Vad är denna studie? Fysisk grund för mri

En informativ, säker, icke-invasiv diagnostisk metod som gör det möjligt att erhålla högupplösta bilder av organ och system, vaskulära strukturer i olika plan, med hjälp av tredimensionella rekonstruktioner.

HISTORIA OM UTVECKLING AV MAGNETISK RESONANSBILD

En grundläggande upptäckt inom fysikområdet var Nikola Teslas upptäckt av det roterande magnetfältet 1882 i Budapest.

1956, en internationell elektroteknisk kommission Tesla Society. Alla MRI-maskiner är kalibrerade i Tesla-enheter. Magnetfältets styrka mäts i Tesla- eller Gauss-enheter. Ju starkare magnetfältet är, desto fler radiosignaler kan tas emot från kroppens atomer och desto högre är kvaliteten på MRI-bilden. 1 Tesla = 10 000 Gauss

§ Lågfälts-MR = upp till 0,2 Tesla (2000 Gauss)

§ Genomsnittligt MRI-fält = 0,2 till 0,6 Tesla (2000 Gauss till 6000 Gauss)

§ Högfälts-MR = 1,0 till 1,5 Tesla (10 000 Gauss till 15 000 Gauss)

1937 noterade professor Isidore I. Rabi vid Columbia University, medan han arbetade vid Pupin Physics Laboratory vid Columbia University, New York, ett kvantfenomen som kallades kärnmagnetisk resonans (NMR). Han fann att atomkärnor markerar sin närvaro genom att absorbera eller sända ut radiovågor när de utsätts för ett tillräckligt starkt magnetfält.

Professor Isidore I. Rabi fick Nobelpriset för sitt arbete. 1973 tog Pavel Lauterbur, kemist och NMR-forskare vid State University of New York, den första NMR-bilden.

Raymond Damadian, en läkare och experimenterare vid Downstate Medical Center i Brooklyn, upptäckte att vätesignalen i cancervävnad skiljer sig från frisk vävnad eftersom tumörer innehåller mer vatten. Ju mer vatten, desto fler väteatomer. Efter att MRT-maskinen stängts av varar kvarvarande radiovågsvibrationer från cancervävnad längre än de från frisk vävnad.

Med hjälp av sina doktorander, läkarna Lawrence Minkoff och Michael Goldsmith, skapade Dr Damadian bärbara spolar för övervakning av vätestrålning, och en tid senare konstruerades den första MRI-maskinen. Den 3 juli 1977 gjordes den första MRI-skanningen av människokroppen i nästan fem timmar, och de första skanningarna av en patient med bröstcancer gjordes 1978.

PRINCIP FÖR MRI

Magnetisk resonanstomografi är en medicinsk diagnostisk metod som skapar bilder av människokroppens vävnader och organ med hjälp av principen om kärnmagnetisk resonans. MRT kan generera en bild av en tunn vävnadssektion av vilken del av människokroppen som helst - från vilken vinkel och riktning som helst. MRT låter dig få en bild av mänskliga organ och vävnader med hjälp av ett elektromagnetiskt fält.

MRT skapar ett starkt magnetfält, och i människokroppen finns det någon slags små biologiska "magneter" som består av magnetiserade protoner som ingår i väteatomer. Protoner är huvudelementet i de magnetiska egenskaperna hos kroppsvävnader.

För det första skapar MRT ett stabilt tillstånd av magnetism i människokropp när kroppen är placerad i ett konstant magnetfält. För det andra stimulerar MRT kroppen med radiovågor, vilket ändrar protonernas stationära orientering. För det tredje stoppar enheten radiovågorna och registrerar kroppens elektromagnetiska överföring. För det fjärde används den överförda signalen för att bygga interna bilder av kroppen med hjälp av informationsbehandling på en dator.

MRI-bilden är inte fotografisk. Det är faktiskt en datoriserad karta eller bild av radiosignalerna som sänds ut av människokroppen. MRI är överlägsen i sina möjligheter till datortomografi, eftersom den inte använder joniserande strålning som i CT, och funktionsprincipen är baserad på användningen av ofarliga elektromagnetiska vågor.

Magnetisk resonanstomografi liknar en dators utseende. Studien genomförs på samma sätt som en datortomografi. Bordet rör sig gradvis längs skannern. En MR tar längre tid än en datortomografi och tar vanligtvis minst 1 timme.

MAGNETISK FÄLTKRAFT

Magnetisk resonanstomografi (MRT) är en multiplansavbildningsteknik baserad på interaktionen mellan

radiofrekvent elektromagnetiskt fält och vissa atomkärnor i människokroppen (vanligtvis väte), efter att ha placerat kroppen i ett starkt magnetfält. Denna avbildningsmetod visualiserar mjuka vävnader särskilt väl. Kvaliteten på en MRI beror inte bara på fältstyrkan (över 1 T anses vara ett högt fält), utan också på valet av spolen, användningen av kontrast, parametrarna för studien, erfarenheten från specialisten som utvärderar den erhållna bilden och kan bestämma förekomsten av patologi. Införandet av intravenös kontrast (gadolinium) används ofta i MRT-studier. För närvarande använder MR-apparater ett fält med en effekt på 0,1 till 3,0 T. På senare år har det också dykt upp tomografer med en styrka på 7 T, men deras användning på kliniken är fortfarande i teststadiet.

PÅ klinisk praxis för enheter används följande gradering av enheter efter effekt:

§ Lågfält från 0,1 till 0,5 T

§ Mittfält från 0,5 till 0,9 T

§ Högt fält över 1 T

§ Superhögfält 3.0 och 7.0 T

Enheter är också indelade i öppen typ och stängd (tunneltyp).

Fram till nyligen representerades MRI-enheter av öppen typ endast av enheter med lågt fält, men nu produceras och används redan apparater med hög fält av öppen typ (1 T och mer) och används aktivt. Dessutom har det dykt upp anordningar för att genomföra undersökningar av patienten i upprätt eller sittande läge. Mångfald olika sorter MRT-apparater gör det möjligt att använda denna diagnostiska metod mycket brett för att fastställa morfologiska förändringar eller funktionsstörningar i olika patologiska tillstånd.

Alla enheter kan villkorligt delas in i lågfält och högfält eller öppen eller tunneltyp.

DET ÄR OFTA SVÅRT FÖR EN PATIENT ATT VÄLJA MELLAN LÅGVÅNINGS- ELLER HÖGFÄLTSTUDIER. MEN DET ÄR EN BETYDANDE SKILLNAD MELLAN LÅGFÄLT- OCH HÖGFÄLTMASKINER.

Öppen (lågt golv) skannrar ger dålig bildkvalitet, och vissa studier för att klargöra diagnosen måste upprepas efter lågfältsenheter på högfältsenheter. Högfälts-MR-enheter med magnetfältstyrka (1 - 1,5-3,0 Tesla) ger hög upplösning, vilket gör att du kan visualisera strukturen av organ och vävnader mer i detalj. Lågfälts MRI-maskiner har vanligtvis en magnetfältstyrka på 0,23 till 0,5 Tesla. Ju högre magnetfältstyrka, desto bättre bildbehandling och desto snabbare skanning. Det finns en direkt proportion mellan ökningen av magnetfältets kraft och kvaliteten på vävnadsavbildning.

MRT-maskiner skannar kroppen i lager (skivor). Ju högre magnetfält, desto tunnare sektioner, vilket möjliggör en mer detaljerad morfologisk bild av vävnader och därmed en mer exakt diagnos.

Högfälts-MR kräver mindre tid för att genomföra studien, på grund av det högre magnetfältet. Högfälts-MR skannar kroppen en och en halv till två gånger snabbare än maskiner med lågt fält (öppen typ). Detta är mycket viktigt, eftersom sannolikheten för patientrörelser och uppkomsten av bildartefakter ökar med en lång studie.

Högfälts-MR-maskiner tillhandahåller de mest avancerade avbildningsteknikerna, av vilka vissa inte kan utföras på maskiner med lågt magnetfält.

Högfälts-MR-maskiner förbättras ständigt för att ge bättre patientkomfort och minska patientens oro under undersökningen. På senare år har nya MR-skannrar tagits fram med en betydligt kortare tub, vilket gör att patientens huvud kan vara utanför magnetöppningen vid vissa undersökningar. Magnetöppningen vidgas i änden av röret, vilket minskar patientens känsla av instängdhet eftersom patientens huvud är på väg mot den vidgade änden. Dessutom är öppningen bredare än tidigare designade skannrar, vilket ger mer utrymme runt patienten under undersökningen.

