4.2.3 Ядерный магнитный резонанс (ямр) и его медико-биологическое значение.

Ядерный магнитный резонанс наблюдается у атомных ядер, являющихся магнитным диполем (например, ядра водорода, углерода, кислорода и др.). Магнитные диполи отличаются от других ядер тем, вращаются вокруг своей оси. Так как ядра имеют электрический заряд. Их вращение приводит к появлению собственного магнитного поля. При отсутствии внешнего магнитного поля магнитные моменты этих ядер ориентированы беспорядочно. Если же образец с такими ядрами (магнитными моментами) поместить в постоянное магнитное поле, то магнитные моменты этих ядер ориентируются вдоль силовых линий магнитного поля.

Кроме этого, магнитные моменты совершают прецессионное движение с круговой частотой  вокруг оси, совпадающей с направлением внешнего магнитного поля

(рис.4.4 а,б). Частота прецессии  пропорциональна напряженности магнитного поля Н:   Н.

а б

Рис.4.4

На характер прецессии может повлиять более слабое переменное электромагнитное поле от высокочастотного генератора. Если частота переменного магнитного поля станет равной частоте прецессии, то возникает резонанс. При этом магнитные прецессирующие диполи сильно отклоняются (в пределе  на угол 90⁰) от направления постоянного магнитного поля. Такой резонанс называют ядерным магнитным резонансом. (Прецессия – это движение, подобное движению волчка перед тем, как ему остановиться и упасть.)

Каждое такое отклонение магнитного диполя относительно напряженности постоянного магнитного поля регистрируется в виде сигнала от всего объема образца. По спектру этого сигнала определяют химическое строение биомолекул и расположение их структурных элементов в пространстве. Такой метод называют ЯМР-спектроскопией.

4.2.4 Понятие о ямр-томографии и ее применение в медицине.

ЯМР-томография заключается в том, что сигнал регистрируется не от всего объема образца, а лишь от ядер, лежащих во вполне определенной плоскости сечения образца. В результате этого получают информацию о наличии ядер (протонов) в той или иной плоскости сечения образца. По этой информации с помощью ЭВМ составляют карту распределения протонов в сечении биообъекта – ЯМР-томограмму.

Организм состоит на 75% из воды, молекулы которой участвуют во всех процессах жизнедеятельности на уровне органа, ткани, клетки. Поэтому ЯМР-томограмма связана не

просто с плотностью тканей, а с концентрацией и состоянием ядер водорода (протонов), которые входят в состав молекул воды и других водородосодержащих биологических молекул.

Метод ЯМР-томографии позволяет наблюдать изменения таких характеристик биоткани, как заряд ядер атомов, электронную плотность, а это дает представление о физиологических процессах в организме, их динамике. С помощью ЯМР-томограммы можно оценить физические и химические свойства биотканей, определить содержание воды в них, и, соответственно, наличие отека ткани, что является важнейшей информацией для лечения многих патологических состояний, например, мозга. Снимая в процессе лечения ЯМР-томограммы, можно проследить развитие отека, оценить эффективность лечения. На ЯМР-томограмме можно подробно рассмотреть ствол мозга и спинной мозг, плохо поддающиеся R-томографии. В настоящее время ЯМР-томография – это самый гибкий метод, приспособленный для исследования такой многофункциональной системы, как живой организм.

Контрольные вопросы

1. Что понимают под индуцированным излучением?

2. Что такое антибольцмановское распределение частиц?

3. Какая среда называется активной?

4. Перечислите основные блоки лазера.

5. Расскажите принцип работы рубинового лазера?

6. С какой целью используются лазеры в медицине?

7. Каковы физические основы электронно-парамагнитного и ядерного магнитного резонанса? Расскажите о применении ЯМР-томографии в медицине.