Что такое мрт спектроскопия показать. Новые направления в нейрорентгенологии. Функциональная магнитно-резонансная томография

Одним из методов молекулярной визуализации является МР-спектроскопия головного мозга. Сейчас это единственный способ неинвазивного исследования метаболизма, нарушения которого появляются еще до клинических проявлений патологии, в связи с чем МР-спектроскопия имеет большое значение в ранней диагностике заболеваний.

Для чего нужна МРТ спектроскопия головного мозга

Исследование позволяет оценивать скорость движения молекул различных веществ, а также дифференцировать серое, белое вещества, кровь, жировую ткань, мышечные волокна. На основании изменения магнитно-резонансных спектров веществ специалисты могут предположить характер заболевания - воспалительный, инфекционный и пр.

Регистрация процесса транспорта натриевых и калиевых ионов через мембраны клеток позволяет определять активность фагоцитоза.

В медицинской практике этот вид МРТ все чаще становится востребованным при черепно-мозговых травмах, мозговой ишемии, эпилепсии, дегенеративных изменений белого вещества у детей и прочих случаях. Часто данные МРТ спектроскопии дополняют информацию, полученную перфузионными методами.

Также диагностику назначают при подозрении на объемные образования, однако отметим, что данные спектроскопии не могут однозначно определить гистологический тип опухоли, тем не менее она применяется в дифференциальной диагностике эпендиом, астроцитом и других. Широко используется методика в дифференцировании метастазов и первичных опухолей и для отличия их от инфекционных, демиелинизирующих заболеваний. МР-спектроскопия используется для определения возможного рецидива опухоли в постоперационном периоде.

Статья была подготовлена Службой записи на МРТ и КТ .

Запись на диагностику в более 50 клиник по всем районам города.
Услуги совершенно бесплатны для пациентов.
Служба работает каждый день с 8 утра до 24 вечера.

Узнайте минимальную стоимость на Ваше исследование позвонив по телефону:

А именно на возбуждении их определённым сочетанием электромагнитных волн в постоянном магнитном поле высокой напряжённости.

Энциклопедичный YouTube

1 / 5

✪ Ядерно-магнитный резонанс. Томография © Nuclear magnetic tomography

✪ Панов В.О. Физические основы МРТ.flv

✪ Лекция по МРТ.flv

✪ Исследование магнитного резонанса - МР скрининг всего тела!

✪ Магнитно-резонансная томография (МРТ)

Субтитры

История

Годом основания магнитно-резонансной томографии принято считать 1973 год , когда профессор химии Пол Лотербур опубликовал в журнале Nature статью «Создание изображения с помощью индуцированного локального взаимодействия; примеры на основе магнитного резонанса» . Позже Питер Мэнсфилд усовершенствовал математические алгоритмы получения изображения. За изобретение метода МРТ оба исследователя в 2003 году получили Нобелевскую премию по медицине .

Однако имеются сведения о том, что само устройство МРТ было изобретено американским учёным, доктором Реймондом Дамадьяном . Кроме того, В. А. Иванов в 1960 году направил в Госкомитет СССР по делам изобретений и открытий заявку на патент «Способ определения внутреннего строения материальных тел» за номером 0659411/26 (включая методику и устройство прибора), в которой были сформулированы принципы метода МРТ и приведена схема томографа .

Некоторое время существовал термин ЯМР -томография, который был заменён на МРТ в 1986 году в связи с развитием радиофобии у людей после Чернобыльской аварии . В новом термине исчезло упоминание о «ядерном» происхождении метода, что и позволило ему войти в повседневную медицинскую практику, однако и первоначальное название также известно и используется.

В создание магнитно-резонансной томографии известный вклад внёс также американский учёный армянского происхождения Реймонд Дамадьян , один из первых исследователей принципов МРТ, держатель патента на МРТ и создатель первого коммерческого МРТ-сканера.

Томография позволяет визуализировать с высоким качеством головной, спинной мозг и другие внутренние органы. Современные технологии МРТ делают возможным неинвазивно (без вмешательства) исследовать работу органов - измерять скорость кровотока, тока спинномозговой жидкости, определять уровень диффузии в тканях, видеть активацию коры головного мозга при функционировании органов, за которые отвечает данный участок коры (функциональная МРТ (фМРТ)).

