Вопрос №81

сегодня уже стало привычным направлять пациента не на рентгенографию, не на электрокардиограмму, а на ЯМР-томографию. Для того чтобы разобраться, что стоит за этими словами, следует начать издалека, а именно с понимания того, что такое магнетизм атомного ядра. Но еще до этого нам надо ввести важные понятия, которые отсутствуют в основном курсе школьной физики.

Магнитный момент

Магнитные свойства маленького плоского контура с током, помещенного в магнитное поле, определяются магнитным моментом этого тока, равным

Рис. 1. Магнитный момент контура с током. Изображение: «Квант»

где I — ток, S — площадь контура,  — вектор нормали к контуру, построенный по правилу буравчика (рис. 1).

В частности, энергия контура в магнитном поле с индукцией равна

    

(ось z направлена вдоль ).

Для поворота контура с изменением проекции вектора от μ_z до –μ_z надо совершить работу А = 2μ_zB.

Атомный электрон, движущийся по орбите вокруг атомного ядра, можно считать эквивалентным круговому току и приписать ему магнитный момент. Наличие такого «орбитального» магнитного момента у электрона проявляется в изменении его энергии при помещении атома в магнитное поле (формула для W).

При тщательном анализе экспериментальных данных оказалось, что свойства атома во внешнем магнитном поле определяются не только движением электрона вокруг ядра, но и наличием у электрона скрытого «внутреннего вращения», которое назвали спином. Спин есть у всех элементарных частиц (у некоторых спин равен нулю). Интенсивность «вращения» описывается спиновым числом s, которое может быть только целым или полуцелым. Для электрона, протона, нейтрона  s = 1/2. «Внутреннее вращение», аналогично орбитальному, приводит к появлению у частицы спинового магнитного момента. Проекция спинового магнитного момента на ось z (направление магнитного поля) принимает значения

μ_z = γm_sћ ,

Рис. 2. Только одна проекция вектора магнитного момента постоянна, две другие быстро меняются. Изображение: «Квант»

где ћ = h/(2π) — постоянная Планка, m_s принимает (2s + 1) значений: –s, –s + 1, ..., s – 1, s, а γ называют гиромагнитным фактором. Сам вектор имеет модуль больше, чем его максимальная проекция: , т. е. во всех стационарных состояниях расположен под углом к оси z и быстро вращается вокруг этой оси: μ_z = const, μ_x и μ_y быстро меняются (рис. 2). Для электрона, протона, нейтрона m_s принимает всего два значения: . Для электрона , для протона . Спиновый магнитный момент есть даже у нейтрона, несмотря на то что он в целом электронейтрален. (Это свидетельствует о том, что нейтрон должен иметь внутреннюю структуру. Как и протон, он состоит из заряженных кварков.) Для нейтрона .

Видно, что магнитный момент протона и нейтрона на три порядка (–10³) меньше, чем магнитный момент электрона (их масса примерно в 2000 раз больше). Примерно такой же по порядку величины магнитный момент должен быть у всех остальных атомных ядер, состоящих из протонов и нейтронов. Магнитные моменты всех ядер измерены с большой точностью. Именно наличие у ядер этих маленьких (в сравнении с атомными) магнитных моментов, значения которых различны для разных ядер, и лежит в основе явления ЯМР — ядерного магнитного резонанса, а также ЯМР-томографии. Мы в основном будем говорить о ядрах водорода — протонах, которые имеют наиболее широкое распространение в природе. Изотопом водорода является дейтерий, чье ядро также обладает магнитным моментом.

Что такое ядерный магнитный резонанс

Рассмотрим ядро атома водорода (протон) во внешнем магнитном поле . Протон может находиться только в двух стационарных квантовых состояниях: в одном из них проекция магнитного момента на направление магнитного поля положительна и равна

а в другом — такая же по модулю, но отрицательная. В первом состоянии энергия ядра в магнитном поле равна –μ_zB, во втором +μ_zB. Изначально все ядра находятся в первом состоянии, а для перехода во второе состояние ядру надо сообщить энергию

ΔE = 2μ_zB.

Нетрудно понять, что заставить ядро изменить направление своего магнитного момента можно, подействовав на него электромагнитным излучением с частотой ω, соответствующей переходу между этими состояниями:

ћω = 2μ_zB.