Högfältsenheter har dock flera nackdelar:

1. Klaustrofobi. En liten andel av patienterna är rädda för trånga utrymmen och kan inte vara inne i en högfältsapparat. För de allra flesta av dessa patienter räcker det att ta ett lätt lugnande medel innan studien.Men i närvaro av svår klaustrofobi är det mycket svårt för sådana patienter att genomföra en studie på tunnelliknande enheter.

storlek 2. Högfälts-MR-maskiner har begränsat utrymme, och vissa patienter kan vara för stora för att få plats i MR-tunneln på grund av deras stora kroppsstorlek. Vissa högfälts-MRI har också viktbegränsningar.

3. Smärta. Om patienten har svår smärta i rygg, nacke eller andra symtom gör det svårt för patienten att ligga stilla en längre period.

Därför kan MRI-apparater med låg fält (öppen typ) vara mer lämpade för vissa patienter, till exempel de med äkta klaustrofobi eller stora storlekar kropp.

Branschen för medicinsk diagnostik har redan tillräckligt med metoder i sin arsenal för att fastställa vilken sjukdom som har påverkat ett visst organ. MRT (magnetisk resonanstomografi) är en undersökning som har tagit en stadig ledande position på grund av sina egenskaper. Vad är MRI och varför tekniken har blivit efterfrågad under de senaste decennierna i nästan hela den civiliserade världen, kan du ta reda på när du bekantar dig med principen om driften av den utrustning som används för att utföra proceduren.

Lite historia

1973, där Paul Lauterbur, professor i kemi, publicerade sin artikel om magnetisk resonanstomografi i vetenskaplig Journal Naturen, enhälligt accepterad av alla under grundandet av metoden. Lite senare förbättrade Peter Mansfield, en brittisk fysiker, de matematiska komponenterna för att skapa en bild. För sitt bidrag till skapandet av magnetisk resonanstomografi fick båda forskarna Nobelpriset 2003.

Ett betydande genombrott i utvecklingen av metoden inträffade med uppfinningen av MRI-skannern av den amerikanske forskaren och läkaren Raymond Damadian, en av de första forskarna av MRI:s möjligheter. Enligt många rapporter är vetenskapsmannen skaparen av själva metoden, sedan han redan 1971 publicerade idén om att upptäcka cancer med MRT. Det finns också information om att lämna in en ansökan till kommittén för uppfinningar och upptäckter från den sovjetiske uppfinnaren Ivanov V.A. om detta ämne, som beskrevs i detalj redan år 2000.

Vad bygger diagnosen på?

Funktionsprincipen för MRI är baserad på förmågan att studera vävnader människokropp baserat på deras mättnad med väte och magnetiska egenskaper. Vätekärnan har en proton som innehåller ett spinn (magnetiskt moment), som under inverkan av magnetiska och gradientfält (ytterligare) som appliceras med en resonansfrekvens för den ändrar sin orientering i rymden.

Enligt parametrarna för protoner, dess magnetiska moment och deras vektorer, som endast existerar i två faser, såväl som bindningen av en proton till spins, kan man dra slutsatsen i vilken vävnadssubstans väteatomen är belägen. Exponering för en del av kroppen av ett elektromagnetiskt fält av en viss frekvens leder till en förändring av det magnetiska momentet för en del av protonerna till det motsatta, och sedan till en återgång till deras ursprungliga position.

Datainsamlingsprogrammet för MR-tomografen registrerar frigörandet av energi som härrör från avslappningen av exciterade partiklar - protoner. Sedan starten har metoden kallats NMRI (nuclear magnetic resonance imaging), och kallades så fram till olyckan vid kärnkraftverket i Tjernobyl. Därefter beslöts att ta bort det första ordet från namnet för att inte skapa oro bland de som genomgick en MR-undersökning.

Funktioner hos tomografen

En MRI-maskin, vad är det och vilka funktioner har dess enhet? De första enheterna som användes för MRI-proceduren skapade ett magnetfält med en induktion på 0,005 T (Tesla) och kvaliteten på bilderna var dålig. Tomografier från vår tid är utrustade med kraftfulla källor som skapar ett starkt elektromagnetiskt fält. Dessa inkluderar elektromagneter med induktion upp till 1–3 T, ibland upp till 9,4 T, som arbetar i flytande helium, och permanentmagneter upp till 0,7 T, med hög effekt (neodym).

Konstanter orsakar en svagare magnetisk resonansreaktion i vävnader än elektromagnetiska, så användningsområdet för den förstnämnda är mycket begränsat. Men samtidigt gör permanenta magneter det möjligt att genomföra en MR-undersökning i stående position, i rörelse och ge medicinsk tillgång till den person som genomgår ingreppet vid utförande av både diagnostiska och terapeutiska åtgärder. Denna kontroll låter dig göra MRI, den så kallade metoden för interventionell magnetisk resonanstomografi.

Principen för tomografens struktur

Kvaliteten på bilder som erhålls på en MRI-maskin 3, och till exempel 1,5 T, som regel, skiljer sig inte. Bildens skärpa kan variera beroende på utrustningens inställningar. Men resultaten av undersökningen på tomografer med en induktion på 0,35 T kommer att vara av mycket lägre kvalitet än på enheter på 1,5 T. Utrustning som genererar ett fält på mindre än 1 T tillåter inte erhållande av informativa bilder av inre organ ( bukhålan och litet bäcken).

På sådana tomografer utförs endast diagnostik av huvudet, ryggraden, lederna, när beskrivningen av MRI inte kräver högprecisionsbilder.

Varför väljs MRT i de flesta fall?

MRT-diagnostik och CT (datortomografi) är två metoder som bygger på att få skiktade bilder av organ. Tomografi på grekiska betyder sektion. Men samtidigt har metoderna också skillnader – CT tar bilder vid användning röntgenstrålar, som utsätter människokroppen för strålningsexponering, ibland till och med ganska stor. Trots den lilla skillnaden i kostnaden för ingrepp görs ofta MRT, eftersom CT bara visualiserar benvävnad bättre.

Och i andra fall väljs den första proceduren, eftersom MRI visar alla mjuka och broskstrukturer, kärl- och nervformationer olika storlekar. Studien avslöjar många patologiska processer av de mest skiftande karaktär. Dessutom kan ett ingrepp som MR förskrivas till gravida och ammande kvinnor, barn, utan rädsla för möjlig skada deras hälsa eller intrauterin utveckling foster. Studien har vissa kontraindikationer, men många av dem är inte absoluta och under vissa förhållanden kan den genomföras.

När behövs diagnostik vid användning av ett magnetfält?

Indikationer för MRT baseras helt på dess diagnostiska egenskaper, nämligen antalet vätemolekyler i vävnader. Så i nästan alla mjuka och broskformationer, tack vare proceduren, kan följande typer av patologiska processer diagnostiseras:

Dessutom, efter att en MRT är gjord, blir den tillgänglig för att spåra förändringar i kärlbäddarna. cirkulationssystemet, liksom lymfan och dess noder. Diagnos av ryggraden med denna metod gör att du kan återskapa en komplett (tredimensionell) bild av alla strukturer som bildar den och analysera aktiviteten i muskuloskeletala, nervösa och cirkulationssystemen.

MRI av hjärnan låter dig få en 3D-modell av organet

Denna diagnostiska egenskap får ibland patienter som har fått en tid för ett ingrepp att undra varför de gör en MRT av ryggraden om benvävnaderna inte visualiseras tillräckligt bra under undersökningen? Rekommendationen för passagen motiveras av det faktum att patologier i ryggraden ofta leder till sjukdomar i de omgivande vävnaderna, till exempel samma osteokondros, vilket orsakar klämning av nerverna.

I vilka fall är det omöjligt att genomföra proceduren?

Även med tanke på att MRT är en ofarlig och icke-invasiv studie, finns det fortfarande skäl som hindrar genomförandet. Det viktigaste, som är en absolut kontraindikation för proceduren, är närvaron av metallföremål i kroppen. Anledningen är direkt relaterad till principen för förfarandet.