Метод

Метод ядерного магнитного резонанса позволяет изучать организм человека на основе насыщенности тканей организма водородом и особенностей их магнитных свойств, связанных с нахождением в окружении разных атомов и молекул. Ядро водорода состоит из одного протона , который имеет магнитный момент (спин) и меняет свою пространственную ориентацию в мощном магнитном поле, а также при воздействии дополнительных полей, называемых градиентными, и внешних радиочастотных импульсов, подаваемых на специфической для протона при данном магнитном поле резонансной частоте. На основе параметров протона (спинов) и их векторных направлений, которые могут находиться только в двух противоположных фазах, а также их привязанности к магнитному моменту протона можно установить, в каких именно тканях находится тот или иной атом водорода. Иногда могут также использоваться МР-контрасты на базе гадолиния или оксидов железа .

Если поместить протон во внешнее магнитное поле, то его магнитный момент будет либо сонаправлен, либо противоположно направлен магнитному полю, причём во втором случае его энергия будет выше. При воздействии на исследуемую область электромагнитным излучением определённой частоты часть протонов поменяют свой магнитный момент на противоположный, а потом вернутся в исходное положение. При этом системой сбора данных томографа регистрируется выделение энергии во время релаксации предварительно возбужденных протонов.

Первые томографы имели индукцию магнитного поля 0,005 Тл , однако качество изображений, полученных на них, было низким. Современные томографы имеют мощные источники сильного магнитного поля. В качестве таких источников применяются как электромагниты (обычно до 1-3 Тл, в некоторых случаях до 9,4 Тл), так и постоянные магниты (до 0,7 Тл). При этом, так как поле должно быть весьма сильным, применяются сверхпроводящие электромагниты, работающие в жидком гелии , а постоянные магниты пригодны только очень мощные, неодимовые . Магнитно-резонансный «отклик» тканей в МР-томографах на постоянных магнитах слабее, чем у электромагнитных, поэтому область применения постоянных магнитов ограничена. Однако, постоянные магниты могут быть так называемой «открытой» конфигурации, что позволяет проводить исследования в движении, в положении стоя, а также осуществлять доступ врачей к пациенту во время исследования и проведение манипуляций (диагностических, лечебных) под контролем МРТ - так называемая интервенционная МРТ.

Как правило, точность снимков мрт полученных на томографах 3 Тесла не отличается от точности снимков мрт полученных на томографах 1.5 Тесла [ ] . Четкость изображения в этом случае скорее зависит от настройки томографа. В то же время разница между 1.5 Тесла и 1.0 Тесла, и тем более 0.35 Тесла, может быть очень значительной. На оборудовании мрт ниже 1 Тесла нельзя качественно сделать мрт брюшной полости (мрт внутренних органов) или мрт малого таза, так как мощность таких аппаратов слишком низкая, чтобы получать снимки высокого разрешения. На низкопольных аппаратах (напряженностью менее 1 Тесла) можно проводить только исследования мрт головы, мрт позвоночника и мрт суставов с получением снимков обычного качества.

Для определения расположения сигнала в пространстве, помимо постоянного магнита в МР-томографе, которым может быть электромагнит, либо постоянный магнит, используются градиентные катушки, добавляющие к общему однородному магнитному полю градиентное магнитное возмущение. Это обеспечивает локализацию сигнала ядерного магнитного резонанса и точное соотношение исследуемой области и полученных данных. Действие градиента, обеспечивающего выбор среза, обеспечивает селективное возбуждение протонов именно в нужной области. Мощность и скорость действия градиентных усилителей относится к одним из наиболее важных показателей магнитно-резонансного томографа. От них во многом зависит быстродействие, разрешающая способность и соотношение сигнал/шум.

Современные технологии и внедрение компьютерной техники обусловили возникновение такого метода, как виртуальная эндоскопия, который позволяет выполнить трёхмерное моделирование структур, визуализированных посредством КТ или МРТ. Данный метод является информативным при невозможности провести эндоскопическое исследование, например при тяжёлой патологии сердечно-сосудистой и дыхательной систем. Метод виртуальной эндоскопии нашёл применение в ангиологии , онкологии , урологии и других областях медицины.

Результаты исследования сохраняются в лечебном учреждении в формате DICOM и могут быть переданы пациенту или использованы для исследования динамики лечения.

До и во время процедуры МРТ

Перед сканированием требуется снять все металлические предметы, проверить наличие татуировок и лекарственных пластырей . Продолжительность сканирования МРТ составляет обычно до 20-30 минут, но может продолжаться дольше. В частности, сканирование брюшной полости занимает больше времени, чем сканирование головного мозга.

