõltub ergastatud tuumade üksteisega energiavahetuse kiirusest

Kudedest saadav signaal sõltub prootonite arvust (prootoni tihedus) ning T1 ja T2 väärtustest. MRI-s kasutatavad impulssjärjestused on loodud selleks, et paremini ära kasutada kudede erinevusi T1 ja T2, et luua maksimaalne kontrast normaalsete ja patoloogiliste kudede vahel.

MRI võimaldab teil saada suur hulk kasutades pilditüüpe impulsside järjestused elektromagnetiliste impulsside erinevate ajakarakteristikutega.

Impulsside intervallid on üles ehitatud nii, et need rõhutaksid T1 ja T2 erinevusi tugevamalt. Kõige sagedamini kasutatavad järjestused "inversiooni taastamine" (IR) ja "pöörlemiskaja" (SE), mis sõltuvad prootonite tihedusest.

Peamine tehniline parameeter, mis määrab MRI diagnostilised võimalused, on an magnetvälja tugevus, mõõdetuna T(tesla). Kõrgvälja tomograafid (1 kuni 3 T) võimaldavad kõige laiemalt uurida kõiki inimkeha piirkondi, sealhulgas funktsionaaluuringuid, angiograafiat ja kiirtomograafiat. Selle taseme tomograafid on kõrgtehnoloogilised kompleksid, nõuab pidevat tehniline kontroll ja suured rahalised kulud.

vastu, madala väljaga tomograafid on tavaliselt ökonoomsed, kompaktsed ning tehniliselt ja töökorras vähem nõudlikud. Väikeste struktuuride visualiseerimise võimalusi madala väljaga tomograafidel piirab aga väiksem ruumiline eraldusvõime ning uuritavate anatoomiliste piirkondade ulatus piirdub peamiselt aju, seljaaju ja suurte liigestega.

Ühe anatoomilise piirkonna uurimine MRI abil hõlmab mitme nn impulssjärjestuse täitmine. Erinevad impulssjärjestused võimaldavad saada inimese kudede spetsiifilisi omadusi, hinnata vedeliku, rasva, valgustruktuuride või paramagnetiliste elementide (raud, vask, mangaan jne) suhtelist sisaldust.
Standardsed MRI protokollid hõlmavad T1-kaalutud kujutised (tundlikud rasva või vere suhtes) ja T2-kaalutud kujutised (tundlikud turse ja infiltratsiooni suhtes) kahes või kolmes tasapinnas.

Struktuurid, mis praktiliselt ei sisalda prootoneid(kortikaalne luu, kaltsifikatsioonid, fibrokõhre kude) ja ka arteriaalne verevool on nii T1- kui ka T2-kaalutud kujutistel madala signaali intensiivsusega.

Uuringu aeg tavaliselt jääb see vahemikku 20 kuni 40 minutit, olenevalt anatoomilisest piirkonnast ja kliinilisest olukorrast.

Hüpervaskulaarsete protsesside diagnoosimise ja iseloomustamise täpsus(kasvajad, põletikud, veresoonte väärarengud) võib intravenoossel kasutamisel oluliselt suureneda kontrasti suurendamine. Paljud patoloogilised protsessid (näiteks väikesed ajukasvajad) jäävad sageli ilma intravenoosse kontrastaineta tuvastamata.

Haruldased muldmetallid said MR-kontrastpreparaatide loomise aluseks gadoliinium (ravim - magnetist). Puhtal kujul on see metall väga mürgine, kuid kelaadi kujul muutub see praktiliselt ohutuks (sealhulgas puudub nefrotoksilisus). Kõrvaltoimed on äärmiselt haruldased (vähem kui 1% juhtudest) ja on tavaliselt kerge raskusastmega (iiveldus, peavalu, põletustunne süstekohal, paresteesia, pearinglus, lööve). Neerupuudulikkuse korral sagedus kõrvalmõjud ei suurene.
MR-kontrastainete kasutamine raseduse ajal ei ole soovitatav, kuna amnionivedelikust vabanemise kiirus pole teada.

MRI jaoks on välja töötatud teised kontrastainete klassid, sealhulgas: elundispetsiifiline ja intravaskulaarne.

MRI piirangud ja puudused

Uuringu pikk kestus (20-40 minutit)
eelduseks kvaliteetne pildistamine on patsiendi rahulik ja liikumatu seisund, mis määrab rahututel patsientidel sedatsiooni või tugeva valu korral valuvaigisti kasutamise vajaduse.
patsiendi vajadus jääda ebamugavasse, mittefüsioloogilisse asendisse mõne erilise stiiliga (näiteks suurte patsientide õlaliigese uurimisel)
hirm suletud ruumide ees (klaustrofoobia) võib olla uurimisel ületamatuks takistuseks
tehnilised piirangud, mis on seotud tomograafiatabeli koormusega ülekaaluliste (tavaliselt üle 130 kg) patsientide uurimisel.
uuringu piiranguks võib olla vööümbermõõt, mis ei sobi kokku tomograafi tunneli läbimõõduga (erandiks on uuring avatud tüüpi madala magnetvälja tugevusega tomograafidel)
lupjumiste usaldusväärse tuvastamise võimatus, luukoe mineraalse struktuuri hindamine (lamedad luud, kortikaalne plaat)
ei võimalda kopsu parenhüümi üksikasjalikku iseloomustamist (selles piirkonnas on see halvem kui CT võimekus)
palju suuremal määral kui CT-ga, on liikumisel tekkinud artefakte (tomogrammide kvaliteet võib järsult väheneda patsiendi liikumisest tulenevate artefaktide tõttu – hingamine, südamelöögid, veresoonte pulsatsioonid, tahtmatud liigutused) ja metallesemeid (kinnitatud kehas või riietes), samuti tomograafi valede seadistuste tõttu
selle uurimismeetodi levitamine ja rakendamine on oluliselt piiratud seadmete enda (tomograaf, RF mähised, tarkvara, tööjaamad jne) ja nende hoolduse kõrge hinna tõttu.

