Расположение

Москва, ул.Гамалеи, д.15

м. Щукинская, авт/марш. №100 и №681
до ост. "Клиническая больница №86"

Пристройка к поликлинике 1 этаж
Отделение лучевой диагностики

Эл. почта:
[email protected]

 
  • Под контролем
    Под контролем

    Федерального
    медико-биологического
    агентства
  • Профессиональные снимки
    Профессиональные снимки

    на современном томографе
  • Удобное расположение
    Удобное расположение

    рядом с метро Щукинская
  • МРТ коленного сустава 4000 руб
    МРТ коленного сустава 4500 руб.
  • Предварительная запись
    Предварительная запись,
    что исключает ожидание в очереди
  • Возможность получения заключения на CD
    Возможность получения
    результатов на CD

Записаться
на приём

+7 (495) 942-38-23 (МРТ коленного сустава, денситометрия)

+7 (903) 545-45-60 (МРТ остальных зон)

+7 (903) 545-45-65 (КТ)

С 9.00 до 15.00

По рабочим дням

 


 

Ямр и мрт отличие


Отличия ЯМТ от МРТ

Люди на протяжении долгих лет искали одновременно высокоинформативные и безопасные для здоровья методики, позволяющие получать изображения внутренних органов тела, изучать их функциональное состояние, физические, химические характеристики тканей и клеток. В настоящий момент такая диагностика доступна благодаря магнитно-резонансной томографии. О том, что такое МРТ и почему когда-то данное исследование называлось ЯМТ, можно прочитать в данном материале.

Что такое МРТ и при чем здесь ЯМТ

1973 год считается официальным годом основания МРТ-диагностики. Изначально исследование было известно под термином ЯМР-томография или ЯМТ. Однако тяжелая авария, которая произошла в Чернобыле, привела к развитию у населения нашей страны настоящей радиофобии. В результате этого понятие ЯМР-томография, в котором звучало слово “ядерная”, в 1986 году было заменено на МРТ, однако основная суть исследования осталась неизменной.

Так как новый термин избавился от упоминания о «ядерности» собственного происхождения, МРТ диагностика сумела совершенно безболезненно проникнуть в повседневную медицинскую деятельность. Тем не менее изначальное название технологии также остается актуальным, может использоваться специалистами.

Безопасно ли МРТ

Изначальное название магнитно-резонансной томографии до сих пор вызывает беспокойство у пациентов, которым назначается данная процедура. Однако МРТ проходили миллионы людей, среди них не было обнаружено ни единого случая плохого самочувствия, не определено ни малейших признаков вреда организму. МРТ можно назвать более безопасным, чем, к примеру, рентгенологическое исследование, так как электромагнитные волны не несут на человеческий организм лучевой нагрузки.

Следовательно, к назначению МРТ следует относиться спокойно, процедура может проводиться столько раз, сколько это необходимо для корректной диагностики. Кроме того, процедура совершенно не сопровождается болевыми ощущениями, легкий дискомфорт пациенту причиняет разве что необходимость в течение определенного времени сохранять полную неподвижность.

Автор: Мотов Михаил Михайлович

Терапевт, блоггер

mrt-v-msk.ru

В чем отличие ЯМРТ от МРТ — Специалист по УЗИ

  Ядерная магнитно-резонансная томография является способом экстренного исследования больных, которые перенесли травму и нарушение головного мозга, а также как плановое обследование. Данная процедура подразумевает использование сильных магнитных полей и радиоволн, благодаря которым можно получить снимок отдельных органов пациента.

Читайте также: Что лучше делать: КТ или МРТ

ЯМРТ – это вбирание избирательным образом электромагнитных волн человеческим телом, расположенным в аппарате. Это осуществляется при присутствии ядер, которые наделены нулевым магнитным моментом. Изначально радиоволны поглощаются, а потом ядра их испускают и передают на низкий энергетический уровень. ЯМР аппарат создает неоднородные магнитные поля. При обследовании передающая антенна и принимающее устройство ЯМР томографа настраиваются на требуемый орган и снимаются показания путем изменения частоты волнового приема.

В результате можно получить картинку необходимого органа либо системы во всех проекциях и в срезе, а также сформированное изображение обследуемого участка в трехмерном качестве высокого разрешения. В основе ядерной магнитно резонансной томографии резонансное впитывание атомами волн электромагнитных полей. Пациента располагают в аппарате с большим магнитным полем, в котором молекулы поворачиваются по его течению. После орган сканируется электрическими волнами. Измененные молекулы изначально отображаются на специализированной матрице, а потом сообщаются на компьютер, где все данные обрабатываются.

Магнитно-резонансная диагностика была основана в 1973 году и изначально носила название «ЯМР-томография» либо «ЯМТ». Но после аварии на Чернобыльской АЭС многие люди стали бояться проходить такое обследование, поскольку в названии имелся термин «ядерная». Поэтому название процедуры претерпело изменения и стало просто «магнитно-резонансной томографией». Но сути проведения обследования это не изменило. Поэтому проведение резонансной томографии и ядерно-магнитной – это одно и то же обследование. Кроме того, некоторые врачи по-прежнему используют старое название при назначении.

