|
Записаться
|
Блинк физика мртЭверт блинк физика мрт основы — Медицина мираПожалуй, каждый, кто хоть раз проходил обследование в больнице, так или иначе сталкивался с процедурой, называемой магнитно-резонансной томографией или МРТ. Широкое распространение этого метода исследования продиктовано рядом веских причин: МРТ позволяет получить наиболее четкое изображение тканей и органов человеческого тела, что является важным аспектом диагностики, а затем и лечения многих заболеваний, при этом организм обследуемого получает значительно меньшую нагрузку, чем при проведении лучевой диагностики или введении контрастных веществ. Кроме того, такое исследование не требует специальной подготовки, такой как ограничение приема пищи (за исключением МРТ органов брюшной полости). Но такие широкие возможности открылись перед медициной совсем недавно, поскольку появление этого метода исследования связано с открытием явления ядерно-магнитного резонанса. Ядерный магнитный резонанс – не совсем ядерный в том смысле, в котором мы привыкли думать. ЯМР – это поглощение ядром электромагнитной энергии, связанное с изменением положения его магнитного момента в пространстве, а магнитный момент является обусловленным вращением ядра. Изучение ЯМР началось ещё с 20-х годов ХХ века, когда были поставлены первые опыты и выдвинуты гипотезы о наличии магнитных моментов. В 1922 г. Отто Штерн и Вальтер Герлах поставили первый опыт по изучению воздействия магнитного поля на ядро, «стреляя» пучками атомов серебра через постоянный магнит и «ловили» атомы на фотопластинке, которую они расположили позади магнита. Исследователи предполагали, что магнитные моменты в ядрах расположены хаотично, поэтому ожидали увидеть на фотопластинке, в которую прилетали атомы, большое пятно округлой формы. Однако результаты опыта их очень удивили. Физики увидели на пластинке две узкие полосы и сделали вывод, что магнитные моменты ядер принимают только два значения. В 1930-е годы американский ученый Исидор Айзек Раби проводил исследования природы сил, связывающих протоны в атомном ядре. Эксперименты с молекулярными пучками проводились сначала на атомах натрия, затем команда Раби перешла на дейтерий, который является одним из изотопов водорода. Группа ученых из Гамбурга, в которую входил Отто Штерн, заметила, что дейтерий ведёт себя совсем не так, как должен был вести себя обычный водород. Корнелис Гортер предложил Раби использовать метод колебаний магнитного поля, чтобы объяснить парадоксальный результат. Полученные выводы поразили всех: магнитные моменты протона и дейтрона не имели целых значений. После череды сложных вычислений Раби выдвинул гипотезу о несимметричной форме дейтрона, натолкнувшую ученое сообщество на мысль о ядерной природе сил связывания частиц, составлявших ядро атома. За использование в своих опытах метода колебаний магнитного поля в 1944 г. он получил Нобелевскую премию. В 1945 г. Феликс Блох и Эдвард Перселл получили ЯМР в жидкостях и твердых веществах. Было установлено, что различные атомы, находясь в разных фрагментах молекулы, имеют различные частоты резонанса, что позволяло более точно отличать молекулы друг от друга. Измерив значения резонанса атомов в веществах с известной структурой, американцы сочли возможным применение этих значений для определения структуры неизвестных веществ. Так ЯМР стал основным методом спектроскопии. Однако на этом история ЯМР не закончилась. В 1971-ом аспирант Гарвардского университета Роберт Дамадьян в статье журнала Science писал, что опухоли и нормальные ткани по-разному реагируют на ядерный магнитный резонанс в силу значительных отличий в строении соединений, характерных для нормальной и патологической клетки, и впервые предложил использовать этот механизм для ранней диагностики рака. В 1974-ом Дамадьян получил первый патент в области магнитно-резонансной томографии для диагностики злокачественных новообразований. Патент был получен в целях использования МРТ для «просмотра человеческого организма для определения локализации рака». Конкретный метод визуализации в результате такого просмотра при этом не был определен, а стало быть, исследование было трудоемким и малоприменимым. Интересно, что 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» о том, как с помощью МРТ ему удалось получить изображение двух трубок, наполненных жидкостью. Одной из основных проблем МРТ в то время была длительность получения изображения: для получения изображения разрешением 64*64 точки, требовалось до 20 минут, что было несовместимым с применением в практической медицине, где требуется не только точность, но и высокая скорость получения видимых итогов исследования. Британский физик Питер Мэнсфилд с помощью ряда преобразований