MRI (magnetresonantstomograafia) peamised vastunäidustused on:

absoluutne:
kunstlike südamestimulaatorite olemasolu
suurte metallist implantaatide, fragmentide olemasolu
metallklambrite, klambrite olemasolu veresoontel
kunstlikud südameklapid
kunstlikud liigesed
patsiendi kaal üle 160 kg

!!! Metallhammaste, kuldniitide ja muude õmblus- ja kinnitusmaterjalide olemasolu ei ole MRT-le vastunäidustuseks – uuring ei ole, kuigi pildikvaliteet on langenud.

sugulane:
klaustrofoobia - hirm suletud ruumide ees
epilepsia, skisofreenia
rasedus (esimene trimester)
patsiendi äärmiselt raske seisund
patsiendi võimetus uuringu ajal paigal püsida

Enamasti ei ole MRI uuringuks spetsiaalne ettevalmistus vajalik., kuid südant ja selle veresooni uurides tuleks rinnakarvad raseerida. Uurides vaagnaelundid(põis, eesnääre) tuleb tulla täis põiega.Uuringud kõhuõõne organid viiakse läbi tühja kõhuga.

!!! MRT ruumi ei tohi tuua metallesemeid, kuna magnetväli võib neid suurel kiirusel enda poole meelitada, põhjustades patsiendile vigastusi või meditsiinipersonal ja lülitage tomograaf jäädavalt välja.

Magnetresonantstomograafia (MRI)- meetod tomograafiliste meditsiiniliste kujutiste saamiseks siseorganite ja kudede uurimiseks, kasutades tuumamagnetresonantsi nähtust. Peter Mansfield ja Paul Lauterbur said 2003. aasta Nobeli meditsiiniauhinna MRI leiutamise eest.
Algselt nimetati seda meetodit t(NMR-tomograafia). Kuid siis, et mitte ära hirmutada radiofoobiast zombistunud avalikkust, eemaldasid nad meetodi "tuuma" päritolu mainimise, seda enam, et ioniseerivat kiirgust selles meetodis ei kasutata.

Tuumamagnetresonants

Tuumamagnetresonants realiseerub nullist erineva spinniga tuumadel. Meditsiini jaoks on kõige huvitavamad vesiniku (1 H), süsiniku (13 C), naatriumi (23 Na) ja fosfori (31 P) tuumad, kuna need kõik on inimkehas olemas. Selles on kõige rohkem (63%) vesinikuaatomeid, mida leidub inimorganismis kõige rohkem rasvas ja vees. Nendel põhjustel on tänapäevased MRI skannerid kõige sagedamini "häälestatud" vesiniku tuumadele - prootonitele.

Välise välja puudumisel on prootonite spinnid ja magnetmomendid juhuslikult orienteeritud (joonis 8a). Kui prooton asetatakse välisesse magnetvälja, siis on tema magnetmoment kas magnetväljaga kaassuunatud või vastupidine (joonis 8b) ning teisel juhul on tema energia suurem.

Tugevusega B magnetvälja asetatud spinniga osake võib neelata footoni sagedusega ν, mis sõltub selle güromagnetilisest suhtest γ.

Vesiniku puhul γ = 42,58 MHz/T.
Osake võib läbida ülemineku kahe energiaoleku vahel, neelates footoni. Madalamal energiatasemel olev osake neelab footoni ja jõuab ülemisele energiatasemele. Antud footoni energia peab täpselt ühtima nende kahe oleku erinevusega. Prootoni energia E on seotud tema sagedusega ν Plancki konstandi kaudu (h = 6,626·10 -34 J·s).

TMR-is nimetatakse suurust ν resonants- või Larmori sageduseks. ν = γB ja E = hν, seega, et tekitada üleminekut kahe pöörlemisoleku vahel, peab footonil olema energia

Kui footoni energia ühtib kahe pöörlemisoleku erinevusega, toimub energia neeldumine. Konstantse magnetvälja intensiivsus ja raadiosagedusliku magnetvälja sagedus peavad üksteisele rangelt vastama (resonants). NMR-katsetes vastab footoni sagedus raadiosageduse (RF) vahemikule. Kliinilises MRI-s on vesiniku pildistamisel ν tavaliselt vahemikus 15–80 MHz.
Toatemperatuuril ületab madalamal energiatasemel pöörlevate prootonite arv veidi ülemisel tasemel. NMR-spektroskoopia signaal on võrdeline tasemepopulatsioonide erinevusega. Üleliigsete prootonite arv on võrdeline B 0 -ga. See erinevus 0,5 T väljas on vaid 3 prootonit miljoni kohta, 1,5 T väljas on see 9 prootonit miljoni kohta. Kuid kokku prootonite liig 0,02 ml vees 1,5 T väljas on 6,02·10 15 . Mida tugevam on magnetväli, seda parem on pilt.