На каких участках тела проводится ЯМРТ

Поскольку ЯМР-томография обладает широким диапазоном использования, то ею зачастую пользуются как альтернативным методом вместо обычного КТ. Заболеваний, которые можно обнаружить с помощью такого исследования, очень много. Например, на аппарате обследуются следующие органы человека:

  1. Головной мозг. Чаще всего с помощью ЯМРТ сканируют головной мозг после травмы, при новообразованиях, деменциях, эпилептических состояниях, заболеваниях сосудов головного мозга.
  2. Сердечно-сосудистая система. Процедура проводится как дополнение к ангиографии грудного отдела аорты и компьютерной томографии. Таким способом диагностируется кардиомиопатия, врожденный порок сердца, ишемия миокарда, изменения в сосудах, дистрофия и новообразования в сердечно-сосудистой области.
  3. Опорно-двигательный аппарат. При данном обследовании легко выявить проблемы в опорно-двигательной системе, дифференцировать связки, сухожилия и структуру костей.
  4. Внутренние органы. Обследование печени и желудочно-кишечного тракта на ЯМР-томографе дает возможность получения полной картины о состоянии селезенки, почек, поджелудочной железы и печени. При обследовании с контрастом можно проследить, как функционируют эти органы и их сосудистая система. А использование дополнительной компьютерной программы дает возможность формирования образов кишечника, желчевыводящих путей, пищевода и бронхов.

В каких случаях назначается процедура

Обследование назначается лечащим врачом в следующих случаях:

  1. Нарушено мозговое кровообращение.
  2. Есть подозрение на опухоль мозга и пораженные оболочки в нем.
  3. Необхоимо оценить состояние прооперированного органа.
  4. Установить причину воспалительных процессов в организме.
  5. Эпилептические и судорожные состояния.
  6. Черепно-мозговые травмы.
  7. Нужно оценить состояние сосудов либо суставов и костной системы.
  8. Диагностирование мягких тканей.
  9. Болезни позвоночника (включая остеохондроз и спондилоартроз).
  10. Травмы позвоночника.
  11. Для оценивания ситуации в спинном мозге, а также при подозрениях на злокачественный процесс.
  12. Остеопороз.
  13. Чтобы оценить состояние органов в брюшине и пространства за ней. А именно во время таких заболеваний:
  • желтуха;
  • хронический гепатит;
  • холецистит;
  • желчнокаменная болезнь;
  • опухолевидное поражение печени;
  • панкреатит;
  • болезни желудка, кишечника, селезенки, а также почечной системы.
  1. Диагностирование кисты.
  2. Оценивание работы надпочечников.
  3. Болезни органов малого таза.
  4. Урологические заболевания.
  5. Гинекологические болезни.
  6. Наличие заболеваний органов грудины.

Помимо этого, ЯМР-томография всего организма пациента назначается при подозрениях на опухоли. Такое обследование позволяет вовремя выявить метастазы при первичном диагностировании новообразования. Вот некоторые из болезней, которые диагностируются на ЯМР-томографе. Но с ростом возможностей в медицине, увеличивается диагностирование и врачевание сложных заболеваний.

Противопоказания к исследованию

Прежде чем пройти обследование, врач должен установить наличие противопоказаний к процедуре у пациента. Противопоказания к проведению ЯМРТ есть абсолютные и относительные. Абсолютно нельзя проводить процедуру, когда:

  1. Установлен кардиостимулятор, поскольку колебание магнитного поля аппарата благодаря своим воздействиям на кардиостимулятор может стать причиной смерти пациента.
  2. Установлены ферромагнитные либо электронные имплантаты в ушном проходе.
  3. Наличие металлических имплантатов больших размеров.
  4. Ферромагнитные осколки в организме пациента.
  5. Установлен аппарат Илизарова.

Относительные противопоказания (т. е. обследование проводится с соблюдением некоторых требований) следующие:

  • установленный инсулиновый насос либо инсулиновая помпа;
  • стимулятор центральной нервной системы;
  • неферромагнитные имплантаты;
  • кардиологические протезы;
  • клипса для остановки крови;
  • декомпенсированная стадия сердечной недостаточности;
  • беременные женщины на сроке меньше 12 недель;
  • боязнь замкнутого пространства;
  • тяжелые болезни;
  • тату на теле пациента, нанесенное краской, которая содержит соль металла.

Кроме того, при использовании контрастного вещества во время обследования следует учесть наличие анемии, хронической декомпенсированной почечной недостаточности, беременности, а также аллергической реакции на вводимый препарат.

На процедуру пациентам рекомендуется приносить с собой одноразовый халат либо какую-то одежду без деталей из металла. Кроме того, перед обследованием необходимо убрать украшения из металла, так как они могут отрицательно воздействовать на результаты ЯМР-томографии.

uzimaster.ru

Магниторезонансная томография

Магниторезонансная томография

Магниторезонансная томография (МРТ) − способ получения томографических медицинских изображений для исследования внутренних органов и тканей с использованием явления ядерного магнитного резонанса. За изобретение метода МРТ Питер Мэнсфилд и Пол Лотербур получили в 2003 году Нобелевскую премию в области медицины.
    Вначале этот метод назывался ядерно-магнитно резонансная томография (ЯМР-томография). Но потом, чтобы не пугать зомбированную радиофобией публику, убрали упоминание о "ядерном" происхождении метода, тем более, что ионизирующие излучения в этом методе не используются.

