Магнитно-резонансная томография (МРТ) в наше время является обычной процедурой и используется больницами по всему миру. В МРТ для создания изображений органов и тканей организма используется сильное магнитное поле и радиоволны.
Появление МРТ, без преувеличения, произвело революцию в медицине. С тех пор врачи и ученые совершенствовали методы использования МРТ не только для помощи в медицинских процедурах, но и для проведения различных исследований.
Некоторые факты о МРТ
- МРТ неинвазивная и безболезненная процедура.
- В отличие от рентгеновского излучения и (КТ), в МРТ не используется ионизирующее излучение, которое является потенциально опасным для пациента.
- 1973 год принято считать годом основания магнитно-резонансной томографии.
- Магниты, используемые в МРТ, должны постоянно охлаждаться до температуры абсолютного минимума (−273,15 °C).
- Для охлаждения магнитов традиционно используется жидкий гелий.
- Для пациентов, страдающих клаустрофобией, были созданы вертикальные МРТ аппараты.
- Стоимость МРТ-сканера начинается со 150 тысяч американских долларов.
Что такое МРТ сканирование?
В МРТ для создания детального изображения поперечного сечения внутренних органов и структур пациента используется большой магнит, радиоволны и компьютер.
Сам сканер напоминает большую трубу со столом посередине, который позволяет поместить пациента в туннель.
МРТ сканирование отличается от компьютерной томографии и рентгеновского излучения, так как не использует ионизирующего излучения, которое может быть потенциально вредным для человека.
Как работает МРТ аппарат?
МРТ-сканер можно найти в большинстве больниц и это важный инструмент для анализа тканей организма.МРТ- сканер состоит из двух мощных магнитов, которые являются наиболее критической частью оборудования.
Тело человека по большей части состоит из молекул воды, которые состоят из атомов водорода и кислорода. В центре каждого атома находится еще меньшая по размеру частица под названием протон. Протон имеет магнитный момент и чувствителен к магнитному полю.
Обычно молекулы воды в организме человека расположены беспорядочно, но при входе в МРТ-сканер, магниты приводят к выравниванию молекул воды организма в одном направлении, на север или на юг.
Затем включается и выключается магнитное поле в виде серии быстрых импульсов, в результате чего каждый атом водорода меняет свой магнитный момент на противоположный, а потом возвращается в исходное положение.
Разумеется, пациент не в состоянии почувствовать данные изменения, а сканер способен их обнаружить и в сотрудничестве с компьютером создать детальное изображение поперечного сечения. Далее полученные данные интерпретирует радиолог.
Для чего используется МРТ?
Появление МРТ представляет собой огромную веху для медицины, врачей и ученых. Стало возможно досконально изучать внутренности человеческого тела, используя неинвазивный инструмент.
Ниже приведены лишь некоторые примеры когда используется МРТ:
- Различные нарушения в головном и спином мозге
- Опухоли, цисты и другие аномалии в различных частях тела
- Травмы или болезни суставов, например, боли в спине
- Некоторые виды проблем с сердцем
- Болезни печени и других органов брюшной полости
- Боли в области таза у женщин, например, миома или эндометриоз
- Подозрения на нарушения матки у женщин при анализе причин возможного бесплодия
Что происходит перед МРТ сканированием?
Перед сканированием МРТ нет нужды в какой-либо подготовке. Поскольку в МРТ используются магниты, то очень важно удалить любые металлические предметы: украшения, аксессуары. Они могут помешать работе МРТ-сканера.
Иногда пациенту внутривенно вводят контрастную жидкость. Это делается для более детального рассмотрения определенной ткани организма.
По мере сканирования, радиолог будет контактировать с вами и ответит на любые вопросы о процедуре.
После того как вы вошли в помещение для сканирования, персонал поможет вам лечь для помещения в сканер. Специалисты должны стремиться к тому, чтобы пациент чувствовал себя максимально комфортно, при необходимости предоставляя одеяла и подушки. Для блокировки громких звуков предложат беруши или наушники. Последние очень популярны среди детей, так как музыка поможет преодолеть любое беспокойство.
Что происходит во время МРТ сканирования?
Когда пациент уже находится внутри МРТ-сканера, специалист будет разговаривать с ним через специальное переговорное устройство. Сканирование не начнется прежде чем пациент не подтвердит свою готовность.
Непосредственно во время сканирования крайне важно оставаться неподвижным. Любое движение способно размыть полученные изображения, подобно движению во время снимка обычной фотографии. Громкие звуки, издаваемые сканером, являются абсолютно нормальными.
Если во время сканирования пациент сообщит о некомфортном состоянии, то сканирование будет остановлено.
