Новейшее применение электромагнитной индукции в медицине.

Магнито – резонансная томография

Интенсивное развитие технологии, разработка новых материалов, совершенствование компьютерной техники привели в последние три десятилетия к появлению целого ряда принципиально новых неинвазивных методов исследования, которые позволяют тем или иным способом увидеть сечение органов, изучить их анатомическое строение, взаиморасположение и провести необходимые измерения.

К таким методам, в частности, относится магнитно-резонансная томография (МР-томография), основанная на явлении ядерно-магнитного резонанса.

Ф еномен ядерного магнитного резонанса был описан независимо друг от друга Е. М. Purcell и F. Bloch в 1946 г., за что авторы получили в 1952 г. Нобелевскую премию. Однако теоретические предпосылки намного опередили возможности практики и только в начале 70-х годов стало возможным использовать явление ядерного магнитного резонанса для получения изображения Р. С. Lauterbur в 1973 г получил томограммы фантомов, заполненных водой, и назвал метод зейгматографией. Но подлинным началом использования МР-т омографии следует считать работы R. Damadian, который в 1976 г. получил томограммы тела экспериментальных животных, а в 1977 г — первые томограммы внутренних органов человека. В течение нескольких лет исследовались в основном голова, шея и головной мозг, что было обусловлено техническими возможностями созданных типов клинических томографов — основным ограничением являлся диаметр катушки, который в то время не превышал 30—35 см. В начале 80-х годов были созданы клинические образцы томографов для всего тела и начался их промышленный выпуск, что привело к лавинообразному потоку публикаций о возможностях исследования почек, надпочечников, печени, суставов, костно - мышечного аппарата и т д. Интенсивно развивалась и сама методика исследования, включая создание все более совершенных компьютерных программ. Если для получения первых изображений требовались часы, то уже через несколько лет — десятки минут, а затем и минуты. В настоящее время в наиболее совершенных приборах имеется возможность получения изображения в реальном масштабе времени. Большая длительность исследования на первом этапе задерживала использование МР-томографии для исследования сердца и крупных сосудов. Только работами С. В. Higgins и соавт., и R J. Herfkens и соавт., выполненными в 1983—1985 гг., началось интенсивное исследование сердца и сосудов с использованием синхронизации изображения.

Ф изические принципы, лежащие в основе МР-томографии, достаточно сложны. Основа метода состоит в том, что при помещении биологического объекта в постоянное магнитное поле ядра некоторых химических элементов (Н¹, С¹³, N¹⁴, Na²³, Р³¹ и др.), обладающие магнитными моментами, начинают вести себя как диполи. Диполи выстраиваются параллельно постоянному магнитному полю и формируют суммарный вектор намагниченности. При этом сами диполи не находятся в статическом положении, они постоянно вращаются с частотой, пропорциональной силе магнитного поля и магнитных свойств самого ядра данного элемента. Для получения явления ядерного магнитного резонанса необходимо облучить объект, помещенный в постоянное магнитное поле, дополнительным радиочастотным полем. Если частота радиосигнала совпадает с параметрами ядра и магнитного поля, то возникает явление резонанса, т. е атомы элемента поглощают энергию дополнительного импульса и переходят на более высокий энергетический уровень.

П осле прекращения действия радиочастотного импульса образованный магнитными моментами ядер суммарный вектор намагниченности, отклонившийся от направления силовых линий основного поля, возвращается в исходное состояние. Во время этого процесса, называемого релаксацией, резонировавшие ядра излучают слабые электромагнитные волны. В катушке индуктивности, окружающей исследуемый объект, при этом возникает переменная электродвижущая сила, амплитудно - частотный спектр и временные характеристики которой несут информацию о пространственной плотности резонирующих ядер (т. е. об их локализации и концентрации), временах релаксации и других параметрах, специфичных для МР. Полученная информация поступает в ЭВМ, где претерпевает сложную трех мерную Фурье трансформацию и в результате выдается на экран дисплея в виде изображения, которое, с одной стороны, отражает анатомическое строение биологического объекта, а с другой — характеризует плотность ядер химических элементов, времена релаксации, распределение скоростей потоков жидкостей, некоторые параметры биохимических обменных процессов и т. д. Выделяются 2 времени релаксации (Т): Т₁ время продольной спин решеточной релаксации, которое отражает взаимодействие резонировавших ядер с другими окружающими их ядрами и молекулами, Т₂— время поперечной спин - спиновой релаксации, которое зависит от взаимодействия магнитных моментов внутри ядра. Эти параметры являются постоянными величинами для ядер определенного элемента при заданной температуре и параметрах постоянного магнитного и переменного радиочастотного полей.

