Co to za badanie? Fizyczna podstawa mri

Informacyjna, bezpieczna, nieinwazyjna metoda diagnostyczna pozwalająca na uzyskanie wysokiej rozdzielczości obrazów narządów i układów, struktur naczyniowych w różnych płaszczyznach, z wykorzystaniem rekonstrukcji trójwymiarowych.

HISTORIA ROZWOJU OBRAZOWANIA REZONANSU MAGNETYCZNEGO

Fundamentalnym odkryciem w dziedzinie fizyki było odkrycie przez Nikolę Teslę wirującego pola magnetycznego w 1882 roku w Budapeszcie.

W 1956 r. międzynarodowy komisja elektrotechniczna Towarzystwo Tesli. Wszystkie urządzenia MRI są kalibrowane w jednostkach Tesli. Siła pola magnetycznego jest mierzona w jednostkach Tesli lub Gaussa. Im silniejsze pole magnetyczne, tym większa liczba sygnałów radiowych, które można odebrać z atomów ciała, a tym samym wyższa jakość obrazu MRI. 1 Tesla = 10000 Gauss

§ MRI niskiego pola = do 0,2 Tesli (2000 Gauss)

§ Średnie pole MRI = 0,2 do 0,6 Tesli (od 2000 gausów do 6000 gausów)

§ MRI wysokiego pola = 1,0 do 1,5 tesli (10 000 do 15 000 gausów)

W 1937 roku profesor Uniwersytetu Columbia Isidore I. Rabi, pracując w Laboratorium Fizyki Pupin na Uniwersytecie Columbia w Nowym Jorku, zauważył zjawisko kwantowe, które nazwano magnetycznym rezonansem jądrowym (NMR). Odkrył, że jądra atomowe zaznaczają swoją obecność poprzez pochłanianie lub emitowanie fal radiowych po wystawieniu na działanie wystarczająco silnego pola magnetycznego.

Profesor Isidore I. Rabi otrzymał za swoją pracę Nagrodę Nobla. W 1973 r. Pavel Lauterbur, chemik i badacz NMR z Uniwersytetu Stanowego w Nowym Jorku, wykonał pierwsze zdjęcie NMR.

Raymond Damadian, lekarz i eksperymentator z Downstate Medical Center na Brooklynie, odkrył, że sygnał wodoru w tkance rakowej różni się od sygnału zdrowej, ponieważ guzy zawierają więcej wody. Im więcej wody, tym więcej atomów wodoru. Po wyłączeniu urządzenia MRI, szczątkowe wibracje fal radiowych z tkanki nowotworowej trwają dłużej niż te z tkanki zdrowej.

Z pomocą swoich doktorantów, lekarzy Lawrence'a Minkoffa i Michaela Goldsmitha, dr Damadian stworzył przenośne cewki do monitorowania promieniowania wodorowego, a jakiś czas później skonstruowano pierwszą maszynę do rezonansu magnetycznego. 3 lipca 1977 r. wykonano pierwsze badanie rezonansem magnetycznym ludzkiego ciała przez prawie pięć godzin, a pierwsze badania pacjentki z rakiem piersi wykonano w 1978 r.

ZASADA MRI

Obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego to medyczna metoda diagnostyczna polegająca na tworzeniu obrazów tkanek i narządów ludzkiego ciała na zasadzie magnetycznego rezonansu jądrowego. MRI może generować obraz cienkiego skrawka tkanki dowolnej części ludzkiego ciała - pod dowolnym kątem i kierunkiem. MRI pozwala uzyskać obraz narządów i tkanek ludzkich za pomocą pola elektromagnetycznego.

MRI wytwarza silne pole magnetyczne, aw ludzkim ciele znajdują się jakieś małe biologiczne „magnesy” składające się z namagnesowanych protonów, które są częścią atomów wodoru. Protony są głównym elementem właściwości magnetycznych tkanek ciała.

Po pierwsze, MRI tworzy stały stan magnetyzmu w Ludzkie ciało gdy ciało znajduje się w stałym polu magnetycznym. Po drugie, MRI stymuluje organizm falami radiowymi, co zmienia stacjonarną orientację protonów. Po trzecie, urządzenie zatrzymuje fale radiowe i rejestruje transmisję elektromagnetyczną ciała. Po czwarte, transmitowany sygnał służy do budowania wewnętrznych obrazów ciała za pomocą przetwarzania informacji na komputerze.

Obraz MRI nie jest fotograficzny. W rzeczywistości jest to skomputeryzowana mapa lub obraz sygnałów radiowych emitowanych przez ludzkie ciało. MRI ma lepsze możliwości niż tomografia komputerowa, ponieważ promieniowanie jonizujące nie jest wykorzystywane jak w CT, a zasada działania opiera się na wykorzystaniu nieszkodliwych fal elektromagnetycznych.

Obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego przypomina wyglądem komputer. Badanie przeprowadzane jest w taki sam sposób jak tomografia komputerowa. Stół stopniowo przesuwa się wzdłuż skanera. Rezonans magnetyczny trwa dłużej niż tomografia komputerowa i zwykle trwa co najmniej 1 godzinę.

MOC POLA MAGNETYCZNEGO

Obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego (MRI) to wielopłaszczyznowa technika obrazowania oparta na interakcji między

pole elektromagnetyczne o częstotliwości radiowej i niektóre jądra atomowe w ludzkim ciele (zwykle wodór), po umieszczeniu ciała w silnym polu magnetycznym. Ta metoda obrazowania szczególnie dobrze wizualizuje tkanki miękkie. Jakość MRI zależy nie tylko od natężenia pola (powyżej 1 T jest uważane za pole wysokie), ale także od wyboru cewki, zastosowania kontrastu, parametrów badania, doświadczenia specjalisty, który ocenia uzyskany obraz i jest w stanie określić obecność patologii. Wprowadzenie kontrastu dożylnego (gadolinu) jest często stosowane w badaniach MRI. Obecnie urządzenia do rezonansu magnetycznego wykorzystują pole o mocy od 0,1 do 3,0 T. W ostatnich latach pojawiły się również tomografy o mocy 7 T, ale ich zastosowanie w klinice jest jeszcze w fazie testów.

W praktyka kliniczna w przypadku urządzeń stosuje się następującą gradację urządzeń według mocy:

§ Niskie pole od 0,1 do 0,5 T

§ Środkowe pole od 0,5 do 0,9 T

§ Wysokie pole powyżej 1 T

§ Super wysokie pole 3,0 i 7,0 T

Urządzenia są również podzielone na Typ otwarty i zamknięte (typ tunelowy).

Do niedawna urządzenia do rezonansu magnetycznego typu otwartego były reprezentowane tylko przez urządzenia o niskim polu widzenia, ale teraz urządzenia do rezonansu magnetycznego typu otwartego o wysokim polu (1 T i więcej) są już produkowane i aktywnie wykorzystywane. Ponadto pojawiły się urządzenia do przeprowadzania badań pacjenta w pozycji wyprostowanej lub siedzącej. Różnorodność różnego rodzaju Urządzenia MRI pozwalają na szerokie zastosowanie tej metody diagnostycznej do określania zmian morfologicznych lub zaburzeń czynnościowych w różnych stanach patologicznych.

Wszystkie urządzenia można warunkowo podzielić na niskopolowe i wysokopolowe lub typu otwartego lub tunelowego.

CZĘSTO PACJENTA TRUDNO WYBRAĆ MIĘDZY BADANIAMI NISKIMI LUB TERENOWYMI. ALE ISTNIEJE ZNACZĄCA RÓŻNICA MIĘDZY MASZYNAMI NISKIMI I DUŻYMI.

Otwarte (niskopodłogowe) skanery zapewniają słabą jakość obrazu, a niektóre badania w celu wyjaśnienia diagnozy muszą być powtórzone po urządzeniach o niskim polu na urządzeniach o wysokim polu. Urządzenia do rezonansu magnetycznego wysokiego pola o sile pola magnetycznego (1 - 1,5-3,0 Tesli) zapewniają wysoką rozdzielczość, co pozwala na bardziej szczegółową wizualizację struktury narządów i tkanek. Urządzenia do rezonansu magnetycznego o niskim polu mają zwykle natężenie pola magnetycznego od 0,23 do 0,5 Tesli. Im wyższa siła pola magnetycznego, tym lepsze obrazowanie i szybsze skanowanie. Istnieje bezpośrednia proporcja między wzrostem mocy pola magnetycznego a jakością obrazowania tkanek.

Urządzenia MRI skanują ciało w warstwach (plastrach). Im wyższe pole magnetyczne, tym cieńsze odcinki, co pozwala na dokładniejszy obraz morfologiczny tkanek, a tym samym na dokładniejszą diagnozę.

Wysokie pole MRI wymagają mniej czasu na przeprowadzenie badania, ze względu na większe pole magnetyczne. MRI o wysokim polu skanuje ciało półtora do dwóch razy szybciej niż urządzenia o niskim polu (typu otwartego). Jest to bardzo ważne, ponieważ prawdopodobieństwo poruszenia się pacjenta i pojawienia się artefaktów obrazu wzrasta wraz z długim badaniem.

Urządzenia do rezonansu magnetycznego o wysokim polu zapewniają najbardziej zaawansowane techniki obrazowania, z których niektóre nie mogą być wykonywane na urządzeniach o niskim polu magnetycznym.