Tasakaaluseisundis on netomagnetiseerituse vektor paralleelne rakendatava magnetvälja suunaga B 0 ja seda nimetatakse tasakaalumagnetiseerimiseks M 0 . Selles olekus on magnetiseerimise M Z Z-komponent võrdne M 0 . M Z nimetatakse ka pikisuunaliseks magnetiseerimiseks. Sel juhul puudub põiki (M X või M Y) magnetiseerimine. Saates RF-impulsi Larmori sagedusel, saab netomagnetiseerimisvektorit pöörata tasapinnal, mis on risti Z-teljega, antud juhul X-Y lennukid.

T1 Lõõgastumine
Pärast RF-impulsi lõppemist taastatakse kogu magnetiseerimisvektor mööda Z-telge, kiirgades raadiosageduslaineid. Ajakonstanti, mis kirjeldab, kuidas M Z naaseb oma tasakaaluväärtuseni, nimetatakse spin-võre relaksatsiooniajaks (T 1 ).

M Z \u003d M 0 (1 - e -t / T 1)

T1 relaksatsioon toimub prootoneid sisaldavas mahus. Kuid prootonite sidemed molekulides ei ole samad. Need sidemed on iga koe puhul erinevad. Üks 1H aatom võib olla väga tugevalt seotud, nagu rasvkoes, samas kui teine ​​aatom võib olla nõrgemalt seotud, näiteks vees. Tugevalt seotud prootonid vabastavad energiat palju kiiremini kui nõrgalt seotud prootonid. Iga kude vabastab energiat erineva kiirusega, mistõttu on MRI nii hea kontrasti eraldusvõime.

T2 Lõõgastumine
T1 relaksatsioon kirjeldab protsesse, mis toimuvad Z-suunas, samas kui T2 relaksatsioon kirjeldab protsesse X-Y tasapinnal.
Kohe pärast RF-impulsiga kokkupuudet hakkab kogumagnetiseerimise vektor (nüüd nimetatakse põikmagnetiseerimiseks) pöörlema ​​X-Y tasapinnal ümber Z-telje. Kõigil vektoritel on sama suund, kuna nad on faasis. Seda olekut nad aga ei säilita. Netomagnetiseerimisvektor hakkab faasist välja (faasist välja) nihkuma, kuna iga spin-pakett kogeb teiste pakettide magnetväljast veidi erinevat magnetvälja ja pöörleb oma Larmori sagedusel. Esialgu on faasiväliste vektorite arv väike, kuid kasvab kiiresti, kuni hetkeni, mil faasikoherents kaob: ei teki vektorit, mis kattuks teise suunaga. Kogumagnetiseerimine XY tasapinnal kipub nulli ja seejärel pikisuunaline magnetiseerumine suureneb, kuni M 0 on piki Z.

Riis. 9. Magnetinduktsiooni langus

Ajakonstanti, mis kirjeldab põikmagnetiseerimise käitumist, M XY , nimetatakse spin-spin-relaksatsiooniajaks T 2 . T2-relaksatsiooni nimetatakse spin-spin-relaksatsiooniks, kuna see kirjeldab prootonite vastastikmõjusid nende vahetus keskkonnas (molekulid). T2 relaksatsioon on summutatud protsess, mis tähendab kõrget faasi koherentsust protsessi alguses, kuid väheneb kiiresti täielik kadumine sidusus lõpus. Signaal on alguses tugev, kuid T2 lõdvestumise tõttu nõrgeneb kiiresti. Signaali nimetatakse magnetilise induktsiooni languseks (FID – Free Induction Decay) (joonis 9).

M XY \u003d M XYo e -t / T 2

T 2 on alati väiksem kui T 1 .
Faasinihke kiirus on iga koe puhul erinev. Rasvkoes on defaasimine kiirem kui vees. Veel üks märkus T2 lõõgastumise kohta: see on palju kiirem kui T1 lõõgastumine. T2 lõdvestumine toimub kümnete millisekundite jooksul, samas kui T1 lõdvestumine võib kesta kuni sekundit.
Illustreerimiseks on tabelis 1 näidatud erinevate kudede ajad T1 ja T2.

Tabel 1

kangad	T 1 (ms), 1,5 T	T2 (ms)
AJU
Hallollus	921	101
valge aine	787	92
Kasvajad	1073	121
Turse	1090	113
RINNAD
kiuline kude	868	49
Rasvkude	259	84
Kasvajad	976	80
kartsinoom	923	94
MAKS
normaalne kude	493	43
Kasvajad	905	84
Maksatsirroos	438	45
LIHAS
normaalne kude	868	47
Kasvajad	1083	87
kartsinoom	1046	82
Turse	1488	67

Magnetresonantstomograafia seade

Riis. 10. MRI skeem

Magnetresonantstomograafi skeem on näidatud joonisel fig. 10. MRI koosneb magnetist, gradientmähistest ja RF-mähistest.

Püsimagnet
MRI skannerid kasutavad võimsaid magneteid. Pildi omandamise kvaliteet ja kiirus sõltuvad väljatugevuse suurusest. Kaasaegsetes MRI-skannerites kasutatakse kas püsi- või ülijuhtivaid magneteid. Püsimagnetid on odavad ja hõlpsasti kasutatavad, kuid need ei võimalda luua magnetvälju, mille tugevus on suurem kui 0,7 T. Enamik magnetresonantstomograafia skannereid on ülijuhtivate magnetitega mudelid (0,5–1,5 T). Ülitugeva väljaga (üle 3,0 T) tomograafid on väga kallid kasutada. MRI-skannerite puhul, mille väli on alla 1 T, ei saa siseorganite kvaliteetset tomograafiat teha, kuna selliste seadmete võimsus on kõrge eraldusvõimega kujutiste saamiseks liiga väike. Magnetvälja tugevusega tomograafidel< 1 Тл можно проводить только исследования головы, позвоночника и суставов.