В настоящее время в клинической практике применяются 2 типа МР томографов с резистивным и сверхпроводящим магнитом. В последнем для получения магнитного поля используется явление сверхпроводимости, т. е. катушки электромагнита охлаждаются с помощью жидкого азота и гелия. Аппараты имеют различную напряженность магнитного поля от 0.06 до 1.5 Тл и выше. При этом резистивные магниты дают более низкую напряженность магнитного поля, чем сверхпроводящие магниты. В состав аппарата, помимо магнита, входят радиочастотные и градиентные катушки, которые придают определенную форму основному полю для выбора толщины среза и направления плоскости исследования и принимают резонансный сигнал. В аппарат входят также блоки управления, компьютер, устройства для воспроизведения и хранения изображения. В большинстве случаев МР томография основывается на исследовании распределения протонов, т. е. атомов водорода (Н¹), так как они наиболее распространены в человеческом организме и для получения резонанса от них требуется создание магнитного поля небольшого напряжения.

М Р-томография позволяет получать срезы изображения человеческого тела практически в любой плоскости, не меняя положения тела обследуемого, благодаря лишь переориентации градиентных полей. Следует отметить, что в МР-томографе в отличие от рентгеновского компьютерного томографа нет вращающихся деталей. Разрешающая способность МР-томографии в настоящее время практически не уступает таковой рентгеновской компьютерной томографии. Более того, при исследовании малых биологических объектов на специальных установках достигалась разрешающая способность в 10 мкм, т. е. было возможно получить изображение клетки и ее внутренних структур. Введен даже термин МР-микроскопия.

Для получения более полной информации об объекте в МР-томографии используются различные методики получения изображения, в основном они определяются различной последовательностью радиочастотных импульсов. Наиболее распространенные методики: спин-эхо (SE); инверсия — восстановление (IR); насыщение—восстановление (SR). Наибольшее распространение, получила методика спин-эхо (SE). Это обусловлено ее удобством, высоким качеством изображения, возможностью получать многослойные томограммы с различным временем эхосигнала (ТЕ). Изображен ия, полученные на различных этапах релаксации, позволяют очень детально изучить характер целого ряда патологических процессов. В целом же, если компьютерная томография дает изображение только по одному параметру — плотности тканей для рентгеновских лучей, то в МР-томографии, варьируя импульсную последовательность, можно получить изображения по самым различным параметрам. Помимо этого, в зонах интереса можно рассчитать времена релаксации T₁ и Т₂. Это позволяет ввести некоторые количественные критерии оценки патологических процессов, например опухолей или инфарктов мозга.

Одним из параметров, определяющих возможности томографического метода, является толщина среза. В МР-томографии она колеблется в пределах 5—10 мм. Количество срезов зависит от целей исследования, в среднем их 8, но иногда — до 16 за одно исследование. Большим преимуществом МР-томографии по сравнению с компьютерной томографией является возможность получать изображения в различных плоскостях равного качества.

УВЧ терапия

У ВЧ-терапия представляет собой комплексный лечебный метод, при котором используется воздействие переменного электрического поля ультравысокой частоты (УВЧ), подводимого к проблемным местам организма больного с помощью конденсаторных пластин. При проведении процедур УВЧ-терапии пользуются такими аппаратами, как УВЧ-30, УВЧ-66, «Экран-1», УВЧ 8-30 «Ундатерм» (универсальный аппарат средней мощности, воздействующий с применением конденсаторной методики, индукционного кабеля и настроенного контура), стационарный аппарат «Экран-2». Указанные аппараты (портативные и стационарные) подключают к сети переменного тока напряжением 220 В или 127 В. Электрическая схема этих аппаратов состоит из силового трансформатора, одного контура, который индуктивно связан с терапевтическим устройством, имеющим конденсаторные пластины — электроды, через которые осуществляется воздействие импульсным полем ультравысокой частоты на проблемные (патологические очаги) места пациента.

Конденсаторные пластины-электроды представляют собой:

• дисковые металлические пластины небольших размеров с покрытием из изолирующего материала (пластмассы, резины, оргстекла);

• гибкие мягкие прямоугольные пластины площадью 150, 300 и 600 см².

П роцедуру проводят, используя две конденсаторные платины, которые располагают поперечно, продольно или под углом по отношению к поверхности тела, при этом между ними расстояние должно быть не менее диаметра пластины, в противном случае могут произойти повышение напряженности поля и перегревание кожного покрова у пациента (вплоть до ожога). В том случае, когда конденсаторные пластины-электроды располагаются поперечно, то силовые линии электрического поля, возникающие при включении аппарата, пронизывают всю толщу очага воздействия на теле пациента. Такая методика применяется при глубоком расположении очага поражения (патологическом). В другом случае, когда патологический очаг находится на поверхности тела пациента, конденсаторные пластины-электроды устанавливают продольно. По данной методике силовые линии электрического поля располагаются поверхностно, но охватывают патологический очаг на небольшую глубину, не проникая вглубь. В медицинской практике чаще всего применяется первая методика с поперечным расположением конденсаторных пластин.