Ядерный магнитный резонанс

    Ядерный магнитный резонанс реализуется на ядрах с ненулевыми спинами. Наиболее  интересными  для  медицины  являются  ядра  водорода  (1H),  углерода  (13C),  натрия  (23Na)  и  фосфора  (31P),  так  как  все  они  присутствуют  в  теле  человека. В нем больше  всего (63%) атомов водорода, которые содержатся в жире и воде, которых больше всего в человеческом теле. По этим причинам современные  МР-томографы  чаще  всего  «настроены»  на  ядра  водорода − протоны.


Рис. 8. а) протоны при отсутствии внешнего поля,
б) протоны во внешнем магнитном поле

    При отсутствии внешнего поля спины и магнитные моменты протонов ориентированы хаотически (рис. 8а). Если поместить протон во внешнее магнитное поле, то его магнитный момент будет либо сонаправлен, либо противоположно направлен магнитному полю (рис. 8б), причём во втором случае его энергия будет выше.

    Частица со спином, помещенная в магнитное поле, напряженностью В, может поглощать фотон, с частотой ν, которая зависит от ее гиромагнитного отношения γ.

ν = γ B

Для водорода, γ = 42.58 MГц/Тл.
    Частица может подвергаться переходу между двумя энергетическими состояниями, поглощая фотон. Частица на нижнем энергетическом уровне поглощает фотон и оказывается на верхнем энергетическом уровне. Энергия данного фотона должна точно соответствовать разнице между этими двумя состояниями. Энергия протона, Е, связана с его частотой, ν, через постоянную Планка (h = 6.626·10-34 Дж·с).

E = hν

В ЯМР величина ν называется резонансной или частотой Лармора. ν = γB и E = hν, поэтому, для того, чтобы вызвать переход между двумя спиновыми состояниями, фотон должен обладать энергией

E = hγB

Когда энергия фотона соответствует разнице между двумя состояниями спина, происходит поглощение энергии. Напряженность  постоянного  магнитного  поля  и  частота  радиочастотного  магнитного  поля  должны  строго  соответствовать  друг  другу  (резонанс). В ЯМР экспериментах частота фотона соответствует радиочастотному (РЧ) диапазону. В клинической МРТ, для отображения водорода, ν как правило находится между 15 и 80 MГц.
     При комнатной температуре количество протонов со спинами на нижнем энергетическом уровне  незначительно превосходит их количество на верхнем уровне. Сигнал в ЯМР-спектроскопии  пропорционален разности в заселенностях уровней. Число избыточных протонов пропорционально B0. Эта разница в поле 0.5 Tл, составляет всего лишь 3 протона на миллион,  в поле 1.5 Tл – 9 протонов на миллион. Однако общее количество избыточных протонов в 0.02 мл воды в поле 1.5 Tл –  6.02·1015. Чем больше напряженность магнитного поля, тем лучше изображение.  

    В состоянии равновесия, вектор суммарной намагниченности параллелен направлению примененного магнитного поля B0 и называется равновесной намагниченностью M0. В этом состоянии, Z-составляющая намагниченности MZ равна M0. Еще MZ называется продольной намагниченностью. В данном случае, поперечной (MX или MY) намагниченности нет. Посылая РЧ импульс с ларморовской частотой, можно вращать вектор суммарной намагниченности в плоскости, перпендикулярной оси Z, в данном случае плоскости X-Y.

T1 Релаксация
   
После прекращения действия РЧ импульса, суммарный вектор намагниченности будет восстанавливаться по Z-оси, излучая радиочастотные волны. Временная константа, описывающая, как MZ возвращается к равновесному значению, называется временем спин-решеточной релаксации (T1).

MZ = M0 ( 1 - e-t/T1 )

T1 релаксация происходит в объеме, содержащем протоны. Однако связи протонов в молекулах неодинаковые. Эти связи различны для каждой ткани. Один атом 1H может быть связан очень сильно, как в жировой ткани, в то время как другой атом может иметь более слабую связь, например в воде. Сильно связанные протоны выделяют энергию намного быстрее, чем протоны со слабой связью. Каждая ткань выделяет энергию с различной скоростью, и именно поэтому МРТ имеет такое хорошее контрастное разрешение.

T2 Релаксация
   
T1 релаксация описывает процессы, происходящие в Z направлении, в то время как T2 релаксация описывает процессы в плоскости X-Y.
    Сразу после воздействия РЧ импульсом суммарный вектор намагниченности (теперь называемый поперечной намагниченностью) начинает вращаться в плоскости X-Y вокруг оси Z . Все векторы имеют одно и то же направление, потому что они находятся в фазе. Однако они не сохраняют это состояние. Вектор суммарной намагниченности начинает сдвигаться по фазе (расфазировываться) из-за того, что каждый спиновый пакет испытывает магнитное поле, немного отличающееся от магнитного поля, испытываемого другими пакетами, и вращается со своей собственной частотой Лармора. Сначала количество дефазированных векторов будет небольшим, но быстро увеличивающимся до момента, когда фазовая когерентность исчезнет: не будет ни одного вектора, совпадающего по направлению с другим. Суммарная намагниченность в плоскости XY стремится к нулю, и затем продольная намагниченность возрастает до тех пор пока M0 не будет вдоль Z.


Рис. 9. Спад магнитной индукции

     Временная константа, описывающая поведение поперечной намагниченности, MXY, называется спин-спиновым временем релаксации, T2. T2 релаксация называется спин-спиновой релаксацией, потому что она описывает взаимодействия между протонами в их непосредственной среде (молекулах). T2 релаксация – затухающий процесс, означающий высокую фазовую когерентность в начале процесса, но быстро уменьшающуюся до полного исчезновения когерентности в конце. Cигнал в начале сильный, но быстро ослабевает за счет T2 релаксации. Сигнал называется спадом магнитной индукции (FID - Free Induction Decay) (рис. 9).