Urządzenia do rezonansu magnetycznego o wysokim polu są stale ulepszane, aby zapewnić pacjentom większy komfort i zmniejszyć niepokój pacjenta podczas badania. W ostatnich latach opracowano nowe aparaty do rezonansu magnetycznego ze znacznie krótszą rurką, dzięki czemu głowa pacjenta podczas niektórych badań może znajdować się poza otworem magnesu. Otwór magnesu jest poszerzony na końcu rurki, co zmniejsza poczucie zamknięcia pacjenta, ponieważ głowa pacjenta znajduje się w drodze do poszerzonego końca. Dodatkowo otwór jest szerszy niż wcześniej projektowane skanery, co pozwala na więcej miejsca wokół pacjenta podczas badania.

Jednak urządzenia o wysokim polu mają kilka wad:

1. Klaustrofobia. Niewielki odsetek pacjentów boi się ciasnych przestrzeni i nie może przebywać w aparacie o dużym polu. W przypadku zdecydowanej większości tych pacjentów wystarczy przed badaniem zażyć lekki środek uspokajający, jednak w przypadku ciężkiej klaustrofobii bardzo trudno jest takim pacjentom przeprowadzić badanie na urządzeniach typu tunelowego.

rozmiar 2. Urządzenia do rezonansu magnetycznego o wysokim polu mają ograniczoną przestrzeń, a niektórzy pacjenci mogą być zbyt wielcy, aby zmieścić się w tunelu MRI ze względu na duży rozmiar ciała. Niektóre rezonanse magnetyczne o wysokim polu mają również ograniczenia dotyczące masy ciała.

3. Ból. Jeśli pacjent odczuwa silny ból pleców, karku lub inne objawy, utrudnia to pacjentowi długie leżenie.

W związku z tym urządzenia do rezonansu magnetycznego o niskim polu widzenia (typu otwartego) mogą być bardziej odpowiednie dla niektórych pacjentów, takich jak pacjenci z prawdziwą klaustrofobią lub duże rozmiary ciało.

Branża diagnostyki medycznej ma już wystarczająco dużo metod w swoim arsenale, aby określić chorobę, która dotknęła dany narząd. MRI (obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego) to badanie, które ze względu na swoje cechy ma zdecydowanie wiodącą pozycję. Czym jest rezonans magnetyczny i dlaczego technika ta stała się popularna w ciągu ostatnich kilkudziesięciu lat w prawie całym cywilizowanym świecie, możesz dowiedzieć się, gdy zapoznasz się z zasadą działania sprzętu używanego do przeprowadzenia zabiegu.

Trochę historii

1973, w którym Paul Lauterbur, profesor chemii, opublikował swoją pracę na temat obrazowania metodą rezonansu magnetycznego w: magazyn naukowy Natura, jednogłośnie zaakceptowana przez wszystkich podczas tworzenia metody. Nieco później Peter Mansfield, brytyjski fizyk, poprawił matematyczne elementy tworzenia obrazu. Za swój wkład w tworzenie obrazowania metodą rezonansu magnetycznego obaj naukowcy otrzymali w 2003 roku Nagrodę Nobla.

Istotnym przełomem w rozwoju metody było wynalezienie skanera MRI przez amerykańskiego naukowca i lekarza Raymonda Damadiana, jednego z pierwszych badaczy możliwości MRI. Według licznych doniesień naukowiec jest twórcą samej metody, gdyż już w 1971 roku opublikował ideę wykrywania raka za pomocą MRI. Jest też informacja o złożeniu wniosku do Komitetu Wynalazków i Odkryć od sowieckiego wynalazcy Iwanowa V.A. na ten temat, który został szczegółowo opisany już w 2000 roku.

Na czym opiera się diagnoza?

Zasada działania MRI opiera się na zdolności badania tkanek Ludzkie ciało w oparciu o ich nasycenie wodorem i właściwości magnetyczne. Jądro wodoru ma jeden proton zawierający spin (moment magnetyczny), który pod wpływem pola magnetycznego i gradientu (dodatkowego) przyłożonych do niego o częstotliwości rezonansowej zmienia swoją orientację w przestrzeni.

Na podstawie parametrów protonów, ich momentów magnetycznych i ich wektorów, które istnieją tylko w dwóch fazach, a także wiązania protonu z spinami, można wnioskować, w jakiej substancji tkankowej znajduje się atom wodoru. Ekspozycja na część ciała przez pole elektromagnetyczne o określonej częstotliwości prowadzi do zmiany momentu magnetycznego części protonów na przeciwny, a następnie do powrotu do pierwotnego położenia.

Program akwizycji danych tomografu MR rejestruje uwalnianie energii powstałej w wyniku relaksacji wzbudzonych cząstek - protonów. Od samego początku metoda ta nosiła nazwę NMRI (obrazowanie metodą jądrowego rezonansu magnetycznego) i była tak nazywana aż do wypadku w elektrowni jądrowej w Czarnobylu. Następnie postanowiono usunąć pierwsze słowo z nazwy, aby nie wzbudzać niepokoju wśród osób poddawanych skanowaniu MRI.

Cechy tomografu

Urządzenie do rezonansu magnetycznego, co to jest i jakie są cechy jego urządzenia? Pierwsze urządzenia użyte do zabiegu MRI wytwarzały pole magnetyczne o indukcji 0,005 T (Tesla), a jakość obrazów była słaba. Tomografy naszych czasów są wyposażone w potężne źródła, które wytwarzają silne pole elektromagnetyczne. Należą do nich elektromagnesy o indukcji do 1–3 T, czasem do 9,4 T, pracujące w ciekłym helu oraz magnesy trwałe do 0,7 T, o dużej mocy (neodym).

Stałe powodują słabszą reakcję rezonansu magnetycznego w tkankach niż elektromagnetyczne, więc obszar działania tych pierwszych jest bardzo ograniczony. Ale jednocześnie magnesy trwałe umożliwiają wykonanie badania MRI w pozycji stojącej, w ruchu oraz zapewniają dostęp medyczny osobie poddawanej zabiegowi podczas wykonywania czynności diagnostycznych i terapeutycznych. Ta kontrola umożliwia wykonanie MRI, tzw. metody interwencyjnego rezonansu magnetycznego.

Zasada budowy tomografu

Jakość obrazów uzyskanych na aparacie MRI 3 i na przykład 1,5 T z reguły nie różni się. Czystość obrazu może się różnić w zależności od ustawień sprzętu. Ale wyniki badania na tomografach z indukcją 0,35 T będą znacznie gorszej jakości niż na urządzeniach 1,5 T. Sprzęt generujący pole mniejsze niż 1 T nie pozwoli na uzyskanie informacyjnych obrazów narządów wewnętrznych ( Jama brzuszna i miednicy).

Na takich tomografach przeprowadza się tylko diagnostykę głowy, kręgosłupa, stawów, gdy opis MRI nie wymaga bardzo precyzyjnych obrazów.

Dlaczego w większości przypadków wybiera się MRI?

Diagnostyka MRI i CT (tomografia komputerowa) to dwie metody oparte na uzyskiwaniu warstwowych obrazów narządów. Tomografia po grecku oznacza sekcję. Ale jednocześnie metody mają również różnice - CT wykonuje zdjęcia podczas używania promienie rentgenowskie, który naraża organizm człowieka na promieniowanie, czasem nawet dość duże. Pomimo niewielkiej różnicy w kosztach zabiegów, często wykonuje się MRI, ponieważ tomografia komputerowa tylko lepiej uwidacznia tkankę kostną.

A w innych przypadkach wybierana jest pierwsza procedura, ponieważ MRI pokazuje wszystkie struktury miękkie i chrzęstne, formacje naczyniowe i nerwowe różne rozmiary. Badanie ujawnia wiele procesów patologicznych o najróżniejszym charakterze. Ponadto zabieg taki jak MRI można przepisać kobietom w ciąży i karmiącym, dzieciom, bez obawy możliwa szkoda ich zdrowie lub rozwój wewnątrzmaciczny płód. Badanie ma pewne przeciwwskazania, ale wiele z nich nie ma charakteru bezwzględnego i pod pewnymi warunkami można je przeprowadzić.

Kiedy potrzebna jest diagnostyka przy użyciu pola magnetycznego?

Wskazania do MRI opierają się całkowicie na jego cechach diagnostycznych, a mianowicie liczbie cząsteczek wodoru w tkankach. Tak więc w prawie wszystkich formacjach miękkich i chrzęstnych, dzięki zabiegowi, można zdiagnozować następujące rodzaje procesów patologicznych:

Ponadto po wykonaniu MRI staje się dostępny do śledzenia zmian w łożyskach naczyniowych. układ krążenia, a także limfatyczny i jego węzły. Diagnostyka kręgosłupa tą metodą pozwala na odtworzenie pełnego (trójwymiarowego) obrazu wszystkich tworzących go struktur oraz analizę czynności układu mięśniowo-szkieletowego, nerwowego i krążenia.

MRI mózgu pozwala uzyskać model 3D narządu

Ta cecha diagnostyczna czasami sprawia, że ​​pacjenci, którzy zostali umówieni na zabieg, zastanawiają się, dlaczego wykonują rezonans magnetyczny kręgosłupa, jeśli tkanki kostne nie są wystarczająco dobrze widoczne podczas badania? Zalecenie przejścia jest uzasadnione faktem, że patologie kręgosłupa często prowadzą do chorób otaczających tkanek, na przykład tej samej osteochondrozy, która powoduje szczypanie nerwów.