Подставляя сюда магнитный момент протона, получим

откуда для B = 1 Тл находим частоту волны: ν ≈ 4·10⁷ Гц и соответствующую длину волны: λ = с/ν ≈ 7 м — типичные частота и длина волны радиовещательного диапазона. Фотоны именно этой длины волны поглощаются ядрами с переворотом магнитных моментов по отношению к направлению поля. При этом их энергия в поле повышается как раз на величину, соответствующую энергии такого кванта.

Отметим, что в экспериментах по ЯМР, т. е. для типичных частот среднего радио-вещательного диапазона, электромагнитные волны используются вовсе не в том виде, к которому мы привыкли при обсуждении распространения света или поглощения и излучения света атомами. В простейшем случае мы имеем дело с катушкой, по которой протекает созданный генератором переменный ток радиочастоты. Образец, содержащий исследуемые ядра, которые мы хотим подвергнуть воздействию электромагнитного поля, помещается на оси катушки. Ось катушки, в свою очередь, направлена перпендикулярно статическому магнитному полю B₀ (последнее создается с помощью электромагнита или сверхпроводящего соленоида). При протекании по катушке переменного тока на ее оси индуцируется переменное магнитное поле B₁, амплитуда которого выбирается гораздо меньшей величины B₀ (обычно в 10000 раз). Это поле осциллирует с той же частотой, что и ток, т. е. с радиочастотой генератора.

Если частота генератора близка к вычисленной частоте, то происходит интенсивное поглощение ядрами водорода квантов света с переходом ядер в состояние с отрицательной проекцией μ_z (поворот ядер). Если же частота генератора отличается от вычисленной, то поглощения квантов не происходит. Именно в связи с резкой (резонансной) зависимостью от частоты переменного магнитного поля интенсивности процесса передачи энергии от этого поля ядрам атомов, сопровождаемое поворотом их магнитных моментов, явление получило название ядерного магнитного резонанса (ЯМР).

Как же можно заметить такие перевороты ядерных моментов по отношению к статическому магнитному полю? Будучи вооруженными современной техникой ЯМР, это оказывается совсем нетрудно: выключив создающий поле B₁ генератор радиочастоты, следует одновременно включить приемник, использующий ту же катушку в качестве антенны. При этом он будет регистрировать радиоволны, излучаемые ядрами по мере их возвращения к первоначальной ориентации вдоль поля B₀. Этот сигнал индуцируется в той же катушке, посредством которой ранее возбуждались магнитные моменты. Его временная зависимость обрабатывается компьютером и представляется в виде соответствующего спектрального распределения.

Из этого описания вы можете представить, что ЯМР-спектрометр весьма существенно отличается от привычных спектрометров, проводящих измерения в диапазоне видимого света.

До сих пор мы рассматривали упрощенную картину: поведение в магнитном поле изолированного ядра. В то же время понятно, что в твердых телах или жидкостях ядра совсем изолированными не являются. Они могут взаимодействовать между собой, а также и со всеми другими возбуждениями, распределение по энергиям которых определяется температурой и статистическими свойствами системы. Взаимодействия возбуждений различной природы, их происхождение и динамика являются предметом изучения современной физики конденсированного состояния.

Как был открыт ЯМР

Первые сигналы, соответствующие ядерному магнитному резонансу, были получены более шестидесяти лет назад группами Феликса Блоха в Оксфорде и Эдварда Парселла в Гарварде. В те времена экспериментальные трудности были огромны. Все оборудование изготавливалось самими учеными прямо в лабораториях. Вид аппаратов того времени несопоставим с сегодняшними (использующими мощные сверхпроводящие соленоиды) приборами ЯМР, которые можно увидеть в больницах или поликлиниках. Достаточно сказать, что магнит в экспериментах Парселла был создан с использованием утиля, найденного на задворках Бостонской трамвайной компании. При этом он был калиброван настолько плохо, что магнитное поле в действительности имело величину большую, чем требовалось для переворота ядерных моментов при облучении радиоволнами с частотой ν = 30 МГц (частота радиогенератора) .