MXY =MXYo e-t/T2

T2 всегда меньше чем T1.
    Скорость смещения по фазе различна для каждой ткани. Дефазирование в жировой ткани происходит быстрее по сравнению с водой. Еще одно замечание относительно T2 релаксации: она протекает гораздо быстрее T1 релаксации. T2 релаксация происходит за десятки миллисекунд, в то время как T1 релаксация может достигать секунд.
    Для иллюстрации в таблице 1 приведены значения времен T1 и T2 для различных тканей.

Таблица 1

Ткани T1 (мс), 1.5 T T2 (мс)
МОЗГ
Серое вещество 921 101
Белое вещество 787 92
Опухоли 1073 121
Отек 1090 113
ГРУДЬ
Фиброзная ткань 868 49
Жировая ткань 259 84
Опухоли 976 80
Карцинома 923 94
ПЕЧЕНЬ
Нормальная ткань 493 43
Опухоли 905 84
Цирроз печени 438 45
МЫШЦА
Нормальная ткань 868 47
Опухоли 1083 87
Карцинома 1046 82
Отек 1488 67
Устройство магнитно-резонансного томографа

Рис. 10. Схема МРТ

    Схема магнитнорезонансного томографа показана на рис. 10. В состав МРТ входят магнит, градиентные катушки и радиочастотные катушки.

Постоянный магнит
    МРТ сканеры используют мощные магниты. От величины напряженности поля зависит качество и скорость получения изображения. В современных МР-томографах используются либо постоянные, либо сверхпроводящие магниты. Постоянные магниты дёшевы и просты в эксплуатации, но не позволяют создавать магнитные поля с напряженностью большей   0.7 Тл.  Большинство магнитно-резонансных томографов это модели со сверхпроводящими магнитами (0.5 – 1.5 Тл). Томографы со сверхсильным полем (выше 3.0 Тл) очень дороги в эксплуатации. На МР-томографах с полем ниже 1 Тл нельзя качественно сделать томографию внутренних органов, так как мощность таких аппаратов слишком низкая, чтобы получать снимки высокого разрешения. На томографах с напряженностью магнитного поля < 1 Тл можно проводить только исследования головы, позвоночника и суставов.


Рис. 11.

Градиентные катушки
    Внутри магнита расположены градиентные катушки. Градиентные катушки позволяют создавать дополнительные магнитные поля, накладывающиеся на основное магнитное поле B0. Имеются 3 набора катушек. Каждый набор может создавать магнитное поле в определенном направлении: Z, X или Y. Например, когда ток поступает в Z градиент, в Z направлении (вдоль длинной оси тела)создается   однородное линейное изменение поля. В центре магнита поле имеет напряженность B0, а резонансная частота равняется ν0, но на расстоянии ΔZ поле меняется на величину ΔB, а соответственно меняется и резонансная частота (рис. 11).За счет добавления к общему однородному магнитному полю градиентного магнитного возмущения, обеспечивается локализация ЯМР-сигнала. Действие градиента, обеспечивающего выбор среза, обеспечивает селективное возбуждение протонов именно в нужной области. От мощности и скорости действия катушек зависит быстродействие, отношение сигнал/шум, разрешающая способность томографа.

РЧ катушки
    РЧ катушки создают поле B1, которое поворачивает суммарную намагниченность в импульсной последовательности. Они также регистрируют поперечную намагниченность, в то время как она прецессирует в плоскости XY. РЧ катушки бывают трех основных категорий: передающие и принимающие, только принимающие, только передающие. РЧ катушки служат излучателями полей B1 и приемниками РЧ энергии от исследуемого объекта.

Кодирование сигнала

    Когда пациент находится в однородном магнитном поле B0, все протоны от головы до пальцев ног выравниваются вдоль B0. Все они вращаются с Ларморовой частотой. Если сгенерировать РЧ импульс возбуждения для перевода вектора намагниченности в плоскость X-Y, все протоны реагируют и возникает ответный сигнал, но локализации источника сигнала нет.

Срез-кодирующий градиент
    При включенном Z-градиенте, в этом направлении генерируется дополнительное магнитное поле GZ, накладывающееся на B0.  Более сильное поле означает более высокую Ларморову частоту. Вдоль всего наклона градиента поле B различно и, следовательно, протоны вращаются с разными частотами. Теперь, если сгенерировать РЧ импульс с частотой ν + Δν, прореагируют только протоны в тонком срезе, потому что они - единственные, вращающиеся с этой же самой частотой. Ответный сигнал будет только от протонов из этого среза. Таким образом локализуется источник сигнала по оси Z. Протоны в этом срезе вращаются с одной частотой и имеют одинаковую фазу. В срезе находится огромное количество протонов, и неизвестна локализация источников по осям X и Y. Поэтому для точного определения непосредственного источника сигнала требуется дальнейшее кодирование.


Рис. 12.

Фазо-кодирующий градиент
    Для дальнейшего кодирования протонов на очень короткое время включается градиент GY. В течение этого времени в направлении по оси Y создается дополнительное магнитное поле градиента. В этом случае протоны будут иметь немного различающиеся скорости вращения. Они больше не вращаются в фазе. Разность фаз будет накапливаться. Когда градиент GY выключен, протоны в срезе будут вращаться с одинаковой частотой, но иметь различную фазу. Это называется кодированием фазы.

