9.Импульсные последовательности в ямр-томографах.

Существуют 3 базовые последовательности подачи высокочастотного магнитного поля в ямр-томографии: 1) «насыщение»-«восстановление»(SR-последовательность); 2)»инверсия»-«восстановление»(IR-последовательность); 3)спиновое эхо(SE), являющимся самым распространенным методом.

Рассмотрим все три процесса подробнее:

1) «насыщение»-«восстановление»

В этой последовательности сначала подается импульс , время подачи которого и возникает следующая картина:

Где - длина паузы (повторения, от англ. repetition). После выключения импульса происходит релаксация со временем , закон этой релаксации:

,(9.1)

Таким образом, в этом эксперименте можно измерять два вида времени.

2)»инверсия»-«восстановление»

Видна ярко выраженная релаксация продольной компоненты, и снова можем рассматривать два вида времени.

3)спиновое эхо

разворачивает направление магнито-дипольного момента на направление оси x. включает инверсную заселенность, то есть инверсным образом разворачивает магнито-дипольный момент. За время спинового эха происходит инверсия со временем , заселенность убывает по экспоненте, причем < .

Во вращательной системе координат происходит ларморовская прецессия вокруг поля в лабораторной системе координат происходит прецессия вокруг направления . Так как магнито-дипольный момент направлен в сторону, противоположную , то в прецессии участвуют компоненты, связанные только с иксовой составляющей, (оставшейся после времени ), эта компонента начинает разворачиваться в противоположном направлении по отношению к вращению прецессии равновесного магнито-дипольного момента, и тогда начинается прецессия, которая приводит к восстановлению магнито-дипольного момента вдоль оси x. Через восстанавливается значение магнито-дипольного момента по оси x, которое было после выключения импульса . Разные ядра из-за локальных неоднородностей магнитного поля в веществе имеют разные ларморовские частоты прецессий, там, где локальное поле больше, там и прецессия быстрее. Тогда происходит расфазировка магнито-дипольного момента (из-за прецессии). После подачи импульса происходит вращение в обратном направлении магнито-дипольного момента и все магнито-дипольные моменты тех ядер, которые имели меньшие , начинают прецессировать в обратном направлении медленнее, чем те, которые имели большие . Снова сфазировка происходит в точке 0. Спиновое эхо приводит к полной сфазировке. Идеология спинового эха направлена на измерение времени восстановления - .

Целью применения всех трех этих импульсных последовательностей является измерение времен релаксации и для последующего, наиболее полного обследования пациентов.

10.Устройство томографа.

1. Постоянные магниты.

Создают постоянное магнитное поле вдоль оси z. Основной проблемой при их использовании является интенсивное нагревание, которое требует затрат больших мощностей на охлаждение. Потеря энергии из-за выделения джоулева тепла пропорциональна (в стандартном томографе , тогда требуется трансформатор с мощностью порядка 40кВт, для мощность порядка 400кВт). Таким образом, для томографов, рассчитанных на поле и более, работа на постоянных магнитах невозможна, и тогда используют сверхпроводящие магниты, имеющие магнитные поля, не выделяющие джоулева тепла, температура должна быть ниже критической, а требуется криогеника с жидким гелием. Часто используются сверхпроводящие сплавы (к примеру, ниобий-титановый сплав). Выгодно поднимать (в хороших томографах до ), так как чем больше тем меньшее гиромагнитное отношение можно измерять. Обычные томографы работают на водороде, а сверхпроводящие на углероде, фосфоре, азоте и ядрах других элементов живых тканей.

2. ВЧ-катушка.

Для водорода ларморовские частоты для обычных томографов 4 15 МГц, для сверхпроводящих эти значения выше в десять раз. В ВЧ-катушках для приема сигнала используются «антенные» катушки, развязанные от катушек, создающих высокочастотное поле (поле, радиочастотного типа с частотами, примерно равными ларморовской частоте).

3. X,y,z – градиентные катушки.

Они предназначены для создания градиентного магнитного поля. Z-катушка создает поле (аналогично для x и y), в направлении z поле разное и, значит ларморовские частоты вдоль оси z внутри образца разные. Создаются разные значения поля . Полное поле: . Имеем возможность построить разные магнитные поля ( разные), а значит и в разных точках образца разные ларморовские частоты, и можем отдельно измерять характеристики разных точек образца. Таким образом, если в объеме выделим тысячу точек , то мы должны сделать около тысячи измерений.

Чисто точек, которые создает компьютер в единице объема образца – число вокселей. После компьютерной обработки воксели (от англ. volume – объем) переходят в пиксели (от англ. picture – картина).

Сама томография состоит в обработке сигнала от всех вокселей, которые есть в изучаемом образце. Число ядер водорода в кубическом миллиметре (что близко к вокселю) примерно .

Длина волны излучателя характеризует какой минимальный объем можно разрешить, поэтому частоту стремятся сделать как можно больше.

4. Компьютер и дисплей.

Так как обрабатывается достаточно много информации, то для уменьшения пребывания пациента в магнитном поле требуются достаточно быстродействующие компьютеры.