Так как МР томографы производят громкий шум, обязательно используется защита для ушей (беруши или наушники) . Для некоторых видов исследований используется внутривенное введение контрастного вещества .

Перед назначением МРТ пациентам рекомендуется узнать: какую информацию даст сканирование и как это отразится на стратегии лечения, имеются ли противопоказания для МРТ, будет ли использоваться контраст и для чего. Перед началом процедуры: как долго продлится сканирование, где находится кнопка вызова и каким способом можно обратиться к персоналу во время сканирования .

МР-диффузия

МР-диффузия - метод, позволяющий определять движение внутриклеточных молекул воды в тканях.

Диффузионно-взвешенная томография

Диффузионно-взвешенная томография - методика магнитно-резонансной томографии, основанная на регистрации скорости перемещения меченных радиоимпульсами протонов. Это позволяет характеризовать сохранность мембран клеток и состояние межклеточных пространств. Первоначально и наиболее эффективное применение при диагностике острого нарушения мозгового кровообращения, по ишемическому типу, в острейшей и острой стадиях. Сейчас активно используется в диагностике онкологических заболеваний.

МР-перфузия

Метод позволяющий оценить прохождение крови через ткани организма .

В частности существуют специальные характеристики, указывающие на скоростной и объемный приток крови, проницаемость стенок сосудов, активность венозного оттока, а также другие параметры, которые позволяют дифференцировать здоровые и патологически изменённые ткани:

• Прохождение крови через ткани мозга
• Прохождение крови через ткани печени

Метод позволяет определить степень ишемии головного мозга и других органов.

МР-спектроскопия

Магнитно-резонансная спектроскопия (МРС) - метод позволяющий определить биохимические изменения тканей при различных заболеваниях по концентрации определённых метаболитов. МР-спектры отражают относительное содержание биологически активных веществ в определённом участке ткани, что характеризует процессы метаболизма . Нарушения метаболизма возникают, как правило, до клинических проявлений заболевания, поэтому на основе данных МР-спектроскопии можно диагностировать заболевания на более ранних этапах развития.

Виды МР спектроскопии:

• МР спектроскопия внутренних органов (in vivo)
• МР спектроскопия биологических жидкостей (in vitro)

МР-ангиография

Функциональная МРТ

Функциональная МРТ (фМРТ) - метод картирования коры головного мозга, позволяющий определять индивидуальное местоположение и особенности областей мозга, отвечающих за движение, речь, зрение, память и другие функции, индивидуально для каждого пациента. Суть метода заключается в том, что при работе определённых отделов мозга кровоток в них усиливается. В процессе проведения ФМРТ больному предлагается выполнение определённых заданий, участки мозга с повышенным кровотоком регистрируются, и их изображение накладывается на обычную МРТ мозга.

МРТ позвоночника с вертикализацией (осевой нагрузкой)

Сравнительно недавно появилась инновационная методика этого исследования пояснично-крестцового отдела позвоночника - МР-томография с вертикализацией. Суть исследования состоит в том, что сначала проводится традиционное МРТ-исследование позвоночника в положении лежа, а затем производится вертикализация (подъём) пациента вместе со столом томографа и магнитом. При этом на позвоночник начинает действовать сила тяжести, а соседние позвонки могут сместиться друг относительно друга и грыжа межпозвонкового диска становится более выраженной. Также этот метод исследования применяется нейрохирургами для определения уровня нестабильности позвоночника с целью обеспечения максимально надежной фиксации. В России пока это исследование выполняется в единственном месте.

Измерение температуры с помощью МРТ

МРТ-термометрия - метод, основанный на получении резонанса от протонов водорода исследуемого объекта. Разница резонансных частот дает информацию об абсолютной температуре тканей. Частота испускаемых радиоволн изменяется с нагреванием или охлаждением исследуемых тканей.

Эта методика увеличивает информативность МРТ исследований и позволяет повысить эффективность лечебных процедур, основанных на селективном нагревании тканей. Локальное нагревание тканей используется в лечении опухолей различного происхождения.

Особенности применения медицинского оборудования в помещениях, где проводится МРТ

Сочетание интенсивного магнитного поля, применяемого при МРТ сканировании, и интенсивного радиочастотного поля предъявляет экстремальные требования к медицинскому оборудованию, используемому во время исследований. Оно должно иметь специальную конструкцию и может иметь дополнительные ограничения по использованию вблизи установки МРТ.