Riis. üksteist.

gradientpoolid
Gradientmähised asuvad magneti sees. Gradientmähised võimaldavad luua täiendavaid magnetvälju, mis paiknevad põhimagnetväljal B 0. Seal on 3 komplekti pooli. Iga komplekt võib tekitada magnetvälja kindlas suunas: Z, X või Y. Näiteks kui voolu rakendatakse Z-gradiendis, luuakse Z-suunas (piki keha pikitelge) ühtlane välja ramp. . Magneti keskpunktis on välja tugevus B 0 ja resonantssagedus on ν 0, kuid kaugusel ΔZ muutub väli ΔB võrra ja vastavalt muutub resonantssagedus (joonis 11). Gradientmagnetilise häire lisamine üldisele homogeensele magnetväljale tagab NMR signaali lokaliseerimise. Gradiendi toime, mis tagab lõike valiku, tagab prootonite selektiivse ergastamise täpselt soovitud piirkonnas. Tomograafi kiirus, signaali-müra suhe ja eraldusvõime sõltuvad mähiste võimsusest ja kiirusest.

RF mähised
RF mähised loovad välja B 1, mis pöörab netomagnetiseerimist impulsside jadas. Samuti registreerivad nad risti magnetiseerumist, kui see pretseseerub XY-tasandil. RF mähised jagunevad kolme põhikategooriasse: saatmine ja vastuvõtmine, ainult vastuvõtmine, ainult edastamine. RF mähised toimivad uuritava objekti B 1 väljade emitterite ja raadiosagedusliku energia vastuvõtjatena.

Signaali kodeerimine

Kui patsient on ühtlases magnetväljas B 0 , joonduvad kõik prootonid peast varvasteni piki B 0 . Nad kõik pöörlevad Larmori sagedusel. Kui genereeritakse RF ergastusimpulss magnetiseerimisvektori ülekandmiseks X-Y tasapinnale, siis kõik prootonid reageerivad ja tekib vastussignaal, kuid signaali allika lokaliseerimine puudub.

Slice-kodeeringu gradient
Kui Z-gradient on lubatud, genereeritakse selles suunas täiendav magnetväli G Z, mis asetseb B 0 peal. Tugevam väli tähendab kõrgemat Larmori sagedust. Kogu gradiendi kalde ulatuses on väli B erinev ja seetõttu pöörlevad prootonid erinevatel sagedustel. Nüüd, kui genereerime RF-impulsi sagedusega ν + Δν, reageerivad ainult õhukese lõigu prootonid, sest nemad on ainsad, mis pöörlevad samal sagedusel. Vastussignaal pärineb ainult selle lõigu prootonitest. Seega on signaaliallikas lokaliseeritud piki Z-telge.Selles lõigus olevad prootonid pöörlevad sama sagedusega ja neil on sama faas. Lõikus on tohutult palju prootoneid ning allikate paiknemine piki X- ja Y-telge on teadmata.Seetõttu on signaali otsese allika täpseks määramiseks vaja täiendavat kodeerimist.

Riis. 12.

Faasikodeeringu gradient
Prootonite edasiseks kodeerimiseks lülitatakse gradient G Y väga lühikeseks ajaks sisse. Selle aja jooksul tekib Y-suunas täiendav gradientmagnetväli. Sel juhul on prootonite pöörlemiskiirused veidi erinevad. Nad ei pöörle enam faasis. Faasierinevus koguneb. Kui G Y gradient on välja lülitatud, pöörlevad lõigul olevad prootonid sama sagedusega, kuid neil on erinev faas. Seda nimetatakse faasikodeerimiseks.

Sageduskodeeringu gradient
Vasak-parem kodeeringu jaoks on kaasas kolmas gradient G X. Vasakpoolsed prootonid pöörlevad madalama sagedusega kui paremal. Need akumuleerivad sageduserinevuste tõttu täiendavat faasinihet, kuid eelmises etapis gradiendi faasi kodeerimisel saadud juba omandatud faasierinevus säilib.

Seega kasutatakse pooli poolt vastuvõetavate signaalide allika lokaliseerimiseks magnetvälja gradiente.

1. G Z gradient valib aksiaalse lõigu.
2. G Y gradient loob erinevate faasidega ridu.
3. G X gradient moodustab erineva sagedusega veerge.

Ühes etapis teostatakse faasikodeering ainult ühe rea jaoks. Terve lõigu skannimiseks tuleb kogu lõigu, faasi ja sageduse kodeerimise protsessi korrata mitu korda.
Nii tekivad väikesed mahud (vokslid). Igal vokselil on ainulaadne sageduse ja faasi kombinatsioon (joonis 12). Prootonite arv igas vokslis määrab RF laine amplituudi. Erinevatest kehapiirkondadest tulev vastuvõetud signaal sisaldab keerulist sageduste, faaside ja amplituudide kombinatsiooni.