Därför, om en patient har en pacemaker (pacemaker), tand- och öronfixerade metallimplantat, hjärtklaffproteser, ferromagnetiska fragment, metallplattor i benen, Elizarov-apparat, då är svaret på frågan om det är möjligt att göra en MRT är otvetydigt negativt. Det enda undantaget är titanimplantat, eftersom det inte är en ferromagnet och inte kommer att reagera på verkan av ett magnetfält.

Elektromagnetiska vibrationer är särskilt farliga för personer med en pacemaker, eftersom de kan inaktivera den och utsätta patientens liv för fara. Det finns mycket mer relativa kontraindikationer, men nästan var och en av dem kan kringgås och proceduren utföras under alla gynnsamma omständigheter.

Således inkluderar de relativa hindren för undersökningen:

• klaustrofobi, mentala och fysiologiska störningar, manifesterad av ökad excitabilitet och oförmåga att motstå proceduren i ett lugnt tillstånd;
• patientens allmänna allvarliga tillstånd - behovet av konstant övervakning av hans viktigaste vitala tecken - andning, hjärtrytm, puls, blodtryck;
• en allergisk reaktion på ett kontrastmedel (om nödvändigt, utför);
• graviditet i första trimestern (läkare är rädda för att ordinera proceduren vid denna tidpunkt, så läggningen av fostrets huvudorgan pågår);
• hjärt-, andnings- och njursvikt i dekompensationsstadiet;
• fetma på 2–3 grader med en vikt över 120–150 kg.

För var och en av ovanstående situationer kan du välja ett alternativt alternativ, eller bestämma om en MRT är så nödvändig, eller kan den ersättas av någon annan undersökning. Du kan rädda en person som lider av klaustrofobi från besväret eller försöka utföra proceduren på en patient med stor vikt, för vilken de gör en MRT på en öppen tomograf.

MRI-maskin med öppen krets

Behöver jag förbereda mig för proceduren?

Diagnostik av elektromagnetiska fält kräver ingen förberedande process. Det finns inget behov av att följa en specifik diet och diet. Endast om det är nödvändigt att undersöka bäckenorganen måste du komma till proceduren med en fylld blåsa - eftersom MRI diagnostiserar detta område med organets väggar uträtade.

Det finns en annan punkt att tänka på när man förskriver en MRT med kontrastförstärkning. Även under förutsättning att icke-provocerande allergiska reaktioner preparat baserade på gadoliniumsalter (Omniscan, Gadovist), hur som helst måste du först genomföra ett test. Det är omöjligt att utesluta den individuella intoleransen hos varje enskild patient.

Innan du går till proceduren är det bäst att tänka på kläder och välja en som inte innehåller metallföremål - dragkedjor, knappar, strass och andra dekorationer. Vissa privata kliniker erbjuder att byta till en medicinsk skjorta speciellt designad för sådana evenemang. Du bör inte komma till MRT i underkläder med Lurex, eftersom dess tråd är skapad med en blandning av järn.

Omedelbart före diagnosen måste du ta bort alla smycken, klockor, glasögon, avtagbara proteser och öronapparater.

En viktig punkt som inte bör ignoreras är ett besök på kontoret med alla tidigare, om några, resultat av undersökningar. Detta gör det möjligt för läkaren att omedelbart jämföra de nya bilderna och dra en slutsats om effektiviteten av behandlingen eller hastigheten för sjukdomens fortskridande eller dess remission. MRT-maskiner skapar ett så kraftfullt magnetfält att det inte finns några metallföremål i diagnosrummet - soffor, kryckor, käppar och andra personliga tillhörigheter hos patienter - alla föremål förblir utanför rumsdörren. Därefter är det bara patienten som får genomgå diagnostik.

Forskar

Så en fullt förberedd patient placeras på en apparatsoffa och den medicinska personalen fixar honom för att säkerställa fullständig orörlighet, med hänsyn till vilket område som behöver undersökas. Specialdesignade bälten och rullar används för att fixera patientens kropp. Parallellt förklaras det för honom att tomografens arbete åtföljs av ett ganska högt ljud - knackande, hum, att detta är helt normalt och inte bör orsaka oro.

Specialfäste för huvud-MR

För komfort under proceduren erbjuds motivet hörlurar eller öronproppar, vilket hjälper till att bli av med obehagliga bruseffekter. De meddelar om närvaron av en tvåvägsförbindelse mellan diagnosrummet och rummet där specialisten som hanterar processen befinner sig. När som helst, om patienten känner en ökning av panik eller en förändring i hans tillstånd till det sämre, kan du informera läkaren och han kommer att avbryta skanningen.

Naturligtvis kommer det att vara bra om patienten, innan han genomgår en MRI, läser recensioner om honom på alla internetportaler som lämnats av personer som redan har genomgått diagnostik. Då kan han förbereda sig mentalt. Om han vet att han i sådana situationer kan bli rädd, bör han ringa med honom i förväg för proceduren. älskade. För att göra detta måste du först ta reda på om den medföljande personen har några kontraindikationer för att vara i ett elektromagnetiskt fält, för att inte skada honom och inte störa proceduren.

Om alla villkor är uppfyllda, glider soffan på tomografen, på vilken patienten befinner sig, in i enhetens tunnel och startar magnetisk resonansskanning. Själva proceduren kan pågå från 20 minuter till en timme - det beror på egenskaperna hos området som studeras. Om det finns indikationer för MRT med kontrast, till exempel i fall av misstänkta onkologiska processer, fördubblas diagnostiden som regel.

Efter diagnos

I slutet av proceduren på de flesta kliniker uppmanas patienten att vänta 1-2 timmar tills läkaren dechiffrerar resultaten av studien. Därefter ges de erhållna uppgifterna till personen som klarade undersökningen i form av bilder, såväl som på digitala medier - cd-skivor, som kan ses när som helst. Ingen ytterligare vila krävs från MRT - diagnosen påverkar inte det fysiska, psykiska och känslomässigt tillstånd patient. Efter att ha avslutat alla aktiviteter som är förknippade med att besöka kliniken kan han göra sin vanliga verksamhet, inklusive drift av olika utrustning.

Magnetisk resonanstomografi (MRT) är en av de moderna metoder radiodiagnostik, vilket möjliggör icke-invasiv avbildning inre strukturer människokropp.

Metoden kallades magnetisk resonanstomografi snarare än kärnmagnetisk resonanstomografi (NMRI) på grund av negativa associationer till ordet "nukleär" i slutet av 1970-talet. MRT är baserad på principerna för kärnmagnetisk resonans (NMR), en spektroskopiteknik som används av forskare för att få fram data om kemikalier och fysikaliska egenskaper molekyler.

MRT började som en tomografisk avbildningsteknik som producerar bilder av NMR-signalen från tunna sektioner som passerar genom människokroppen. MRT har utvecklats från en tomografisk avbildningsteknik till en volymetrisk avbildningsteknik.

Fördelar med MRT

Den viktigaste fördelen med MRT jämfört med andra bildbehandlingsmetoder är:
frånvaron av joniserande strålning och som ett resultat av effekterna av cancer och mutagenes, vars risk är förenad (om än i mycket liten utsträckning) med exponering för röntgenstrålning.
MRI låter dig bedriva forskning i alla plan, med hänsyn tagen anatomiska egenskaper av patientens kropp, och, om nödvändigt, för att få tredimensionella bilder för en noggrann bedömning av den relativa positionen för olika strukturer.
MRT har en hög mjukvävnadskontrast och gör det möjligt att identifiera och karakterisera patologiska processer som utvecklas i olika organ och vävnader i människokroppen.
MRT är den enda icke-invasiva diagnostiska metoden med hög sensitivitet och specificitet för att upptäcka ödem och benvävnadsinfiltration.
Utvecklingen av MR-spektroskopi och diffusions-MR, samt skapandet av nya organotropa kontrastmedel är grunden för utvecklingen av "molekylär avbildning" och möjliggör histokemiska studier in vivo.
MRI visualiserar bättre vissa strukturer i hjärnan och ryggmärgen, såväl som andra nervstrukturer, i detta avseende används det oftare för att diagnostisera skador, tumörformationer nervsystem, såväl som i onkologi, när det är nödvändigt att bestämma närvaron och prevalensen av tumörprocessen

Fysisk grund för MRI

MRT bygger på fenomenet Nukleär magnetisk resonansöppnade 1946. fysikerna F. Bloch och E. Purcell (Nobelpriset i fysik, 1952). Kärnan i detta fenomen är förmågan hos kärnorna hos vissa element under påverkan av ett statiskt magnetfält att ta emot energin från en radiofrekvenspuls. År 1973 Den amerikanske vetenskapsmannen P. Lauterbur föreslog att man skulle komplettera fenomenet kärnmagnetisk resonans med införandet av magnetiska gradientfält för den rumsliga lokaliseringen av signalen. Med hjälp av det bildrekonstruktionsprotokoll som användes vid den tiden för datortomografi (CT), kunde han få den första MRI-skanningen. Under efterföljande år har MRT genomgått hela raden kvalitativa transformationer, som för närvarande blir den mest komplexa och mångsidiga metoden för stråldiagnostik. MRI-principen gör det möjligt att ta emot en signal från vilka kärnor som helst i människokroppen, men utvärderingen av fördelningen av protoner som utgör bioorganiska föreningar har den största kliniska betydelsen, vilket avgör metodens höga mjukdelskontrast, d.v.s. undersöka inre organ.