Противопоказания

Существуют как относительные противопоказания, при которых проведение исследования возможно при определённых условиях, так и абсолютные, при которых исследование недопустимо.

Абсолютные противопоказания

• установленный кардиостимулятор (изменения магнитного поля могут имитировать сердечный ритм)
• ферромагнитные или электронные имплантаты среднего уха
• большие металлические имплантаты, ферромагнитные осколки
• ферромагнитные аппараты Илизарова .

Относительные противопоказания

Дополнительным противопоказанием для МРТ является наличие кохлеарных имплантатов - протезов внутреннего уха. МРТ противопоказана при некоторых видах протезов внутреннего уха, так как в кохлеарном имплантате есть металлические части, которые содержат ферромагнитные материалы.

Если МРТ выполняется с контрастом, то добавляются следующие противопоказания:

См. также

Примечания

1. ISBN 978-0-521-86527-2 глава 8 Getting in tune: resonance and relaxation
2. Филонин О. В. Общий курс компьютерной томографии / Самарский научный центр РАН. - Самара, 2012. - 407 с. - ISBN 978-5-93424-580-2 .
3. Lauterbur PC (1973). “Image Formation by Induced Local Interactions: Examples of Employing Nuclear Magnetic Resonance”. Nature . 242 (5394): 190-191. Bibcode :1973Natur.242..190L . DOI :10.1038/242190a0 .
4. Реймонд Ваган  Дамадьян, учёный и изобретатель (неопр.) . 100lives.com. Дата обращения 25 мая 2015.
5. The Nobel Prize vs. the Truth of History (англ.) . fonar.com. Дата обращения 12 мая 2015.
6. MacWilliams B (November 2003). “Russian claims first in magnetic imaging ”. Nature . 426 (6965): 375. Bibcode :2003Natur.426..375M . DOI :10.1038/426375a . PMID . Внешняя ссылка в |title= (

> Магнитно-резонансная спектроскопия

Данная информация не может использоваться при самолечении!
Обязательно необходима консультация со специалистом!

Такой эффективный метод как магнитно-резонансная томография активно используется во всех областях медицины. МРТ отличается безопасностью и вместе с тем высокой информативностью, что позволяет использовать ее для постановки правильного диагноза на самых ранних стадиях возникновения болезни. Однако иногда даже этот метод не может дать точного ответа на диагностические вопросы, полученных сведений не хватает. В этом случае специалисты назначают проведение более узких исследований, основывающихся так же на явлении ядерно-магнитного резонанса. Одним из таких специальных методов является магнитно-резонансная спектроскопия (МРС, МР-спектроскопия).

В чем заключается суть метода?

МРС – новейший метод диагностики, который проводится в специализированных клиниках при помощи особого оборудования. Данная методика основывается на определении биохимических изменений в различных тканях тела человека, вызванных теми или иными заболеваниями.

Выделяют два вида МР-спектроскопии: МРС внутренних органов и МРС биологических жидкостей. Чаще всего этот метод диагностики применяют для получения биохимического анализа мышечной ткани, так как исследование ее состояния каким-либо другим образом иногда просто невозможно выполнить без проведения биопсии.

Что показывает МР-спектроскопия?

Проведение МРС дает возможность с помощью полученных магнитно-резонансных спектров расшифровать процессы метаболизма (обмена веществ) в тканях различных органов. Нарушения процессов обмена веществ происходит задолго до появления симптомов заболевания. Таким образом МРС позволяет поставить правильный диагноз на самых ранних стадиях развития патологии и является сегодня чуть ли не единственным способом провести неинвазивное исследование метаболизма в некоторых анатомических областях.

МР-спектроскопия, например, является уникальным методом диагностики энергетического метаболизма сердечной мышцы, который не требует введения радиоактивных препаратов. В данном случае МРС дает ответ на большое количество клинических вопросов кардиологии, позволяя в сочетании с магнитно-резонансной томографией получить точную информацию о размерах сердца, изменениях в структуре миокарда, увидеть нарушения кровообращения в нем, а также функциональные расстройства. Кроме того, МР-спектроскопия позволяет контролировать эффективность проводимой терапии при ишемической болезни сердца, сердечной недостаточности, гипертрофии различного происхождения.

Магнитно-резонансная спектроскопия часто применяется для диагностики различных неврологических патологий – например, помогает определить разницу между рассеянным склерозом и нейрооптикомиелитом. МР-спектроскопия позволяет увидеть биохимические процессы в различных клетках головного мозга, что, по мнению ученых, делает этот метод особенно полезным для ранней диагностики и лечения различных расстройств психики.