Impulsside järjestused

Joonisel fig. 13 näitab kõige lihtsama järjestuse diagrammi. Esiteks lülitatakse sisse lõike-selektiivne gradient (1) (Gss). Samaaegselt sellega genereeritakse 90 0 RF väljalõike valikuimpulss (2), mis "pöörab" kogu magnetiseerimise X-Y tasapinnale. Seejärel lülitatakse sisse faasikodeerimise gradient (3) (Gpe), et sooritada esimene faasikodeerimise etapp. Pärast seda rakendatakse sageduskodeerimise või lugemise gradient (4) (Gro), mille käigus registreeritakse vaba induktsiooni sumbumise signaal (5) (FID). Impulsside järjestust korratakse tavaliselt 128 või 256 korda, et koguda kõik pildistamiseks vajalikud andmed. Jada korduste vahelist aega nimetatakse kordusajaks (TR). Jada iga iteratsiooniga muutub faasikodeerimise gradiendi suurus. Kuid antud juhul oli signaal (FID) äärmiselt nõrk, mistõttu oli saadud pilt kehv. Signaali tugevuse suurendamiseks kasutatakse spin-kajajada.

Spin kaja jada
Pärast 90 0 ergastusimpulsi rakendamist on kogumagnetiseerimine X-Y tasapinnal. Faasinihe algab kohe T2 lõdvestumise tõttu. Just selle faasi vähendamise tõttu langeb signaal järsult. Ideaalis on vaja säilitada faaside sidusus, mis tagab parim signaal. Selleks rakendatakse lühikest aega pärast 90 0 RF impulsi 180 0 impulssi. 180 0 impulss põhjustab spinnide ümberkorraldamise. Kui kõik pöörlemised on ümber faasitud, muutub signaal taas kõrgeks ja pildikvaliteet on palju kõrgem.
Joonisel fig. 14 on kujutatud spin-kaja impulsside jada diagrammi.

Riis. 14. Spin-kaja impulsside jada skeem

Esiteks lülitatakse sisse viiluvalikuline gradient (1) (G SS ). Samal ajal rakendatakse 90º RF-impulssi. Seejärel lülitatakse sisse faasikodeerimise gradient (3) (Gpe), et sooritada esimene faasikodeerimise etapp. Gss (4) lülitatakse uuesti sisse 180º ümberfaasimise impulsi (5) ajal, seega mõjutavad samu prootoneid, mida ergutas 90º impulss. Pärast seda rakendatakse sageduskodeeringut ehk lugemisgradienti (6) (Gro), mille käigus võetakse vastu signaal (7).
TR (Kordusaeg). Kogu protsessi tuleb korrata mitu korda. TR on aeg kahe 90º ergastusimpulsi vahel. TE (kajaaeg). See on aeg 90º ergastusimpulsi ja kaja vahel.

Pildi kontrastsus

NMR-skaneerimise ajal toimuvad samaaegselt kaks lõõgastusprotsessi T1 ja T2. Ja
T1 >> T2. Pildi kontrastsus sõltub suuresti neist protsessidest ja sellest, kui täielikult igaüks neist avaldub valitud skaneerimisaja parameetrite TR ja TE juures. Kaaluge kontrastse kujutise saamist aju skaneerimise näitel.

T1 kontrast

Riis. 15. a) spin-spin-relaksatsioon ja b) spin-spin-relaksatsioon erinevates ajukudedes

Valime järgmised skaneerimisparameetrid: TR = 600 ms ja TE = 10 ms. See tähendab, et T1 lõdvestus võtab aega 600 ms ja T2 lõdvestus võtab aega ainult
5 ms (TE/2). Nagu näha jooniselt fig. 15a 5 ms pärast on faasinihe väike ega erine erinevates kudedes palju. Pildi kontrastsus sõltub seetõttu väga nõrgalt T2 lõõgastumisest. Mis puutub T1 lõõgastumisse, siis pärast 600 ms on rasv peaaegu täielikult lõdvestunud, kuid CSF-i jaoks on vaja rohkem aega
(joonis 15b). See tähendab, et CSF-i panus üldisesse signaali on tühine. Kujutise kontrastsus muutub sõltuvaks T1 lõõgastusprotsessist. Pilt on "T1 kaalutud", kuna kontrastsus sõltub rohkem T1 lõõgastusprotsessist. Saadud pildil on CSF tume, rasvkude on hele ja halli aine intensiivsus on kuskil vahepeal.

T2 kontrast

Riis. 16. a) spin-spin-relaksatsioon ja b) spin-spin-relaksatsioon erinevates ajukudedes

Nüüd paneme paika järgmised parameetrid: TR = 3000 ms ja TE = 120 ms, st T2 relaksatsioon toimub 60 ms pärast. Nagu jooniselt fig. Nagu on näidatud joonisel 16b, läbisid peaaegu kõik kuded täieliku T1 lõõgastumise. Siin on TE pildi kontrastsuse domineeriv tegur. Pilt on "kaalustatud T2 järgi". Pildil on CSF hele, samas kui teistel kangastel on erinevad halli toonid.

Prootoni tiheduse kontrastsus

On ka teist tüüpi kujutise kontrasti, mida nimetatakse prootontiheduseks (PD).
Määrame järgmised parameetrid: TR = 2000 ms ja TE 10 ms. Seega, nagu ka esimesel juhul, annab T2 lõõgastus pildi kontrasti ebaolulise panuse. Kui TR = 2000 ms, taastub enamiku kudede kogumagnetiseerumine mööda Z-telge. Pildi kontrastsus PD-kujutistes ei sõltu T2 ega T1 lõdvestusest. Vastuvõetav signaal sõltub täielikult prootonite hulgast koes: väike prootonite hulk tähendab madalat signaali ja tumedat pilti, suur hulk neist aga tugeva signaali ja ereda pildi.

Riis. 17.