переводит магнитный сигнал в двухмерное изображение, и вскоре учёный представил эхо-планарную томографию (англ . echo—planar imaging), с её помощью которой стало возможным получение изображения в течение всего 20-50 миллисекунд. В ходе проверки метода выяснилось, что при использовании электромагнитного контура значительно повысилась мощность и эффективность работы. На примере использования эхо-планарной и эхо-объёмной томографии были показаны открывающиеся перспективы медицинской визуализации, и за это Нобелевский комитет присудил Мэнсфилду и Лотербуру премию по физике в 2003 г., но ещё в 2002-м Дамадьян заявил: «Если бы я не родился, то МРТ существовала бы? Я так не думаю. А если бы не было Лотербура? Я бы рано или поздно докопался до сути дела!». Претензии Дамадьяна можно понять: формально, он впервые применил метод МРТ для диагностики, и вполне возможно, что если бы с Мэнсфилдом работал не Лотербур, а Дамадьян, то премия ушла бы американцу. New-York Times писали: «Данная проблема была предметом спора между Дамадьяном и Лотербуром и была известна в течение многих лет в академических кругах. Существовали некоторые опасения, что Нобелевский комитет вообще не номинирует данное открытие на премию — за шведами водится репутация не жаловать неоднозначные открытия. 74-летний доктор Лотербур находится в плохом здравии, и комитет, возможно, решил, что его приз, который нельзя дать посмертно, нужно было бы предоставить за открытие теперь или никогда». Этот примечательный спор вошёл в историю как «Нобелевский скандал». Разработкой магнитно-резонансного томографа занимались и в СССР, в 1984 г. Владиславом Ивановым был представлен проект первого советского томографа «Образ-1». Короткое время в Советском Союзе бытовал термин ЯМР-томография, который был заменён на МРТ в 1986 году в связи с развитием радиофобии в обществе после аварии на Чернобыльской АЭС. В новом термине исчезло упоминание о «ядерности» происхождения метода, что позволило ему безболезненно войти в повседневную медицинскую практику, однако и первоначальное название иногда употребляется в речи. Так как же работает томограф? Томограф представляет собой огромный магнит (переменный или постоянный), который действует на атомы водорода, входящие в состав молекул воды. Основные компоненты любого МР-томографа:
Магнит создаёт поле, в котором магнитные моменты атомов ориентируются вдоль магнитных линий, при этом поглощая часть энергии. После воздействия магнита происходит возврат спинов в исходное положение с отдачей энергии, называемый релаксацией. Энергия, поглощённая протонами, отдаётся не одновременно, т.е. требуется определённое время для возврата спина протона в исходное состояние. Время, за которое спин приближается к исходному состоянию, измеряется и на основании этого строится картинка, которую в итоге и видят врачи. Основные направления МРТ – это диагностика заболеваний внутренних органов, определение локализации травм, гематом, опухолей, когда нет необходимости в диагностических операциях, и для каждой патологии требуется тот или иной вид изображения, а при различных видах сосудистой патологии могут использоваться контрасты, представляющие собой сложные молекулярные комплексы на основе редкоземельного металла гадолиния. Очевидными плюсами МРТ являются безболезненность и точность метода: чувствительность аппарата позволяет без труда отличить разные виды мягких тканей. МРТ не оказывает влияния на организм человека, поэтому возможно многократное использование томографии. Однако высокая точность способствует возникновению двигательных артефактов: часто МРТ затягивается из-за смазанности изображения вследствие физиологических движений, присущих лёгким и сердцу. Также определенные ограничения налагают особенности состава некоторых тканей, например, из-за низкого содержания в костной ткани воды возникают трудности с визуализацией костей, и в таких случаях этот метод не информативен. Да и сами аппараты МРТ дороги из-за наличия в них редкоземельных металлов, таких как неодим, использующийся для создания мощных постоянных магнитов. Проблемой становится также применение метода МРТ к пациентам, подключённым к аппаратам искусственной вентиляции лёгких, а в случае, если у человека имеется татуировка, сделанная с использованием чернил, содержащих соединения различных металлов, кардиостимулятор, любой другой прибор или металлический объект в теле, проведение МРТ становится невозможным. Многих молодых людей не удавалось спасти из-за татуировок, которые мешали проведению МРТ и могли нанести вред самому пациенту, а наиболее частым осложнением томографии в таких случаях являлись тяжелые ожоги. Развитие новых технологий дает в руки врача все более совершенные инструменты для диагностики, лечения и профилактики самых разных заболеваний, но при этом каждый метод исследования имеет за собой ряд противопоказаний, которые могут сделать опасным для жизни даже самую безобидную на первый взгляд процедуру. Именно поэтому главным оружием врача в борьбе с болезнью являются знания и опыт, неотделимые друг от друга.