Teoretiskt sett alla atomer som innehåller udda nummer protoner och/eller neutroner, har magnetiska egenskaper. Eftersom de befinner sig i ett magnetfält, styrs de längs dess linjer. Vid applicering av ett externt elektromagnetiskt växelfält, ställer atomerna, som egentligen är dipoler, upp längs nya linjer i det elektromagnetiska fältet. När de omarrangeras längs nya kraftlinjer genererar kärnorna en elektromagnetisk signal som kan registreras av en mottagningsspole.

I fasen av magnetfältets försvinnande återgår dipolkärnorna till sin ursprungliga position, medan återgångshastigheten till sin ursprungliga position bestäms av två tidskonstanter, T1 och T2:
T1är den longitudinella (spin-gitter) tiden, som återspeglar graden av energiförlust av exciterade kärnor
T2är den tvärgående relaxationstiden, som beror på den hastighet med vilken de exciterade kärnorna utbyter energi med varandra

Signalen som tas emot från vävnaderna beror på antalet protoner (protondensitet) och värdena för T1 och T2. Pulssekvenserna som används vid MRT är designade för att bättre utnyttja vävnadsskillnader i T1 och T2 för att skapa maximal kontrast mellan normala och patologiska vävnader.

MRT kan du få Ett stort antal bildtyper med hjälp av pulssekvenser med olika tidsegenskaper för elektromagnetiska pulser.

Pulsintervall är byggda på ett sådant sätt att skillnaderna mellan T1 och T2 tydligare framhävs. De vanligaste sekvenserna "inversion recovery" (IR) och "spin eko" (SE), som beror på protondensiteten.

Main teknisk parameter, som bestämmer de diagnostiska kapaciteterna för MRI, är en magnetisk fältstyrka, mätt i T(tesla). Högfältstomografer (från 1 till 3 T) möjliggör det bredaste utbudet av studier av alla delar av människokroppen, inklusive funktionsstudier, angiografi och snabb tomografi. Tomografier på denna nivå är högteknologiska komplex, kräver konstant teknisk kontroll och stora finansiella kostnader.

Mot, lågfältstomograferär vanligtvis ekonomiska, kompakta och mindre tekniskt och driftsmässigt krävande. Möjligheterna att visualisera små strukturer på tomografer med lågt fält begränsas dock av en lägre rumslig upplösning, och utbudet av undersökta anatomiska regioner är huvudsakligen begränsat till hjärnan, ryggmärgen och stora leder.

Undersökning av en anatomisk region med MRT inkluderar exekvering av flera så kallade pulssekvenser. Olika pulssekvenser gör det möjligt att erhålla specifika egenskaper hos mänskliga vävnader, utvärdera det relativa innehållet av vätska, fett, proteinstrukturer eller paramagnetiska element (järn, koppar, mangan, etc.).
Standard MRT-protokoll inkluderar T1-viktade bilder (känsliga för förekomst av fett eller blod) och T2-viktade bilder (känsliga för ödem och infiltration) i två eller tre plan.

Strukturer som innehåller praktiskt taget inga protoner(kortikalt ben, förkalkningar, fibrobroskvävnad), såväl som arteriellt blodflöde, har låg signalintensitet på både T1- och T2-viktade bilder.

Tidpunkten för studien vanligtvis varierar från 20 till 40 minuter, beroende på den anatomiska regionen och den kliniska situationen.

Noggrannhet av diagnos och karakterisering av hypervaskulära processer(tumörer, inflammation, vaskulära missbildningar) kan öka avsevärt vid intravenös användning kontrastförbättring. Många patologiska processer (till exempel små hjärntumörer) upptäcks ofta inte utan intravenös kontrast.

Sällsynt jordartsmetall blev grunden för skapandet av MR-kontrastpreparat gadolinium (läkemedel - magnevist). I sin rena form är denna metall mycket giftig, men i form av ett kelat blir den praktiskt taget säker (inklusive ingen nefrotoxicitet). Biverkningar är extremt sällsynta (mindre än 1 % av fallen) och har vanligtvis en mild svårighetsgrad (illamående, huvudvärk, sveda på injektionsstället, parestesi, yrsel, utslag). Vid njursvikt, frekvensen bieffekterökar inte.
Introduktion av MR-kontrastmedel under graviditet rekommenderas inte, eftersom clearancehastigheten från fostervattnet är okänd.

Andra klasser av kontrastmedel för MRT har utvecklats, inklusive - organspecifika och intravaskulärt.

Begränsningar och nackdelar med MRT

Lång varaktighet av studien (från 20 till 40 minuter)
nödvändig förutsättning kvalitetsavbildning är ett lugnt och orörligt tillstånd hos patienten som avgör behovet av sedering hos rastlösa patienter eller användning av smärtstillande medel hos patienter med svår smärta
behovet av att patienten stannar i en obekväm, icke-fysiologisk position med någon speciell styling (till exempel vid undersökning av axelleden hos stora patienter)
rädsla för slutna utrymmen (klaustrofobi) kan vara ett oöverstigligt hinder för undersökningen
tekniska begränsningar förknippade med belastningen på tomografibordet vid undersökning av överviktiga patienter (vanligtvis mer än 130 kg).
begränsningen till undersökningen kan vara midjeomkretsen, som är oförenlig med diametern på tomografens tunnel (med undantag för undersökningen på tomografer av öppen typ med låg magnetfältstyrka)
omöjligheten av tillförlitlig upptäckt av förkalkning, bedömning av mineralstrukturen i benvävnad (platta ben, kortikal platta)
tillåter inte detaljerad karakterisering av lungparenkymet (i detta område är det sämre än CT-kapaciteten)
i mycket större utsträckning än med CT, finns artefakter från rörelse (kvaliteten på tomogram kan minska kraftigt på grund av artefakter från patientens rörelse - andning, hjärtslag, vaskulära pulseringar, ofrivilliga rörelser) och metallföremål (fixerade inuti kropp eller i kläder), samt från felaktiga inställningar av tomografen
distributionen och implementeringen av denna forskningsteknik är avsevärt begränsad på grund av den höga kostnaden för själva utrustningen (tomograf, RF-spolar, programvara, arbetsstationer, etc.) och dess underhåll

De huvudsakliga kontraindikationerna för MRT (magnetisk resonanstomografi) är:

absolut:
förekomsten av konstgjorda pacemakers
närvaron av stora metallimplantat, fragment
förekomsten av metallfästen, klämmor på blodkärl
konstgjorda hjärtklaffar
konstgjorda leder
patientvikt över 160 kg

!!! Närvaron av metalltänder, guldtrådar och annat sutur- och fästmaterial är inte en kontraindikation för MRT - studien är det inte, även om bildkvaliteten är reducerad.

relativ:
klaustrofobi - rädsla för stängda utrymmen
epilepsi, schizofreni
graviditet (första trimestern)
extremt allvarligt tillstånd hos patienten
oförmåga för patienten att förbli stilla under undersökningen

I de flesta fall krävs ingen speciell förberedelse för en MR-undersökning., men när man undersöker hjärtat och dess kärl ska brösthåren rakas. När man forskar bäckenorgan(blåsa, prostata) måste du komma med en full blåsa. Forskning bukorgan utförs på fastande mage.