Kõikidel piltidel on T1 ja T2 kontrastide kombinatsioonid. Kontrastsus sõltub ainult sellest, kui kaua T2 lõdvestus toimub. Spin echo (SE) jadades on pildi kontrastsuse jaoks kõige olulisemad ajad TR ja TE.
Joonisel fig. 17 näitab skemaatiliselt, kuidas TR ja TE on SE järjestuses pildi kontrasti osas seotud. Lühike TR ja lühike TE annavad T1 kaalutud kontrasti. Pikk TR ja lühike TE annavad PD kontrasti. Pika TR ja pika TE tulemuseks on T2-ga kaalutud kontrast.

Riis. 18. Erineva kontrastsusega pildid: T1 kaalutud, prootoni tihedus ja T2 kaalutud. Pange tähele kudede signaali intensiivsuse erinevusi. CSF on T1-l tume, PD-l hall ja T2-l hele.

Riis. 19. Magnetresonantstomograaf

MRI on hea pehmete kudede visualiseerimiseks, CT aga luustruktuuride visualiseerimiseks. Närvid, lihased, sidemed ja kõõlused on MRI-l palju selgemini näha kui CT-s. Lisaks on magnetresonantsmeetod aju ja seljaaju uurimisel asendamatu. Ajus saab MRI abil eristada valget ja halli ainet. Tänu saadud piltide suurele täpsusele ja selgusele kasutatakse magnetresonantstomograafiat edukalt põletikuliste, nakkuslike, onkoloogiliste haiguste diagnoosimisel, liigeste, selgroo kõikide osade, piimanäärmete, südame, kõhuõõneorganite, väikeste lülide uurimisel. vaagen, veresooned. Kaasaegsed MRT tehnikad võimaldavad uurida elundite talitlust – mõõta verevoolu kiirust, tserebrospinaalvedeliku voolu, jälgida ajukoore erinevate osade ehitust ja aktiveerumist.

Saada oma head tööd teadmistebaasi on lihtne. Kasutage allolevat vormi

Üliõpilased, magistrandid, noored teadlased, kes kasutavad teadmistebaasi oma õpingutes ja töös, on teile väga tänulikud.

postitatud http://www.allbest.ru/

Tuumamagnetresonants

Sissejuhatus

Magnetvälja asetatud aatomi puhul on spontaansed üleminekud sama tasandi alamtasandite vahel ebatõenäolised. Sellised üleminekud indutseeritakse aga välise elektromagnetvälja mõjul. Vajalik tingimus on elektromagnetvälja sageduse kokkulangevus footoni sagedusega, mis vastab lõhenenud alamtasandite energia erinevusele. Sel juhul saab jälgida elektromagnetvälja energia neeldumist, mida nimetatakse magnetresonantsiks. Sõltuvalt osakeste tüübist - magnetmomendi kandjatest - on olemas elektronide paramagnetresonants (EPR) ja tuumamagnetresonants (NMR).

tuumamagnetresonantstomograafia

1. Tuumamagnetresonants

Tuumamagnetresonants (NMR) on elektromagnetilise energia resonantsne neeldumine nullist erineva spinniga tuumasid sisaldava aine poolt välises magnetväljas, mis on tingitud tuumade magnetmomentide ümberorienteerumisest. Magnetresonantsi fenomen avastati aastatel 1945-1946. kaks sõltumatut teadlaste rühma. Selle inspireerijad olid F. Bloch ja E. Purcell.

NMR füüsikaline olemus.Tuumamagnetresonantsi nähtus põhineb magnetilistel omadustel aatomi tuumad, mis koosneb nukleonitest, mille pöörlemine on pooltäisarvuline 1/2, 3/2, 5/2…. Paarismassi ja laenguarvuga tuumadel (paaris-paaris tuumadel) pole magnetmomenti, samas kui kõigi teiste tuumade puhul on magnetmoment nullist erinev. Seega on tuumade nurkimpulss J=hI, mis on seotud magnetmomendiga m suhtega m=J, kus h on Plancki konstant, I spinn-kvantarv ja güromagnetiline suhe.

Tuuma nurkimpulss ja magnetmoment kvantifitseeritakse ning projektsiooni omaväärtused ning nurk- ja magnetmomendid suvaliselt valitud koordinaatsüsteemi z-teljel määratakse seosega: JZ=hµI, kus µI on tuuma omaseisundi magnetkvantarv, selle väärtused on määratud tuuma spinn-kvantarvuga µI =I, I-1, I-2, ..., -I. see tähendab, et tuum võib olla 2I+1 olekus.

TMR spektrid TMR spektrites eristatakse nende laiuse järgi kahte tüüpi jooni. Spektrid tahked ained on suure laiusega ja seda NMR-i rakendusala nimetatakse laiajooneliseks NMR-iks. Vedelikes täheldatakse kitsaid jooni ja seda nimetatakse kõrge eraldusvõimega NMR-iks. Kõrglahutusega NMR meetodi võimalused on seotud sellega, et sama tüüpi tuumad erinevates keemilistes keskkondades antud rakendatud konstantsel väljal neelavad kõrgsagedusvälja energiat erinevatel sagedustel, mis on tingitud erinevast astmest. tuumade varjestamine rakendatud magnetvälja eest. Kõrge eraldusvõimega TMR spektrid koosnevad tavaliselt kitsastest, hästilahutatud joontest (signaalidest), mis vastavad magnetilistele tuumadele erinevates keemilistes keskkondades. Signaalide intensiivsus (pindala) spektrite salvestamisel on võrdeline magnettuumade arvuga igas grupeeringus, mis võimaldab teostada kvantitatiivne analüüs NMR spektrite põhjal ilma eelneva kalibreerimiseta.