Вконтакте Google+ Одноклассники Если вы нашли опечатку, выделите её и нажмите Ctrl+Enter Читайте также naturalpeople.ru О с н о в ы - Evert Blink мрт : Физика Предисловие За последние годы метод магнитно-резонансной томографии, в дальнейшем МРТ, стал популярным и широко доступным методом формирования изображений сечений тела. Это не случайно; метод МРТ прошел стремительный поэтапный цикл развития, начиная со дня открытия. Сегодня каждая уважающая себя больница или клиника для диагностики патологии имеет один или несколько МР сканеров, позволяющих получать более точные и четкие изображения внутренних органов. В настоящее время метод продолжает активно развиваться. В сочетании с превосходным контрастным разрешением изображения, МРТ безопасна для человека, в пределах разумного, за счет использования радиоволн и магнитного поля, в отличие от рентгеновских и КТ исследований, применяющих рентгеновское излучение. По мере распространения МРТ повышается потребность в более квалифицированном персонале. С разработкой каждого нового программного обеспечения управление МР сканером упрощается, но необходимость надлежащего понимания принципов работы МРТ остается. В МРТ используются такие совокупности параметров, как TR (время повторения), TE (время эхо), Flip Angle (угол переворота), Phase Encoding (фазовое кодирование) и др. Всестороннее понимание этих параметров крайне важно для получения качественных МР изображений. Существует множество книг по физике МРТ, большинство которых предназначено для опытных людей с ясным пониманием физики. Некоторые книги написаны для абсолютного новичка, не имеющего представления о физике. Как специалисту в этой области мне часто приходится объяснять основные принципы МРТ людям, в основном рентгенологам, которые понимают физику, связанную с рентгеновским излучением, но не владеют МРТ физикой. В настоящее время в курс по рентгенологии включают и МРТ физику. Однако он также базируется на книгах, предназначенных для опытных людей. В своей работе я попробую разъяснить физику МРТ таким способом, чтобы каждый обучающийся смог понять ее концепцию. Конечно, знания физики являются желательным, но не абсолютно необходимым условием. Если вы уже обладаете базовыми знаниями по данной теме, вы можете идти вперед и выбирать более продвинутые книги. Хотя вы четко должны понимать одну вещь. Всестороннее изучение физики МРТ является очень сложной задачей. Вы можете долго и упорно копаться в квантовой физике и, тем не менее, не собрать знания в единое целое. Существует лишь небольшой ряд людей, пони- мающих физику МРТ в полном объеме. Остальная часть нас, простых смертных, схваты- вает лишь основную идею. Однако пусть вас это не смущает, всего познать невозможно, и к счастью, не обязательно для выполнения вашей работы должным образом. Позвольте взять на себя смелость предложить вам совет: продолжайте читать об МРТ и каждый раз, перечитывая книгу, вы будете узнавать что-то новое. И настанет такой день, когда все части прочитанного соберутся в единое целое. Когда это случится, вам предлагается прочитать книгу еще раз, и вы обнаружите, что все еще осталось, что изучать. Надеюсь, что эта книга плавно введет вас в захватывающий мир формирования МР изображений, который никогда не станет скучным. Эверт Блинк Ноябрь 2004 1 мрт : Физика Контраст протонной плотности .................................................................................................... 41 Когда какой контраст использовать............................................................................................... 42 П ОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ТУРБО СПИН - ЭХО ............................................................................................... 43 Б ЫСТРОЕ УЛУЧШЕННОЕ СПИН - ЭХО ИЛИ HASTE ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ .............................................. 44 П ОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ГРАДИЕНТНОГО ЭХО .......................................................................................... 45 П ОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ВОССТАНОВЛЕНИЯ С ИНВЕРСИЕЙ ..................................................................... 46 Последовательность FLAIR (Восстановление с инверсией и ослаблением сигнала жидкости) 47 STIR последовательность ................................................................................................................. 