Парселл со своими молодыми сотрудниками тщетно искали подтверждения того, что явление ядерного магнитного резонанса имело место в его экспериментах. После многих дней бесплодных попыток разочарованный и грустный Парселл решает, что ожидаемое им явление ЯМР не наблюдаемо, и дает указание выключить питающий электромагнит ток. Пока магнитное поле уменьшалось, разочарованные экспериментаторы продолжали глядеть на экран осциллографа, где все это время надеялись увидеть желанные сигналы. В некоторый момент магнитное поле достигло необходимой для резонанса величины, и на экране неожиданно появился соответствующий ЯМР сигнал. Если бы не счастливый случай, возможно прошли бы еще многие годы, прежде чем существование этого замечательного явления было бы подтверждено экспериментально.

С этого момента техника ЯМР стала бурно развиваться. Она получила широкое применение в научных исследованиях в областях физики конденсированного состояния, химии, биологии, метрологии и медицины. Наиболее известным применением стало получение с помощью ЯМР изображения внутренних органов.

Как осуществляется визуализация внутренних органов посредством ЯМР

До сих пор мы неявно предполагали, что, в пренебрежении влиянием слабых электронных токов в катушках, магнитное поле, в которое помещаются ядра, однородно, т. е. имеет одну и ту же величину во всех точках. В 1973 году Пол Латербур предложил проводить ЯМР-исследования, помещая образец в магнитное поле, меняющееся от точки к точке. Понятно, что в этом случае и резонансная частота для исследуемых ядер изменяется от точки к точке, что позволяет судить об их пространственном расположении. А поскольку интенсивность сигнала от определенной области пространства пропорциональна числу атомов водорода в этой области, мы получаем информацию о распределении плотности вещества по пространству. Собственно, в этом и заключается принцип техники ЯМР-исследования. Как видите, принцип прост, хотя для получения реальных изображений внутренних органов на практике следовало получить в распоряжение мощные компьютеры для управления радиочастотными импульсами и еще долго совершенствовать методологию создания необходимых профилей магнитного поля и обработки сигналов ЯМР, получаемых с катушек.

Рис. 3. В случае однородного магнитного поля имеется единственный ЯМР-сигнал (а). В случае же меняющегося в пространстве поля сигналы, соответствующие ядрам, расположенным в разных точках, имеют несколько отличающиеся частоты, и спектр позволяет определить их координаты (б). Изображение: «Квант»

Представим себе, что вдоль оси х расположены маленькие заполненные водой сферы (рис. 3). Если магнитное поле не зависит от х, то возникает одиночный сигнал (см. рис. 3, а). Далее предположим, что посредством дополнительных катушек (по отношению к той, которая создает основное, направленное по оси z, магнитное поле) мы создаем дополнительное, меняющееся вдоль оси х, магнитное поле B₀, причем его величина возрастает слева направо. При этом понятно, что для сфер с различными координатами сигнал ЯМР теперь будет соответствовать различным частотам и измеряемый спектр будет содержать в себе пять характерных пиков (см. рис. 3, б). Высота этих пиков будет пропорциональна количеству сфер (т. е. массе воды), имеющих соответствующую координату, и, таким образом, в рассматриваемом случае интенсивности пиков будут относиться как 3:1:3:1:1. Зная величину градиента магнитного поля (т. е. скорость его изменения вдоль оси х), можно представить измеряемый частотный спектр в виде зависимости плотности атомов водорода от координаты х. При этом можно будет сказать, что там где пики выше, число атомов водорода больше: в нашем примере числа атомов водорода, соответствующих положениям сфер, действительно соотносятся как 3:1:3:1:1.

Расположим теперь в постоянном магнитном поле B₀ некоторую более сложную конфигурацию маленьких заполненных водой сфер и наложим дополнительное магнитное поле, изменяющееся вдоль всех трех осей координат. Измеряя радиочастотные спектры ЯМР и зная величины градиентов магнитного поля вдоль координат, можно создать трехмерную карту распределения сфер (а следовательно, и плотности водорода) в исследуемой конфигурации. Сделать это гораздо сложнее, чем в рассмотренном выше одномерном случае, однако интуитивно понятно, в чем этот процесс заключается.

Техника восстановления образов, сходная с той, которую мы описали, и осуществляется при ЯМР-томографии. Закончив накопление данных, компьютер посредством весьма быстрых алгоритмов начинает «обработку» сигналов и устанавливает связь между интенсивностью измеренных сигналов при определенной частоте и плотностью резонирующих атомов в данной точке тела. В конце этой процедуры компьютер визуализирует на своем экране двумерное (или даже трехмерное) «изображение» определенного органа или части тела пациента.