Что происходит после МРТ сканирования?
После проведения сканирования радиолог изучит полученные изображения с целью определить необходимость дополнительных снимков. Если специалист доволен результатами, то пациент может идти. Затем радиолог подготовит краткий отчет для лечащего врача, который и обсудит результаты с пациентом.
Что такое функциональная МРТ?
Функциональная магнитно-резонансная томография использует технологию МРТ для измерения активности мозга путем мониторинга кровотока в головном мозге. Это дает представление об активности нейронов по мере увеличения кровотока в тех областях, где нейроны активны.
Этот метод произвел революцию в картировании мозга, позволив специалистам оценивать работу головного и спинного мозга без необходимости проведения инвазивных процедур или инъекций лекарственных препаратов. ФМРТ помогает узнать о функционировании как здорового, так и больного или поврежденного мозга.
Функциональная МРТ также используется в клинической практике, так как, в отличии от стандартной МРТ, которая полезна для обнаружения структурных аномалий в тканях, позволяет обнаружить аномальную активность в этих тканях. Если таковая имеется, то можно оценить риски, связанные с операцией на головном мозге, и тем самым помочь хирургу определить области, отвечающие за критически важные функции: речь, движение, чувства.
Функциональная МРТ может быть использована для определения эффектов опухолей, инсульта, повреждений мозга или нейродегенеративных заболеваний, таких как .
Часто задаваемые вопросы
Сколько времени занимает МРТ сканирование? Длительность варьируется от 15 до 60 минут в зависимости от того, анализ какой части тела производится и как много требуется сделать изображений. Если после первого сканирования выяснится, что изображения не достаточно четкие, то, возможно, потребуется сразу пройти второе сканирование.
Можно ли проходить МРТ с брекетами? Хотя наличие брекетов и не подвержены влиянию сканирования, они могут исказить изображение. Обратитесь заранее к врачу или рентгенологу. МРТ может занять дольше времени, если потребуются дополнительные снимки.
Можно ли двигаться, находясь в туннеле МРТ-сканера? Нет. Вам будет рекомендовано оставаться неподвижным во время проведения сканирования. Любое движение может размыть полученные изображения. В тех случаях, когда МРТ сканирование занимает много времени, специалист может дать небольшой перерыв и затем закончить процедуру.
В случае клаустрофобии, радиолог ответит на любые вопросы.
Я страдаю клаустрофобией, как мне быть? Об этом необходимо также заранее поговорить с врачом или рентгенологом. Тогда с вами будут непрерывно контактировать на протяжении всей процедуры и помогут справится с тревогой. В некоторых больницах имеются открытые сканеры, которые специально созданы для пациентов, страдающих от клаустрофобии.
Нужна ли мне инъекция контрастного вещества до проведения МРТ сканирования? В некоторых случаях применяют контрастное вещество, если специалист решит, что имеется необходимость повысить точность диагностики.
Можно ли делать МРТ во время беременности? К сожалению, нет прямого ответа на этот вопрос. О беременности нужно обязательно сообщить врачу перед сканированием. На данный момент было относительно мало исследований о влиянии МРТ на беременность.
В 2014 году были опубликованы некоторые рекомендации, которые пролили больше света по этому вопросу. Рекомендуется ограничить МРТ в течение первого триместра, если полученная информация не считается клинически важной. МРТ сканирование во время второго и третьего триместра безопасно при показателях тесла 3.0 и ниже (единица измерения индукции магнитного поля).
Руководства также говорят, что непреднамеренное МРТ во время первого триместра не связано долгосрочными последствиями и не должно вызывать беспокойство.
Один из самых эффективных методов медицинского исследования - МРТ или магнитно-резонансная томография, позволяющая получить максимально точные сведения об анатомических особенностях организма пациента, обменных процессах, физиологии тканей и внутренних органов. С его появлением стало возможно детальное обследование головного мозга для диагностики заболеваний и дегенеративных поражений. Возможность определения локализации процесса и объема произошедших повреждений становится основным преимуществом данной процедуры при выявлении новообразований и исследовании сосудов.
Что такое МРТ
Магнитно-резонансная томография - это уникальная возможность получения высокоточных послойных изображений исследуемой области. Процедура проводится при помощи специального аппарат, действие которого на организм человека заключается в стимуляции радиоволн, создании сильного магнитного поля и регистрации ответного электромагнитного излучения организма. Результатом процесса становится построение изображения путем обработки поступающего сигнала на компьютере.