!!! Inga metallföremål bör föras in i MR-rummet, eftersom de kan attraheras av magnetfältet i hög hastighet och orsaka skada på patienten eller sjukhuspersonal och inaktivera tomografen permanent.

Magnetisk resonanstomografi (MRT)- en metod för att erhålla tomografiska medicinska bilder för studier av inre organ och vävnader med hjälp av fenomenet kärnmagnetisk resonans. Peter Mansfield och Paul Lauterbur fick 2003 års Nobelpris i medicin för sin uppfinning av MRI.
Till en början kallades denna metod kärnmagnetisk resonanstomografi (NMR-tomografi). Men sedan, för att inte skrämma allmänheten, zombifierad av radiofobi, tog de bort omnämnandet av metodens "nukleära" ursprung, särskilt eftersom joniserande strålning inte används i denna metod.

Nukleär magnetisk resonans

Kärnmagnetisk resonans realiseras på kärnor med spinn som inte är noll. De mest intressanta för medicin är kärnorna av väte (1 H), kol (13 C), natrium (23 Na) och fosfor (31 P), eftersom de alla finns i människokroppen. Den har flest (63%) väteatomer, som finns i fett och vatten, som är flest i människokroppen. Av dessa skäl är moderna MRI-skannrar oftast "inställda" till vätekärnor - protoner.

I frånvaro av ett externt fält är protonernas spinn och magnetiska moment slumpmässigt orienterade (fig. 8a). Om en proton placeras i ett externt magnetfält, kommer dess magnetiska moment att vara antingen samriktat eller motsatt magnetfältet (fig. 8b), och i det andra fallet kommer dess energi att vara högre.

En partikel med ett spinn placerat i ett magnetfält med styrka B kan absorbera en foton med en frekvens ν som beror på dess gyromagnetiska förhållande γ.

För väte är y = 42,58 MHz/T.
En partikel kan genomgå en övergång mellan två energitillstånd genom att absorbera en foton. En partikel på en lägre energinivå absorberar en foton och hamnar på en övre energinivå. Energin för en given foton måste exakt matcha skillnaden mellan de två tillstånden. Energin hos en proton, E, är relaterad till dess frekvens, ν, genom Plancks konstant (h = 6,626·10 -34 J·s).

I NMR kallas kvantiteten ν för resonans- eller Larmorfrekvensen. ν = γB och E = hν, därför, för att orsaka en övergång mellan två spinntillstånd, måste en foton ha en energi

När fotonens energi matchar skillnaden mellan de två spinntillstånden sker energiabsorption. Intensiteten hos det konstanta magnetfältet och frekvensen hos det radiofrekventa magnetfältet måste strikt överensstämma med varandra (resonans). I NMR-experiment motsvarar frekvensen av en foton radiofrekvensområdet (RF). Vid klinisk MRT, för väteavbildning, är ν vanligtvis mellan 15 och 80 MHz.
Vid rumstemperatur överstiger antalet protoner med snurr på den lägre energinivån något deras antal på den övre nivån. Signalen i NMR-spektroskopi är proportionell mot skillnaden i nivåpopulationer. Antalet överskott av protoner är proportionellt mot B 0 . Denna skillnad i ett fält på 0,5 T är bara 3 protoner per miljon, i ett fält på 1,5 T är det 9 protoner per miljon. dock totalöverskott av protoner i 0,02 ml vatten i ett fält på 1,5 T är 6,02·10 15 . Ju starkare magnetfält, desto bättre bild.

I jämviktstillståndet är nettomagnetiseringsvektorn parallell med riktningen för det applicerade magnetfältet B 0 och kallas jämviktsmagnetisering M 0 . I detta tillstånd är Z-komponenten för magnetiseringen M Z lika med Mo. M Z kallas även longitudinell magnetisering. I detta fall finns det ingen tvärgående (M X eller M Y) magnetisering. Genom att skicka en RF-puls på Larmor-frekvensen kan man rotera nettomagnetiseringsvektorn i ett plan vinkelrätt mot Z-axeln, i detta fall X-Y plan.

T1 Avkoppling
Efter avslutningen av RF-pulsen kommer den totala magnetiseringsvektorn att återställas längs Z-axeln och sänder ut RF-vågor. Tidskonstanten som beskriver hur M Z återgår till sitt jämviktsvärde kallas spin-gitter-relaxationstiden (T 1 ).

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

T1-relaxation sker i en volym som innehåller protoner. Men bindningarna av protoner i molekyler är inte desamma. Dessa bindningar är olika för varje vävnad. En 1H-atom kan vara mycket starkt bunden, som i fettvävnad, medan en annan atom kan vara svagare bunden, såsom i vatten. Starkt bundna protoner frigör energi mycket snabbare än svagt bundna protoner. Varje vävnad frigör energi i olika takt, varför MRT har så bra kontrastupplösning.

T2 Avslappning
T1-relaxation beskriver processer som sker i Z-riktningen, medan T2-relaxation beskriver processer i X-Y-planet.
Omedelbart efter exponering för RF-pulsen börjar den totala magnetiseringsvektorn (nu kallad transversell magnetisering) att rotera i X-Y-planet runt Z-axeln. Alla vektorer har samma riktning eftersom de är i fas. De behåller dock inte detta tillstånd. Nettomagnetiseringsvektorn börjar skifta ur fas (ur fas) på grund av det faktum att varje spinnpaket upplever ett magnetfält som skiljer sig något från det magnetfält som upplevs av andra paket och roterar med sin egen Larmor-frekvens. Till en början kommer antalet out-of-fas-vektorer att vara litet, men snabbt ökande tills det ögonblick då faskoherensen försvinner: det kommer inte att finnas någon vektor som sammanfaller i riktning med en annan. Den totala magnetiseringen i XY-planet tenderar till noll, och sedan ökar den longitudinella magnetiseringen tills M 0 är längs Z.

Ris. 9. Recession av magnetisk induktion

Tidskonstanten som beskriver beteendet hos den tvärgående magnetiseringen, M XY, kallas spin-spin-relaxationstiden, T 2 . T2-relaxation kallas spin-spin-relaxation eftersom den beskriver interaktionerna mellan protoner i deras omedelbara miljö (molekyler). T2-relaxation är en dämpad process, vilket innebär hög faskoherens i början av processen, men snabbt avtagande till fullständigt försvinnande sammanhållning i slutet. Signalen är stark i början, men försvagas snabbt på grund av T2-avslappning. Signalen kallas för minskningen av magnetisk induktion (FID - Free Induction Decay) (Fig. 9).

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

T 2 är alltid mindre än T 1 .
Hastigheten för fasförskjutning är olika för varje vävnad. Utfasning i fettvävnad går snabbare än i vatten. En till anmärkning om T2-avslappning: det är mycket snabbare än T1-avslappning. T2-avslappning sker på tiotals millisekunder, medan T1-avslappning kan vara så lång som sekunder.
Som illustration visar tabell 1 tiderna Ti och T2 för olika vävnader.

bord 1

tyger	T 1 (ms), 1,5 T	T2 (ms)
HJÄRNA
grå materia	921	101
vit substans	787	92
Tumörer	1073	121
Ödem	1090	113
BRÖST
fibrös vävnad	868	49
Fettvävnad	259	84
Tumörer	976	80
Carcinom	923	94
LEVER
normal vävnad	493	43
Tumörer	905	84
Cirros i levern	438	45
MUSKEL
normal vävnad	868	47
Tumörer	1083	87
Carcinom	1046	82
Ödem	1488	67

Magnetisk resonansavbildningsenhet

Ris. 10. MRT-schema

Schemat för magnetresonanstomografin visas i fig. 10. MRT består av en magnet, gradientspolar och RF-spolar.

Permanentmagnet
MRI-skannrar använder kraftfulla magneter. Kvaliteten och hastigheten på bildupptagningen beror på storleken på fältstyrkan. Moderna MR-skannrar använder antingen permanenta eller supraledande magneter. Permanenta magneter är billiga och enkla att använda, men de tillåter inte att magnetiska fält skapas med en styrka större än 0,7 T. De flesta magnetiska resonansavbildningsskannrar är modeller med supraledande magneter (0,5 - 1,5 T). Tomografer med ett superstarkt fält (över 3,0 T) är mycket dyra att använda. På MRI-skannrar med ett fält under 1 T kan högkvalitativ tomografi av inre organ inte göras, eftersom kraften hos sådana enheter är för låg för att få högupplösta bilder. På tomografer med magnetfältstyrka< 1 Тл можно проводить только исследования головы, позвоночника и суставов.