Поразительные «образы»

Чтобы полностью оценить результаты ЯМР-исследования внутренних органов человека (например, различных сечений головного мозга, которые физик-медик сегодня может получить не дотрагиваясь до черепа!), следует прежде всего понимать, что речь идет о компьютерном воссоздании именно «образов», а не о реальных тенях, возникающих на фоточувствительной пленке при поглощении рентгеновских лучей в процессе получения рентгеновского снимка.

Человеческий глаз является чувствительным датчиком электромагнитного излучения в видимом диапазоне. К счастью или несчастью, излучения, происходящие от внутренних органов, до наших глаз не доходят — мы видим человеческие тела только извне. В то же время, как мы только что обсуждали, в определенных условиях ядра атомов внутренних органов человеческого тела могут излучать электромагнитные волны в диапазоне радиочастот (т. е. частот, гораздо меньших, чем для видимого света), причем частота слегка меняется в зависимости от точки излучения. Глазом его не увидеть, поэтому такое излучение регистрируется с помощью сложной аппаратуры, а затем собирается в единое изображение с помощью специальной компьютерной обработки. И тем не менее, речь идет о совершенно реальном видении внутренней части предмета или человеческого тела.

К такому поразительному успеху человечество пришло благодаря ряду фундаментальных достижений научной мысли: это и квантовая механика с ее теорией магнитного момента, и теория взаимодействия излучения с веществом, и цифровая электроника, и математические алгоритмы преобразования сигналов, и компьютерная техника.

Преимущества ЯМР-томографии по сравнению с другими диагностическими методами многочисленны и значительны. Оператор может легко выбирать, какие сечения тела пациента просканировать, а также может подвергать исследованию одновременно несколько сечений выбранного органа. В частности, выбирая соответствующим образом градиенты магнитного поля, можно получить вертикальные сечения изображения внутренностей нашего черепа. Это может быть центральное сечение или сечения, смещенные вправо или влево. (Такие исследования практически невозможны в рамках рентгеновской радиографии.) Оператор может «сужать» поле наблюдения, визуализируя сигналы ЯМР, происходящие только от одного выбранного органа или только от одной из его частей, увеличивая таким образом разрешение изображения. Важным преимуществом ЯМР-томографии является также и возможность прямого измерения локальной вязкости и направления течения крови, лимфы и других жидкостей внутри человеческого тела. Подбирая необходимое соотношение между соответствующими параметрами, например длительностью и частотой импульсов, для каждой патологии оператор может достигать оптимальных характеристик получаемого изображения, скажем, повышать его контрастность (рис. 4).

Рис. 4. Изображения черепа и позвоночного столба, которые с прекрасной анатомической точностью в зависимости от контраста показывают белую или серую ткань мозга, позвоночник и спинномозговую жидкость. Изображение: «Квант»

Суммируя, можно сказать, что для каждой точки изображения (пикселя), соответствующей крошечному объему исследуемого объекта, оказывается возможным извлечь различную полезную информацию, в некоторых случаях включая и распределение концентрации тех или иных химических элементов в организме. Для повышения чувствительности измерений, т. е. увеличения отношения интенсивности сигнала к шуму, следует накапливать и суммировать большое число сигналов. В этом случае удается получить качественное изображение, адекватно передающее реальность. Именно поэтому времена проведения ЯМР-томографии оказываются довольно большими — пациент должен относительно неподвижно пребывать в камере несколько десятков минут.

В 1977 году английский физик Питер Мэнсфилд придумал такую комбинацию градиентов магнитного поля, которая, не давая особенно хорошего качества изображения, тем не менее позволяет получать его чрезвычайно быстро: для соответствующего построения хватает единственного сигнала (на практике это занимает приблизительно 50 миллисекунд). С помощью такой техники — ее называют планарным эхом — сегодня можно следить за пульсациями сердца в реальном времени: в таком фильме на экране чередуются его сокращения и расширения.

Можно ли было представить себе на заре создания квантовой механики, что через сто лет развитие науки приведет к возможности таких чудес?

Нельзя не отметить, что в 2003 году Пол Лотербур и Питер Мэнсфилд были удостоены Нобелевской премии в области медицины «за изобретение метода магнитно-резонансной томографии».