Показания для проведения магнитно-резонансной спектроскопии

Данное исследование, как и МРТ, основывается на физическом явлении ядерно-магнитного резонанса, но результатом спектроскопии являются не снимки. Она помогает увидеть, правильно ли распределены в тканях продукты метаболизма согласно их молекулярным свойствам.

Показаниями для проведение МР-спектсроскопии становятся следующие заболевания и состояния: различные воспалительные процессы, эпилепсия, нейродегенеративная патология (болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона), травматические повреждения тканей, ишемия (местное малокровие), новообразования головного мозга.

Метаболизм здоровых тканей сильно отличается от метаболизма пораженных, поэтому проведение МРС так важно для ранней диагностики опухолевых процессов различной этиологии.

Рубрика: Диагностика в Германии

Это метод исследования, базирующийся на принципе классического магнитно-ядерного резонанса, но имеющий некоторые отличия. Если в магнитно-резонансных приборах используется свойство частиц поглощать и излучать электромагнитные волны, то целью спектроскопии является определение наличия и концентрации отдельных химических веществ . Метод магнитно-резонансной спектроскопии позволяет проводить измерения в живых тканях. Так, с помощью ядер водорода (Н 1) возможно определять количество N-ацетиласпартата в нейронах головного мозга или количество холина в клеточных мембранах. Молекулы фосфора Р 31 применяются, главным образом для изучения обмена веществ на клеточном уровне, а молекулы углерода С 13 - для отслеживания метаболизма глюкозы.

Первая установка для МР-спектроскопии сконструирована австрийским профессором Эвальдом Мозером с сотрудниками в 1990 году. В 1996 году выполнены первые исследования метаболизма глюкозы и жирных кислот в головном мозге, скелетных мышцах и печени здоровых испытуемых, а также пациентов с диабетом 1 и 2 типа. К настоящему времени также выполнены клинические исследования МР-спектроскопии сердца и предстательной железы .

В ПОМОЩЬ ОНКОЛОГУ

В последние годы метод получил широкое распространение в онкологии , так как позволяет определить накопление патологических веществ при различных онкологических заболеваниях.

Если ранее было осуществимо лишь исследование крупных органов и значительных изменений, то сейчас стало возможным исследование такого небольшого органа, как предстательная железа с разрешением до <0,5 см 3 . В здоровой ткани предстательной железы определяется в больших количествах цитрат, или лимонная кислота. При злокачественных новообразованиях количество цитрата уменьшается. Так как общее число клеток при онкологических заболеваниях увеличивается, то возрастает и количество холина, составной части клеточной оболочки. Концентрацию двух этих веществ как раз и позволяет измерить МР спектроскопия. Для получения трехмерного изображения и точной локализации опухоли весь орган делится на небольшие участки менее 0,5 см 3 , в каждом из которых определяется концентрация указанных веществ.

На рисунке показана разница в содержании различных метаболитов в нормальной ткани предстательной железы (А) и в ткани карциномы предстательной железы (Б). При этом Cholin - холин, Kreatin - креатин, а Citrat - cоли лимонной кислоты. В злокачественной ткани преобладает повышенная концентрация холина, но снижена концентрация цитрата. (Источник: Dr. Scheidler. Patienteninfo Prostata-Spektroskopie. Radiologische Zentrum München-Pasing, 2010 ).

Комбинация МРТ (определение морфологической структуры) с МР спектроскопией (выявление и определение концентрации химических соединений) позволяет охарактеризовать и спланировать лечение рака предстательной железы.

ПРИ РАКЕ ПРОСТАТЫ

Для такого исследования требуется МРТ-установка с высоким разрешением, а также две передающие капсулы: одна располагается поверхностно на передней брюшной стенке в области предстательной железы, а другая - ректально. Для обработки сигнала необходим также специальный прибор и программное обеспечение. Для получения достоверных результатов врачу требуется достаточный опыт работы с оборудованием. Только в 2010 году была завершена экспериментальная фаза применения МР- спектроскопии для диагностики рака предстательной железы. В Германии такое обследование можно пройти, например, в радиологическом центре Мюнхен-Пазинг. Врачами этого центра с 1993 года обследовано более 7000 пациентов. В сентябре 2003 года здесь был проведен первый в Германии курс для врачей по диагностике рака предстательной железы с помощью МР-спектроскопии.