Частотно-кодирующий градиент
    Для кодирования левого-правого направления включается третий градиент GX. Протоны с левой стороны вращаются с более низкой частотой, чем с правой. Они накапливают дополнительный сдвиг фазы из-за различий в частотах, но уже приобретенная разность фаз, полученная при кодировании фазы градиента на предыдущем шаге, сохраняется.

    Таким образом для локализации источника сигналов, которые принимаются катушкой, используются градиенты магнитного поля.

  1. GZ градиент выбирает аксиальный срез.
  2. GY градиент создает строки с разными фазами.
  3. GX градиент формирует столбцы с разными частотами.

    За один шаг кодирование фазы выполняется только для одной строки. Для сканирования целого среза полный процесс кодирования среза, фазы и частоты должен быть повторен несколько раз.
    Таким образом созданы маленькие объемы (вокселы). Каждый воксел имеет уникальную комбинацию частоты и фазы (рис. 12). Количество протонов в каждом вокселе определяет амплитуду РЧ волны. Полученный сигнал, поступающий из различных областей тела, содержит сложное сочетание частот, фаз и амплитуд.

Импульсные последовательности


Рис. 13. Диаграмма простейшей последовательности

    На рис. 13 показана диаграмма простейшей последовательности. Вначале включается срезо-селективный градиент (1) (Gss).  Одновременно c ним генерируется 900 РЧ импульс выбора среза (2), который "переворачивает" суммарную намагниченность в плоскость X-Y. Затем включается фазо-кодирующий градиент (3) (Gpe) для выполнения первого шага кодирования фазы. После этого подается частотно-кодирующий или считывающий градиент (4) (Gro), в течение которого регистрируется сигнал спада свободной индукции (5) (FID). Последовательность импульсов обычно повторяется 128 или 256 раз для сбора всех необходимых данных для построения изображения. Время между повторениями последовательности называется временем повторения (repetition time, TR). С каждым поторением последовательности меняется величина фазо-кодирующего градиента. Однако в этом случае сигнал (FID) был крайне слабый, поэтому результирующее изображение было плохим. Для повышения величины сигнала применяется последовательность спин-эхо.

Последовательность спин-эхо
    После применения 900 импульса возбуждения суммарная намагниченность находится в плоскости X-Y. Сразу же начинается смещение фаз вследствие T2 релаксации. Именно из-за этого дефазирования сигнал резко снижается. В идеале, необходимо сохранить фазовую когерентность, обеспечивающую лучший сигнал. Для этого через короткое время после 900 РЧ импульса применяется 1800 импульс. 1800 импульс вызывает перефазирование спинов. Когда все спины восстановлены по фазе, сигнал снова становится высоким и качество изображения значительно выше. 
    На рис. 14 показана диаграмма импульсной последовательности спин-эхо.


Рис. 14. Диаграмма импульсной последовательности спин-эхо

    Сначала включается срезо-селективный градиент (1) (GSS). Одновременно c ним применяется 90º РЧ импульс. Затем включается фазо-кодирующий градиент (3) (Gре) для выполнения первого шага кодирования фазы. Gss (4) снова включается во время 180º перефазирующего импульса (5), таким образом, воздействие оказывается на те же протоны, которые были возбуждены 90º импульсом. После этого подается частотно-кодирующий или считывающий градиент (6) (Gro), в течение которого принимается сигнал (7).
    TR (Время повторения). Полный процесс должен повторяться неоднократно. TR время между двумя 90ºимпульсами возбуждения. TE (Время эхо). Это время между 90ºимпульсом возбуждения и эхо.

Контраст изображения

    При ЯМР сканировании одновременно происходят два процесса релаксации T1 и T2. Причем
T1 >> T2. Контраст изображения сильно зависит от этих процессов и от того, насколько полно каждый из них проявляется при выбранных временных параметрах сканирования TR и TE. Рассмотрим получение контрастного изображения на примере сканирования мозга.

T1 контраст


Рис. 15. а) спин-спиновая релаксация и б) спин-решеточная релаксация в различных тканях мозга

CSF (Цереброспинальная жидкость, ликвор, спинно­мозговая жидкость) — прозрачная бесцветная жидкость, заполня­ющая полости желудочков мозга, субарахноидальное пространство головного мозга и спинномозговой канал, периваскулярные и перицеллюлярные пространства в ткани мозга.

    Выберем следующие параметры сканирования: TR = 600 мс и TE = 10 мс. То есть T1 релаксация протекает за 600 мс, а T2 релаксация – только за
5 мс (TE/2). Как видно из рис. 15а через 5 мс смещение фаз невелико и оно не сильно отличается у разных тканей. Контраст изображения, поэтому, очень слабо зависит от T2 релаксации. Что касается Т1 релаксации, то через 600 мс  жир практически полностью релаксировал, но для CSF необходимо еще некоторое время
(рис. 15б). Это означает, что вклад от CSF в общий сигнал будет незначительным. Контраст изображения становится зависимым от процесса релаксации Т1. Изображение "взвешено по T1" потому, что контраст больше зависит от процесса релаксации Т1. В результирующем изображении CSF будет темной, жировая ткань будет яркой, а интенсивность серого вещества будет чем-то средним между ними.