Клиническое применение магнитно-резонансной томографии

Магнитно-резонансная томография (МРТ) за последние годы стала одним из ведущих методов неинвазивной диагностики. С 70-х годов, когда принципы магнитного резонанса впервые стали использоваться для исследования человеческого тела, до сегодняшних дней этот метод медицинской визуализации неузнаваемо изменялся и продолжает быстро развиваться. Совершенствуются техническое оснащение, программное обеспечение, развиваются методики получения изображений, разрабатываются парамагнитные и ферромагнитные контрастные препараты.    Это позволяет постоянно находить новые сферы применения МРТ. Если сначала ее применение ограничивалось лишь исследованиями центральной нервной системы, то сейчас МРТ с успехом применяется практически во всех областях медицины.    История развития МРТ непродолжительна, однако цепь находок в течение лишь 50 лет привела к одному из самых выдающихся медицинских открытий XX века. сравнимому лишь с идеей Конрада Рентгена применять в медицине Х-лучи. В 1946 г. ученые из США Феликс Блох и Ричард Пурселл независимо друг от друга открыли явление ядерного магнитного резонанса (ЯМР) для жидкостей и твердых тел. В 1952 г. они оба были удостоены Нобелевской премии по физике, а ЯМР начал использоваться в физической и органической химии, физике твердых тел, биофизике и биохимии. В 1972 г. проф. Пол Лаутербур получил первое в мире двухмерное ЯМР-изображение двух стеклянных капилляров, заполненных жидкостью. Правда, на получение этого изображения ушло 4 ч 45 мин. Всего 8 лет потребовалось для появления в клинике первых МР-томографов для исследования всего тела (1980 - 1981 гг.). После включения ЯМР в число методов медицинской томографии прилагательное "ядерный" было опущено из соображений маркетинга и по настоянию специалистов по радиологии из-за того, что оно в массовом сознании связано с ядерным оружием или ядерными электростанциями, с которыми ЯМР не имеет ничего общего. Поэтому в наши дни используется уже термин "магнитно-резонансная томография".    Парк МР-томографов рос достаточно быстро - если в 1983 г. во всем мире было всего лишь несколько приборов, пригодных для клинических исследований, то к началу 1996 г. в мире работало примерно 10 000 томографов. В СССР первый МР-томограф был установлен в 1984 г. в отделе томографии Кардиологического научного центра АМН. Там же в 1994 г. был установлен и первый сверхпроводящий томограф с высоким полем. Ежегодно вводится в практику около 1000 новых приборов. По прогнозам аналитиков, к концу века в США, Японии, странах Европы один МР-томограф будет приходиться на каждые 100 000 населения. Количество МР-томографов в России пока невелико - менее 100, в первую очередь это связано с тем, что МР-томографы являются одним из самых дорогостоящих видов медицинской техники (цена его превышает стоимость рентгеновского компьютерного томографа в среднем в 2-3 раза). Однако если до 1991 г. весь парк МР-томографов в нашей стране был представлен относительно недорогими моделями с резистивными магнитами, то с 1991 г. в России появились аппараты со сверхпроводящими магнитами. Имеются и отечественные модели МР-томографов ("Образ 1-3").    Кратко о сущности метода: магнитный резонанс это физическое явление, основанное на свойствах некоторых атомных ядер при помещении их в магнитное поле поглощать энергию в радиочастотном (РЧ) диапазоне и излучать ее после прекращения воздействия РЧ-импульса. При этом напряженность постоянного магнитного поля и частота радиочастотного магнитного поля должны строго соответствовать друг другу, что и называется ядерным магнитным резонансом: ядерным - поскольку взаимодействие происходит только с магнитными моментами атомных ядер, магнитным - так как эти моменты ориентированы постоянным магнитным полем, а изменение их ориентации вызывается радиочастотным магнитным полем, резонансом - поскольку параметры этих полей строго связаны между собой. Наиболее интересными для медицины являются ядра ¹Н, ¹³С, ²³Na, ³¹Р, так как все они присутствуют в теле человека. Характер интенсивности сигнала в МРТ определяется, в основном, 4 параметрами: протонной плотностью (количеством протонов в исследуемой ткани), временем спин-решетчатой релаксации (Т1), временем спинспиновой релаксации (Т2), движением или диффузией исследуемых структур. Для МРТ разработаны различные импульсные последовательности, которые, в зависимости от цели, определяют вклад того или иного параметра в интенсивность изображения исследуемых структур для получения оптимального контраста между нормальными и измененными тканями.    Для создания магнитного резонанса необходимо постоянное, стабильное и однородное магнитное поле.    