2. NMR kasutamine biomeditsiinilistes uuringutes

Tuumamagnetresonants on elektromagnetlainete (lugemine, raadiolained) selektiivne neeldumine aine (antud juhul inimkeha) poolt magnetväljas, mis on võimalik nullist erineva magnetmomendiga tuumade olemasolu tõttu. Välises magnetväljas on nende tuumade prootonid ja neutronid, nagu ka väikesed magnetid, rangelt määratletud viisil orienteeritud ja muudavad sel põhjusel oma energiaolekut. Nende energiatasemete vaheline kaugus on nii väike, et isegi raadiokiirgus võib põhjustada nende vahel üleminekuid. Raadiolainete energia on miljardeid kordi väiksem kui röntgenikiirgusel, seega ei saa need molekule kahjustada. Seega neelduvad kõigepealt raadiolained. Seejärel kiirgavad tuumad raadiolaineid ja nende üleminek madalamale energiatasemele. Mõlemat protsessi saab tuvastada tuumade neeldumis- ja emissioonispektreid uurides. Need spektrid sõltuvad paljudest teguritest ja eelkõige magnetvälja suurusest. Ruumikujutise saamiseks NMR-tomograafis ei ole erinevalt CT-st vaja mehaanilist skaneerimist allika-detektori süsteemiga (NMR-i puhul saatja antenn ja vastuvõtja). See probleem lahendatakse magnetvälja tugevuse muutmisega erinevates punktides. Tõepoolest, sel juhul muutub signaali edastamise ja vastuvõtmise sagedus (lainepikkus). Kui teame väljatugevuse suurust antud punktis, siis saame edastatud ja vastuvõetud raadiosignaali sellega täpselt seostada. Need. ebaühtlase magnetvälja tekitamise tõttu on võimalik antenni häälestada elundi või koe rangelt määratletud alale ilma selle mehaanilise liikumiseta ja võtta nendest punktidest näidud ainult sagedust muutes. laine vastuvõtmine. Järgmine etapp on kõigist skannitud punktidest pärineva teabe töötlemine ja pildi moodustamine. Info arvutitöötlemise tulemusena saadakse "sektsioonides" elundite ja süsteemide kujutised, moodustuvad vaskulaarsed struktuurid erinevatel tasapindadel, elundite ja kudede kolmemõõtmelised struktuurid kõrge eraldusvõimega.

Millised on NMR-kuvamise eelised?

Esimene eelis on röntgenikiirguse asendamine raadiolainetega. See võimaldab teil kaotada piirangud uuritavate (lapsed, rasedad) kontingendile, sest patsiendi ja arsti kiirgusega kokkupuute mõiste eemaldatakse.

Teiseks eeliseks on meetodi tundlikkus teatud elutähtsate isotoopide ja eriti vesiniku suhtes, mis on pehmete kudede üks levinumaid elemente.

Kolmas eelis on tundlikkus erinevatele keemilised sidemed erinevates molekulides, mis suurendab pildi kontrastsust.

Neljas eelis seisneb veresoonte voodi kujutises ilma täiendava kontrastsuseta ja isegi verevoolu parameetrite määramisega.

Viiendaks plussiks on uuringu suurem eraldusvõime tänapäeval – näha on millimeetri murdosa suurusi objekte.

Ja lõpuks kuues - MRI abil on lihtne saada mitte ainult põikilõike, vaid ka pikisuunaliste lõikude pilte.

Muidugi, nagu igal teisel tehnikal, on MRI-l oma puudused. Need sisaldavad:

1. Suure intensiivsusega magnetvälja loomise vajadus, mis nõuab tohutut energiakulu seadmete töös ja/või ülijuhtivuse tagamiseks kallite tehnoloogiate kasutamist.

2. NMR-tomograafia meetodi madal tundlikkus, eriti võrreldes röntgenikiirgusega, mis nõuab ülekandeaja pikenemist. See toob kaasa pildimoonutuste ilmnemise hingamisteede liigutustest (mis vähendab eriti kopsude ja südame uurimise efektiivsust).

3. Kivide, kaltsifikatsioonide, teatud tüüpi luustruktuuride patoloogiate usaldusväärse tuvastamise võimatus.

4. Me ei tohiks unustada, et MRI tomograafia suhteline vastunäidustus on rasedus.

Järeldus

Teaduse ajalugu õpetab meile, et iga uus füüsikaline nähtus või uus meetod möödub raske viis, mis algab selle nähtuse avastamise hetkest ja läbib mitu faasi. Alguses ei tule peaaegu keegi pähe selle nähtuse kasutamise võimalusest, isegi väga kaugest Igapäevane elu, teaduses või tehnoloogias. Seejärel tuleb arendusfaas, mille jooksul katseandmed veenavad kõiki selle nähtuse suures praktilises tähtsuses. Lõpuks järgneb kiire õhkutõusmise faas. Uued tööriistad tulevad moes, muutuvad suure tootlikkusega, toovad suurt kasumit ja muutuvad otsustavaks teguriks teaduse ja tehnoloogia arengus. Kunagisel ammu avastatud nähtusel põhinevad instrumendid täidavad füüsikat, keemiat, tööstust ja meditsiini.