T2 контраст


Рис. 16. а) спин-спиновая релаксация и б) спин-решеточная релаксация в различных тканях мозга

    Теперь зададим следующие параметры: TR = 3000 мс и TE = 120 мс, то есть T2 релаксации протекать за 60 мс. Как следует из рис. 16б, практически все ткани подверглись полной T1 релаксации. Здесь TE является доминирующим фактором для контраста изображения. Изображение "взвешено по T2". На изображении CSF будет яркой, в то время как другие ткани будут обладать различными оттенками серого.

Контраст протонной плотности

    Существует еще один тип контраста изображения, называемый протонной плотностью (PD).
    Зададим следующие параметры: TR = 2000 мс и TE 10 мс. Таким образом, как и в первом случае T2 релаксация вносит незначительный вклад в контраст изображения. С TR = 2000 мс, суммарная намагниченность большинства тканей восстановится вдоль Z-оси. Контраст изображения в PD изображениях не зависит ни от T2, ни от T1 релаксации. Полученный сигнал полностью зависит от количества протонов в ткани: небольшое количество протонов означает низкий сигнал и темное изображение, в то время как большое их количество производит сильный сигнал и яркое изображение.


Рис. 17.

   Все изображения имеют сочетания T1 и T2 контрастов. Контраст зависит только от того, за сколько времени позволено протекать T2 релаксации. В спин-эхо (SE) последовательностях наиболее важны для контраста изображения времена TR и TE.
    На рис. 17 схематически показано, как TR и TE связаны в терминах контраста изображения в SE последовательности. Короткое TR и короткое TE дают контраст, взвешенный по T1. Длинное TR и короткое TE дают контраст PD. Длинное TR и длинное TE приводят к контрасту, взвешенному по T2.


Рис. 18. Изображения с разными контрастами: взвешенный по T1, протонная плотность и взвешенный по T2. Отметьте различия в интенсивности сигнала тканей. CSF темная на T1, серая на PD и яркая на T2.


Рис. 19. Магниторезонансный томограф

   МРТ хорошо отображает мягкие ткани, тогда как КТ лучше визуализирует костные структуры. Нервы, мышцы, связки и сухожилия наблюдаются гораздо более четко в МРТ, чем в КТ. Кроме того, магнитно-резонансный метод незаменим при обследовании головного и спинного мозга. В головном мозге МРТ может различать белое и серое вещества. Благодаря высокой точности и четкости полученных изображений магнитно-резонансная томография успешно используется в диагностике воспалительных, инфекционных, онкологических заболеваний, при исследовании суставов, всех отделов позвоночника, молочных желез, сердца, органов брюшной полости, малого таза, сосудов. Современные методики МРТ делают возможным исследовать функцию органов – измерять скорость кровотока, тока спинномозговой жидкости, наблюдать структуру и активацию различных участков коры  головного  мозга.

nuclphys.sinp.msu.ru

Что такое ЯМР-томография?

А. Варламов, А. Ригамонти
«Квант» №1, 2010

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

Магнитный момент

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

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

В частности, энергия контура в магнитном поле с индукцией равна

    

(ось z направлена вдоль ).

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

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

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

μz = γmsћ ,

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

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

Что такое ядерный магнитный резонанс

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

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

ΔE = 2μzB.

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

ћω = 2μzB.

Подставляя сюда магнитный момент протона, получим

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

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

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

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

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

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

Как был открыт ЯМР

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

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

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

Как осуществляется визуализация внутренних органов посредством ЯМР

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

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

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

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

Поразительные «образы»

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

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

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

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

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

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

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

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

elementy.ru

Ядерный магнитный резонанс — Википедия

Я́дерный магни́тный резона́нс (ЯМР) — резонансное поглощение или излучение электромагнитной энергии веществом, содержащим ядра с ненулевым спином во внешнем магнитном поле, на частоте ν (называемой частотой ЯМР), обусловленное переориентацией магнитных моментов ядер.

Явление ядерного магнитного резонанса было открыто в 1938 году Исидором Раби в молекулярных пучках, за что он был удостоен Нобелевской премии 1944 года[1]. В 1946 году Феликс Блох и Эдвард Миллз Парселл получили ядерный магнитный резонанс в жидкостях и твёрдых телах (Нобелевская премия 1952 года)[2][3].

Одни и те же ядра атомов в различных окружениях в молекуле показывают различные сигналы ЯМР. Отличие такого сигнала ЯМР от сигнала стандартного вещества позволяет определить так называемый химический сдвиг, который обусловлен химическим строением изучаемого вещества. В методиках ЯМР есть много возможностей определять химическое строение веществ, конформации молекул, эффекты взаимного влияния, внутримолекулярные превращения.

Расщепление энергетических уровней ядра с I = 1/2 в магнитном поле

В основе явления ядерного магнитного резонанса лежат магнитные свойства атомных ядер с ненулевым спином (собственным вращательным моментом).

