Реферат: Принципы магнитно-резонансной томографии

БАШКИРСКИЙГОСУДАРСТВЕННЫЙМЕДИЦИНСКИЙУНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРАНЕВРОЛОГИИС КУРСАМИНЕЙРОХИРУРГИИИ МЕДИЦИНСКОЙГЕНЕТИКИ

Рефератна тему

ПРИНЦИПЫ

МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНОЙТОМОГРАФИИ

Уфа2000

Введение

ЯвлениеЯМР было открытосравнительнонедавно в 1946 году, за открытиекоторого F.Bloch иE. Purcellполучили Нобелевскуюпремию. Однакометод МРТ вышелза рамки лабораторныхисследованийсовсем недавно- в начале 80-х годови к настоящемувремени развитиекомпьютернойи измерительнойтехники и появлениеновейших технологийсоздания однородныхмагнитных полейпоставили егов один ряд сметодами КТ, а в некоторыхслучаях и вывелина первое место.

Делов том, что наКТ контрастностьтканей связанас единственнымпараметром, характеризующимкаждую ткань.- ее рентгеновскойплотностью, или, как ещеговорят «электроннойплотностью»вещества, т.е.способностьюслоя веществапоглощать рент.излучение.Можно сказать, что КТ отражаеткак бы поверхностноестроение атомоввещества. Чемярче выглядитткань на КТ, тем она плотнее.

МРТстроится попереизлучениюрадиоволнядрами водорода(протонами), содержащимисяв тканях тела, сразу же послеполучения имиэнергии отрадиоволновогосигнала, которымоблучают пациента.Таким образом, контрастностьтканей отражаетособенности«внутренних», ядерных структурвещества, и оназависит от рядатаких факторов, как строениевещества, взаимодействиемежду молекулами, молекулярноедвижение (диффузия, кровоток), чтопозволяет нетолько дифференцировать на изображениипатологическиеи здоровыеткани, ни и даетвозможностьнаблюдатьотражениефункциональнойдеятельностиотдельныхструктур. Выбираяформу облучающегорадиоволновогосигнала илиимпульснойпоследовательности, можно выделитьвлияние натканевуюконтрастностьодного какого-нибудьпараметра, иодна и та жеткань на однойМРТ может получитьсясветлой, а надругой — темной.

ИсследованиеМР томографиии устройствоМР томографа

Преждевсего пациентапомещают внутрьбольшого магнита, где имеетсядовольно сильноепостоянное(статическое)магнитное поле, ориентированноев большинствеаппаратов вдольтела пациента.Под воздействиемэтого поля ядраатомов водородав теле пациента, которые представляютсобой маленькиемагнитики, каждый со своимслабым магнитнымполем, ориентируютсяопределеннымобразом относительносильного полямагнита. Добавляяслабое переменноемагнитное полек статическомумагнитномуполю, выбираютобласть, изображениек. надо получить.

Затемпациента облучаютрадиоволнами, причем частотурадиоволнподстраиваюттаким образом, чтобы протоныв теле пациентамогли поглотитьчасть энергиирадиоволн и изменить ориентациюсвоих магнитныхполей относительнонаправлениястатическогомагнитногополя. Сразу жепосле прекращенияоблученияпациента радиоволнамипротоны станутвозвращатьсяв свои первоначальныесостояния, излучая полученнуюэнергию, и этопереизлучениебудет вызыватьпоявлениеэлектрическоготока в приемныхкатушках томографа.

Зарегистрированныетоки являютсяМР сигналами, к. преобразуютсякомпьютероми используютсядля построения(реконструкции)МРТ.

Соответственноэтапам исследованияосновнымикомпонентамилюбого МР томографаявляются:

магнит, создающийпостоянное(статическое), так называемоевнешнее, магнитноеполе, в котороепомещают пациента

градиентныекатушки, создающиеслабое переменноемагнитное полев центральнойчасти основногомагнита, называемоеградиентным, которое позволяетвыбрать областьисследованиятела пациент

радиочастотныекатушки — передающие, используемыедля созданиявозбужденияв теле пациента, и приемные — для регистрацииответа возбужденныхучастков

компьютер, который управляетработой градиентнойи радиочастотнойкатушек, регистрируетизмеренныесигналы, обрабатываетих, записываетв свою памятьи используетдля реконструкцииМРТ.

ВсякоеМ поле характеризуетсяиндукцией Мполя, которуюобозначаютВ. Единицейизмеренияявляется 1 Тл(тесла).

ВМРТ в зависимостиот величиныпостоянногомагнитногополя различаютнесколько типовтомографов

сосверхслабымполем 0,01 Тл — 0,1 Тл

сослабым полем0,1 — 0,5Тл

ссредним полем0,5 — 1.0Тл

ссильным полем1.0- 2,0 Тл

сосверхсильнымполем >2,0Тл

Физическиеосновы явленияЯМР

ЯвлениеЯМР связанос поведениемв магнитномполе магнитныхмоментов атомныхядер. Ядро атомсостоит изпротонов инейтронов. Всечастицы постоянновращаютсявокруг своейоси и обладаютпоэтому собственныммоментом количествадвижения — спиномs.При этом собственныйположительныйзаряд протонавращаетсявместе с ними создает позакону электромагнитнойиндукции собственноемагнитное поле.Таким образомсобственноемагнитное полепротона похожена поле постоянногомагнита ипредставляетсобой магнитныйдиполь с северными южным полюсами.Когда пациентапомещают внутрьсильного магнитногополя МР-томографа, все маленькиепротонныемагниты теларазворачиваютсяв направлениивнешнего поля.Помимо этого, магнитные осикаждого протонаначинают вращатьсявокруг направлениявнешнего магнитногополя. Это специфическоевращение называетсяпрецессией, а его частоту- резонанснойчастотой иличастотой Лармора.Частота Л.пропорциональнасиле внешнегомагнитногополя и составляетдля ядер атомаводорода 42,58МГц/Тс.