48 В ЫБОР ПРАВИЛЬНОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ......................................................................................... 48 За и против последовательности..................................................................................................... 48 T1, T2 и PD параметры ..................................................................................................................... 49 ПРАКТИЧЕСКАЯ ФИЗИКА II ............................................................................................................. 49 П АРАМЕТРЫ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ...................................................................................................... 49 Время повторения (TR)...................................................................................................................... 50 Время эхо (TE)..................................................................................................................................... 50 Угол переворота (FA) ........................................................................................................................ 52 Время инверсии (TI) ............................................................................................................................ 53 Число сборов данных (NA или NEX) .................................................................................................. 54 Матрица (MX) .................................................................................................................................... 55 Поле наблюдения (FOV) ..................................................................................................................... 56 Толщина среза (ST) ............................................................................................................................. 57 Зазор между срезами (SG)................................................................................................................. 58 Кодирование фазы (PE) в направлении I .......................................................................................... 59 Кодирование фазы (PE) в направлении II......................................................................................... 60 Полоса пропускания (BW) .................................................................................................................. 60 ПРАКТИЧЕСКАЯ ФИЗИКА III............................................................................................................ 63 А РТЕФАКТЫ ИЗОБРАЖЕНИЙ ..................................................................................................................... 63 Артефакты движения....................................................................................................................... 63 Парамагнитные артефакты ............................................................................................................ 64 Артефакты циклического возврата фазы....................................................................................... 64 Частотные артефакты ................................................................................................................... 65 Артефакты восприимчивости.......................................................................................................... 65 Артефакт отсечения......................................................................................................................... 65 Артефакт химического сдвига ......................................................................................................... 66 Пиковый артефакт............................................................................................................................ 67 Артефакт “зебра”............................................................................................................................. 67 Заключительное слово об артефактах............................................................................................ 67 ЗАКЛЮЧЕНИЕ ........................................................................................................................................ 68 ПРИЛОЖЕНИЕ........................................................................................................................................ 69 В РЕМЕНА РЕЛАКСАЦИИ ТКАНЕЙ .............................................................................................................. 69 А ББРЕВИАТУРА ......................................................................................................................................... 