Все ядра несут электрический заряд. В большинстве разновидностей ядер этот заряд «вращается» относительно оси ядра, и это вращение ядерного заряда генерирует магнитный дипольный момент, который способен взаимодействовать с внешним магнитным полем. Среди всех ядер лишь ядра, содержащие одновременно чётное число нейтронов и чётное число протонов (чётно-чётные ядра), в основном состоянии не обладают вращательным моментом, а следовательно, и дипольным магнитным моментом. Остальные ядра обладают в основном состоянии ненулевым вращательным моментом J=ℏI{\displaystyle J=\hbar I}, связанным с магнитным моментом μ{\displaystyle \mu } соотношением

μ=γJ{\displaystyle \mu =\gamma J},

где ℏ{\displaystyle \hbar } — постоянная Планка, I{\displaystyle I} — спиновое квантовое число, γ{\displaystyle \gamma } — гиромагнитное отношение.

Угловой момент и магнитный момент ядра квантованы, и собственные значения проекции и углового и магнитного моментов на ось z произвольно выбранной системы координат определяются соотношением

Jz=ℏμI{\displaystyle J_{z}=\hbar \mu _{I}} и μz=γℏμI{\displaystyle \mu _{z}=\gamma \hbar \mu _{I}},

где μI{\displaystyle \mu _{I}} — магнитное квантовое число собственного состояния ядра. Значения μI{\displaystyle \mu _{I}} определяются спиновым квантовым числом ядра

μI=I,I−1,I−2,...,−I{\displaystyle \mu _{I}=I,I-1,I-2,...,-I},

то есть ядро может находиться в 2I+1{\displaystyle 2I+1} состояниях.

Так, у протона (или другого ядра с I = 1/2 — 13C, 19F, 31P и т. п.) μz{\displaystyle \mu _{z}} может находиться только в двух состояниях

μz=±γℏI=±γℏ/2.{\displaystyle \mu _{z}=\pm \gamma \hbar I=\pm \gamma \hbar /2.}

Такое ядро можно представить как магнитный диполь, z-компонента которого может быть ориентирована параллельно либо антипараллельно положительному направлению оси z произвольной системы координат.

У ядра 6Li (или другого ядра с I = 1 — 14N, 32P и т. п.) μz{\displaystyle \mu _{z}} может находиться в трёх состояниях

μz=γℏ⋅(−1;0;+1).{\displaystyle \mu _{z}=\gamma \hbar \cdot (-1;0;+1).}

Следует отметить, что в отсутствие внешнего магнитного поля все состояния с различными μz{\displaystyle \mu _{z}} имеют одинаковую энергию, то есть являются вырожденными. Вырождение снимается во внешнем магнитном поле, при этом расщепление относительно вырожденного состояния пропорционально величине внешнего магнитного поля и магнитного момента состояния и для ядра со спиновым квантовым числом I во внешнем магнитном поле B0{\displaystyle B_{0}} появляется система из 2I + 1 энергетических уровней −μzB0,−I−1IB0,...,I−1IB0,μzB0{\displaystyle -\mu _{z}B_{0},-{\frac {I-1}{I}}B_{0},...,{\frac {I-1}{I}}B_{0},\mu _{z}B_{0}}, то есть ядерный магнитный резонанс имеет ту же природу, что и эффект Зеемана расщепления электронных уровней в магнитном поле.

В простейшем случае для ядра со спином с I = 1/2 — например, для протона, — расщепление

δE=±μzB0{\displaystyle \delta E=\pm \mu _{z}B_{0}}

и разность энергии спиновых состояний

ΔE=2μzB0{\displaystyle \Delta E=2\mu _{z}B_{0}}

Это выражение просто утверждает, что разность энергий ΔE{\displaystyle \Delta E} пропорциональна B0{\displaystyle B_{0}}, поскольку остальные величины — константы. Для магнитного поля порядка 1 Тл и типичного ядерного магнитного момента расщепление уровней находится в диапазоне энергий, соответствующем частотам электромагнитного поля, лежащим в радиодиапазоне.

Как только возникла система двух уровней, можно вводить энергию в виде радиочастотного излучения с частотой (ν1{\displaystyle \nu _{1}}), чтобы возбудить переходы между этими уровнями энергии в постоянном магнитном поле B0{\displaystyle B_{0}}. Фундаментальное уравнение ЯМР, связывающее прикладываемую частоту (ν{\displaystyle \nu }) с величиной напряженности магнитного поля, записывается в виде

ν=(γ/2π)B0,{\displaystyle \nu =(\gamma /2\pi )B_{0},}

поскольку

ΔE=hν.{\displaystyle \Delta E=h\nu .}

Частота облучения ν1{\displaystyle \nu _{1}} находится в мегагерцевом диапазоне (МГц). Для протонов при величине поля B0{\displaystyle B_{0}}, равной 2,35 Тл, частота облучения равна 100 МГц. При увеличении поля в n раз во столько же возрастает и частота резонанса. При соотношении частоты и поля, равном (γ/2π){\displaystyle (\gamma /2\pi )}, система находится в резонансе; протон поглощает энергию, переходит на более высокий энергетический уровень, и можно записать спектр. Отсюда и возникает название спектроскопия ядерного магнитного резонанса. Постоянная γ{\displaystyle \gamma } называется гиромагнитным отношением и является фундаментальной ядерной постоянной. Это коэффициент пропорциональности между магнитным моментом μ{\displaystyle \mu } и спином ядра I{\displaystyle I}:

γ=2πμ/hI{\displaystyle \gamma =2\pi \mu /hI}.

Радиочастотная энергия может вводится либо в режиме непрерывной развёртки в некотором диапазоне частот (continuous-wave (CW) или непрерывный режим), либо в виде короткого радиочастотного импульса, содержащего весь набор частот (импульсный режим). Эти два способа соответствуют двум разным типам спектрометров ЯМР.