W jakich przypadkach niemożliwe jest przeprowadzenie zabiegu?

Nawet biorąc pod uwagę, że MRI jest badaniem nieszkodliwym i nieinwazyjnym, nadal istnieją powody, które uniemożliwiają jego wykonanie. Najważniejsza, która jest bezwzględnym przeciwwskazaniem do zabiegu, to obecność metalowych przedmiotów w ciele. Powód jest bezpośrednio związany z zasadą postępowania.

Dlatego jeśli pacjent ma rozrusznik serca (rozrusznik serca), metalowe implanty dentystyczne i do uszu, protezy zastawek serca, fragmenty ferromagnetyczne, metalowe płytki w kościach, aparat Elizarowa, to odpowiedź na pytanie, czy możliwe jest wykonanie rezonansu magnetycznego jest jednoznacznie negatywna. Jedynym wyjątkiem są implanty tytanowe, ponieważ nie są one ferromagnesami i nie reagują na działanie pola magnetycznego.

Wibracje elektromagnetyczne są szczególnie niebezpieczne dla osób z rozrusznikiem serca, ponieważ mogą go wyłączyć, narażając życie pacjenta. Przeciwwskazań względnych jest znacznie więcej, ale prawie każde z nich można ominąć i przeprowadzić zabieg w każdych sprzyjających okolicznościach.

Zatem względne przeszkody w badaniu obejmują:

• klaustrofobia, zaburzenia psychiczne i fizjologiczne, objawiające się zwiększoną pobudliwością i niemożnością wytrzymania zabiegu w stanie spokoju;
• ogólny poważny stan pacjenta - potrzeba stałego monitorowania jego głównych parametrów życiowych - oddychania, rytmu serca, tętna, ciśnienia krwi;
• reakcja alergiczna na środek kontrastowy (jeśli to konieczne, wykonaj);
• ciąża w pierwszym trymestrze (lekarze boją się przepisać procedurę w tym czasie, więc trwa układanie głównych narządów płodu);
• niewydolność serca, oddechowa i nerkowa w fazie dekompensacji;
• otyłość 2-3 stopnie przy wadze powyżej 120-150 kg.

W każdej z powyższych sytuacji możesz wybrać opcję alternatywną lub zdecydować, czy rezonans magnetyczny jest tak potrzebny, czy może zostać zastąpiony innym badaniem. Możesz uratować osobę cierpiącą na klaustrofobię od niedogodności lub spróbować wykonać zabieg na pacjencie o dużej wadze, dla którego wykonuje rezonans magnetyczny na otwartym tomografie.

Maszyna do rezonansu magnetycznego z obwodem otwartym

Czy muszę przygotować się do zabiegu?

Diagnostyka pola elektromagnetycznego nie wymaga procesu przygotowawczego. Nie ma potrzeby przestrzegania określonej diety i diety. Tylko jeśli konieczne jest zbadanie narządów miednicy, należy przyjść na zabieg z pełnym pęcherzem - ponieważ MRI diagnozuje ten obszar z wyprostowanymi ścianami narządu.

Jest jeszcze jeden punkt do rozważenia przy przepisywaniu MRI ze wzmocnieniem kontrastu. Nawet pod warunkiem, że nie prowokuje reakcje alergiczne preparaty na bazie soli gadolinu (Omniscan, Gadovist), w każdym razie należy najpierw przeprowadzić test. Nie można wykluczyć indywidualnej nietolerancji każdego pacjenta z osobna.

Przed pójściem na zabieg najlepiej przemyśleć ubrania i wybrać takie, które nie zawiera metalowych przedmiotów - zamków, guzików, cyrkonii i innych ozdób. Niektóre prywatne kliniki oferują przebranie się na koszulkę medyczną specjalnie zaprojektowaną na takie imprezy. Do rezonansu magnetycznego nie należy przychodzić w bieliźnie z lureksem, gdyż jego nić powstaje z domieszką żelaza.

Bezpośrednio przed diagnozą należy zdjąć całą biżuterię, zegarki, okulary, wyjmowane protezy i aparaty uszne.

Ważnym punktem, którego nie należy lekceważyć, jest wizyta w gabinecie ze wszystkimi wcześniejszymi, jeśli w ogóle, wynikami badań. Umożliwi to lekarzowi natychmiastowe porównanie nowych obrazów i wyciągnięcie wniosków na temat skuteczności leczenia lub tempa progresji choroby lub jej remisji. Aparaty do rezonansu magnetycznego wytwarzają tak silne pole magnetyczne, że w pomieszczeniu diagnostycznym nie ma żadnych metalowych przedmiotów - kanap, kul, lasek i innych rzeczy osobistych pacjentów - wszystkie przedmioty pozostają poza drzwiami pokoju. Następnie tylko pacjent może przejść diagnostykę.

Przeprowadzać badanie

Tak więc w pełni przygotowany pacjent kładzie się na leżance, a personel medyczny unieruchamia go, biorąc pod uwagę obszar do zbadania. Specjalnie zaprojektowane pasy i rolki służą do mocowania ciała pacjenta. Równolegle tłumaczy się mu, że pracy tomografu towarzyszy dość głośny dźwięk - stukanie, buczenie, że jest to absolutnie normalne i nie powinno budzić niepokoju.

Specjalne mocowanie do głowy MRI

Dla komfortu podczas zabiegu, podmiotowi oferowane są słuchawki lub zatyczki do uszu, które pomogą pozbyć się nieprzyjemnych efektów dźwiękowych. Powiadamiają o obecności dwukierunkowego połączenia pomiędzy gabinetem diagnostycznym a pomieszczeniem, w którym znajduje się specjalista kierujący procesem. W dowolnym momencie, jeśli pacjent odczuje wzrost paniki lub zmianę swojego stanu na gorszy, możesz poinformować lekarza, a on przerwie badanie.

Oczywiście dobrze będzie, jeśli pacjent przed poddaniem się badaniu rezonansem magnetycznym przeczyta opinie na jego temat na dowolnych portalach internetowych pozostawionych przez osoby, które przeszły już diagnostykę. Wtedy może przygotować się mentalnie. Jeśli wie, że w takich sytuacjach może się bać, to powinien wcześniej wezwać go na zabieg. kochany. Aby to zrobić, musisz najpierw dowiedzieć się, czy osoba towarzysząca ma jakiekolwiek przeciwwskazania do przebywania w polu elektromagnetycznym, aby jej nie skrzywdzić i nie zakłócać procedury.

Jeżeli wszystkie warunki są spełnione, leżanka tomografu, na której znajduje się pacjent, wsuwa się w tunel urządzenia i rozpoczyna skanowanie rezonansem magnetycznym. Sam zabieg może trwać od 20 minut do godziny – zależy to od specyfiki badanego obszaru. Jeśli istnieją wskazania do MRI z kontrastem, na przykład w przypadku podejrzenia procesów onkologicznych, czas diagnostyczny z reguły jest podwojony.

Po zdiagnozowaniu

Na zakończenie zabiegu w większości klinik pacjent proszony jest o odczekanie 1-2 godzin, aż lekarz odszyfruje wyniki badania. Następnie uzyskane dane są przekazywane osobie, która zdała egzamin w postaci obrazów, a także na nośnikach cyfrowych - płytach kompaktowych, które można przeglądać w dowolnym dogodnym czasie. Nie jest wymagany dodatkowy odpoczynek od MRI - diagnoza nie wpływa na stan fizyczny, psychiczny i stan emocjonalny pacjent. Po wykonaniu wszystkich czynności związanych z wizytą w klinice, może zajmować się zwykłymi sprawami, w tym obsługą różnego sprzętu.

Rezonans magnetyczny (MRI) jest jednym z nowoczesne metody radiodiagnostyka, umożliwiająca nieinwazyjne obrazowanie struktury wewnętrzne Ludzkie ciało.

Metoda została nazwana obrazowaniem rezonansem magnetycznym, a nie obrazowaniem metodą jądrowego rezonansu magnetycznego (NMRI) ze względu na negatywne skojarzenia ze słowem „jądrowy” pod koniec lat 70. XX wieku. MRI opiera się na zasadach magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR), technice spektroskopowej wykorzystywanej przez naukowców do uzyskiwania danych na temat substancji chemicznych i właściwości fizyczne Cząsteczki.

MRI powstało jako technika obrazowania tomograficznego, która wytwarza obrazy sygnału NMR z cienkich przekrojów przechodzących przez ludzkie ciało. MRI ewoluowało od techniki obrazowania tomograficznego do techniki obrazowania wolumetrycznego.