70 Р ЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА ............................................................................................................... 74 Физика ................................................................................................................................................. 74 Клиническое приложение................................................................................................................... 74 МРТ В И НТЕРНЕТЕ ................................................................................................................................... 74 Физика ................................................................................................................................................. 74 ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ .............................................................................................................. 75 ОБ АВТОРЕ............................................................................................................................................... 78 УВЕДОМЛЕНИЕ ОБ АВТОРСКОМ ПРАВЕ ..................................................................................... 79 3 мрт : Физика Немного из истории МРТ История МРТ начинается приблизительно в 1946 году, когда Феликс Блох открыл новые свойства атомного ядра, за что ему была присуждена Нобелевская премия. Он установил, что ядро ведет себя подобно магниту, а заряженная частица, такая как протон, вращаю- щаяся вокруг собственной оси, имеет магнитное поле, известное как магнитный момент. Открытие было сведено им в уравнение, названное уравнением Блоха. Теоретические исследования были подтверждены экспериментально в начале 1950-х годов. В 1960 году были разработаны спектрометры ядерно-магнитного резонанса для аналитических целей. На протяжении 1960 и 1970 годов ЯМР спектрометры широко использовались в академических и индустриальных исследованиях. Спектрометрия используется для анализа молекулярного строения вещества, основанного на его ЯМР спектре. В конце 1960 годов biologo.ru mri-physics-ru-rev1мрт: Физика Предисловие За последние годы метод магнитно-резонансной томографии, в дальнейшем МРТ, стал популярным и широко доступным методом формирования изображений сечений тела. Это не случайно; метод МРТ прошел стремительный поэтапный цикл развития, начиная со дня открытия. Сегодня каждая уважающая себя больница или клиника для диагностики патологии имеет один или несколько МР сканеров, позволяющих получать более точные и четкие изображения внутренних органов. В настоящее время метод продолжает активно развиваться. В сочетании с превосходным контрастным разрешением изображения, МРТ безопасна для человека, в пределах разумного, за счет использования радиоволн и магнитного поля, в отличие от рентгеновских и КТ исследований, применяющих рентгеновское излучение. По мере распространения МРТ повышается потребность в более квалифицированном персонале. С разработкой каждого нового программного обеспечения управление МР сканером упрощается, но необходимость надлежащего понимания принципов работы МРТ остается. В МРТ используются такие совокупности параметров, как TR (время повторения), TE (время эхо), Flip Angle (угол переворота), Phase Encoding (фазовое кодирование) и др. Всестороннее понимание этих параметров крайне важно для получения качественных МР изображений. Существует множество книг по физике МРТ, большинство которых предназначено для опытных людей с ясным пониманием физики. Некоторые книги написаны для абсолютного новичка, не имеющего представления о физике. Как специалисту в этой области мне часто приходится объяснять основные принципы МРТ людям, в основном рентгенологам, которые понимают физику, связанную с рентгеновским излучением, но не владеют МРТ физикой. В настоящее время в курс по рентгенологии включают и МРТ физику. Однако он также базируется на книгах, предназначенных для опытных людей. В своей работе я попробую разъяснить физику МРТ таким способом, чтобы каждый обучающийся смог понять ее концепцию. Конечно, знания физики являются желательным, но не абсолютно необходимым условием. Если вы уже обладаете базовыми знаниями по данной теме, вы можете идти вперед и выбирать более продвинутые книги. Хотя вы четко должны понимать одну вещь. Всестороннее изучение физики МРТ является очень сложной задачей. Вы можете долго и упорно копаться в квантовой физике и, тем не менее, не собрать знания в единое целое. Существует лишь небольшой ряд людей, понимающих физику МРТ в полном объеме. Остальная часть нас, простых смертных, схватывает лишь основную идею. Однако пусть вас это не смущает, всего познать невозможно, и к счастью, не обязательно для выполнения вашей работы должным образом. Позвольте взять на себя смелость предложить вам совет: продолжайте читать об МРТ и каждый раз, перечитывая книгу, вы будете узнавать что-то новое. И настанет такой день, когда все части прочитанного соберутся в единое целое. Когда это случится, вам предлагается прочитать книгу еще раз, и вы обнаружите, что все еще осталось, что изучать. Надеюсь, что эта книга плавно введет вас в захватывающий мир формирования МР изображений, который никогда не станет скучным. Эверт Блинк 1 января, 2000 studfile.net ТОМОГРАФИЯ • Большая российская энциклопедия
