II. Магнітно-резонансний метод дослідження
1.
Історія створення магнітно-резонансної інтроскопії зацікавлена. У 1946 групи дослідників у Стандфордском і Гарвардському університетах незалежно друг від друга відкрили явище, що було названо ядерно-магнітним резонансом (ЯМР). Суть його полягала в тому, що ядра деяких атомів, знаходячись у магнітному полі, під дією зовнішнього електромагнітного полючи здатні поглинати енергію, а потім випускати її у виді радіосигналу. За це відкриття Ф. Блоч і Е. Персель у 1952 минулому визнані гідними Нобелівської премії. Новий феномен незабаром навчилися використовувати для спектрального аналізу біологічних структур (Ямр-спектроскопія). У 1973 Пауль Лаутербур уперше показав можливість за допомогою Ямр-сигналів одержати зображення — він представив зображення двох наповнених водою капілярних трубочок. Так народилася Ямр-томография. Перші ЯМР-томограми внутрішніх органів живої людини були продемонстровані в 1982 на Міжнародному конгресі радіологів у Парижеві.
2.
Магнітно-резонансна інтроскопія заснована на явищі ядерно-магнітного резонансу. Якщо систему, що знаходиться в постійному магнітному полі, опромінити зовнішнім перемінним електромагнітним полем, частота якого точно дорівнює частоті переходу між енергетичними рівнями ядер атомів, то ядра почнуть переходити у вищележачі по енергії квантові стани. Інакше кажучи, спостерігається виборче (резонансне) поглинання енергії електромагнітного полючи. При припиненні впливу перемінного електромагнітного полючи виникає резонансне виділення енергії.
Магнітно-резонансне дослідження спирається на здатність ядер деяких атомів поводитися як магнітні диполі. Цією властивістю володіють ядра, що містять непарне число нуклонів, зокрема 11Н, 136C, 199F і 3115P. Ці ядра відрізняються ненульовим спином і відповідним йому магнітним моментом.
Сучасні Мр-томографи «набудовані» на ядра водню, тобто на протони (ядро водню складається з одного протона). Протон знаходиться в постійному обертанні. Отже, довкола нього теж мається магнітне поле, що має магнітний чи момент спин. При приміщенні обертового протона в магнітне поле виникає прецесировання протона (щось начебто обертання вовчка) навколо осі, спрямованої уздовж силових ліній прикладеного магнітного полючи. Частота прецесировання, називана також резонансною частотою, залежить від сили статичного магнітного полючи. Наприклад, у магнітному полі напруженістю 1 Тл (тесла) резонансна частота протона дорівнює 42,57 Мгц.
Розташування прецесируючого протона в магнітному полі може бути двояким: по напрямку полючи і проти його. В останньому випадку протон має більшу енергію, чим у першому. Протон може змінювати своє положення: з орієнтації магнітного моменту по полю переходити в орієнтацію проти полючи, тобто з нижнього енергетичного рівня на більш високий.
Звичайно додаткове радіочастотне поле прикладається у виді імпульсу, причому в двох варіантах: більш короткого, котрий повертає протон на 90°, і більш тривалого, що повертає протон на 180°. Коли радіочастотний імпульс закінчується, протон повертається у вихідне положення (говорять, що настає його релаксація), що супроводжується випромінюванням порції енергії. Час релаксації протона строго постійно. При цьому розрізняють два часи релаксації: t1 — час релаксації після 180° радіочастотного імпульсу і Т2 — час релаксації після 90° радіочастотного імпульсу. Як правило, показник t1 більше Т2.
За допомогою спеціальних приладів можна зареєструвати сигнали (резонансне випромінювання) від релаксуючих протонів, і на їхньому аналізі побудувати представлення про досліджуваний об'єкт. Магнітно-резонансними характеристиками об'єкта служать 3 параметри: щільність протонів, t1 і Т2. t1 називають спин-ґратчастої, чи подовжньої, релаксацією, а Т2 — спин-спінової, чи поперечної, релаксацією. Амплітуда зареєстрованого сигналу характеризує щільність чи протонів, що ту ж саме, концентрацію елемента в досліджуваному середовищі. Що ж стосується часу t1 і Т2, то вони залежать від багатьох факторів (молекулярної структури речовини, температури, в'язкості й ін.).