Korzyści z MRI

Najważniejszą zaletą MRI w porównaniu z innymi metodami obrazowania jest::
brak promieniowania jonizującego, a w konsekwencji skutki kancerogenezy i mutagenezy, których ryzyko związane jest (choć w bardzo niewielkim stopniu) z narażeniem na promieniowanie rentgenowskie.
MRI pozwala na prowadzenie badań w dowolnych płaszczyznach, z uwzględnieniem cechy anatomiczne ciała pacjenta i, jeśli to konieczne, uzyskanie trójwymiarowych obrazów w celu dokładnej oceny względnego położenia różnych struktur.
MRI ma wysoki kontrast tkanek miękkich i pozwala zidentyfikować i scharakteryzować procesy patologiczne, które rozwijają się w różnych narządach i tkankach ludzkiego ciała.
MRI jest jedyną nieinwazyjną metodą diagnostyczną o wysokiej czułości i swoistości w wykrywaniu obrzęku i naciekania tkanki kostnej.
Rozwój spektroskopii MR i rezonansu dyfuzyjnego, a także tworzenie nowych organotropowych środków kontrastowych stanowi podstawę rozwoju „obrazowania molekularnego” i pozwala na badania histochemiczne in vivo.
MRI lepiej wizualizuje niektóre struktury mózgu i rdzenia kręgowego, a także inne struktury nerwowe, w związku z tym jest częściej stosowany do diagnozowania urazów, powstawania guzów system nerwowy, a także w onkologii, gdy konieczne jest określenie obecności i rozpowszechnienia procesu nowotworowego

Fizyczna podstawa MRI

MRI opiera się na zjawisku magnetyczny rezonans jądrowy otwarty w 1946 roku. fizycy F. Bloch i E. Purcell (Nagroda Nobla w dziedzinie fizyki, 1952). Istotą tego zjawiska jest zdolność jąder niektórych pierwiastków pod wpływem statycznego pola magnetycznego do odbierania energii impulsu o częstotliwości radiowej. W 1973 Amerykański naukowiec P. Lauterbur zaproponował uzupełnienie zjawiska magnetycznego rezonansu jądrowego o nałożenie gradientowych pól magnetycznych w celu przestrzennej lokalizacji sygnału. Używając protokołu rekonstrukcji obrazu stosowanego w tym czasie do tomografii komputerowej (CT), udało mu się uzyskać pierwszy skan MRI. W kolejnych latach wykonano rezonans magnetyczny cała linia przemiany jakościowe, stając się obecnie najbardziej złożoną i różnorodną metodą diagnostyki radiacyjnej. Zasada MRI umożliwia odbiór sygnału z dowolnych jąder w organizmie człowieka, jednak największe znaczenie kliniczne ma ocena rozkładu protonów tworzących związki bioorganiczne, co determinuje wysoki kontrast tkanek miękkich metody, tj. zbadać narządy wewnętrzne.

Teoretycznie dowolne atomy zawierające liczba nieparzysta protony i/lub neutrony mają właściwości magnetyczne. Będąc w polu magnetycznym, są prowadzone wzdłuż jego linii. Kiedy przyłożone jest zewnętrzne zmienne pole elektromagnetyczne, atomy, które w rzeczywistości są dipolami, układają się wzdłuż nowych linii pola elektromagnetycznego. Po przestawieniu wzdłuż nowych linii siły jądra generują sygnał elektromagnetyczny, który może zostać zarejestrowany przez cewkę odbiorczą.

W fazie zaniku pola magnetycznego jądra dipolowe powracają do swoich pierwotnych pozycji, natomiast szybkość powrotu do swoich pierwotnych pozycji określają dwie stałe czasowe T1 i T2:
T1 jest czasem podłużnym (spinowo-sieciowym), który odzwierciedla tempo utraty energii przez wzbudzone jądra
T2 to czas relaksacji poprzecznej, który zależy od szybkości wymiany energii wzbudzonych jąder ze sobą

Sygnał odbierany z tkanek zależy od liczby protonów (gęstości protonów) oraz wartości T1 i T2. Sekwencje impulsów stosowane w MRI mają na celu lepsze wykorzystanie różnic tkankowych w T1 i T2 w celu uzyskania maksymalnego kontrastu między tkankami prawidłowymi i patologicznymi.

MRI pozwala uzyskać duża liczba typy obrazów przy użyciu sekwencje impulsów o różnych charakterystykach czasowych impulsów elektromagnetycznych.

Interwały impulsów są zbudowane w taki sposób, aby mocniej podkreślać różnice w T1 i T2. Najczęściej używane sekwencje „odzyskiwanie inwersji” (IR) oraz „echo spinowe” (SE), które zależą od gęstości protonów.

Główny parametr techniczny, który określa możliwości diagnostyczne MRI, jest siła pola magnetycznego, mierzony w T(Tesla). Tomografy wysokopolowe (od 1 do 3 T) pozwalają na najszerszy zakres badań wszystkich obszarów ciała człowieka, w tym badania czynnościowe, angiografię i szybką tomografię. Tomografy tego poziomu to zaawansowane technologicznie kompleksy, wymagające stałego kontrola techniczna i duże koszty finansowe.

Przeciwko, tomografy niskiego pola są zwykle ekonomiczne, kompaktowe i mniej wymagające technicznie i operacyjnie. Możliwości wizualizacji małych struktur na tomografach niskopolowych są jednak ograniczone mniejszą rozdzielczością przestrzenną, a zakres badanych obszarów anatomicznych ogranicza się głównie do mózgu, rdzenia kręgowego i dużych stawów.

Badanie jednego regionu anatomicznego za pomocą MRI obejmuje wykonanie kilku tzw. sekwencji impulsowych. Różne sekwencje impulsów pozwalają na uzyskanie określonych cech tkanek ludzkich, oceniając względną zawartość struktur płynnych, tłuszczowych, białkowych czy pierwiastków paramagnetycznych (żelazo, miedź, mangan itp.).
Standardowe protokoły MRI obejmują Obrazy T1-ważone (wrażliwe na obecność tłuszczu lub krwi) oraz Obrazy T2-ważone (wrażliwe na obrzęk i naciek) w dwóch lub trzech samolotach.

Struktury praktycznie nie zawierające protonów(kość korowa, zwapnienia, tkanka chrzęstno-włóknista), a także przepływ krwi tętniczej, mają niską intensywność sygnału zarówno na obrazach T1- jak i T2-zależnych.

Czas badania zwykle wynosi od 20 do 40 minut, w zależności od okolicy anatomicznej i sytuacji klinicznej.

Dokładność diagnozy i charakterystyka procesów hipernaczyniowych(guzy, stany zapalne, malformacje naczyniowe) można znacznie zwiększyć przy stosowaniu dożylnym poprawa kontrastu. Wiele procesów patologicznych (na przykład małe guzy mózgu) często nie jest wykrywanych bez kontrastu dożylnego.

Metale ziem rzadkich stały się podstawą do stworzenia preparatów kontrastowych MR gadolin (lek - magnetowista). W czystej postaci metal ten jest wysoce toksyczny, ale w postaci chelatu staje się praktycznie bezpieczny (w tym brak nefrotoksyczności). Działania niepożądane są niezwykle rzadkie (mniej niż 1% przypadków) i zwykle mają łagodne nasilenie (nudności, bół głowy pieczenie w miejscu wstrzyknięcia, parestezje, zawroty głowy, wysypka). W niewydolności nerek częstość skutki uboczne nie wzrasta.
Nie zaleca się wprowadzania środków kontrastowych do MR podczas ciąży, ponieważ szybkość usuwania z płynu owodniowego jest nieznana.

Opracowano inne klasy środków kontrastowych do MRI, w tym - specyficzne dla narządów oraz wewnątrznaczyniowy.

Ograniczenia i wady MRI

Długi czas trwania badania (od 20 do 40 minut)
warunek wstępny jakość obrazowania to spokojny i nieruchomy stan pacjenta, który determinuje potrzebę sedacji u niespokojnych pacjentów lub stosowania leków przeciwbólowych u pacjentów z silnym bólem
konieczność przebywania pacjenta w niewygodnej, niefizjologicznej pozycji ze specjalną stylizacją (na przykład przy badaniu stawu barkowego u dużych pacjentów)
strach przed zamkniętymi przestrzeniami (klaustrofobia) może być przeszkodą nie do pokonania w badaniu
ograniczenia techniczne związane z obciążeniem stołu tomograficznego podczas badania pacjentów z nadwagą (zwykle powyżej 130 kg).
ograniczeniem do badania może być obwód talii, który jest niezgodny ze średnicą tunelu tomografu (z wyjątkiem badania na tomografach typu otwartego o niskim natężeniu pola magnetycznego)
brak możliwości wiarygodnego wykrycia zwapnień, ocena budowy mineralnej tkanki kostnej (kości płaskie, płytka korowa)
nie pozwala na szczegółową charakterystykę miąższu płuca (w tym obszarze jest gorszy od możliwości tomografii komputerowej)
w znacznie większym stopniu niż w tomografii komputerowej występują artefakty wynikające z ruchu (jakość tomogramów może być znacznie obniżona z powodu artefaktów związanych z ruchem pacjenta - oddychanie, bicie serca, pulsacje naczyniowe, ruchy mimowolne) oraz przedmioty metalowe (umocowane wewnątrz ciała lub w ubraniu), a także z nieprawidłowych ustawień tomografu
dystrybucja i wdrożenie tej techniki badawczej jest znacznie ograniczone ze względu na wysoki koszt samego sprzętu (tomograf, cewki RF, oprogramowanie, stacje robocze itp.) oraz jego utrzymania

Główne przeciwwskazania do wykonania rezonansu magnetycznego (MRI) to:

absolutny:
obecność sztucznych rozruszników serca
obecność dużych metalowych implantów, fragmentów
obecność metalowych zamków, klipsów na naczyniach krwionośnych
sztuczne zastawki serca
sztuczne stawy
waga pacjenta powyżej 160 kg

!!! Obecność metalowych zębów, złotych nici i innych materiałów do zszywania i mocowania nie jest przeciwwskazaniem do wykonania rezonansu magnetycznego – badanie nie jest, chociaż jakość obrazu jest obniżona.

względny:
klaustrofobia – lęk przed zamkniętymi przestrzeniami
padaczka, schizofrenia
ciąża (pierwszy trymestr)
wyjątkowo ciężki stan pacjenta
niezdolność pacjenta do pozostania w bezruchu podczas badania

W większości przypadków nie jest wymagane specjalne przygotowanie do badania MRI., ale badając serce i jego naczynia, włosy na klatce piersiowej należy ogolić. Podczas badań narządy miednicy(pęcherz, prostata) musisz przyjść z pełnym pęcherzem.Badania narządy jamy brzusznej są przeprowadzane na pusty żołądek.