В настоящее время «золотым стандартом» ранней диагностики рака предстательной железы является определение опухолевого маркера, простатспецифического антигена (ПСА). При повышении ПСА выполняется дальнейшая диагностика - поиск злокачественного новообразования или доброкачественных изменений (гиперплазии). Основным недостатком метода является низкая специфичность, то есть повышение ПСА и при других, например, воспалительных заболеваниях.

В случае повышения ПСА на помощь как раз может прийти такой метод как МР-спектроскопия. Особенно МР-спектроскопия показана пациентам с постоянно повышенным уровнем ПСА, но неподтвержденными с помощью гистологического исследования злокачественными изменениями предстательной железы.

ПРОЦЕДУРА

Как же выполняется исследование предстательной железы? Самым приятным фактом является отсутствие специальной подготовки пациента. Лишь незадолго до процедуры рекомендуется естественное опорожнение кишечника и мочевого пузыря. Контрастное средство в исследовании не применяется.

Противопоказанием к исследованию является наличие искусственного водителя ритма. При наличии искусственных клапанов сердца или протезов внутреннего уха необходимо обязательно информировать врача, имея при себе описание (аннотацию или паспорт) данных протезов. Исследование проводится в закрытом помещении, в специальной продолговатой кабине. Если имеет место боязнь закрытых пространств - клаустрофобия, то перед исследованием пациент получает успокаивающее средство. Исследование длится около часа, в положении лежа на спине.

Метод МР-спектроскопии является очень многообещающим. В комбинации с обычной магнитно-резонансной томографией правильный диагноз устанавливается в 80-85% случаев. Ошибки происходят в тех случаях, когда опухолевая ткань значительно не отличается от нормальной по степени зрелости, и количество холина в ней приближено к нормальной ткани. Редко наблюдаются случаи, когда клетки опухоли рассеяны по всей предстательной железе, а не сконцентрированы на определенном участке, тогда в диагностике поможет исследование ткани под микроскопом.

В СПЕКТРЕ НАУКИ

В Германии признанным международным центром МР-спектроскопии является Франкфурт-на-Майне, где располагаются Центр биомолекулярной МР-спектроскопии, Институт Макса Планка и исследовательские группы Университета Гете. С помощью МР-спектроскопии здесь изучаются внутриклеточные белки, их изменения под воздействием различных медикаментов и температурных колебаний. В берлинской клинике Шарите и Рейнском университете Фридриха Вильгельма в Бонне активно изучается применение МР- спектроскопии для диагностики рассеянного склероза. Показано, что в неповрежденных клетках головного мозга содержится значительное количество N-ацетил-аспартата, снижение которого может указывать на развитие заболевания.

Др. София Ротэрмель

Магнитно-резонансная томография (МРТ) — метод получения изображений внутренних органов человека, основанный на явлении ядерно-магнитного резонанса (ЯМР).

Физика метода

Человеческое тело содержит большое количество протонов — ядер атома водорода: в составе воды, в каждой молекуле органического вещества — белках, жирах, углеводах, мелких молекулах... Протон же - один из немногих атомов, у которого есть собственный магнитный момент или вектор направления. При отсутствии внешнего мощного магнитного поля магнитные моменты протонов ориентированы случайным образом, то есть стрелки векторов направлены в разные стороны.

Если же поместить атом в сильное постоянное магнитном поле все меняется. Магнитный момент ядер водорода ориентируется либо сонаправленно направлению магнитного поля, либо в противоположном направлении. Во втором случае энергия состояния будет чуть выше. Если же теперь воздействовать на этим атомы электромагнитым излучением резонансной частоте (к счастью для нас, это частота радиоволн, абсолютно безопасная для человека), то часть протонов поменяют свой магнитный момент на противоположный. А после отключения внешнего магнитного поля они вернутся в исходное положение, выделяя энергию в виде электромагнитного излучения, которое и регистрируется томографом.

Ориентация магнитных моментов ядер а ) в отсутствии б ) при наличии внешнего магнитного поля

Эффект ЯМР можно представить не только на протонах, но и на любых изотопах, имеющих ненулевой спин (то есть вращающихся в определенном направлении), чья встречаемость в природе (или в организме человека) достаточно велика. К таким изотопам можно отнести 2 Н, 31 Р, 23 Na, 14 N, 13 C, 19 F и некоторые другие.

История МРТ

В 1937 году Изидор Раби , профессор Колумбийского университета изучил интересное явление, при котором атомные ядра образцов, помещённые в сильное магнитное поле, поглощали радиочастотную энергию. За это открытие он получил Нобелевскую премию по физике в 1944 году.