В зависимости от напряженности магнитного поля все МР-томографы обычно классифицируются на сверхнизкие (менее 0,1 Тл), низкопольные (0,1 - 0,4 Тл), среднепольные (0,5 Тл), высокопольные (1-2 Тл), сверхвысокопольные (выше 2 Тл). Приборы с полем до 0,3 Тл обычно имеют резистивные или перманентные магниты, выше 0,3 Тл - сверхпроводящие. В клинической практике верхний предел напряженности магнитного поля составляет 2-2,5 Тл, это предел безопасности магнитного поля для человеческого организма. Свыше этого предела поля предполагаются потенциально опасными и могут допускаться для использования только в исследовательских лабораториях. Вопрос об оптимальной напряженности магнитного поля - постоянный предмет дискуссий среди специалистов. Более 90% парка МР-томографов составляют модели со сверхпроводящими магнитами (0,5 - 1,5 Тл). Интересно отметить, что если в середине 80-х годов фирмы-производители МР-томографов руководствовались принципом "чем выше поле, тем лучше", делая упор на модели с полем 1,5 Тл и выше, то уже к концу 80-х стало ясно, что в большинстве областей применения они не имеют существенных преимуществ перед моделями со сред ней силой поля. Поэтому основные производители МР-томографов ("Дженерал Электрик", "Сименс", "Филипс", "Тошиба", "Пикер", "Брукер" и другие) в настоящее время основное внимание уделяют выпуску моделей со средним и даже низким полем, которые отличаются от высокопольных систем компактностью и экономичностью при удовлетворительном качестве изображений и существенно меньшей стоимости. Высокопольные системы используются преимущественно в научно-исследовательских центрах для проведения МР-спектроскопии.    Хотя по своим физическим принципам МРТ не имеет ничего общего с рентгенологическими методами исследований, при ее развитии и внедрении в клиническую практику был использован опыт рентгеновской компьютерной томографии (КТ). Поскольку к моменту появления МРТ КГ уже прочно заняла свое место среди других методов диагностики, то внедрение МРТ (как из диагностических, так и финансовых соображений) во многом определяется тем, насколько она эффективна при той или иной патологии по сравнению с КТ или ультразвуковыми методами исследования (УЗИ).     Достоинства и недостатки МРТ (по сравнению с КТ) обусловливают целесообразность ее применения при диагностике заболеваний различных органов и систем человеческого организма. К основным достоинствам МРТ относятся неинвазивность, безвредность (отсутствие лучевой нагрузки), трехмерный характер получения изображений, естественный контраст от движущейся крови, отсутствие артефактов от костных тканей, высокая дифференциация мягких тканей, возможность выполнения МР-спектроскопии для прижизненного изучения метаболизма тканей in vivo.    К основным недостаткам обычно относят достаточно большое время, необходимое для получения изображений (как минимум, несколько секунд, обычно минуты), что приводит к появлению артефактов от дыхательных движений (что особенно снижает эффективность исследования легких), нарушений ритма (при исследовании сердца), невозможность надежного выявления камней, кальцификатов, некоторых видов патологии костных структур, достаточно высокая стоимость оборудования и его эксплуатации, специальные требования к помещениям, в которых находятся приборы (экранирование от помех), невозможность обследования больных с клаустрофобией, искусственными водителями ритма, крупными металлическими имплантатами из немедицинских металлов.    Остановимся отдельно на противопоказаниях к МРТисследованию (см. таблицу) [6]. К абсолютным относят состояния пациентов, при которых проведение исследования создает угрожающую для их жизни ситуацию. Например, наличие имплантатов, которые активируются электронным, магнитным или механическими путями, - это в первую очередь искусственные водители ритма. Воздействие радиочастотного излучения МР-томографа может нарушить функционирование стимулятора, работающего в системе запроса, так как изменения магнитных полей могут имитировать сердечную деятельность. Магнитное притяжение может вызвать также смещение стимулятора в гнезде и сдвинуть электроды. Кроме того, магнитное поле создает препятствия для работы ферромагнитных или электронных имплантатов среднего уха. Наличие искусственных клапанов сердца представляет опасность и является абсолютным противопоказанием только при исследовании на МР-томографах с высокими полями, а также если клинически предполагается повреждение клапана. К абсолютным противопоказаниям к исследованию относится также наличие небольших металлических хирургических имплантатов (гемостатические клипсы) в центральной нервной системе, так как смещение их вследствие магнитного притяжения угрожает кровотечением. Их наличие в других частях тела имеет меньшую угрозу, так как после лечения фиброз и инкапсулирование зажимов помогают удержать его в стабильном состоянии. Однако, помимо потенциальной опасности, наличие металлических имплантатов с магнитными свойствами в любом случае вызывают артефакты, создающие сложности для интерпретации результатов исследования. Таблица. Относительные и абсолютные противопоказания к проведению МРТ