Ris. elva.

gradientspolar
Gradientspolar är placerade inuti magneten. Gradientspolar låter dig skapa ytterligare magnetfält som överlagras på huvudmagnetfältet B 0 . Det finns 3 uppsättningar spolar. Varje uppsättning kan producera ett magnetfält i en specifik riktning: Z, X eller Y. Till exempel, när ström appliceras i Z-gradienten, skapas en enhetlig fältramp i Z-riktningen (längs kroppens långa axel) . I mitten av magneten har fältet en styrka Bo, och resonansfrekvensen är ν 0 , men på ett avstånd ΔZ ändras fältet med ΔB, och resonansfrekvensen ändras i enlighet därmed (fig. 11). Genom att lägga till en magnetisk gradientstörning till det allmänna homogena magnetfältet åstadkommes lokaliseringen av NMR-signalen. Gradientens verkan, som säkerställer valet av snittet, säkerställer selektiv excitation av protoner exakt i den önskade regionen. Hastigheten, signal-brusförhållandet och tomografens upplösning beror på spolarnas effekt och hastighet.

RF-spolar
RF-spolar skapar ett fält B 1 som roterar nätmagnetiseringen i ett pulståg. De registrerar också tvärgående magnetisering när den förekommer i XY-planet. RF-spolar finns i tre huvudkategorier: sända och ta emot, endast ta emot, endast sända. RF-spolar tjänar som sändare av B 1-fält och mottagare av RF-energi från föremålet som studeras.

Signalkodning

När patienten befinner sig i ett enhetligt magnetfält B 0 , riktar sig alla protoner från topp till tå längs B 0 . De roterar alla med Larmor-frekvensen. Om en RF-exciteringspuls genereras för att överföra magnetiseringsvektorn till X-Y-planet, reagerar alla protoner och en svarssignal uppstår, men det finns ingen lokalisering av signalkällan.

Slice-kodningsgradient
När Z-gradienten är aktiverad genereras ett ytterligare magnetfält G Z i denna riktning, överlagrat på Bo. Ett starkare fält betyder en högre Larmor-frekvens. Längs hela lutningen av gradienten är fältet B annorlunda och därför roterar protonerna med olika frekvenser. Nu, om vi genererar en RF-puls med en frekvens på ν + Δν, kommer bara protonerna i den tunna sektionen att reagera, eftersom de är de enda som snurrar på samma frekvens. Svarssignalen kommer endast från protoner från denna skiva. Således är signalkällan lokaliserad längs Z-axeln.Protonerna i denna skiva roterar med samma frekvens och har samma fas. Det finns ett stort antal protoner i skivan, och lokaliseringen av källor längs X- och Y-axlarna är okänd. Därför krävs ytterligare kodning för att exakt bestämma den direkta signalkällan.

Ris. 12.

Faskodningsgradient
För att ytterligare koda protoner slås gradienten G Y på under en mycket kort tid. Under denna tid skapas ytterligare ett gradientmagnetfält i Y-riktningen. I det här fallet kommer protonerna att ha något olika rotationshastigheter. De roterar inte längre i fas. Fasskillnaden kommer att ackumuleras. När G Y-gradienten är avstängd kommer protonerna i skivan att rotera med samma frekvens men ha en annan fas. Detta kallas faskodning.

Frekvenskodningsgradient
För vänster-höger-kodning ingår en tredje gradient G X. Protoner på vänster sida roterar med en lägre frekvens än de till höger. De ackumulerar ytterligare fasförskjutning på grund av frekvensskillnader, men den redan förvärvade fasskillnaden som erhålls genom att koda fasen för gradienten i föregående steg bevaras.

Således används magnetiska fältgradienter för att lokalisera källan till signalerna som tas emot av spolen.

1. G Z-gradient väljer den axiella skivan.
2. G Y-gradient skapar rader med olika faser.
3. G X gradient bildar kolumner med olika frekvenser.

I ett steg utförs faskodning för endast en rad. För att skanna ett helt segment måste hela segment-, fas- och frekvenskodningsprocessen upprepas flera gånger.
På så sätt skapas små volymer (voxels). Varje voxel har en unik kombination av frekvens och fas (Figur 12). Antalet protoner i varje voxel bestämmer amplituden för RF-vågen. Den mottagna signalen som kommer från olika delar av kroppen innehåller en komplex kombination av frekvenser, faser och amplituder.

Pulssekvenser

På fig. 13 visar ett diagram över den enklaste sekvensen. Först slås den skärselektiva gradienten (1) (Gss) på. Samtidigt med den genereras en 90 0 RF cutoff-selektionspuls (2), som "vänder" den totala magnetiseringen in i X-Y-planet. Faskodningsgradienten (3) (Gpe) slås sedan på för att utföra det första faskodningssteget. Därefter appliceras en frekvenskodnings- eller avläsningsgradient (4) (Gro), under vilken den fria induktionsavklingningssignalen (5) (FID) registreras. Pulssekvensen upprepas typiskt 128 eller 256 gånger för att samla in all nödvändig data för avbildning. Tiden mellan repetitioner av en sekvens kallas repetitionstiden (TR). Med varje iteration av sekvensen ändras storleken på faskodningsgradienten. Men i det här fallet var signalen (FID) extremt svag, så den resulterande bilden var dålig. En spin ekosekvens används för att öka signalstyrkan.

Spin ekosekvens
Efter applicering av en 90 0 exciteringspuls är den totala magnetiseringen i X-Y-planet. Fasskiftet börjar omedelbart på grund av T2-relaxation. Det är på grund av denna avfasning som signalen sjunker kraftigt. Helst är det nödvändigt att upprätthålla faskoherens, vilket säkerställer bästa signalen. För att göra detta, en kort tid efter 90 0 RF-pulsen, appliceras en 180 0 puls. 180 0 impuls orsakar omfasning av snurr. När alla snurr fasas om blir signalen hög igen och bildkvaliteten är mycket högre.
På fig. 14 visar ett diagram över spinekopulssekvensen.

Ris. 14. Diagram över spin-ekopulssekvensen

Först slås den skivselektiva gradienten (1) (G SS ) på. En 90º RF-puls appliceras samtidigt. Faskodningsgradienten (3) (Gpe) slås sedan på för att utföra det första faskodningssteget. Gss (4) slås på igen under 180º omfasningspulsen (5), så samma protoner som exciterades av 90º-pulsen påverkas. Därefter appliceras en frekvenskodnings- eller läsgradient (6) (Gro), under vilken signalen (7) tas emot.
TR (upprepa tid). Hela processen måste upprepas flera gånger. TR är tiden mellan två 90º excitationspulser. TE (Ekotid). Detta är tiden mellan 90º excitationspulsen och ekot.

Bildkontrast

Under NMR-skanning sker två relaxationsprocesser T1 och T2 samtidigt. Och
T1 >> T2. Bildkontrasten beror starkt på dessa processer och på hur fullständigt var och en av dem manifesterar sig vid de valda avsökningstidsparametrarna TR och TE. Överväg att få en kontrastbild på exemplet med en hjärnskanning.

T1 kontrast

Ris. 15. a) spin-spin-relaxation och b) spin-spin-relaxation i olika hjärnvävnader

Vi väljer följande skanningsparametrar: TR = 600 ms och TE = 10 ms. Det vill säga, T1-avslappning tar 600 ms, och T2-avslappning tar bara
5 ms (TE/2). Såsom framgår av fig. 15a efter 5 ms är fasförskjutningen liten och skiljer sig inte mycket i olika vävnader. Bildkontrast är därför mycket svagt beroende av T2-relaxation. När det gäller T1-avslappning, efter 600 ms är fettet nästan helt avslappnat, men det behövs lite mer tid för CSF
(Fig. 15b). Detta betyder att bidraget från CSF till den totala signalen kommer att vara försumbart. Bildkontrasten blir beroende av T1-avslappningsprocessen. Bilden är "T1-viktad" eftersom kontrasten är mer beroende av T1-avslappningsprocessen. I den resulterande bilden kommer CSF att vara mörk, fettvävnad kommer att vara ljus och grå substans intensitet kommer att vara någonstans däremellan.