Что такое магнитно-резонансный томограф? Это устройство, позволяющее добиться эффективной диагностики, выявить изменения в работе организма и произвести высокоточную визуализацию исследуемых органов, которая значительно превосходит результаты других методик (рентгена, КТ, ультразвука). Такая процедура позволяет выявить онкологию и ряд других заболеваний и опасных патологий, измерить скорость кровотока и движения спинномозговой жидкости и т.д.
В основе работы аппарата лежит принцип ЯМР с последующей обработкой полученных сведений специальными программами. МРТ установка обеспечивает создание сильного магнитного поля. Немаловажным фактором, объясняющим принцип работы устройства, является наличие в человеческом организме протонов (в химическом смысле это ядро атома водорода) . Магнитно-резонансный томограф позволяет поддерживать стабильное состояние магнетизма в теле пациента, при помещении его в силовое поле. Аппарат производит:
стимуляцию организма при помощи радиоволн, способствуя смене стационарной ориентации заряженных частиц;
остановку радиоволн и регистрацию электромагнитных излучений организма;
обработку полученного сигнала и преобразование его в изображение.
Полученная картинка не является фотографическим снимком обследуемого отдела или органа. Специалист получает высококачественное детализированное отображение радиосигналов, испускаемых телом пациента. МРТ диагностика полностью превосходит метод компьютерной томографии, поскольку в данном случае при проведении процедуры не применяется ионизирующее излучение, а используются безопасные для человеческого организма электромагнитные волны.
История создания и принцип работы МРТ
Годом создания данного метода считается 1973, а одним из отцов-основателей магнитно-резонансной томографии - Пол Лотербур. В одном из журналов им была опубликована статья, в которой подробно описывался феномен визуализации структур и органов при помощи использования магнитных и радиоволн.
Это не единственный ученый, причастный к открытию МРТ - еще в 1946 году Феликс Блох и Ричард Пурселл, работающие в Гарварде, изучали физическое явление, в основе которого лежали свойства, присущие атомным ядрам (первичное поглощение получаемой энергии и последующее ее переизлучение. т.е. выделение с переходом к начальному состоянию). За это исследование ученые получили Нобелевскую премию (1952).
Открытие Блоха и Пурселла стало своеобразным толчком к развитию теории по ЯМР. Необычное явление изучалось как химиками, так и физиками. Демонстрация первого компьютерного томографа, включающая в себя ряд испытаний, произошла в 1972 году. Результатом проведенного исследования стало обнаружение принципиально нового способа диагностики, позволяющего детально визуализировать важнейшие структуры организма.
Далее Лотербуром был частично сформулирован принцип работы аппарата МРТ - работа ученого легла в основу исследований, проводимых до наших дней. В частности, в статье содержались следующие утверждения:
Трехмерные проекции объектов получаются по спектрам ЯМР протонов воды из обследуемых структур, органов и т.д.
Особое внимание уделялось наблюдению за злокачественными новообразованиями. Опыты, проведенные Лотербуром, показали: они существенно отличаются от здоровых клеток. Разница заключается в характеристиках полученного сигнала.
В 70-е годы XX века началась новая эра развития МРТ-диагностики. В это время Ричардом Эрнстом было предложено проведение магнитно-резонансной томографии с использованием особого метода - кодирования (как частотного, так и фазового). Именно этим способом визуализации исследуемых областей и пользуются врачи в наши дни. В 1980 году был продемонстрирован снимок, на получение которого ушло около 5 минут. Уже через шесть лет длительность отображения снизилась - до пяти секунд. При этом качество картинки оставалось неизменным.
В 1988 году был усовершенствован и метод ангиографии, позволяющий отобразить кровоток пациента без дополнительного ввода в кровь препаратов, выполняющих роль контраста.
Развитие МРТ стало новой вехой в современной медицине. Эта процедура применяется в диагностике заболеваний:
позвоночника;
суставов;
мозга (головного и спинного);
гипофиза;
внутренних органов;
молочных желез и т.д.
Возможности открытого метода позволяют обнаруживать заболевания на ранних стадиях и выявлять патологии, требующие своевременного лечения или же немедленного операционного вмешательства. Томография, проведенная на современном оборудовании, дает возможность получить точное изображение органов, обследуемых структур и тканей, а также:
собрать необходимую информацию о циркуляции спинномозговой жидкости;
определять уровень активации областей коры головного мозга;
проследить за газообменом в тканях.
Метод МРТ выгодно отличается от других способов диагностики:
Он не предполагает воздействия, осуществляемого при помощи хирургических инструментов.
Магнитно-резонансная томография безопасна и высокоэффективна.
Данная процедура относительно широко доступна и востребована при исследовании наиболее сложных случаев, требующих детальной визуализации происходящих в организме изменений.