Авторы: А. В. Белинский ТОМОГРА́ФИЯ (от греч. τομή – сечение, слой), метод неразрушающего послойного исследования внутр. структуры объекта посредством его многократного просвечивания под разными углами оптич., рентгеновским излучением, упругими волнами, а также магнитным полем. Соответственно выделяют оптическую томографию, рентгеновскую томографию, акустическую томографию и магнитно-резонансную томографию. Рентгеновскую Т., широко используемую в медицине, называют также компьютерной (вычислительной) Т., т. к. в ней используются оцифрованные изображения сечений или проекций объекта. Метод компьютерной Т. предложен в 1972 Г. Хаунсфилдом и А. Кормаком (Нобелевская пр., 1979). Для исследования внутр. структуры объект должен быть хотя бы частично прозрачным для излучения. При прохождении через ткани излучение ослабляется вследствие поглощения и рассеяния. Источник излучения и объект исследования могут быть неподвижными или перемещающимися. В каждом из последоват. положений измеряется интенсивность излучения, прошедшего через объект, измерения вводятся в память компьютера, где накапливается массив данных, затем по ним вычисляются коэффициенты ослабления излучения во всех ячейках сетки, образованной пересечениями разнонаправленных лучей. Далее по рассчитанным коэффициентам ослабления излучения на дисплее компьютера формируется полутоновое изображение исследуемого объекта или его сечения. Аналогично проводится контроль внутр. состояния разл. деталей силовых установок, напр. турбин, для предотвращения аварий. Изображение тела пациента, полученное с помощью рентгеновского излучения, обладает низким контрастом. Для его увеличения применяют контрастные вещества на основе бария или иода. Метод магнитно-резонансной Т. (МРТ), использующей ядерный магнитный резонанс, предложен в 1971 П. Лотербуром и усовершенствован П. Мэнсфилдом (Нобелевская пр., 2003). Метод МРТ позволяет получать изображения внутр. органов пациентов с высокой точностью. Пациента помещают внутрь большого магнита, где имеется постоянное (статич.) магнитное поле, ориентированное вдоль тела пациента. Под воздействием этого поля ядра атомов водорода в теле пациента ориентируются определённым образом относительно поля магнита. Добавляя слабое переменное магнитное поле к сильному статическому, выбирают область, изображение которой надо получить. Затем пациента облучают радиоволнами, подстраивая частоту так, чтобы протоны в теле пациента могли изменить ориентацию своих магнитных полей относительно направления статич. магнитного поля. После прекращения облучения протоны возвращаются в первоначальные состояния, излучая полученную энергию. Это переизлучение вызывает появление электрич. тока в приёмных катушках томографа. Зарегистрированные токи преобразуются компьютером и используются для построения изображения исследуемого объекта. Особое место занимает квантовая томография. В ней по результатам отд. измерений, которые (согласно постулату фон Неймана) являются проекциями вектора состояния квантовой системы, восстанавливается сам многомерный вектор. Эта сложная задача решается с использованием компьютера. bigenc.ru Типы магнитов МРТ — 24Radiology.ruМРТ — типы магнитов. МРТ сканеры очень разнообразны. Это — подобно походу в супермаркет: вы теряетесь в выборе. Вы можете выбрать постоянный, резистивный, сверхпроводящий магнит, откры- того или сквозного типа, с гелием или без него, с низкой или высокой напряженностью поля. На чем же остановиться? Выбор магнита главным образом зависит от того, для чего вы собираетесь его использовать и сколько денег в вашем распоряжении. Высокопольные магниты обеспечивают лучшее качество изображения, ускоренное сканирование и более широкий диапазон применения, но они дороже по сравнению с низкопольными магнитами. Типы магнитов Постоянные магниты
Минусы.
Резистивные магниты ПЛЮСЫ
МИНУСЫ
Сверхпроводящие магниты. ПЛЮСЫ
ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА Материал взят из книги МРТ ФИЗИКА — Блинк Эверт — перевод Екатерина Макарова 24radiology.ru
|