!!! Do gabinetu rezonansu magnetycznego nie należy wnosić żadnych metalowych przedmiotów, ponieważ mogą one zostać przyciągnięte przez pole magnetyczne o dużej prędkości, powodując obrażenia pacjenta lub personel medyczny i trwale wyłączyć tomograf.

Rezonans magnetyczny (MRI)- metoda otrzymywania tomograficznych obrazów medycznych do badania narządów wewnętrznych i tkanek z wykorzystaniem zjawiska magnetycznego rezonansu jądrowego. Peter Mansfield i Paul Lauterbur otrzymali w 2003 roku Nagrodę Nobla w dziedzinie medycyny za wynalezienie MRI.
Początkowo metodę tę nazywano obrazowaniem metodą magnetycznego rezonansu jądrowego (tomografia NMR). Ale potem, aby nie straszyć zastraszonego radiofobią społeczeństwa, usunęli wzmiankę o „jądrowym” pochodzeniu metody, zwłaszcza że w tej metodzie nie stosuje się promieniowania jonizującego.

Magnetyczny rezonans jądrowy

Magnetyczny rezonans jądrowy realizowany jest na jądrach o niezerowych spinach. Najbardziej interesujące dla medycyny są jądra wodoru (1 H), węgla (13 C), sodu (23 Na) i fosforu (31 P), ponieważ wszystkie są obecne w ludzkim ciele. Zawiera najwięcej (63%) atomów wodoru, które znajdują się w tłuszczu i wodzie, których jest najwięcej w ludzkim ciele. Z tych powodów nowoczesne skanery MRI są najczęściej „dostrojone” do jąder wodoru – protonów.

W przypadku braku pola zewnętrznego spiny i momenty magnetyczne protonów są zorientowane losowo (rys. 8a). Jeżeli proton zostanie umieszczony w zewnętrznym polu magnetycznym, to jego moment magnetyczny będzie albo współkierunkowy, albo przeciwny do pola magnetycznego (rys. 8b), a w drugim przypadku jego energia będzie wyższa.

Cząstka o spinie umieszczona w polu magnetycznym o sile B może pochłonąć foton o częstotliwości ν zależnej od jego stosunku żyromagnetycznego γ.

Dla wodoru y = 42,58 MHz/T.
Cząstka może przejść przejście między dwoma stanami energetycznymi, pochłaniając foton. Cząstka na niższym poziomie energii pochłania foton i kończy na wyższym poziomie energii. Energia danego fotonu musi dokładnie odpowiadać różnicy między dwoma stanami. Energia protonu E jest powiązana z jego częstotliwością ν poprzez stałą Plancka (h = 6,626·10 -34 J·s).

W NMR wielkość v nazywa się częstotliwością rezonansową lub częstotliwością Larmora. ν = γB i E = hν, więc aby spowodować przejście między dwoma stanami spinowymi, foton musi mieć energię

Kiedy energia fotonu odpowiada różnicy między dwoma stanami spinu, następuje absorpcja energii. Intensywność stałego pola magnetycznego i częstotliwość pola magnetycznego o częstotliwości radiowej muszą ściśle ze sobą korespondować (rezonans). W eksperymentach NMR częstotliwość fotonu odpowiada zakresowi częstotliwości radiowych (RF). W klinicznym MRI, do obrazowania wodoru, ν wynosi zwykle od 15 do 80 MHz.
W temperaturze pokojowej liczba protonów z spinami na niższym poziomie energetycznym nieznacznie przekracza ich liczbę na wyższym poziomie. Sygnał w spektroskopii NMR jest proporcjonalny do różnicy poziomów populacji. Liczba nadmiarowych protonów jest proporcjonalna do B 0 . Ta różnica w polu 0,5 T wynosi tylko 3 protony na milion, w polu 1,5 T 9 protonów na milion. Jednakże całkowity nadmiar protonów w 0,02 ml wody na polu 1,5 T wynosi 6,02·10 15 . Im silniejsze pole magnetyczne, tym lepszy obraz.

W stanie równowagi wektor namagnesowania netto jest równoległy do ​​kierunku przyłożonego pola magnetycznego B 0 i nazywany jest namagnesowaniem równowagowym M 0 . W tym stanie składowa Z namagnesowania M Z jest równa M 0 . M Z jest również nazywany magnetyzacją podłużną. W tym przypadku nie ma namagnesowania poprzecznego (M X lub M Y). Wysyłając impuls RF o częstotliwości Larmora można obrócić wektor namagnesowania netto w płaszczyźnie prostopadłej do osi Z, w tym przypadku Samoloty X-Y.

Relaks T1
Po zakończeniu impulsu RF całkowity wektor namagnesowania zostanie przywrócony wzdłuż osi Z, emitując fale RF. Stała czasowa opisująca, jak M Z powraca do swojej wartości równowagi, nazywana jest czasem relaksacji spin-sieć (T 1 ).

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

Relaksacja T1 zachodzi w objętości zawierającej protony. Jednak wiązania protonów w cząsteczkach nie są takie same. Wiązania te są różne dla każdej tkanki. Jeden atom 1H może być związany bardzo silnie, jak w tkance tłuszczowej, podczas gdy inny atom może być związany słabiej, jak w wodzie. Silnie związane protony uwalniają energię znacznie szybciej niż słabo związane protony. Każda tkanka uwalnia energię w różnym tempie, dlatego MRI ma tak dobrą rozdzielczość kontrastu.

Relaks T2
Relaksacja T1 opisuje procesy zachodzące w kierunku Z, natomiast relaksacja T2 opisuje procesy w płaszczyźnie X-Y.
Natychmiast po ekspozycji na impuls RF, wektor całkowitego namagnesowania (obecnie nazywany namagnesowaniem poprzecznym) zaczyna się obracać w płaszczyźnie X-Y wokół osi Z. Wszystkie wektory mają ten sam kierunek, ponieważ są w fazie. Nie zachowują jednak tego stanu. Wektor namagnesowania netto zaczyna się przesuwać poza fazę (z fazy) ze względu na fakt, że każdy pakiet spinowy doświadcza pola magnetycznego nieco innego niż pole magnetyczne doświadczane przez inne pakiety i obraca się z własną częstotliwością Larmora. Na początku liczba wektorów przesuniętych w fazę będzie niewielka, ale będzie szybko rosła, aż do momentu zaniku spójności fazowej: nie będzie wektora, który będzie pokrywał się z innym. Całkowite namagnesowanie w płaszczyźnie XY dąży do zera, a następnie namagnesowanie wzdłużne wzrasta, aż M 0 znajdzie się wzdłuż Z.

Ryż. 9. Recesja indukcji magnetycznej

Stała czasowa opisująca zachowanie poprzecznego namagnesowania, M XY , nazywana jest czasem relaksacji spinowo-spinowej, T 2 . Relaksacja T2 nazywana jest relaksacją spinowo-spinową, ponieważ opisuje interakcje między protonami w ich bezpośrednim otoczeniu (cząsteczki). Relaksacja T2 jest procesem tłumionym, co oznacza wysoką spójność fazową na początku procesu, ale szybko malejącą do całkowite zniknięcie spójność na końcu. Sygnał na początku jest silny, ale szybko słabnie z powodu relaksacji T2. Sygnał ten nazywany jest spadkiem indukcji magnetycznej (FID – Free Induction Decay) (ryc. 9).

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

T 2 jest zawsze mniejsze niż T 1 .
Szybkość przesunięcia fazowego jest inna dla każdej tkanki. Defaza w tkance tłuszczowej jest szybsza niż w wodzie. Jeszcze jedna uwaga na temat relaksacji T2: jest znacznie szybsza niż relaksacja T1. Relaksacja T2 następuje w ciągu kilkudziesięciu milisekund, podczas gdy relaksacja T1 może trwać nawet sekundy.
Dla ilustracji, Tabela 1 pokazuje czasy T1 i T2 dla różnych tkanek.

Tabela 1

tekstylia	T1 (ms), 1,5 T	T2 (ms)
MÓZG
szare komórki	921	101
Biała materia	787	92
Guzy	1073	121
Obrzęk	1090	113
PIERŚ
tkanka włóknista	868	49
Tkanka tłuszczowa	259	84
Guzy	976	80
Rak	923	94
WĄTROBA
normalna tkanka	493	43
Guzy	905	84
Marskość wątroby	438	45
MIĘSIEŃ
normalna tkanka	868	47
Guzy	1083	87
Rak	1046	82
Obrzęk	1488	67

Urządzenie do rezonansu magnetycznego

Ryż. 10. Schemat MRI

Schemat tomografu rezonansu magnetycznego przedstawiono na ryc. 10. MRI składa się z magnesu, cewek gradientowych i cewek RF.