Варто дати два пояснення. Незважаючи на те, що метод заснований на явищі ЯМР, його називають магнітно-резонансним (МР), опускаючи «ядерно». Це зроблено для того, щоб у користувачів не виникало думки про радіоактивність, зв'язаної з розпадом ядер атомів. І друга обставина: Мр-томографи не випадково «набудовані» саме на протони, тобто на ядра водню. Цього елемента в тканинах дуже багато, а ядра його володіють найбільшим магнітним моментом серед всіх атомних ядер, що обумовлює досить високий рівень Мр-сигналу.
У принципі для Мр-інтроскопії можна використовувати не тільки ядра атомів водню, але й інші ядра, здатні генерувати Мр-сигнали. Але їхня концентрація в тканинах значно нижче, унаслідок чого чутливість методу і якість зображення погіршуються. Наприклад, при Мр-томографії з ядрами атомів фосфору витримка поки ще досягає однієї години.
Безпосередній аналіз електромагнітних сигналів релаксирующих протонів використовують для Мр-спектроскопії. Спеціальна ж обробка цих сигналів у комп'ютері дозволяє одержати зображення шарів досліджуваного об'єкта. Такі дослідження назвали МР-томографиєю.
3.
Магнітно-резонансна томографія (МРТ) — один з варіантів магнітно-резонансної інтроскопії. МРТ дозволяє одержувати зображення будь-яких шарів тіла людини. Більшість сучасних Мр-томографів «набудовано» на реєстрацію радіосигналів ядер водню, що знаходяться в тихорєцькій чи рідині жировій тканині. Тому Мр-томограма являє собою картину просторового розподілу молекул, що містять атоми водню.
Система для МРТ складається з магніту, що створює статичне магнітне поле. Магніт порожній, у ньому мається тунель, у якому розташовується пацієнт. Стіл для пацієнта має автоматичну систему керування рухом у подовжньому і вертикальному напрямку. Для радіохвильового порушення ядер водню і наведення ефекту спина усередині основного магніту встановлюють додатково високочастотну котушку, що одночасно є і приймачем сигналу релаксації. За допомогою спеціальних котушок накладають додаткове магнітне поле, що служить для кодування Мр-сигналів від пацієнта.
При впливі радіочастотних імпульсів на прецесируючи в магнітному полі протони відбувається їхнє резонансне порушення і поглинання енергії. При цьому резонансна частота пропорційна силі прикладеного статичного полючи. Після закінчення імпульсу відбувається релаксація протонів: вони повертаються у вихідне положення, що супроводжується виділенням енергії у виді Мр-сигналу. Цей сигнал подається на ЕОМ для аналізу. Мр-установки містять у собі могутні високопродуктивні комп'ютери.
У сучасних системах Мр-томографів для створення постійного магнітного полючи застосовують або резистивні магніти великих розмірів, або сверхпровідні магніти. Резистивні магніти дають порівняно невисоку напруженість магнітного полючи — близько 0,2—0,3 Тл. Установки з такими магнітами мають невеликі розміри, можуть бути розміщені в такім же приміщенні, як рентгенологічний кабінет, зручні в експлуатації. Для Мр-спектроскопфї вони непридатні.
Сверхпровідні магніти забезпечують напруженість магнітного полючи до 30 Тл. Однак вони вимагають глибокого охолодження — до —269°, що досягається приміщенням магніту в камеру з рідким гелієм. Та у свою чергу знаходиться в камері з рідким азотом, температура якого —196°, і потім – у зовнішній вакуумній камері.
4.
