Ядерный магнитный резонанс. Ямр-интроскопия (магнито-резонансная томография)

Избирательное поглощение электромагнитных волн опре­деленной частоты веществом в постоянном магнитном по­ле, обусловленное переориентацией магнитных моментов ядер, называют ядерным магнитным резонансом.

Для химических соединений, в которых наблюдается ЯМР ядер, занимающих химически эквивалентные места в молекуле, наблюдается одиночная линия. Соединения более сложного стро­ения дают спектры из многих линий.

По химическому сдвигу, числу и положению спектральных линий можно установить структуру молекул.

Химики и биохимики широко.используют метод ЯМР для исследования структуры от простейших молекул неорганических веществ до сложнейших молекул живых объектов, а также при решении многих задач, связанных с протеканием химических реакций, изучением структур исходных веществ и получающихся в результате реакций продуктов. Одним из преимуществ этого ана­лиза является то, что он не разрушает объектов исследования, как это происходит, например, при химическом анализе.

Очень интересные возможности для медицины может дать опре­деление параметров спектра ЯМР во многих точках образца. Посте­пенно, послойно проходя весь образец (сканируя), можно получить полное представление о пространственном распределении молекул, содержащих, например, атомы водорода или фосфора (при магнит­ном резонансе от протонов или ядер фосфора соответственно).

Все это осуществляется без разрушения образца, и поэтому можно проводить исследование на живых объектах. Такой метод называют ЯМР-интроскопией (об интроскопии см. § 19.8) или магнито-резонансной томографией (МРТ). Он позволяет разли­чать кости, сосуды, нормальные ткани и ткани со злокачествен­ной патологией. ЯМР-интроскопия позволяет различать изобра­жение мягких тканей, например, отличает изображение серого вещества мозга от белого, опухолевых клеток от здоровых, при этом минимальные размеры патологических «включений» могут составлять доли миллиметра. Можно ожидать, что ЯМР-интрос­копия станет эффективным методом диагностики заболеваний, которые связаны с изменением состояний органов и тканей.

Частота электромагнитных волн, вызывающих переходы меж­ду энергетическими состояниями при ЭПР и ЯМР, соответствует радиодиапазону. Поэтому оба этих явления относятся к радио­спектроскопии.

Физические основы применения рентгеновского излучения в медицине

Одно из наиболее важных медицинских применений рентге­новского излучения — просвечивание внутренних органов с диаг­ностической целью (рентгенодиагностика).

Для диагностики используют фотоны с энергией порядка 60— 120 кэВ. При этой энергии массовый коэффициент ослабления в ос­новном определяется фотоэффектом. Его значение обратно пропор­ционально третьей степени энергии фотона, в чем проявляется большая проникающая способность жесткого из­лучения, и пропорционально третьей степени атомного номера ве­щества-поглотителя:

Поглощение рентгеновских лучей почти не зависит от того, в каком соединении атом представлен в веществе, поэтому можно легко сравнить массовые коэффициенты ос­лабления ц_тк кости Са₃(РО₄)₂ и ц_тв мягкой ткани или воды Н₂О.

Существенное различие поглощения рентгеновского излуче­ния разными тканями позволяет в теневой проекции видеть изо­бражения внутренних органов тела человека.

Рентгенодиагностику используют в двух вариантах: рентгено­скопия — изображение рассматривают на рентгенолюминесци-рующем экране, рентгенография — изображение фиксируется на фотопленке.

Если исследуемый орган и окружающие ткани примерно оди­наково ослабляют рентгеновское излучение, то применяют специ­альные контрастные вещества. Так, например, наполнив желудок и кишечник кашеобразной массой сульфата бария, можно видеть их теневое изображение.

Яркость изображения на экране и время экспозиции на фото­пленке зависят от интенсивности рентгеновского излучения. Если его используют для диагностики, то интенсивность не может быть сделана большой, чтобы не вызвать нежелательных биологиче­ских последствий. Поэтому имеется ряд технических приспособ­лений, улучшающих изображение при малых интенсивностях рентгеновского излучения. При массовом обследовании населе­ния широко используется вариант рентгенографии — флюорогра­фия, при которой на чувствительной малоформатной пленке фик­сируется изображение с большого рентгенолюминесцирующего экрана. При съемке используют линзу большой светосилы, гото­вые снимки рассматривают на специальном увеличителе.

Интересным и перспективным вариантом рентгенографии яв­ляется метод, называемый рентгеновской томографией, и его «машинный вариант» — компьютерная томография.