Позже две группы физиков из США, одна под руководством Феликса Блоха , другая — Эдварда М. Парселла , впервые получили сигналы ядерного магнитного резонанса от твёрдых тел. За это оба в 1952 также удостоились Нобелевской премии физике.

В 1989 Норман Фостер Рамсей получил Нобелевскую премию по химии за теорию химического сдвига, которую сформулировал в 1949 году. Суть теории в том, что ядро атома можно опознать по изменению резонансной частоты, а любую молекулярную систему может описать её спектр поглощения. Эта теория стала основой магнитно-резонансной спектроскопии. В период с 1950 по 1970 годы ЯМР использовался для химического и физического молекулярного анализа в спектроскопии.

В 1971 году физик Раймонд Дамадьян (США) открыл возможность применения ЯМР для обнаружение опухолей. Он продемонстрировал на крысах, что сигнал водорода от злокачественных тканей сильнее, чем от здоровых. Дамадьян и его команда потратили 7 лет на разработку и создание первого МР-сканера для медицинского отображения человеческого тела.

Доктор Дамадьян при попытке получить собственное МРТ изображение

В 1972 году химик Пол Кристиан Лотербур (США) сформулировал принципы отображения ядерного магнитного резонанса, предложив использовать переменные градиенты магнитного поля для получения двумерного изображения.

В 1975 г. Ричард Эрнст (Швейцария) предложил использовать в магнитно-резонансной томографии фазовое и частотное кодирование и Фурье-преобразования, метод, который используется в МРТ и в настоящее время. В 1991 году Ричард Эрнст удостоился Нобелевской премии по химии за достижения в области импульсной томографии.

В 1976 Питер Мэнсфилд (Великобритания) предложил эхо-планарное отображение (EPI) — самую скоростную методику, основанную на сверхбыстром переключении градиентов магнитного поля. Благодаря этому время получения изображения уменьшилось с нескольких часов до нескольких десятков минут. Именно Питер Мэнсфилд вместе с Полом Лотенбуром в 2003 году получил Нобелевскую премию по физиологии или медицине за изобретение метода магнитно-резонансной томографии. Кстати, любопытно, что с Лотенбуром над созданием метода МРТ работал правнук Альфреда Нобеля, Микаэль Нобель.

Итак, 3 июля 1977 , спустя почти 5 часов после начала первого теста, наконец, получили первое изображение среза человеческого тела на первом прототипе магнитного резонансного сканера.

Первое МРТ-изображение среза человеческого тела. Получено 3 июля 1977 года

Устройство томографа

МР-томограф состоит из следующих блоков: магнит, градиентные, шиммирующие и радиочастотные катушки, охлаждающая система, система приема, передачи и обработки данных, система экранирования (см. рис.)

Схема МР - томографа

Магнит — самая, собственно, важная и дорогая часть томографа, создающая сильное устойчивое магнитное поле. Магниты в МР-томографе бывают самые разные: постоянные, резистивные, сверхпроводящие и гибридные.

В томографе с постоянным магнитом поле создается между двумя полюсами, сделанными из ферромагнитных материалов (ферромагнетик — вещество, обладающее магнитными свойствами в отсутствии внешнего магнитного поля). Плюс такого томографа в том, что он не требует дополнительной электроэнергии или охлаждения. Однако создаваемое таким типом томографов поле не превышает по своей индукции 0,35 Тл (Тесла, Тл — единица измерения силы магнитного поля. Надо сказать, что и 0,35 Тл — это мощное магнитное поле, в 10000 раз мощнее магнитного поля Земли). Недостатки постоянных томографов — высокая стоимость непосредственно самого магнита и поддерживающих структур, а также проблемы с однородностью магнитного поля.

В резистивных магнитах поле создается пропусканием сильного электрического тока по проводу, намотанному на железный сердечник. Сила поля таких МРТ примерно чуть больше — 0,6 Тл. Но эти томографы нуждаются в хорошем охлаждении и в постоянном электропитании для поддержания однородности магнитного поля.

В гибридных системах для создания магнитного поля используются и проводящие ток катушки, и постоянно намагниченный материал.