GYREX Privilege компактний магніторезонансний томограф з напруженістю полючи 0,5 Т
для установки потрібно всього 35 кв. м
компактний сверхпровідний магніт вагою всього 3,5 тонни і неоднорідністю полючи +/- 2 ppm для сфери діаметром 40 см
невелика довжина в 1, 52 м зменшує клаустрофобію
високоефективна екранована градиєнтна система з піковим градієнтом 15 мт/м і швидкістю наростання 30 мт/м/сек
широкий набір котушок з убудованими передпідсилювачами
високоточний цифровий радіочастотний тракт гарантує точність і повторюваність РЧ імпульсів
багатоканальний цифровий приймач, що містить до 8 індивідуальних каналів, забезпечує збір даних з різних котушок, включаючи використання котушок з фазированою антеною ґратами
МР Ангіографія реального часу з дозволом 1024х1024 > набір сверхшвидких послідовностей
процедура автоматичного шимировання, включаючи спектрально-селективне жир/вода придушення
унікальний об'ємний локалізатор, що дозволяє візуалізувати обране розташування шарів у трьохрозмірному обсязі для оптимізації вибору параметрів слоя
ефективна техніка стробіровання для придушення кардіоартифактів і артифактів подиху
динамічний процес відображення ("еволюція") для спостереження за формуванням зображення
GYREX Prima 1TG високоефективний магніторезонансний томограф з напруженістю полючи 1 Т
компактний сверхпровідний магніт вагою всего 2,9 тонни і неоднорідністю +/- 2 ppm для сфери діаметром 45 см
унікальна система подвійних градиєнтних котушок забезпечує сумарний градієнт полючи в 51 мт/м, що дозволяє реалізувати МР мікроскопію
набір допоміжних градієнтів забезпечує піковий градієнт 30 мт/м і швидкість наростання 72 мт/м/сек
широкий набір котушок із круговою поляризацією для різних частин тіла
убудовані передпідсилювачі дозволяють збільшити співвідношення сигнал/шум на 15 %
оптимізовані МР ангіографіческі послідовності для ангіографічного обстеження всіх частин тіла
ефективна техніка стробіровання для придушення кардіоартифактів і артифактів подиху
набори сверхшвидких послідовностей, включаючи відгук-планарне відображення
процедура автоматичного шимировання, включаючи спектрально-селективне жир/вода придушення
унікальний об'ємний локалізатор, що дозволяє візуалізувати обране розташування шарів у трьохрозмірному обсязі для оптимізації вибору параметрів шару
GYREX Esteem високорентабельний магніторезонансний томограф з напруженістю полючи 1,5 Т
> компактний сверхпровідний магніт вагою всього 2 тонни
> споживання гелію менш 0,07 л/година
> неоднорідність полючи +/- 2 ppm для сфери діаметром 40 см і 0,01 ppm для сфери 10 см (автошимировання)
> високоефективна екранована градиєнтна система з піковим градієнтом 20 мт/м і швидкістю наростання 29 мт/м/сек
> оптимізовані послідовності для часупролітної і з фазовим контрастуванням МР ангіографії
> удосконалені послідовності, як наприклад 3D інверсія/насичення швидке спин луна
> набори сверхшвидких послідовностей, включаючи відгук-планарне відображення
> процедура автоматичного шимирования для відмінного спектрально-селективного придушення жиру
GYREX 2T Prestige високопродуктивний магніторезонансний томограф з напруженістю полючи 2 Т
> широкий набір котушок з убудованими передпідсилювачами
> найвища клінічно припустима сила полючи з високою однорідністю дозволяє виконувати як звичайні МР дослідження, так і локальну спектроскопію
> неоднорідність полючи +/- 2 ppm для сфери діаметром 50 см
> високе співвідношення сигнал/шум дозволяє на практиці використовувати ультракороткі процедури збору без збитку для якості діагностики
> багатоканальний цифровий приймач, що містить до 10 індивідуальних каналів, забезпечує одночасний збір даних з різних котушок, включаючи використання котушок з фазірованою антеною ґратами
> МР ангіографія реального часу з дозволом 1024х1024
> набори сверхшвидких послідовностей, включаючи відгук-планарне відображення
> виконання збору спектральної інформації з використанням спеціальних імпульсних послідовностей і звичайних котушок