На видео ниже демонстрируются основные этапы функционирования современного томографа:
Принцип работы МРТ (видео)
Принцип работы магнитно-резонансного сканера (МРТ)
Как проходит процедура? Человека помещают в специальный узкий тоннель, в котором он должен находиться в горизонтальном положении. В трубе на него воздействует сильное магнитное поле прибора. Исследование длится от 15 до 20 минут.
После пациенту выдается изображение. Оно создается благодаря методу ЯМР - физическому явлению магнитно-ядерного резонанса, связанному со свойствами протонов.При помощи радиочастотного импульса в созданном устройством электромагнитном поле вырабатывается излучение, преобразующееся в сигнал. После он регистрируется и обрабатывается компьютерной программой.
Каждый обследуемый и выводимый на экран в виде изображения срез имеет свою толщину. Рассматриваемый способ отображения схож с технологией удаления всего, что располагается над слоем и под ним. При этом большую роль играют отдельные элементы объема и плоскости - части среза и структурные компоненты получаемого магнитно-резонансного снимка.
Поскольку человеческое тело на 90% состоит из воды, происходит стимуляция протонов атомов водорода. Этот метод воздействия позволяет заглянуть в организм и диагностировать серьезные заболевания без физического вмешательства.
Устройство аппарата МРТ
Рассматриваемое современное оборудование состоит из следующих частей:
магнит;
катушки;
прибор, генерирующий радиоимпульсы;
клетка Фарадея;
источник питания;
система охлаждения;
системы, служащие для обработки поступающих данных.
Магнит
Создает стабильное поле, характеризующееся однородностью и высокой напряженностью. Именно по последнему показателю оценивается мощность прибора. Напомним о том, что именно от нее зависит качество получаемого изображения и скорость проведения процедуры.
В зависимости от напряженности все аппараты разделяются на следующие группы:
Низкопольные - оборудование начального уровня, открытые, сила поля < 0.5 Tл.
Среднепольные - показатели от 0,5-1 Тл.
Высокопольные - отличаются высокой скоростью исследования, четким изображением даже при движении пациента во время обследования. Напряженность магнитного поля этих установок - 1-2 Тл.
Сверхвысокопольные - более 2 Тл. Используются для исследовательских целей.
Также выделяются следующие виды используемых магнитов:
Постоянные - изготавливаются из сплавов, обладающих ферромагнитными свойствами. Преимущество таких элементов - их не нужно охлаждать, поскольку они не требуют энергии для поддержания однородного поля. Среди недостатков - большой вес используемой системы, низкая напряженность. Также подобные магниты чувствительны к температурным изменениям.
Сверхпроводящие - катушка, изготовленная из специального сплава. Через нее могут пропускать большие токи. Результатом работы такого устройства становится создание сильного магнитного поля. Дополнением к конструкции идет система охлаждения. Минусы данного вида - повышенное потребление жидкого гелия при низких энергозатратах, большие расходы на эксплуатацию прибора, обязательное экранирование. Также велик риск выбрасывания охлаждающей жидкости из криостата при потере свойств сверхпроводимости.
- Резистивные - электромагниты не требуют использования специальных охлаждающих систем, способны создавать относительно гомогенное поле для проведения сложных исследований. Недостаток - большой вес (примерно 5 тонн, повышается в процессе экранирования)
Принцип работы катушки в МРТ
Эти элементы предназначены для повышения однородности магнитного поля. Пропуская через себя ток, они корректируют характеристики, компенсируя недостаточную гомогенность. Такие детали либо размещаются непосредственно в жидком гелии, либо не требуют охлаждения.
Результатом работы градиентных катушек становится создание четкого изображения путем локализации сигнала и сохранения точного соответствия данных, полученных во время процедуры, и области, исследуемой врачом.
Большое значение имеют мощность и скорость действия деталей - от этих показателей зависит разрешающая способность прибора, уровень шума в соотношении с сигналом и быстрота действия.
Передатчик в МРТ: принцип работы элемента в системе томографа
Данный прибор формирует радиочастотные колебания и импульсы (прямоугольной и сложной формы). Подобное преобразование позволяет добиться возбуждения ядер, повлиять на контраст изображения, выводимого на снимок. Сигнал от элемента поступает на переключатель, который, в свою очередь, воздействует на катушку, генерируя РЧ магнитное поле, влияющее на спиновую систему.
Приемник
Представляет собой отличающийся высокой чувствительностью и низким уровнем шума усилитель сигнала, работа которого происходит на сверхвысоких частотах. Регистрируемый отклик претерпевает изменения - преобразование из МГц в кГц (от высоких частот к низким).