Для создания полей свыше 0,5 Тл обычно необходимы сверхпроводящие магниты, которые очень надежны и дают однородные и стабильные во времени поля. В таком магните поле создается током в проводе из сверхпроводящего материала, не имеющего электрического сопротивления при температурах вблизи абсолютного нуля (-273,15°C). Сверхпроводник пропускает электрический ток без потерь. В МРТ обычно используется провод из ниобий-титанового сплава длиной в несколько километров, вложенный в медную матрицу. Охлаждается эта система жидким гелием. Более 90% производящихся сегодня МР-томографов составляют модели со сверхпроводящими магнитами.

Внутри магнита расположены градиентные катушки, предназначенные для создания небольших изменений главного магнитного поля. Приложенные в трех взаимно перпендикулярных направлениях, градиентные поля позволяют точно локализовать зону интереса в трехмерном пространстве.

Шиммирующая катушка — это катушка с малым током, создающая вспомогательные магнитные поля для компенсации неоднородности главного магнитного поля томографа из-за дефектов основного магнита или присутствия намагниченных объектов в поле исследований.

Радиочастотная (РЧ ) катушка представляет собой одну или несколько петель проводника, создающих магнитное поле, необходимое для поворота спинов на 90° или 180° и регистрирующих сигнал от спинов внутри тела.

Еще недавно клинической практике верхний предел напряженности магнитного поля составляет 2 Тл, однако сегодня на рынок выходят уже семитесловые томографы.

Типы МРТ

По виду конструкции МР-томографы могут быть открытые и закрытые. Первые МРТ-сканеры конструировались как длинные и узкие туннели. МРТ открытой конструкции имеют горизонтальные или вертикальные противостоящие магниты и имеют больше пространства вокруг пациента. Существуют системы для исследования пациентов в вертикальном положении.

МРТ-сканер с вертикальным положением пациента

МРТ-сканер открытого типа

МРТ -сканер закрытого типа

Диффузионно-тензорная МРТ. Этот метод определяет направление и тензор (силу) диффузии молекул воды в тканях: клетках, сосудах, нервных волокнах. Метод не требует использования контрастного вещества и поэтому абсолютно безопасен. На основе полученных в ходе томографии данных строят карты диффузии. Данный метод хорошо подходит для исследования ЦНС, позволяет хорошо визуализировать проводящие структуры мозга. Тензорную МРТ иногда называют трактографией.

Изображение проводящих путей мозга, получено с помощью диффузионно-тензорной МРТ

МР-ангиография. Метод визуализации кровеносных сосудов, основан на отличии сигнала движущихся протонов в крови от сигнала протонов окружающих неподвижных тканей.

МР-ангиография сосудов головы

Функциональная МРТ. Метод основан на регистрации кровообращения активно работающих участков мозга. Этому методу на портале будет посвящен отдельный материал.

МР-спектроскопия. Метод позволяет определить наличие определённых метаболитов (лактата, креатинина, N-ацетиласпартата и многих других) в тканях, органах и полостях, что позволяет делать выводы о наличии заболевания, его динамике.

Применение МРТ

МРТ позволяет увидеть любые внутренние органы человека, не нанося ему вреда. Высокая разрешающая способность, безопасность делают МРТ весьма популярным и перспективным методом исследования в клинической практике, несмотря на довольно высокую стоимость.

Помимо исследования больших объектов — человека, животных, для исследователей есть и другие способы использования магнитного резонанса. Например, МР-микроскопия. Для химиков, физиков и биологов МР-микроскопия возможно самый мощный инструмент изучения веществ на молекулярном уровне. Можно локализовать в 3D объеме магнитные ядра, позволяющие получать изображения и наблюдать объекты с разрешением, достигающим 10 -6 м.

ЯМР-микроскопия сегодня уже применяется для обнаружения микродефектов в различных объектах. Для химиков метод позволяет идентифицировать составы сложных смесей.

Источники:

1. Хорнак Дж. П. Основы МРТ. 2005

2. Марусина М.Я., Казначеева А.О. Современные виды томографии. Учебное пособие. - СПб: СПбГУ ИТМО, 2006. - 132 с.

3. McRobbie D. W. et al. MRI from Picture to Proton. - Cambridge university press, 2006.

4. http://www.fonar.com/nobel.htm

5. Александр Грек. Мозги на просвет: Цветные мысли. Популярная механика // 2008 — № 2(64) — стр. 54-58

6. http://www.bakuprightmri.com

7. http://mri-center.ru/mrt-otkritogo-tipa

8. Окользин А. В. Магнитно-резонансная спектроскопия по водороду в характеристике опухолей головного мозга //Онкология. - 2007. - Т. 8.

Дарья Прокудина