Trwały magnes
Skanery MRI wykorzystują silne magnesy. Jakość i szybkość akwizycji obrazu zależy od wielkości natężenia pola. Nowoczesne skanery MRI wykorzystują magnesy stałe lub nadprzewodzące. Magnesy trwałe są tanie i łatwe w użyciu, ale nie pozwalają na tworzenie pól magnetycznych o sile większej niż 0,7 T. Większość skanerów do rezonansu magnetycznego to modele z magnesami nadprzewodzącymi (0,5 - 1,5 T). Tomografy o bardzo silnym polu (powyżej 3,0 T) są bardzo drogie w eksploatacji. Na skanerach MRI o polu poniżej 1 T nie można wykonać wysokiej jakości tomografii narządów wewnętrznych, ponieważ moc takich urządzeń jest zbyt mała, aby uzyskać obrazy o wysokiej rozdzielczości. Na tomografach z natężeniem pola magnetycznego< 1 Тл можно проводить только исследования головы, позвоночника и суставов.

Ryż. jedenaście.

cewki gradientowe
Cewki gradientowe znajdują się wewnątrz magnesu. Cewki gradientowe umożliwiają tworzenie dodatkowych pól magnetycznych, które nakładają się na główne pole magnetyczne B 0 . Dostępne są 3 zestawy cewek. Każdy zestaw może wytwarzać pole magnetyczne w określonym kierunku: Z, X lub Y. Na przykład, gdy prąd jest przyłożony w gradiencie Z, tworzona jest jednolita rampa pola w kierunku Z (wzdłuż długiej osi ciała) . W środku magnesu pole ma siłę B 0 , a częstotliwość rezonansowa wynosi ν 0 , ale w odległości ΔZ pole zmienia się o ΔB i odpowiednio zmienia się częstotliwość rezonansowa (rys. 11). Dodanie gradientowego zaburzenia magnetycznego do ogólnego jednorodnego pola magnetycznego zapewnia lokalizację sygnału NMR. Działanie gradientu, który zapewnia wybór cięcia, zapewnia selektywne wzbudzenie protonów dokładnie w żądanym obszarze. Szybkość, stosunek sygnału do szumu i rozdzielczość tomografu zależą od mocy i prędkości cewek.

Cewki RF
Cewki RF wytwarzają pole B1, które obraca namagnesowanie netto w ciągu impulsów. Rejestrują również poprzeczne namagnesowanie, które przebiega w płaszczyźnie XY. Cewki RF dzielą się na trzy główne kategorie: nadawanie i odbiór, tylko odbiór, tylko nadawanie. Cewki RF służą jako emitery pól B 1 i odbiorniki energii RF z badanego obiektu.

Kodowanie sygnału

Kiedy pacjent znajduje się w jednolitym polu magnetycznym B0, wszystkie protony od stóp do głów ustawiają się wzdłuż B0. Wszystkie obracają się z częstotliwością Larmora. Jeśli generowany jest impuls wzbudzający RF w celu przeniesienia wektora namagnesowania na płaszczyznę X-Y, wszystkie protony reagują i pojawia się sygnał odpowiedzi, ale nie ma lokalizacji źródła sygnału.

Gradient kodowania plastra
Gdy gradient Z jest włączony, w tym kierunku generowane jest dodatkowe pole magnetyczne G Z, nałożone na B 0 . Silniejsze pole oznacza wyższą częstotliwość Larmora. Na całym zboczu gradientu pole B jest inne, a zatem protony obracają się z różnymi częstotliwościami. Teraz, jeśli wygenerujemy impuls RF o częstotliwości ν + Δν, zareagują tylko protony w cienkiej sekcji, ponieważ jako jedyne wirują z tą samą częstotliwością. Sygnał odpowiedzi będzie pochodził tylko z protonów z tego kawałka. W ten sposób źródło sygnału jest zlokalizowane wzdłuż osi Z. Protony w tym segmencie obracają się z tą samą częstotliwością i mają tę samą fazę. W plastrze znajduje się ogromna liczba protonów, a lokalizacja źródeł wzdłuż osi X i Y nie jest znana.W związku z tym konieczne jest dalsze kodowanie, aby dokładnie określić bezpośrednie źródło sygnału.

Ryż. 12.

Gradient kodowania faz
Aby dalej zakodować protony, gradient G Y jest włączany na bardzo krótki czas. W tym czasie w kierunku Y powstaje dodatkowe gradientowe pole magnetyczne. W takim przypadku protony będą miały nieco inne prędkości obrotowe. Nie rotują już w fazie. Różnica faz będzie się kumulować. Gdy gradient G Y jest wyłączony, protony w warstwie będą obracać się z tą samą częstotliwością, ale mają inną fazę. Nazywa się to kodowaniem fazowym.

Gradient kodowania częstotliwości
Do kodowania lewo-prawo dołączany jest trzeci gradient GX. Protony po lewej stronie obracają się z mniejszą częstotliwością niż te po prawej stronie. Kumulują dodatkowe przesunięcie fazowe ze względu na różnice częstotliwości, ale zachowana jest już uzyskana różnica faz uzyskana przez zakodowanie fazy gradientu w poprzednim kroku.

W ten sposób gradienty pola magnetycznego są wykorzystywane do lokalizacji źródła sygnałów odbieranych przez cewkę.

1. Gradient G Z wybiera wycinek osiowy.
2. Gradient G Y tworzy rzędy o różnych fazach.
3. Gradient G X tworzy kolumny o różnych częstotliwościach.

W jednym kroku kodowanie fazowe jest wykonywane tylko dla jednej linii. Aby zeskanować cały wycinek, cały proces kodowania wycinka, fazy i częstotliwości musi zostać powtórzony kilka razy.
W ten sposób powstają małe objętości (voksele). Każdy woksel ma unikalną kombinację częstotliwości i fazy (rysunek 12). Liczba protonów w każdym wokselu określa amplitudę fali RF. Odbierany sygnał pochodzący z różnych obszarów ciała zawiera złożoną kombinację częstotliwości, faz i amplitud.

Sekwencje impulsów

Na ryc. 13 przedstawia schemat najprostszej sekwencji. Najpierw włączony jest gradient selektywny cięcia (1) (Gss). Jednocześnie z tym generowany jest impuls wyboru odcięcia 90 0 RF (2), który "przerzuca" całkowite namagnesowanie na płaszczyznę X-Y. Gradient kodowania fazowego (3) (Gpe) jest następnie włączany w celu wykonania pierwszego etapu kodowania fazowego. Następnie stosuje się gradient kodowania częstotliwości lub odczytu (4) (Gro), podczas którego rejestrowany jest sygnał swobodnego zaniku indukcji (5) (FID). Sekwencja impulsów jest zwykle powtarzana 128 lub 256 razy w celu zebrania wszystkich danych niezbędnych do obrazowania. Czas pomiędzy powtórzeniami sekwencji nazywany jest czasem powtórzenia (TR). Z każdą iteracją sekwencji zmienia się wielkość gradientu kodowania fazowego. Jednak w tym przypadku sygnał (FID) był wyjątkowo słaby, więc wynikowy obraz był słaby. Sekwencja echa spinowego służy do zwiększenia siły sygnału.

Sekwencja echa wirowania
Po zastosowaniu impulsu wzbudzającego 90 0, całkowite namagnesowanie jest w płaszczyźnie X-Y. Przesunięcie fazowe rozpoczyna się natychmiast z powodu relaksacji T2. To z powodu tego rozfazowania sygnał gwałtownie spada. W idealnym przypadku konieczne jest zachowanie spójności fazowej, która zapewnia: najlepszy sygnał. Aby to zrobić, krótko po impulsie 90 0 RF, stosowany jest impuls 180 0. Impuls 180 0 powoduje przefazowanie obrotów. Kiedy wszystkie obroty zostaną przesunięte, sygnał ponownie staje się wysoki, a jakość obrazu jest znacznie wyższa.
Na ryc. 14 przedstawia schemat sekwencji impulsów echa spinowego.

Ryż. 14. Schemat sekwencji impulsów spin-echo

Najpierw włączany jest gradient selektywny w warstwie (1) (GSS). Jednocześnie stosowany jest impuls RF 90º. Gradient kodowania fazowego (3) (Gpe) jest następnie włączany w celu wykonania pierwszego etapu kodowania fazowego. Gss (4) jest ponownie włączany podczas impulsu refazującego o 180º (5), więc wpływa to na te same protony, które zostały wzbudzone przez impuls 90º. Następnie stosowany jest gradient kodowania lub odczytu częstotliwości (6) (Gro), podczas którego odbierany jest sygnał (7).
TR (czas powtórzenia). Cały proces należy powtórzyć kilka razy. TR to czas pomiędzy dwoma impulsami wzbudzającymi pod kątem 90º. TE (czas echa). Jest to czas między impulsem wzbudzającym 90º a echem.

Kontrast obrazu

Podczas skanowania NMR dwa procesy relaksacji T1 i T2 zachodzą jednocześnie. I
T1 >> T2. Kontrast obrazu silnie zależy od tych procesów i od tego, jak w pełni każdy z nich przejawia się przy wybranych parametrach czasu skanowania TR i TE. Rozważ uzyskanie kontrastowego obrazu na przykładzie skanu mózgu.