Запчасти для томографов
За получение точного детализированного изображения отвечают и регистрирующие датчики, которые располагаются вокруг исследуемого органа пациента. Подобная процедура абсолютно безопасна: произведя излучение сообщенной энергии, протоны возвращаются в прежнее состояние.
За получение точного детализированного изображения отвечают и регистрирующие датчики, которые располагаются вокруг исследуемого органа пациента. Подобная процедура абсолютно безопасна: произведя излучение сообщенной энергии, протоны возвращаются в прежнее состояние. Для улучшения качества изображения и большей детализации изображения пациенту могут ввести контрастное вещество на основе гадолиния, не вызывающее побочных реакций. Специальный препарат помещается в шприц или инъектор, автоматически рассчитывающий дозировку и скорость ввода. Подача средства полностью синхронизирована с ходом сканирования.
Качество проведенного обследования зависит не только от напряженности магнитного поля, но и от используемой катушки, применения контрастного вещества, особенностей диагностики и опыта специалиста, проводящего томографию.
Преимущества подобной процедуры:
возможность получения максимально точного изображения осматриваемого органа;
повышение качества диагностики;
безопасность для пациента.
Томографы отличаются по силе создаваемого ими поля и «открытости» магнита. Чем больше мощность поля, тем быстрее проходит процедура сканирования и выше качество получаемого трехмерного изображения.
Открытые аппараты МРТ имеют C-образную форму и являются оптимальным вариантом для обследования людей, страдающих выраженной клаустрофобией. Они создавались для проведения дополнительных процедур внутри магнита. Такой тип установок гораздо слабее закрытых томографов.
Обследование с применением МРТ является одним из самых эффективных и безопасных способов диагностики и наиболее информативным методом для детального исследования спинного и головного мозга, позвоночника, органов брюшной полости и малого таза.
Была выдвинута в 1973 году
.
МР томограф состоит из:
- магнитных градиентов;
- основного магнита;
- приёмника радиоимпульсов;
Рассмотрим лишь Качество и скорость
- ультранизкие: менее 0,1 Тл ;
- низкопольные : в диапазоне от 0,1 до 0,5 Тл ;
- средние: от 0,5 до 1,0 Тл ;
- высокопольные : 1,0 - 2,0 Тл 1,5 Тл ;
- ультравысокие: от 2,0 Тл и выше 3,0 Тл .
- постоянные;
- резистивные электрические;
- поле 0,2 - 0,3 Тл ;
- экономичны в эксплуатации
томографов открытого типа
МРТ клаустрофобии
.
весом более 120 кг
- магнитное поле от 0,2 до 0,4 Тл ;
- конструктивные особенности:
- поле 0,35 - 4 Тл .
- высокопольность ;
- создание на их основе томографов открытого типа .
- высокая стоимость;
- выравнивания магнитного поля
Принцип работы МРТ томографа
- модулирует их в импульсы ;
- компьютер
- централизованно управлять всей системой ;
Идея по формированию изображения внутренних органов человека посредством ядерного магнитного резонанса
была выдвинута в 1973 году
.
В 2003 году Paul Christian Lauterbur из университета Иллинойса (США) и Peter Mansfield из университета Ноттингема (Великобритания) получили Нобелевскую премию в области физиологии и медицины
за изобретение МРТ томографа.
МР томограф состоит из:
- магнитных градиентов;
- основного магнита;
- систем сбора и обработки данных;
- генератора (передатчика) радиоимпульсов;
- приёмника радиоимпульсов;
- систем энергоснабжения и охлаждения.
Рассмотрим лишь общие принципы строения МР томографов , так как частое обновление модельного ряда лишает смысла рассматривать конструктивные особенности конкретного аппарата. Качество и скорость получения выходной картинки, определяемые сигналом в приемной катушке томографа, зависят от магнитной индукции (силы магнита).
По силе магнитного поля томографы разделяются на:
- ультранизкие: менее 0,1 Тл ;
- низкопольные : в диапазоне от 0,1 до 0,5 Тл ;
- средние: от 0,5 до 1,0 Тл ;
- высокопольные : 1,0 - 2,0 Тл , типичный высокопольный томограф 1,5 Тл ;
- ультравысокие: от 2,0 Тл и выше , наиболее распространены модели томографов 3,0 Тл .
Магниты в МР томографах классифицируются как:
- постоянные;
- резистивные электрические;
- сверхпроводящие электрические.