T2 kontrast

Ris. 16. a) spin-spin-relaxation och b) spin-spin-relaxation i olika hjärnvävnader

Låt oss nu ställa in följande parametrar: TR = 3000 ms och TE = 120 ms, d.v.s. T2-relaxation ska ske inom 60 ms. Som följer av fig. 16b genomgick nästan alla vävnader fullständig T1-avslappning. Här är TE den dominerande faktorn för bildkontrast. Bilden är "viktad med T2". På bilden kommer CSF att vara ljus, medan andra tyger kommer att ha olika nyanser av grått.

Protondensitetskontrast

Det finns en annan typ av bildkontrast som kallas protondensitet (PD).
Låt oss ställa in följande parametrar: TR = 2000 ms och TE 10 ms. Sålunda, liksom i det första fallet, ger T2-relaxation ett obetydligt bidrag till bildkontrasten. Med TR = 2000 ms kommer den totala magnetiseringen av de flesta vävnader att återhämta sig längs Z-axeln. Bildkontrasten i PD-bilder är oberoende av antingen T2- eller T1-avslappning. Den mottagna signalen beror helt på mängden protoner i vävnaden: en liten mängd protoner betyder en låg signal och en mörk bild, medan ett stort antal av dem ger en stark signal och en ljus bild.

Ris. 17.

Alla bilder har kombinationer av T1 och T2 kontraster. Kontrasten beror bara på hur länge T2-relaxation tillåts ske. I spineko-sekvenser (SE) är tiderna TR och TE viktigast för bildkontrasten.
På fig. Figur 17 visar schematiskt hur TR och TE är relaterade till bildkontrast i SE-sekvensen. Kort TR och kort TE ger T1 viktad kontrast. Lång TR och kort TE ger PD-kontrast. En lång TR och en lång TE resulterar i en T2-viktad kontrast.

Ris. 18. Bilder med olika kontraster: T1 viktad, protondensitet och T2 viktad. Observera skillnaderna i vävnadssignalintensitet. CSF är mörk på T1, grå på PD och ljus på T2.

Ris. 19. Magnetisk resonans tomograf

MRT är bra på att visualisera mjukvävnad, medan CT är bättre på att visualisera benstrukturer. Nerver, muskler, ligament och senor ses mycket tydligare på MRT än på CT. Dessutom är magnetresonansmetoden oumbärlig för att undersöka hjärnan och ryggmärgen. I hjärnan kan MRT skilja mellan vit och grå substans. På grund av den höga noggrannheten och klarheten hos de erhållna bilderna används magnetisk resonanstomografi framgångsrikt vid diagnos av inflammatoriska, infektionssjukdomar, onkologiska sjukdomar, vid studiet av leder, alla delar av ryggraden, bröstkörtlar, hjärta, bukorgan, små bäcken, blodkärl. Moderna MRI-tekniker gör det möjligt att studera organens funktion - för att mäta blodflödets hastighet, flödet av cerebrospinalvätska, för att observera strukturen och aktiveringen av olika delar av hjärnbarken.

Skicka ditt goda arbete i kunskapsbasen är enkelt. Använd formuläret nedan

Studenter, doktorander, unga forskare som använder kunskapsbasen i sina studier och arbete kommer att vara er mycket tacksamma.

Postat på http://www.allbest.ru/

Nukleär magnetisk resonans

Introduktion

För en atom placerad i ett magnetfält är spontana övergångar mellan undernivåer på samma nivå osannolika. Sådana övergångar induceras emellertid under inverkan av ett externt elektromagnetiskt fält. Ett nödvändigt villkor är sammanträffandet av det elektromagnetiska fältets frekvens med fotonens frekvens som motsvarar energiskillnaden mellan de delade undernivåerna. I det här fallet kan man observera absorptionen av energin i det elektromagnetiska fältet, vilket kallas magnetisk resonans. Beroende på typen av partiklar - bärare av det magnetiska momentet - finns elektronparamagnetisk resonans (EPR) och kärnmagnetisk resonans (NMR).

kärnmagnetisk resonanstomografi

1. Kärnmagnetisk resonans

Kärnmagnetisk resonans (NMR) är resonansabsorptionen av elektromagnetisk energi av ett ämne som innehåller kärnor med icke-noll spin i ett externt magnetfält, på grund av omorienteringen av kärnornas magnetiska moment. Fenomenet magnetisk resonans upptäcktes 1945-1946. två oberoende grupper av forskare. Inspiratörer till detta var F. Bloch och E. Purcell.

Den fysiska essensen av NMR.Fenomenet kärnmagnetisk resonans är baserat på magnetiska egenskaper atomkärnor, bestående av nukleoner med halvheltalsspinn 1/2, 3/2, 5/2…. Kärnor med jämn massa och laddningstal (jämna kärnor) har inget magnetiskt moment, medan för alla andra kärnor är det magnetiska momentet likt noll. Sålunda har kärnorna ett vinkelmoment J=hI, relaterat till det magnetiska momentet m genom relationen m=J, där h är Plancks konstant, I är spinnkvanttalet och är det gyromagnetiska förhållandet.

Kärnans vinkelmoment och magnetiska moment kvantiseras, och egenvärdena för projektionen och de vinkel- och magnetiska momenten på z-axeln för ett godtyckligt valt koordinatsystem bestäms av relationen: JZ=hµI, där µI är magnetiskt kvantnummer för kärnans egentillstånd, dess värden bestäms av spinnkvantnumret för kärnan µI =I, I-1, I-2, ..., -I. det vill säga kärnan kan vara i 2I+1-tillstånd.

NMR-spektra I NMR-spektra särskiljs två typer av linjer enligt deras bredd. Spectra fasta ämnen har en stor bredd, och detta användningsområde för NMR kallas bredlinje NMR. Smala linjer observeras i vätskor och detta kallas högupplöst NMR. Den högupplösta NMR-metodens möjligheter hänger samman med att kärnor av samma typ i olika kemiska miljöer vid ett givet applicerat konstant fält absorberar energin från ett högfrekvent fält vid olika frekvenser, vilket beror på den olika graden av avskärmning av kärnor från det applicerade magnetfältet. Högupplösta NMR-spektra består vanligtvis av smala, välupplösta linjer (signaler) motsvarande magnetiska kärnor i olika kemiska miljöer. Signalernas intensitet (area) under inspelningen av spektra är proportionell mot antalet magnetiska kärnor i varje gruppering, vilket gör det möjligt att utföra kvantitativ analys med NMR-spektra utan preliminär kalibrering.

2. Användningen av NMR i biomedicinsk forskning

Kärnmagnetisk resonans är den selektiva absorptionen av elektromagnetiska vågor (läs, radiovågor) av ett ämne (i detta fall människokroppen) i ett magnetfält, vilket är möjligt på grund av närvaron av kärnor med ett magnetiskt moment som inte är noll. I ett externt magnetfält är protonerna och neutronerna i dessa kärnor, som små magneter, orienterade på ett strikt definierat sätt och ändrar av denna anledning deras energitillstånd. Avståndet mellan dessa energinivåer är så litet att även radiostrålning kan orsaka övergångar mellan dem. Radiovågornas energi är miljarder gånger mindre än röntgenstrålningens, så de kan inte orsaka någon skada på molekyler. Så radiovågor absorberas först. Sedan sänds radiovågor ut av kärnorna och deras övergång till lägre energinivåer. Båda processerna kan detekteras genom att studera absorptions- och emissionsspektra för kärnor. Dessa spektra beror på många faktorer och framför allt på magnetfältets storlek. För att erhålla en rumslig bild i en NMR-tomograf, till skillnad från CT, finns det inget behov av mekanisk skanning av ett källdetektorsystem (sändarantenn och mottagare i fallet med NMR). Detta problem löses genom att ändra magnetfältets styrka vid olika punkter. Faktum är att i detta fall kommer frekvensen (våglängden) vid vilken signalen sänds och tas emot att ändras. Om vi ​​vet storleken på fältstyrkan vid en given punkt, kan vi exakt relatera den sända och mottagna radiosignalen till den. De där. på grund av skapandet av ett olikformigt magnetfält är det möjligt att ställa in antennen till ett strikt definierat område av ett organ eller vävnad utan dess mekaniska rörelse och ta avläsningar från dessa punkter, endast genom att ändra frekvensen av tar emot vågen. Nästa steg är bearbetningen av information från alla skannade punkter och bildandet av en bild. Som ett resultat av datorbehandling av information erhålls bilder av organ och system i "sektioner", vaskulära strukturer i olika plan, tredimensionella strukturer av organ och vävnader med hög upplösning bildas.