Kontrast T1

Ryż. 15. a) relaksacja spinowo-spinowa i b) relaksacja spinowo-sieciowa w różnych tkankach mózgu

Wybieramy następujące parametry skanowania: TR = 600 ms i TE = 10 ms. Oznacza to, że relaksacja T1 trwa 600 ms, a relaksacja T2 trwa tylko
5 ms (TE/2). Jak widać na ryc. 15a po 5 ms przesunięcie fazowe jest niewielkie i nie różni się zbytnio w różnych tkankach. Kontrast obrazu jest zatem bardzo słabo zależny od relaksacji T2. Jeśli chodzi o relaksację T1, po 600 ms tłuszcz jest prawie całkowicie rozluźniony, ale potrzeba więcej czasu na CSF
(rys. 15b). Oznacza to, że udział CSF w ogólnym sygnale będzie znikomy. Kontrast obrazu staje się zależny od procesu relaksacji T1. Obraz jest „ważony T1”, ponieważ kontrast jest bardziej zależny od procesu relaksacji T1. Na uzyskanym obrazie płyn mózgowo-rdzeniowy będzie ciemny, tkanka tłuszczowa jasna, a intensywność szarej materii będzie gdzieś pośrodku.

Kontrast T2

Ryż. 16. a) relaksacja spinowo-spinowa i b) relaksacja spinowo-sieciowa w różnych tkankach mózgu

Ustawmy teraz następujące parametry: TR = 3000 ms i TE = 120 ms, czyli relaksacja T2 za 60 ms. Jak wynika z ryc. 16b, prawie wszystkie tkanki przeszły całkowitą relaksację T1. Tutaj TE jest dominującym czynnikiem kontrastu obrazu. Obraz jest „ważony przez T2”. Na zdjęciu CSF będzie jasny, podczas gdy inne tkaniny będą miały różne odcienie szarości.

Kontrast gęstości protonów

Istnieje inny rodzaj kontrastu obrazu, zwany gęstością protonów (PD).
Ustawmy parametry: TR = 2000 ms i TE 10 ms. Zatem, podobnie jak w pierwszym przypadku, relaksacja T2 w niewielkim stopniu przyczynia się do kontrastu obrazu. Przy TR = 2000 ms całkowite namagnesowanie większości tkanek zostanie przywrócone wzdłuż osi Z. Kontrast obrazu w obrazach PD jest niezależny od relaksacji T2 lub T1. Odbierany sygnał zależy całkowicie od ilości protonów w tkance: mała ilość protonów oznacza słaby sygnał i ciemny obraz, duża ich ilość daje silny sygnał i jasny obraz.

Ryż. 17.

Wszystkie obrazy mają kombinacje kontrastów T1 i T2. Kontrast zależy tylko od tego, jak długo może wystąpić relaksacja T2. W sekwencjach echa spinowego (SE) czasy TR i TE są najważniejsze dla kontrastu obrazu.
Na ryc. 17 pokazuje schematycznie, jak TR i TE są powiązane pod względem kontrastu obrazu w sekwencji SE. Krótkie TR i krótkie TE dają kontrast ważony T1. Długie TR i krótkie TE dają kontrast PD. Długie TR i długie TE dają kontrast T2-ważony.

Ryż. 18. Obrazy o różnych kontrastach: T1 ważone, gęstość protonów i T2 ważone. Zwróć uwagę na różnice w intensywności sygnału tkankowego. CSF jest ciemny na T1, szary na PD i jasny na T2.

Ryż. 19. Tomograf rezonansu magnetycznego

MRI jest dobry w wizualizacji tkanek miękkich, podczas gdy CT jest lepszy w wizualizacji struktur kostnych. Nerwy, mięśnie, więzadła i ścięgna są znacznie wyraźniej widoczne w MRI niż w CT. Ponadto metoda rezonansu magnetycznego jest niezbędna do badania mózgu i rdzenia kręgowego. W mózgu MRI może odróżnić istotę białą od szarej. Ze względu na dużą dokładność i wyrazistość uzyskiwanych obrazów rezonans magnetyczny z powodzeniem znajduje zastosowanie w diagnostyce chorób zapalnych, zakaźnych, onkologicznych, w badaniu stawów, wszystkich części kręgosłupa, gruczołów sutkowych, serca, narządów jamy brzusznej, drobnych miednica, naczynia krwionośne. Nowoczesne techniki MRI umożliwiają badanie funkcji narządów - pomiar szybkości przepływu krwi, przepływu płynu mózgowo-rdzeniowego, obserwację budowy i aktywacji różnych części kory mózgowej.

Wysyłanie dobrej pracy do bazy wiedzy jest proste. Skorzystaj z poniższego formularza

Studenci, doktoranci, młodzi naukowcy korzystający z bazy wiedzy w swoich studiach i pracy będą Ci bardzo wdzięczni.

Wysłany dnia http://www.allbest.ru/

Magnetyczny rezonans jądrowy

Wstęp

Dla atomu umieszczonego w polu magnetycznym spontaniczne przejścia między podpoziomami tego samego poziomu są mało prawdopodobne. Jednak takie przejścia są indukowane pod wpływem zewnętrznego pola elektromagnetycznego. Warunkiem koniecznym jest zbieżność częstotliwości pola elektromagnetycznego z częstotliwością fotonu odpowiadającą różnicy energii pomiędzy podzielonymi podpoziomami. W tym przypadku można zaobserwować pochłanianie energii pola elektromagnetycznego, które nazywamy rezonansem magnetycznym. W zależności od rodzaju cząstek - nośników momentu magnetycznego - wyróżnia się elektronowy rezonans paramagnetyczny (EPR) i magnetyczny rezonans jądrowy (NMR).

obrazowanie jądrowego rezonansu magnetycznego

1. Jądrowy rezonans magnetyczny

Magnetyczny rezonans jądrowy (NMR) to rezonansowa absorpcja energii elektromagnetycznej przez substancję zawierającą jądra o niezerowym spinie w zewnętrznym polu magnetycznym, w wyniku reorientacji momentów magnetycznych jąder. Zjawisko rezonansu magnetycznego odkryto w latach 1945-1946. dwie niezależne grupy naukowców. Inspiratorami tego byli F. Bloch i E. Purcell.

Fizyczna istota NMR Zjawisko magnetycznego rezonansu jądrowego opiera się na właściwościach magnetycznych jądra atomowe, składający się z nukleonów o spinie połówkowo całkowitym 1/2, 3/2, 5/2…. Jądra o parzystej masie i ładunku (jądra parzyste) nie mają momentu magnetycznego, podczas gdy dla wszystkich innych jąder moment magnetyczny jest niezerowy. Zatem jądra mają moment pędu J=hI, związany z momentem magnetycznym m przez zależność m=J, gdzie h jest stałą Plancka, I jest spinową liczbą kwantową, a jest stosunkiem żyromagnetycznym.

Moment pędu i moment magnetyczny jądra są kwantowane, a wartości własne rzutu oraz momenty kątowe i magnetyczne na osi z dowolnie wybranego układu współrzędnych są określone zależnością: JZ=hµI, gdzie µI jest magnetyczna liczba kwantowa jądra własnego, jej wartości są określone przez spinową liczbę kwantową jądra µI =I, I-1, I-2, ..., -I. oznacza to, że rdzeń może znajdować się w stanach 2I+1.

Widma NMR W widmach NMR rozróżnia się dwa rodzaje linii w zależności od ich szerokości. Widma ciała stałe mają dużą szerokość, a ten obszar zastosowania NMR nazywa się szeroką linią NMR. W cieczach obserwuje się wąskie linie i nazywa się to NMR o wysokiej rozdzielczości. Możliwości wysokorozdzielczej metody NMR związane są z faktem, że jądra tego samego typu w różnych środowiskach chemicznych przy danym przyłożonym stałym polu absorbują energię pola o wysokiej częstotliwości o różnych częstotliwościach, co wynika z różnego stopnia ekranowania jąder przed przyłożonym polem magnetycznym. Widma NMR o wysokiej rozdzielczości zwykle składają się z wąskich, dobrze rozdzielczych linii (sygnałów) odpowiadających jąderkom magnetycznym w różnych środowiskach chemicznych. Natężenia (obszary) sygnałów podczas rejestracji widm są proporcjonalne do liczby jąder magnetycznych w każdym zgrupowaniu, co umożliwia przeprowadzenie analiza ilościowa przez widma NMR bez wstępnej kalibracji.

2. Zastosowanie NMR w badaniach biomedycznych

Magnetyczny rezonans jądrowy to selektywne pochłanianie fal elektromagnetycznych (odczyt, fal radiowych) przez substancję (w tym przypadku ciało człowieka) w polu magnetycznym, co jest możliwe dzięki obecności jąder o niezerowym momencie magnetycznym. W zewnętrznym polu magnetycznym protony i neutrony tych jąder, podobnie jak małe magnesy, są zorientowane w ściśle określony sposób iz tego powodu zmieniają swój stan energetyczny. Odległość między tymi poziomami energii jest tak mała, że ​​nawet emisja radiowa może powodować przejścia między nimi. Energia fal radiowych jest miliardy razy mniejsza niż promieniowania rentgenowskiego, więc nie mogą powodować żadnych uszkodzeń molekuł. Tak więc fale radiowe są pochłaniane jako pierwsze. Następnie fale radiowe są emitowane przez jądra i ich przejście na niższe poziomy energetyczne. Oba procesy można wykryć, badając widma absorpcyjne i emisyjne jąder. Widma te zależą od wielu czynników, a przede wszystkim od wielkości pola magnetycznego. Aby uzyskać obraz przestrzenny na tomografie NMR, w przeciwieństwie do tomografii komputerowej, nie ma potrzeby mechanicznego skanowania przez układ źródło-detektor (antena nadawcza i odbiornik w przypadku NMR). Problem ten rozwiązuje się poprzez zmianę natężenia pola magnetycznego w różnych punktach. Rzeczywiście, w tym przypadku zmieni się częstotliwość (długość fali), z jaką sygnał jest nadawany i odbierany. Jeśli znamy wielkość natężenia pola w danym punkcie, to możemy dokładnie powiązać z nim nadawany i odbierany sygnał radiowy. Tych. ze względu na powstawanie niejednorodnego pola magnetycznego możliwe jest dostrojenie anteny do ściśle określonego obszaru narządu lub tkanki bez jej mechanicznego ruchu i odczytywanie odczytów z tych punktów, jedynie poprzez zmianę częstotliwości odbieranie fali. Kolejnym etapem jest przetwarzanie informacji ze wszystkich zeskanowanych punktów i tworzenie obrazu. W wyniku komputerowego przetwarzania informacji obrazy narządów i układów uzyskuje się w „przekrojach”, powstają struktury naczyniowe w różnych płaszczyznach, trójwymiarowe struktury narządów i tkanek o wysokiej rozdzielczości.