Характеристики магнитов 1 класса постоянных:
- состоят из ферромагнитных сплавов;
- поле 0,2 - 0,3 Тл ;
- экономичны в эксплуатации , так как не требуют затрат электроэнергии и охлаждения;
- ориентация магнитного поля - вертикальная;
Преимуществом постоянных магнитов и томографов открытого типа
на их основе является возможность проведения МРТ для больных, страдающих приступами клаустрофобии
.
Экономичность, простота и возможность приема пациентов с клаустрофобией и весом более 120 кг
способствовали росту спроса на МР томографы открытого типа на постоянных магнитах.
Характеристики резистивных электромагнитов 2 класса:
- конструкция резистивного электрического магнита:
- соленоид из медной или железной проволоки;
- используется водяное охлаждение;
- магнитное поле от 0,2 до 0,4 Тл ;
- поле ориентировано вдоль отверстия соленоида;
- современные модели МР томографов на основе резистивных электромагнитов - открытого типа.
Характеристики сверхпроводящих электромагнитов 3, 4 и 5 классов:
- конструктивные особенности:
- соленоид из ниобий - титанового сплава;
- охлаждается жидким гелием до - 269 гр. по Цельсию (4К) при которой переходит в сверхпроводящее состояние;
- поле 0,35 - 4 Тл .
Достоинства сверхпроводящих магнитов:
- высокопольность ;
- создание на их основе томографов открытого типа .
Недостатки высокопольных МР томографов:
- высокая стоимость;
- использование для охлаждения жидкого гелия;
- необходимость дополнительного выравнивания магнитного поля для получения качественного изображения.
Принцип работы МРТ томографа
- передающая катушка генерирует волны резонансной частоты и модулирует их в импульсы ;
- приемная катушка, представляющая высокочувствительную антенну, расположенную перпендикулярно направлению основного поля (плоскость X-Y) передает полученный сигнал на АЦП ;
- аналого-цифровой преобразователь (АЦП) отправляет данные в цифровом виде на операторский компьютер для реконструкции изображения;
- компьютер
, кроме получения изображения с томографа, позволяет:
- централизованно управлять всей системой ;
- обрабатывать, записывать и печатать изображение;
- выполнять быстрое Фурье-преобразование.
Одним из наиболее результативных способов медицинского обследования, является МРТ или магнитно-резонансная томография, дающая возможность, обрести наиболее точную информацию об:
- особенностях анатомии человеческого организма,
- внутренних органов,
- эндокринной системы,
- а также возбудимости тканей.
Возможность точно определить место развития паталогического процесса и объема произошедших повреждений, становится основным преимуществом процедуры МРТ, при обнаружении злокачественных опухолей и обследования сосудов.
Что представляет из себя МРТ?
Магнитно-резонансная томография – это исключительный шанс получить точнейшие послойные изображения, области организма, которая исследуется.
Процедура МРТ заключается в стимулирувании электромагнитных волн. Образовывается внушительное магнитное поле, в которое помещается пациет (или часть тела). Затем фиксируется обратный электромагнитный сигнал, поступающий от человеческого организма на компьютер. В итоге, выстраивается изображение.
Магнитно-резонансный томограф, является аппаратом, дающим возможность достичь эффективнейшего диагностирования, определить метаморфозы в функционировании организма и осуществить высочайшее, по точности, изображение изучаемых органов, которое дает результаты, на порядок выше, нежели рентген, компьютерная томография или УЗИ.
МРТ дает возможность обнаружить онкологические заболевания и перечень других не менее опасных болезней, а также замерить быстроту кровотока и течение спинномозговой жидкости.
Аппарат МРТ дает возможность содействовать неизменному состоянию магнетизма в теле человека, при его размещении внутри устройства.
В результате чего, он осуществляет:
- стимулирование организма с помощью электромагнитных волн, помогая смене стабильной направленности настроенных частиц;
- приостановку электромагнитных волн и фиксацию тех же излучений, со стороны человеческого организма;
- обрабатывание принятого сигнала и перестройка его в картинку (изображение).
За основу функционирования МРТ, взят ЯМР принцип, с последовательным обрабатыванием получаемой информации, специализированными программами.
Итоговое изображение – это совсем не фотография или фото-негатив изучаемой части тела или органа. Радиосигналы преобразовываются в высококачественное изображение среза человеческого организма, на экране монитора. Доктора видят органы в разрезе.
Магнитно-Резонансная Томография, является более точным и надежным методом диагностирования, нежели КТ (компьютерная томография), ведь при МРТ не осуществляется применение ионизирующего излучения, наоборот, применяются абсолютно безвредные для организма электромагнитные волны.
История производства и особенности устройства аппарата МРТ
Датой сотворения сего полезнейшего устройства, называют 1973 год, а одним из первых разработчиков, считается – Пол Лотербур. В одном из его трудов был четко описан факт изображения строений организма и органов, благодаря применению магнитных и радиоволн.