Vilka är fördelarna med NMR-avbildning?

Den första fördelen är ersättningen av röntgenstrålar med radiovågor. Detta gör att du kan eliminera restriktioner för kontingenten för de undersökta (barn, gravida kvinnor), eftersom begreppet strålningsexponering för patienten och läkaren tas bort.

Den andra fördelen är metodens känslighet för vissa vitala isotoper och speciellt för väte, en av de vanligaste elementen i mjukvävnader.

Den tredje fördelen är känslighet för olika kemiska bindningar i olika molekyler, vilket ökar bildens kontrast.

Den fjärde fördelen ligger i bilden av kärlbädden utan ytterligare kontrast och även med bestämning av blodflödesparametrar.

Den femte fördelen är studiens högre upplösning idag - du kan se föremål med en bråkdel av en millimeter i storlek.

Och slutligen den sjätte - MRI gör det enkelt att få inte bara bilder av tvärgående sektioner utan även längsgående.

Naturligtvis, som alla andra tekniker, har MRI sina nackdelar. Dessa inkluderar:

1. Behovet av att skapa ett magnetfält med hög intensitet, vilket kräver enorm energiförbrukning vid drift av utrustning och/eller användning av dyr teknik för att säkerställa supraledning.

2. Låg, speciellt i jämförelse med röntgen, känslighet för NMR-tomografimetoden, vilket kräver en ökning av överföringstiden. Detta leder till uppkomsten av bildförvrängningar från andningsrörelser (vilket särskilt minskar effektiviteten av studiet av lungorna, studiet av hjärtat).

3. Omöjlighet att tillförlitlig detektering av stenar, förkalkningar, vissa typer av patologi av benstrukturer.

4. Vi bör inte glömma att en relativ kontraindikation för MRI-tomografi är graviditet.

Slutsats

Vetenskapens historia lär oss att varje nytt fysiskt fenomen eller ny metod passerar hård väg, som börjar i ögonblicket för upptäckten av detta fenomen och går igenom flera faser. Till en början kommer nästan ingen på idén om möjligheten, även en mycket avlägsen sådan, att använda detta fenomen i Vardagsliv, inom vetenskap eller teknik. Sedan kommer utvecklingsfasen, under vilken experimentdata övertygar alla om den stora praktiska betydelsen av detta fenomen. Slutligen följer fasen av en snabb start. Nya verktyg kommer på modet, blir mycket produktiva, ger stora vinster och blir en avgörande faktor för vetenskapliga och tekniska framsteg. Instrument baserade på ett en gång sedan länge upptäckt fenomen fyller fysik, kemi, industri och medicin.

Det mest slående exemplet på ovanstående något förenklade evolutionsschema är fenomenet magnetisk resonans, upptäckt av E. K. Zavoisky 1944 i form av paramagnetisk resonans och självständigt upptäckt av Bloch och Purcell 1946 i form av ett resonansfenomen av den magnetiska ögonblick av atomkärnor. Den komplexa utvecklingen av NMR har ofta lett skeptiker till pessimistiska slutsatser. De sa att "NMR är död", att "NMR har helt uttömt sig själv". Men trots och i trots av dessa besvärjelser fortsatte NMR att gå framåt och bevisade ständigt sin livskraft. Många gånger vände sig detta vetenskapsområde till oss på en ny, ofta helt oväntad sida och gav liv åt en ny riktning. Nya revolutionerande uppfinningar inom NMR-området, inklusive fantastiska NMR-bildtekniker, tyder starkt på att gränserna för vad som är möjligt inom NMR verkligen är obegränsade. De anmärkningsvärda fördelarna med NMR - introskopi, som kommer att uppskattas mycket av mänskligheten och som nu är en kraftfull stimulans för den snabba utvecklingen av NMR - introskopi och bred tillämpning inom medicin, ligger i den mycket låga risken för människors hälsa som är inneboende i denna nya metod.

Lista över använd litteratur och källor

1. Antonov V. F., Korzhuev A. V. Fysik och biofysik: en kurs med föreläsningar för medicinska studenter. - Moskva: GEOTAR-MED, 2004.

2. Kuznetsov A.N. Spinsondmetod. - Moskva: Nauka, 1976.

3. Material från webbplatsen www.wikipedia.org

4. Material på webbplatsen www.humuk.ru;

5. Remizov A. N., Maksina A. G., Potapenko A. Ya. Medicinsk och biologisk fysik. - Moskva: Bustard, 2003.

6. Hausser K. Kh., Kalbitzer H. R. NMR i medicin och biologi: molekylär struktur, tomografi, in vivo spektroskopi. - Kiev: Naukova Dumka, 1993.

7. Emanuel N. M., Kuzmin M. G. Elektron paramagnetisk resonans. - Moskva: Moscow University Publishing House. 1985.

Hosted på Allbest.ru

...

Liknande dokument

Det fysiska fenomenet kärnmagnetisk resonans, förutsättningarna för dess förekomst. Principen för att få en bild i en magnetisk resonans tomograf. Få en tvådimensionell bild. De främsta fördelarna med permanenta, resistiva och supraledande tomografer.

presentation, tillagd 2013-10-13


Metoder för modern diagnostik. Fenomenet kärnmagnetisk resonans (NMR). Kärnan i NMR-fenomenet. Spin-spin-interaktion. Analysatorer av ämnen baserade på NMR. Teknisk implementering av NMR-tomografin. Grundläggande block av magnetisk resonanstomografi.

abstrakt, tillagt 2015-12-05


Historia om upptäckten och kärnan i kärnmagnetisk resonans. Spin-spin-interaktion. Begreppet magnetisk resonanstomografi (MRI). Bildkontrast: protondensitet, T1- och T2-vikt. Kontraindikationer och potentiella faror med MRT.

abstrakt, tillagt 2014-11-06


Säkerställande av selektivitet kl kvalitativ analys selektiv absorption av monokromatiskt ljus. Spektroskopi av kärnmagnetisk resonans. Spektrallinjer för kontroll av våglängdsskalan. Utrustningskalibrering och provberedning.

abstrakt, tillagt 2014-04-30


Fördelar med den diagnostiska metoden för magnetisk resonanstomografi inom obstetrik för direkt visualisering av fostret. Indikationer, metodik och särdrag i studien. Specifikt förberedelse för MRT av en gravid kvinna. Metodens begränsningar och säkerhet.

presentation, tillagd 2016-02-15


Elektroterapi är en fysioterapimetod som bygger på användningen av en doserad effekt på kroppen av elektriska strömmar, magnetiska eller elektromagnetiska fält. Verkningsmekanismen och metodernas effekt. Funktioner för behandling med likström och pulsad ström.

abstrakt, tillagt 2011-12-17


Processer i en sluten vågledarbana. Polarisering och superposition av vågor, resonans av en resande och stående våg i en vågledare. Huvudelementen i det svepande frekvensgeneratorsystemet. VSWR för ett vågledarringsystem i färd- och stående vågor.

praxisrapport, tillagd 2011-01-13


Kärnan och betydelsen av metoden för magnetisk resonansavbildning, historien om dess bildande och utveckling, utvärdering av effektiviteten i det nuvarande skedet. Fysiskt underlag för denna teknik, ordning och principer för bildbehandling. Definition och val av en skiva.

abstrakt, tillagt 2014-06-24


Möjligheter att använda kärnfysikaliska fenomen för studier av patienter. Metoder för radionuklidforskning. Klinisk och laboratorieradiometri. Radionuklidskanning och scintigrafi. Radioisotopdiagnostiskt laboratorium.

abstrakt, tillagt 2011-01-24


Förutsättningar för att uppnå effekten av tomografi. Huvuduppgifterna och tillämpningsanvisningarna för röntgenundersökning är angiografi, venografi och lymfografi. Upptäcktens historia, funktionsprincipen och fördelarna med att använda metoden för datortomografi.