Большинствомагнитныхмоментов протоновпрецессируютв сторону «севера», т.е. в направлении, параллельномвнешнему магнитномуполю. Их называют«параллельнымипротонами».Оставшаясяменьшая частьМ моментовпротонов прецессируетсвои М моментыв сторону «юга», т.е. практическиантипараллельновнешнему маг.полю, это «антипараллельныепротоны». Врезультатев тканях пациентасоздаетсясуммарныймагнитныймомент: тканинамагничиваются, и их магнетизм(М) ориентируетсяточно параллельновнешнему магнитномуполю В0.Величина Мопределяетсяизбытком параллельныхпротонов, которыйпропорционаленсиле внешнегоМ поля, но онвсегда крайнемал. М такжепропорционаленчислу протоновв единице объематкани, т.е. плотностипротонов.Огромное число(примерно 1022в мл воды) содержащихсяв большинстветканей протоновобусловливаеттот факт, чточистый магнитныймомент достаточновелик, для тогочтобы индуцироватьэлектрическийток в расположеннойвне пациентапринимающейкатушке. Этииндуцированные«МР-сигналы»используютсядля реконструкцииМР-изображения.

МР-сигнал

Любоемагнитное полеможет индуцироватьв катушкеэлектрическийток, но предпосылкойдля этого являетсяизменение силыполя. При пропусканиичерез телопациента вдольоси yкоротких ЭМрадиочастотныхимпульсов Мполе радиоволнзаставляетМ моменты всехпротонов вращатьсяпо часовойстрелке вокругэтой оси. Длятого чтобы этопроизошло, необходимо, чтобы частотарадиоволн быларавна ларморовскойчастоте протонов.Это явлениеи называютядерным магнитнымрезонансом.Под резонансомпонимают синхронныеколебания, ив данном контекстеэто означает, что для измененияориентациимагнитныхмоментов протоновМ поля протонови радиоволндолжны резонировать, т.е. иметь одинаковуючастоту.

Послепередачи90-градусногоимпульса векторнамагниченноститкани (М) индуцируетэлектрическийток (МР-сигнал)в приемнойкатушке. Приемнаякатушка размещаетсяснаружи исследуемойанатомическойобласти, ориентированномв направлениипациента, перпендикулярноВ0.Когда Мвращается вплоскостяхх-у, он индуцируетв катушке Эток, и этот токназывают МР-сигналом.Эти сигналыиспользуютдля реконструкцииизображенийМР-срезов. Приэтом ткани сбольшими магнитнымивекторами будутиндуцироватьсильные сигналыи выглядетьна изображениияркими, а тканис малыми магнитнымивекторами — слабые сигналыи будут наизображениитемными.

Контрастностьизображения: протоннаяплотность, Т1-и Т2-взвешенность

Контрастна МР-изображенияхопределяетсяразличиямив магнитныхсвойствахтканей или, точнее различиямив магнитныхвекторах, вращающихсяв плоскостих-уи индуцирующихтоки в приемнойкатушке. Величинамагнитноговектора тканипрежде всегоопределяетсяплотностьюпротонов.Анатомическиеобласти с малымколичествомпротонов, напримервоздух всегдаиндуцируюточень слабыйМР-сигнал, итаким образом, всегда представляютсяна изображениитемными. Водаи другие жидкости, с другой стороны, должны бытьяркими наМР-изображенияхкак имеющиеочень высокуюплотностьпротонов. Однакоэто не так. Взависимостиот используемогодля полученияизображенияметода жидкостимогут даватькак яркие, таки темные изображения.Причина этогосостоит в том, что контрастностьизображенияопределяетсяне только плотностьюпротонов.Определеннуюроль играютнесколькодругих параметров; два наиболееважных из них- Т1 и Т2.

Противопоказанияи потенциальныеопасности.

Донастоящеговремени недоказаны вредныеэффекты используемыхв МРТ постоянныхили переменныхмагнитныхполей. Однако, любой ферромагнитныйобъект подвергаетсявоздействиюсильных магнитныхсил, и расположениелюбого ферромагнитногообъекта в месте, где его перемещениеможет бытьопасным дляпациента, являетсяабсолютнымпротивопоказаниемк применениюМРТ. Наиболееважными и опаснымиобъектамиявляютсявнутричерепныеферромагнитныеклипсы на сосудахи внутриглазныеферромагнитныеинородные тела.Наиболее важнымии опаснымиобъектамиявляютсявнутричерепныеферромагнитныеклипсы на сосудахи внутриглазныеферромагнитныеинородные тела.Набольшаяпотенциальнаяопасность, связанная сэтими объектами- тяжелое кровотечение.Наличие кардиостимуляторовявляется абсолютнымпротивопаказ.для МРТ. Нафункционированиеэтих приборовможет повлиятьмагнитное поле, и, более тогов их электродахмогут индуцироватьсяэлектрическиетоки с возможнымнагревом эндокарда.

Передаваемыерадиочастотныеволны всегдавызывают нагревтканей. Дляпредотвращенияопасного нагревамаксимальнодопустимаяэнергия, излучаемаяна пациента, регулируетсямеждународнымирекомендациями.Первые тримесяца беременностинекоторымиавторамирасцениваютсякак абсолютноепротивопоказаниедля МРТ из-зариска нагреваплода. В течениепервых трехмес. плод окруженотносительнобольшим объемомамниотическойжидкости иобладает крайнеограниченнымивозможностямидля отводаизбыточноготепла.