Однако, Лотербур не единственный изобретатель, приложивший руку к изобретению МРТ. За 27 лет до этого, Ричард Пурселл и Феликс Блох, работая в Гарвардском Университете, испытывали явление, основой которого являлось качество, характерное для атомных ядер (изначальное вбирание энергии и ее последующее «отдавание», то есть отделение с возвращением к исходному состоянию). Спустя шесть лет, за свою работу, ученые были удостоены Нобелевской премии.
Их открытие, стало, в определенном роде, прорывом для развития суждения по ЯМР.
Удивительный феномен подвергался изучению многими ученными, не только физиками, но и математиками, и химиками. Показ первого Компьютерного Томографа, с перечнем опытов, был осуществлен в 1972 году. В результате, был выявлен новейший способ диагностирования, позволяющий подробно изображать наиболее важные структуры человеческого организма.
Впоследствии, некто Лотербур, хоть и не в полной мере, но высказал принцип функционирования МРТ. Его работа стала толчком для развития и дальнейших исследований в данной отрасли.
Немало времени уделяли надзору над недоброкачественными опухолями.
Исследования, производящиеся Лотербуром, продемонстрировали: они кардинально разнятся со здоровыми клетками. Разница состоит в параметрах добываемого сигнала.
И так, можно смело утверждать, что стартом новейшей эры развития диагностирования с помощью МРТ, являются семидесятые годы прошлого века. Именно в тот период времени, Ричард Эрнст, предложил осуществление МРТ с применением особенного метода – кодирования (и радиочастотного, и фазового). Метод, который был предложен тогда, используют доктора и в наши дни. В восьмидесятом году прошлого века было продемонстрировано изображение, на создание которого было затрачено всего 5 минут, а через шесть лет, это время составляло уже 5 секунд. Стоит отметить, что качество изображения при этом, не изменилось.
Через 8 лет после первого изображения, внушительный рывок произошел и в ангиографии, дающей возможность показать кровоток человека без вспомогательного введения в кровь лекарств, выполняющих функцию контраста.
Развитие данной отрасли стало историческим моментом для современной медицины.
МРТ используется в диагностировании болезней:
- позвоночника;
- суставов;
- головного и спинного мозга;
- нижнего мозгового придатка;
- внутренних органов;
- парных молочных желез внешней секреции и так далее.
Потенциал открытого метода , дает возможность выявлять болезни на начальных стадиях и находить аномалии, нуждающиеся в безотлагательном лечении или в неотложном хирургическом вмешательстве.
Процедура МРТ , осуществленная на нынешнем ультрасовременном оборудовании, позволяет:
- получить точнейшую визуализацию внутренних органов, тканей;
- накопить нужные данные о вращении спинномозговой жидкости;
- выявить уровень активности областей коры головного мозга;
- отслеживать газообмен, происходящий в тканях.
МРТ значительно и в лучшую сторону отличим от прочих методов диагностирования:
- Он не предусматривает манипуляций с хирургическими инструментами;
- Он эффективен и безопасен;
- Процедура достаточно распространена, доступна и необходима при изучении наиболее серьезных случаев, нуждающихся в подробном изображении случающихся в организме метаморфоз.
Принцип работы Магнитно-Резонансного Томографа (МРТ)
Процедура производится следующим образом. Пациента размещают в специализированное узкое углубление (своего рода тоннель), в котором он обязательно должен быть размещен горизонтально. Длительность процедуры составляет от четверти до половины часа.
По завершении процедуры, человеку на руки отдают изображение, которое формируется с помощью ЯМР метода – физического явления магнитного и ядерного резонанса, связанного с особенностями протонов. Благодаря радиочастотному импульсу, в образованном при помощи аппарата электромагнитном поле преобразуется излучение, превращающееся в сигнал. Затем он принимается и подвергается обработке специализированной программой для компьютера.
На монитор выводится серия изображений срезов организма. Каждый изучаемый срез, обладает индивидуальной толщиной. Этот метод отображения похож на технологию удаления всего лишнего над или под слоем. Немаловажную роль, при этом, выполняют конкретные элементы объема и части среза.
Из-за того, что тело человека на 90% состоит из жидкости, осуществляется стимулирование протонов атомов водорода. Метод МРТ, дает возможность взглянуть в организм и определить серьезность недуга без непосредственного физического вмешательства.
Устройство МРТ
Современный аппарат МРТ, состоит из таких частей:
- магнит;
- катушки;
- генератор радиоимпульсов;
- клетка Фарадея;
- ресурс питания;
- охладительная система;
- системы, обрабатывающие получаемые данные.