Противопоказания
абсолютные	относительные
Кардиостимуляторы	Прочие стимуляторы (инсулиновые насосы, нервные стимуляторы)
Ферромагнитные или электронные имплантаты среднего уха	Неферромагнитные имплантаты внутреннего уха, протезы клапанов сердца (в высоких полях, при подозрении на дисфункцию)
Кровоостанавливающие клипсы сосудов головного мозга	Кровоостанавливающие клипсы прочей локализации, декомпенсированная сердечная недостаточность, беременность, клаустрофобия, необходимость в физиологическом мониторинге

   К относительным противопоказаниям, помимо перечисленных выше, относятся также некомпенсированная сердечная недостаточность, необходимость фи зиологического мониторинга (механическая вентиляция легких, электрические инфузионные насосы).    Клаустрофобия является препятствием для проведения исследования в 1 - 4% случаев. Преодолеть его можно, с одной стороны, использованием приборов с открытыми магнитами, с другой - подробным объяснением устройства аппаратуры и хода обследования.    Что касается обследования беременных женщин, свидетельств повреждающего действия МРТ на эмбрион или плод не получено, однако рекомендовано избегать МРТ в первые 3 мес беременности. Применение МРТ при беременности показано в случаях, когда другие неионизирующие методы диагностической визуализации не дают удовлетворительной информации. МР-томографическое обследование требует большего участия в нем больного, чем КТ, так как движения больного во время исследования значительно сильнее влияют на качество изображений, поэтому исследование больных с острой патологией, нарушенным сознанием, спастическими состояниями, деменцией и детей нередко бывает затруднительным.    НИИ кардиологии им. А. Л. Мясникова КНЦ РАМН обладает опытом применения МРТ (с 1984 г.) и является пионером использования этого метода в нашей стране. За это время были накоплены и обобщены большие научные и практические знания, позволяющие с достаточной определенностью высказаться как об оптимальной конфигурации и технических характеристиках МР-томографов (в зависимости от предполагаемой области их использования), так и о показаниях к применению и диагностической эффективности МРТ по сравнению с другими методами.    Проводились специальные сопоставления результатов МРТ с данными УЗИ и КТ для определения целесообразности применения метода при различных видах патологии. Суммируя результаты наших исследований, а также опираясь на опыт зарубежных специалистов, можно следующим образом классифицировать области использования МРТ.