П ри проведении процедур УВЧ-терапии обязательно соблюдается такое условие: между пластиной-электродом и поверхностью тела пациента оставляют воздушный зазор, величина которого определяется глубиной патологического очага. Например, при поверхностном расположении очага поражения воздушный зазор устанавливается в 0,5—1 см, а при глубоком — от 2 до 4 см. При этом общая величина зазора под обеими пластинами не должна превышать 6 см при использовании портативных аппаратов. Кроме того, воздушный зазор необходимо сохранять неизмененным во время всей процедуры. Это достигается применением специальных прокладок из перфорированного (т.е. с небольшими отверстиями) войлока или фетра определенной толщины. При проведении процедур УВЧ детям и подросткам эти прокладки фиксируются на пластинах-электродах, аналогично поступают и при использовании гибких мягких электродов.

При выполнении процедур УВЧ соблюдают такое условие: воздушный зазор между одним из электродов-пластин и патологическим очагом должен быть минимальным — от 2 до 1 см, а зазор под другим электродом — большим, но не более 4 см. Например, при пневмонии заднего сегмента нижней доли легкого справа пластину-электрод спереди располагают с воздушным зазором в 4 см, а сзади — в 2 см. В зависимости от величины патологического очага при процедурах УВЧ применяют пластины-электроды №1,2 или 3.

При выполнении процедур УВЧ производят дозирование воздействия электрического поля на очаг поражения (патологический) по выходной мощности соответствующего аппарата, по тепловым ощущениям пациента, а также по времени воздействия. В медицинской практике процедур УВЧ на основании ощущений пациенты различают дозы: атермические, олиготермические и термические. При атермической дозе теплообразование в патологическом очаге несущественно, поэтому тепловыми рецепторами кожи не воспринимается, а в итоге у пациента не возникает ощущения тепла. Для получения атермической и олиготермической дозы при проведении процедур УВЧ обычно используют наименьшую выходную мощность соответствующего аппарата. В том случае, когда пациентом отмечается ощущение интенсивного тепла, увеличивают воздушный зазор в допустимых пределах.

Уменьшать тепловую дозу за счет нарушения резонанса, ориентируясь на слабое свечение неоновой лампочки, внесенной в электрическое поле УВЧ, не рекомендуется. Инструкциями Минздрава России установлено, что воздействие электрическим полем УВЧ у взрослых в области лица, шеи проводят при мощности тока в 20—30—40 Вт, в области грудной клетки, органов брюшной полости и малого газа — в 70—80—100 Вт, на мелкие суставы кистей, лучезапястные, локтевые, на плечевые — 30—40 Вт, на голеностопные, коленные, тазобедренные суставы — 70—80— 100 Вт.

П ри проведении процедур УВЧ у детей и подростков мощность воздействия устанавливается в зависимости от возраста. Например, при воздействии электрическим полем УВЧ в области лица и шеи устанавливают 15—20—30 Вт, в области грудной клетки, брюшной полости — 30—40—70 Вт, на верхние и нижние конечности — 15—20—30—40 Вт. Для сохранения постоянного воздушного зазора при проведении процедур УВЧ-тераиии у детей и подростков между пластинами-электродами и поверхностью тела помещают войлочные или фланелевые круги толщиной 1, 2, 3 см в зависимости от воздушного зазора. Процедуру проводят ежедневно, но иногда через день. На весь курс лечения УВЧ-терапии назначают от 5 до 15 процедур у взрослых и от 4 до 12 — у детей.

Механизм действия УВЧ-поля относительно сложен и выражается в колебательных движениях заряженных частиц с последующими физико-химическими изменениями в клеточной и молекулярной структуре тканей в области воздействия на патологический очаг пациента. В результате процессов, происходящих в поверхностных и глубоких тканях под воздействием УВЧ-поля, отмечается выделение тепла с разной интенсивностью, зависящей от мощности подаваемого к пластинам-электродам тока. В то же время применение УВЧ-поля в нетепловой дозировке по утвержденным Минздрава России методикам оказывает выраженное осцилляторное действие. Изолировать тепловое и осцилляторное действие практически невозможно, поэтому ответные реакции организма пациента при воздействии на патологические очаги связаны с суммарным эффектом действия электрического поля УВЧ, но при некоторых методиках проведения процедур возможно создание преимущества теплового или осциллярного действия. Лечение с помощью аппарата УВЧ является одним из наиболее распространённых методов терапии. Аппараты для проведения для этой процедуры выпускаются давно и находятся почти в каждой больнице. К сожалению, большинство аппаратов устарели и требуют замены.