В последующих пунктах мы изучим работу части отдельных элементов аппарата МРТ!
Магнит
Производит стабилизированное поле, которое характеризуется равномерностью и внушительной эмфазой (напряженностью). Из заключительного показателя выявляется мощность устройства. Упомянем еще раз, именно от мощности зависит то, насколько высокое качество обретет визуализация после окончания терапии.
Аппараты делятся на 4 группы:
- Низкопольные – оснащение начального типа, сила поля менее 0.5 Тл;
- Среднепольные – сила поля от 0,5-1 Тл;
- Высокопольные – характеризуются великолепной скоростью обследования, хорошо просматриваемой визуализаций, даже если человек двигался при процедуре. Сила поля – 1-2 Тл;
- Сверхвысокопольные – более 2 Тл. Применяются исключительно при исследованиях.
Также стоит отметить такие разновидности применяемых магнитов:
Постоянный магнит – производится из сплавов, имеющих, так называемые Ферромагнитные свойства. Плюсами данных элементов, являет то, что им нет необходимости понижать температуру, потому что им не нужно энергии для поддержки однородного поля. Из минусов, стоит отметить внушительную массу и незначительную напряженность. Кроме прочего, такие магниты, восприимчивы к изменениям температур.
Сверхпроводимый магнит – катушка, созданная из особого сплава. Через данную катушку, происходит пропуск огромных токов. Благодаря аппаратам с подобными катушками, в них создается внушительное по силе магнитное поле. Однако, в сравнении с предыдущим магнитом, для сверхпроводимого магнита, необходима охладительная система. Из минусов, стоит отметить значительный расход жидкого гелия при незначительных затратах энергии, внушительные затраты на эксплуатирование агрегата, экранирование в обязательном порядке. Кроме прочего, существует риск выброса жидкости для охлаждения при утрате сверх проводимых свойств.
Резистивный магнит
– не нуждается в применении специализированных систем охлаждения, и могут производить относительно однородное поле для осуществления сложных испытаний. Из минусов, стоит отметить внушительную массу, составляющую около пяти тонн и повышающуюся в случае экранирования.
Передатчик
Вырабатывает колебания и импульсы радиочастот (формы прямоугольника и сложной). Данное изменение дает возможность достичь возбуждения ядер, улучшить контрастность картинки, получаемой в результате обработки данных.
Сигнал передает на переключатель, который оказывает действие на катушку, образуя магнитное поле, обладающее влиянием на спиновую систему.
Приемник
Это усилитель сигнала с высочайшей чувствительностью и незначительным шумом, который работает на сверхвысоких частотах. Получаемый отзыв видоизменяется из мГц в кГц (то есть от больших частот, к меньшим).
Прочие запчасти
Для более подробной детализации картинки несут ответственность, также, датчики регистрации, расположенные около изучаемого органа. Процедура МРТ не представляет никакой опасности для человека, осуществив излучение сообщаемой энергии, протоны перетекают в изначальное состояние.
Чтобы качество визуализации было лучше, исследуемому человеку могут ввести вещество контрастного типа на основе Gadolinium, которое не обладает побочными действиями. Вводится он при помощи шприца, который автоматизировано, подсчитывает необходимую дозу и быстроту введения препарата. Средство поступает в организм синхронно с протекающей процедурой.
Качество МРТ исследования, зависит от большого количества факторов – это и состояние магнитного поля, катушка, которая применяется, какой контрастный препарат и даже доктор, проводящий процедуру.
Преимущества МРТ:
- высочайшая вероятность получить наиболее точную визуализацию исследуемой части тела или органа;
- постоянно развивающееся качество диагностирования;
- отсутствие негативных воздействий на человеческий организм;
Аппараты разнятся по силе генерируемого поля и «распахнутости» магнита. Чем выше мощность, тем скорее проводится исследование и тем лучше качество визуализации.
Открытые аппараты,
обладают C-образной формой и считаются наилучшим для исследования людей, подверженных тяжелым формам клаустрофобии. Изначально они разрабатывались для осуществления вспомогательных внутри-магнитных процедур. Также, стоит отметить, что эта разновидность устройства значительно слабее, нежели закрытый аппарат.
Обследование с помощью МРТ
- одно из наиболее результативных и неопасных методов диагностирования и максимально информативно для подробного изучения спинного и головного мозга, позвоночника, органов брюшной полости и малого таза.
Видео "Как устроен МРТ":
Также предлагаем Вашему вниманию несколько видео об устройстве и приципу работы МРТ:
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