Ülaltoodud mõnevõrra lihtsustatud evolutsiooni skeemi silmatorkavaim näide on magnetresonantsi fenomen, mille E. K. Zavoisky avastas 1944. aastal paramagnetilise resonantsi kujul ja mille Bloch ja Purcell avastasid iseseisvalt 1946. aastal magnetilise resonantsnähtuse kujul. aatomituumade hetked. NMR keeruline areng on sageli viinud skeptikud pessimistlike järeldusteni. Nad ütlesid, et "NMR on surnud", et "NMR on end täielikult ammendanud". Kuid hoolimata nendest loitsudest ja neid trotsides jätkas NMR edasiminekut ja tõestas pidevalt oma elujõulisust. Mitu korda pöördus see teadusvaldkond meie poole uuel, sageli täiesti ootamatul küljel ja andis elu uuele suunale. Hiljutised revolutsioonilised leiutised NMR-i valdkonnas, sealhulgas hämmastavad NMR-pilditehnikad, viitavad kindlalt sellele, et NMR-i võimalikkuse piirid on tõesti piiramatud. TMR-i – introskoopia – märkimisväärsed eelised, mida inimkond hindab kõrgelt ja mis on nüüd võimsaks stiimuliks NMR-i kiireks arenguks – introskoopia ja lai rakendus meditsiinis peituvad sellele uuele meetodile omane väga väike oht inimeste tervisele.

Kasutatud kirjanduse ja allikate loetelu

1. Antonov V. F., Korzhuev A. V. Füüsika ja biofüüsika: loengute kursus arstitudengitele. - Moskva: GEOTAR-MED, 2004.

2. Kuznetsov A.N. Spin sondi meetod. - Moskva: Nauka, 1976.

3. Saidi www.wikipedia.org materjalid

4. Saidi www.humuk.ru materjalid;

5. Remizov A. N., Maksina A. G., Potapenko A. Ya. Meditsiiniline ja bioloogiline füüsika. - Moskva: Bustard, 2003.

6. Hausser K. Kh., Kalbitzer H. R. NMR meditsiinis ja bioloogias: molekulaarstruktuur, tomograafia, in vivo spektroskoopia. - Kiiev: Naukova Dumka, 1993.

7. Emanuel N. M., Kuzmin M. G. Elektronide paramagnetiline resonants. - Moskva: Moskva ülikooli kirjastus. 1985.

Majutatud saidil Allbest.ru

...

Sarnased dokumendid

Tuumamagnetresonantsi füüsikaline nähtus, selle esinemise tingimused. Magnetresonantstomograafis kujutise saamise põhimõte. Kahemõõtmelise pildi saamine. Püsi-, takistus- ja ülijuhtivate tomograafide peamised eelised.

esitlus, lisatud 13.10.2013


Kaasaegsed diagnostikameetodid. Tuumamagnetresonantsi (NMR) nähtus. NMR nähtuse olemus. Spin-spin interaktsioon. NMR-põhised ainete analüsaatorid. NMR-tomograafi tehniline teostus. Magnetresonantstomograafia põhiplokid.

abstraktne, lisatud 12.05.2015


Tuumamagnetresonantsi avastamise ajalugu ja olemus. Spin-spin interaktsioon. Magnetresonantstomograafia (MRI) kontseptsioon. Pildi kontrastsus: prootonite tihedus, T1- ja T2-kaalulisus. MRI vastunäidustused ja võimalikud ohud.

abstraktne, lisatud 11.06.2014


Selektiivsuse tagamine kl kvalitatiivne analüüs monokromaatilise valguse selektiivne neeldumine. Tuumamagnetresonantsi spektroskoopia. Spektrijooned lainepikkuse skaala kontrollimiseks. Seadmete kalibreerimine ja proovide ettevalmistamine.

abstraktne, lisatud 30.04.2014


Magnetresonantstomograafia diagnostilise meetodi eelised sünnitusabis loote otseseks visualiseerimiseks. Uuringu näidustused, metoodika ja tunnused. Raseda naise MRI ettevalmistamise eripära. Meetodi piirangud ja ohutus.

esitlus, lisatud 15.02.2016


Elektroteraapia on füsioteraapia meetod, mis põhineb elektrivoolude, magnet- või elektromagnetväljade doseeritud toime kasutamisel kehale. Toimemehhanism ja meetodite mõju. Alalis- ja impulssvooluga töötlemise tunnused.

abstraktne, lisatud 17.12.2011


Protsessid suletud lainejuhi teel. Lainete polarisatsioon ja superpositsioon, liikuva ja seisva laine resonants lainejuhis. Pühkimissageduse generaatorisüsteemi põhielemendid. Lainejuhirõngasüsteemi VSWR liikuvate ja seisvate lainete režiimis.

praktikaaruanne, lisatud 13.01.2011


Magnetresonantstomograafia meetodi olemus ja tähendus, selle kujunemise ja arengu ajalugu, efektiivsuse hindamine praeguses etapis. Selle tehnika füüsiline põhjendus, pildistamise järjekord ja põhimõtted. Viilu määratlus ja valik.

abstraktne, lisatud 24.06.2014


Tuumafüüsikaliste nähtuste kasutamise võimalused patsientide uurimisel. Radionukliidide uurimise meetodid. Kliiniline ja laboratoorne radiomeetria. Radionukliidide skaneerimine ja stsintigraafia. Radioisotoopide diagnostika labor.

abstraktne, lisatud 24.01.2011


Tingimused tomograafia efekti saavutamiseks. Röntgenuuringu peamised ülesanded ja rakendussuunad on angiograafia, venograafia ja lümfograafia. Avastuse ajalugu, tööpõhimõte ja kompuutertomograafia meetodi kasutamise eelised.