Jakie są zalety obrazowania NMR?

Pierwszą zaletą jest zastąpienie promieni rentgenowskich falami radiowymi. Pozwala to wyeliminować ograniczenia dotyczące kontyngentu badanych (dzieci, kobiety w ciąży), ponieważ usunięto pojęcie narażenia pacjenta i lekarza na promieniowanie.

Drugą zaletą jest wrażliwość metody na niektóre niezbędne izotopy, a zwłaszcza na wodór, jeden z najczęstszych elementów tkanek miękkich.

Trzecią zaletą jest wrażliwość na różne wiązania chemiczne w różnych cząsteczkach, co zwiększa kontrast obrazu.

Czwartą zaletą jest obraz łożyska naczyniowego bez dodatkowego kontrastowania, a nawet z określeniem parametrów przepływu krwi.

Piątą zaletą jest wyższa rozdzielczość dzisiejszego badania - można zobaczyć obiekty o wielkości ułamka milimetra.

I wreszcie szósty - MRI ułatwia uzyskanie nie tylko obrazów przekrojów poprzecznych, ale także podłużnych.

Oczywiście, jak każda inna technika, MRI ma swoje wady. Obejmują one:

1. Konieczność wytworzenia pola magnetycznego o dużym natężeniu, co wymaga ogromnego energochłonności pracy urządzeń i/lub zastosowania drogich technologii zapewniających nadprzewodnictwo.

2. Niska, zwłaszcza w porównaniu z rentgenem, czułość metody tomografii NMR, która wymaga zwiększenia czasu transmisji. Prowadzi to do pojawienia się zniekształceń obrazu z ruchów oddechowych (co szczególnie zmniejsza skuteczność badania płuc, badania serca).

3. Brak możliwości wiarygodnego wykrycia kamieni, zwapnień, niektórych typów patologii struktur kostnych.

4. Nie zapominajmy, że względnym przeciwwskazaniem do tomografii MRI jest ciąża.

Wniosek

Historia nauki uczy nas, że każde nowe zjawisko fizyczne lub… nowa metoda Karnety trudna droga, który rozpoczyna się w momencie odkrycia tego zjawiska i przechodzi przez kilka faz. W pierwszej chwili prawie nikt nie wpada na pomysł możliwości, nawet bardzo odległej, wykorzystania tego zjawiska w Życie codzienne, w nauce lub technologii. Potem następuje faza rozwoju, podczas której dane eksperymentalne przekonują wszystkich o wielkim praktycznym znaczeniu tego zjawiska. Wreszcie następuje faza szybkiego startu. Nowe narzędzia stają się modne, stają się wysoce produktywne, przynoszą ogromne zyski i stają się decydującym czynnikiem postępu naukowego i technologicznego. Instrumenty oparte na dawno odkrytym zjawisku wypełniają fizykę, chemię, przemysł i medycynę.

Najbardziej uderzającym przykładem powyższego nieco uproszczonego schematu ewolucji jest zjawisko rezonansu magnetycznego, odkryte przez E.K. momenty jąder atomowych. Złożona ewolucja NMR często prowadziła sceptyków do pesymistycznych wniosków. Powiedzieli, że „NMR nie żyje”, że „NMR całkowicie się wyczerpał”. Jednak pomimo i wbrew tym zaklęciom, NMR nadal szedł naprzód i stale udowadniał swoją żywotność. Wielokrotnie ta dziedzina nauki zwracała się do nas w nowej, często zupełnie nieoczekiwanej stronie i dawała życie w nowym kierunku. Niedawne rewolucyjne wynalazki w dziedzinie NMR, w tym niesamowite techniki obrazowania NMR, zdecydowanie sugerują, że granice tego, co jest możliwe w NMR, są naprawdę nieograniczone. Niezwykłe zalety NMR - introskopii, które zostaną bardzo docenione przez ludzkość i które są obecnie potężnym bodźcem do szybkiego rozwoju NMR - introskopia i szerokie zastosowanie w medycynie tkwi w bardzo niskim zagrożeniu dla zdrowia ludzkiego, nieodłącznym elementem tej nowej metody.

Lista wykorzystanej literatury i źródeł

1. Antonov V. F., Korzhuev A. V. Fizyka i biofizyka: kurs wykładów dla studentów medycyny. - Moskwa: GEOTAR-MED, 2004.

2. Kuzniecow A.N. Metoda sondy wirowej. - Moskwa: Nauka, 1976.

3. Materiały strony www.wikipedia.org

4. Materiały strony www.humuk.ru;

5. Remizov A. N., Maksina A. G., Potapenko A. Ya Fizyka medyczna i biologiczna. - Moskwa: drop, 2003.

6. Hausser K. Kh., Kalbitzer H.R. NMR w medycynie i biologii: struktura molekularna, tomografia, spektroskopia in vivo. - Kijów: Naukowa Dumka, 1993.

7. Emanuel N. M., Kuzmin M. G. Elektronowy rezonans paramagnetyczny. - Moskwa: Wydawnictwo Uniwersytetu Moskiewskiego 1985.

Hostowane na Allbest.ru

...

Podobne dokumenty

Zjawisko fizyczne magnetycznego rezonansu jądrowego, warunki jego występowania. Zasada uzyskiwania obrazu w tomografie rezonansu magnetycznego. Uzyskanie obrazu dwuwymiarowego. Główne zalety tomografów trwałych, rezystancyjnych i nadprzewodzących.

prezentacja, dodano 13.10.2013


Metody współczesnej diagnostyki. Zjawisko magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR). Istota zjawiska NMR. Interakcja spin-spin. Analizatory substancji na podstawie NMR. Techniczna realizacja tomografu NMR. Podstawowe bloki obrazowania metodą rezonansu magnetycznego.

streszczenie, dodane 05.12.2015


Historia odkrycia i istota magnetycznego rezonansu jądrowego. Interakcja spin-spin. Pojęcie obrazowania metodą rezonansu magnetycznego (MRI). Kontrast obrazu: gęstość protonów, ważenie T1 i T2. Przeciwwskazania i potencjalne zagrożenia związane z rezonansem magnetycznym.

streszczenie, dodane 6.11.2014


Zapewnienie selektywności przy analiza jakościowa selektywna absorpcja światła monochromatycznego. Spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego. Linie widmowe do sprawdzania skali długości fal. Kalibracja sprzętu i przygotowanie próbki.

streszczenie, dodane 30.04.2014


Zalety diagnostycznej metody rezonansu magnetycznego w położnictwie do bezpośredniej wizualizacji płodu. Wskazania, metodologia i cechy badania. Specyfika przygotowania do rezonansu magnetycznego kobiety w ciąży. Ograniczenia i bezpieczeństwo metody.

prezentacja, dodano 15.02.2016


Elektroterapia to metoda fizjoterapii polegająca na wykorzystaniu dozowanego oddziaływania na organizm prądów elektrycznych, pól magnetycznych lub elektromagnetycznych. Mechanizm działania i efekt metod. Cechy leczenia prądem stałym i pulsacyjnym.

streszczenie, dodane 17.12.2011


Procesy w zamkniętej ścieżce falowodu. Polaryzacja i superpozycja fal, rezonans fali biegnącej i stojącej w falowodzie. Główne elementy układu generatora częstotliwości przemiatania. VSWR układu pierścieniowego falowodu w trybie fal biegnących i stojących.

raport z praktyki, dodany 13.01.2011


Istota i znaczenie metody rezonansu magnetycznego, historia jej powstawania i rozwoju, ocena skuteczności na obecnym etapie. Fizyczne uzasadnienie tej techniki, kolejność i zasady obrazowania. Definicja i wybór plastra.

streszczenie, dodane 24.06.2014


Możliwości wykorzystania zjawisk fizyko-jądrowych do badania pacjentów. Metody badań radionuklidów. Radiometria kliniczna i laboratoryjna. Skanowanie radionuklidów i scyntygrafia. Laboratorium diagnostyki radioizotopowej.

streszczenie, dodane 24.01.2011


Warunki uzyskania efektu tomografii. Główne zadania i kierunki zastosowania badania RTG to angiografia, flebografia i limfografia. Historia odkrycia, zasada działania i zalety stosowania metody tomografii komputerowej.