   При заболеваниях головного мозга первоначально предпочтение должно отдаваться КГ как более экономичному и быстрому методу (время исследования пациента при К.Т обычно в 2-2,5 раза меньше ,чем при МРТ). МРТ применяется для уточнения результатов КГ, если в этом есть необходимость. Однако если имеются подозрения на наличие поражения мозга в области задней черепной ямки, ствола, мелкоочаговых или диффузных поражений белого вещества (например, рассеянный склероз, энцефалиты, лакунарные инфаркты), необходима неинвазивная оценка состояния интракраниальных артерий (аневризмы, артериовенозные мальформации), то целесообразно начинать обследование сразу с МРТ. Парамагнитные контрастные средства позволяют более эффективно выявлять патологию центральной нервной системы.    При исследованиях спинного мозга и межпозвонковых дисков в шейном и грудном отделах МРТ предпочтительнее КГ, так как она позволяет получать сагиттальные срезы, не дает артефакты от костных структур и не требует введения контрастных средств. В то же время при целом ряде патологических процессов КТ остается важным и необходимым методом исследования.     МРТ (особенно системы со сверхпроводящими магнитами) имеет ряд преимуществ перед КТ 3-го и 4-го поколений при исследовании сердца и магистральных сосудов. Появление МР-ангиографии и динамических программ (кино-МР) еще более расширили возможности МРТ в диагностике сердечно-сосудистой патологии. Сегодня с помощью МРТ возможна достоверная оценка не только анатомии, но и функции сердца, внутрисердечной гемодинамики, перфузии миокарда.     Визуализация органов малого таза у мужчин и женщин - еще одна область, где МРТ, как правило, имеет преимущества перед К.Т. На МР-изображениях хорошо видны зональная анатомия матки, предстательной железы, инвазия опухолей в жировую клетчатку и мышцы, лимфатические узлы.    При исследовании печени, селезенки, почек и надпочечников, выявлении опухолей средостения и шеи диагностические возможности МРТ примерно сопоставимы с таковыми К.Т, поэтому по упомянутым выше причинам предпочтение как методу выбора отдается КТ. Существуют отдельные ситуации, когда МРТ может дать больше информации, чем КТ, - например, при выявлении мелких гемангиом (рис. 4), оценке степени инвазии сосудистых структур брюшной полости, диагностике вненадпочечниковых феохромоцитом.     Несомненны достоинства МРТ при исследованиях суставов. На МР-изображениях очень хорошо видны хрящевые поверхности суставов, мениски, связочный аппарат. Метод позволяет выявлять метастатические поражения костей, остеомиелит, аваскулярные некрозы еще на той стадии, когда они затрагивают лишь

костный мозг и не вызывают деструкции костных структур, видимой на рентгеновских изображениях.    И, наконец, как показали сравнительные исследования, применение МРТ практически не имеет смысла при легочной патологии, заболеваниях желчного пузыря, в выявлении камней, кальцификатов, переломов костей. МРТ не применяется для диагностики заболеваний желудка и кишечника.    Следует отметить, что развитие МРТ продолжается.    Появляются новые методики исследования, вводятся в практику МР-контрастные препараты. Особенно интересной представляется разработка органоспецифических агентов, т. е. веществ, специфических для определенного типа нормальных или патологических тканей.    Наиболее интенсивные работы ведутся по совершенствованию методик МР-ангиографии, кино-МРТ, подавлению артефактов от дыхания, МР-спектроскопии, трехмерному сбору и реконструкции изображений.    Можно смело сказать, что МРТ из экзотического метода исследования с неясными показаниями к применению (начало 80-х годов) превратилась в целую область медицинской диагностики, дополняющую традиционные методы радиологии, повышающую информативность радиологического обследования в целом.

С.К. Терновой, В.Е. Синицын, О.И. Беличенко, О.В. Стукалова

 

 

Аппаратура для МР – томографии

Назначение и преимущества МР-томографии.

В начале 70-х годов P.Lauterbur и R.Damadian продемонстрировали принципиальную возможность получения изображений внутренней структуры биологических объектов с использованием ядерного магнитного резонанса. Менее чем за 20 лет магнитно-резонансная томография прошла путь от первых лабораторных экспериментов до широкого внедрения в медицинскую практику. Уже в начале 80-х годов появились первые промышленные МР системы. Сегодня только в США насчитывается более 3000 томографов, а крупнейшие фирмы производители, такие как "General Electric” (США), "Siemens” (Германия), "Philips” (Голландия), ежегодно продают от 200 до 400 МР систем каждая.

Широкому внедрению в медицинскую диагностическую практику МР-томографов способствуют уникальные возможности, превосходящие возможности любых других видов томографии (рентгеновской, ультразвуковой, позитронно-эмиссионной):

Возможность получения изображений с любой ориентацией плоскости сканирования, а также непосредственно трехмерных (не реконструированных) изображений, без каких-либо механических перемещений оборудования или пациента;

Наличие целого ряда параметров (времена релаксации Т₁ и Т₂, химический сдвиг частоты прецессии), обусловленных самим явлением ядерного магнитного резонанса и позволяющих контрастировать отображения распределения плотности ядер (обычно протонов), что существенно расширяет диагностическую информативность получаемых изображений. Благодаря этому магнитно-резонансная томография используется при обследовании практически всех органов пациента, процессов обмена веществ, а спектр диагностируемых заболеваний, причем на ранней стадии их развития, постоянно расширяется;

Возможность спектроскопии на различных типах ядер (фосфор, углерод, натрий), естественно присутствующих в теле пациента;

Безвредность обследования, подтвержденная широкой клинической практикой.