34. МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНАЯ ТОМОГРАФИЯ

Магнитно-резонансная томография (МРТ) - это метод отображения, основанный на явлении ядерно-магнитного резонанса (ЯМР) и используемый

преимущественно для медицинских исследований. Ее преимущество перед

КТ состоит в более высокой разрешающей способности, большей контраст-

ности изображений, возможности получения срезов в различных плоскостях

и отсутствии гамма-лучевого воздействия на пациента. МРТ по сравнению с

КТ позволяет составить более чёткое представление об объёме и неравно-

мерности распространения опухолей.

2.1. Этапы развития МРТКонцепция ядерного магнитного резонанса началась с открытия спиновой природы протона и изучения взаимодействия спина с

магнитным полем. Явление магнитного резонанса впервые было применено для

изучения химии и структуры твердых тел и жидкостей. Прошли почти 40 лет

прежде, чем МР стал применяться в медицине. Особо активное развитие МРТ

происходило во второй половине ХХ века.

3 июля 1977 было получено первое изображение среза человеческого тела на первом прототипе МР сканера.

2.2. Физические основы МРТ

Для проведения ЯМР исследования необходимо поместить объект в мощное, статическое и однородное в пространстве магнитное поле, создающее внутри тканей изображаемого объекта макроскопическую ядерную намагниченность. В ЯМР томографии регистрация сигнала происходит от резонирующих ядер, имеющих как спин, так и магнитный момент. Чаще всего в МРТ используются протоны водорода 1Н по двум причинам: высокой чувствительности к МР сигналу и их высокому естественному содержанию в биологических тканях.

При помещении объекта в постоянное магнитное поле ядра, обладающие спинами и магнитными моментами, начинают вести себя как диполи, выстраиваясь параллельно постоянному магнитному полю и формируя суммарный вектор намагниченности. При этом сами диполи не находятся в статическом положении, а посто-

янно вращаются (рис. 23в) по конусу вокруг направления поля B0 с частотой, пропорциональной силе магнитного поля и зависящей от магнитныхсвойств ядра. На практике для получения сигнала от ядер необходимо облучить объект, помещенный в постоянное магнитное поле, дополнительным РЧ полем.

Если частота РЧ-сигнала совпадает с параметрами ядра и магнитного поля,то возникает резонанс - атомы элемента поглощают энергию импульса и переходят на более высокий энергетический уровень.

Приложенное магнитное поле B0 вызывает циркуляцию в электронном облаке, окружающем ядро, и возникает вторичное магнитное поле B', противоположное полю B0 (рис. 24).

Это магнитное экранирование дает такой эффект, что более сильное внешнее поле требует выполнения условия резонанса в эксперименте, когда поле изменяется, в то время как в постоянном поле B0 условие резонанса выполняется на более низкой частоте, чем ожидаемая.

Интенсивность регистрируемого МР-сигнала определяется четырьмя

основными параметрами:

- протонной плотностью (количеством протонов в исследуемой ткани);

- временем спин-решеточной релаксации T1 ;

- временем спин-спиновой релаксации T2 ;

- движением или диффузией исследуемых структур.

T1 и T2 релаксация это сложные процессы, зависящие в основном от магнитного взаимодействий между молекулами, которые постоянно движутся и имеют собственное магнитное поле. Это означает, что локальное магнитное поле, испытываемое протонами, будет колебаться из-за магнитного взаимодействия между ближайшими молекулами.

2.3. Основные блоки мр-томографа.

МР томограф состоит из следующих основных блоков: магнита, градиентных, шиммирующих и РЧ катушек, охлаждающей системы, систем приема, передачи и обработки данных, системы экранирования (рис.25)

Магнит является самой дорогой частью МР томографа, создающей сильное устойчивое магнитное поле. Большинство современных магнитов, выпускаемых различными производителями, являются сверхпроводящими.

Внутри магнита расположены градиентные катушки, предназначенные

для создания контролируемых изменений главного магнитного поля

Шиммирующие катушки это катушки с малым током, создающие вспо-

могательные магнитные поля для компенсации неоднородности главного

магнитного поля томографа, вызванной дефектами магнита или присутствием внешних ферромагнитных объектов.

РЧ катушка представляет собой одну или несколько петель проводника, создающих магнитное поле B1 , необходимое для поворота спинов на 90° или 180° регистрирующих сигнал поперечной намагниченности от спинов внутри тела.

Качество МР изображений зависит от соотношения сигнал/шум регистрируемого сигнала и каждый МР томограф имеет несколько отображающих катушек для применения в разнообразных ситуациях. По конструкции РЧ-катушки обычно разделяются на две категории: поверхностные и объемные.

Объемной катушкой называется РЧ катушка, окружающая исследуемую часть тела. Такие катушки имеют лучшую РЧ однородность.

Поверхностная катушка – вид принимающей катушки, помещаемой непосредственно на области интереса.

Аналого-цифровой преобразователь преобразует МР-сигнал в цифровой сигнал, который обрабатывается с помощью Фурье-преобразования и отображается в виде изображения на мониторе.

Компьютер управляет программатором градиентов, определяющим вид и амплитуду каждого из трех градиентных полей необходимых для получения данных, а также обработкой данных для отображения изображений. Градиентный усилитель увеличивает мощность градиентных импульсов до уровня, достаточного для управления градиентными катушками.

Комнату сканирования окружает клетка Фарадея - электрически проводящий экран (медная сетка или листы алюминия), уменьшающий влияние внешних радиоволн

на работу МР-томографа и предотвращающий выход РЧ волн за пределы процедурной комнаты.

2.4. Классификация мр томографов

По типу магнита: постоянные, резистивные, сверхпроводящие, гибридные системы.

В зависимости от напряженности основного магнитного поля МР-томографы

классифицируются на:

- сверхнизкие (менее 0,1 Тл);

- низкопольные (0,1-0,4 Тл);

- среднепольные (0,5 Тл);

- высокопольные (1-2 Тл);

- сверхвысокопольные (свыше 2 Тл).

Более 90% парка МР-томографов составляют модели со сверхпроводящими магнитами.

По виду конструкции МР-томографы бывают открытые и закрытые.МРТ открытой конструкции имеют обычно горизонтальные или вертикальные противостоящие магниты и дают больше пространства вокруг пациента. Сегодня промышленность выпускает свыше 2000 МР-сканеров ежегодно, причём около 40% на США.

2.5. Построение изображения

МР изображение по сути является рассчитанной картой или изображением РЧ сигналов, испускаемых телом человека. Сигнал представляет собой одновременное получение компонент намагничивания Mx и M y как функции времени и регистрируется с помощью двух отдельных каналов датчика, дающих информацию о компонентах сигнала (амплитуде, фазе, частоте).

Интенсивность каждого элемента МР изображения (пиксела) пропорциональна интенсивности сигнала от соответствующего элемента объема 3D пространства (воксела) для данной толщины среза. Пикселы часто используются для измерения разрешения (или точности) изображений.