Ансамбль эквивалентных протонов, прецессирующих со случайной фазой вокруг оси z (т.е. вокруг направления постоянного магнитного поля B0{\displaystyle B_{0}}), порождает суммарную макроскопическую намагниченность в направлении оси z, но не в плоскости xy.

Задача состоит в том, каким образом приложить радиочастотную электромагнитную энергию к протонам, ориентированным в постоянном магнитном поле, и как затем измерить энергию, поглощённую протонами при переходе в более высокое спиновое состояние. Это можно выяснить в терминах классической механики, если представить протон как частицу, вращающуюся во внешнем магнитном поле. Магнитная ось протона прецессирует вокруг оси z постоянного магнитного поля B0{\displaystyle B_{0}} подобно тому как прецессирует под действием гравитации волчок, ось вращения которого отклонена от перпендикуляра.

Когда частота прикладываемого высокочастотного поля (ν1{\displaystyle \nu _{1}}) равна частоте прецессии эквивалентных протонов (называемой в классической физике ларморовой частотой νL{\displaystyle \nu _{L}}, в МГц), достигается состояние ядерного магнитного резонанса, и основное уравнение ЯМР может быть записано в виде

νL=ν1=(γ/2π)B0.{\displaystyle \nu _{L}=\nu _{1}=(\gamma /2\pi )B_{0}.}

Это уравнение применимо к ансамблю изолированных протонов.

Наблюдение ЯМР облегчается тем, что в большинстве веществ атомы не обладают постоянными магнитными моментами электронов атомных оболочек вследствие явления замораживания орбитального момента.

Резонансные частоты ЯМР в металлах выше, чем в диамагнетиках (найтовский сдвиг).

При протекании некоторых химических реакций в магнитном поле в спектрах ЯМР продуктов реакции обнаруживается либо аномально большое поглощение, либо радиоизлучение. Этот факт свидетельствует о неравновесном заселении ядерных зеемановских уровней в молекулах продуктов реакции. Избыточная заселённость нижнего уровня сопровождается аномальным поглощением. Инверсная заселённость (верхний уровень заселён больше нижнего) приводит к радиоизлучению. Данное явление называется химической поляризацией ядер.

Ларморовские частоты некоторых атомных ядер[править | править код]

Ларморовская частота МГц в поле
ядро 0,5 Тесла 1 Тесла 7,05 Тесла
1H (Водород) 21,29 42,58 300,18
2D (Дейтерий) 3,27 6,53 46,08
13C (Углерод) 5,36 10,71 75,51
23Na (Натрий) 5,63 11,26 79,40
39K (Калий) 1,00 1,99

Частота для резонанса протонов находится в диапазоне коротких волн (длина волн около 7 м)[4].

Спектроскопия[править | править код]

Приборы[править | править код]

Сердцем спектрометра ЯМР является мощный магнит. В эксперименте, впервые осуществлённом на практике Парселлом, образец, помещённый в стеклянную ампулу диаметром около 5 мм, заключается между полюсами сильного электромагнита. Затем, для улучшения однородности магнитного поля, ампула начинает вращаться, а магнитное поле, действующее на неё, постепенно усиливают. В качестве источника излучения используется радиочастотный генератор высокой добротности. Под действием усиливающегося магнитного поля начинают резонировать ядра, на которые настроен спектрометр. При этом экранированные ядра резонируют на частоте, чуть меньшей, чем ядра, лишённые электронных оболочек. Поглощение энергии фиксируется радиочастотным мостом и затем записывается самописцем. Частоту увеличивают до тех пор, пока она не достигнет некого предела, выше которого резонанс невозможен.

Так как идущие от моста токи весьма малы, снятием одного спектра не ограничиваются, а делают несколько десятков проходов. Все полученные сигналы суммируются на итоговом графике, качество которого зависит от отношения сигнал/шум прибора.

В данном методе образец подвергается радиочастотному облучению неизменной частоты, в то время как сила магнитного поля изменяется, поэтому его ещё называют методом непрерывного облучения (CW, continous wave).

Традиционный метод ЯМР-спектроскопии имеет множество недостатков. Во-первых, он требует большого количества времени для построения каждого спектра. Во-вторых, он очень требователен к отсутствию внешних помех, и как правило, получаемые спектры имеют значительные шумы. В-третьих, он непригоден для создания спектрометров высоких частот (300, 400, 500 и более МГц). Поэтому в современных приборах ЯМР используется метод так называемой импульсной спектроскопии (PW), основанной на фурье-преобразованиях полученного сигнала. В настоящее время все ЯМР-спектрометры строятся на основе мощных сверхпроводящих магнитов с постоянной величиной магнитного поля.

В отличие от CW-метода, в импульсном варианте возбуждение ядер осуществляют не «постоянной волной», а с помощью короткого импульса, продолжительностью несколько микросекунд. Амплитуды частотных компонент импульса уменьшаются с увеличением расстояния от ν0. Но так как желательно, чтобы все ядра облучались одинаково, необходимо использовать «жесткие импульсы», то есть короткие импульсы большой мощности. Продолжительность импульса выбирают так, чтобы ширина частотной полосы была больше ширины спектра на один-два порядка. Мощность достигает нескольких тысяч ватт.

В результате импульсной спектроскопии получают не обычный спектр с видимыми пиками резонанса, а изображение затухающих резонансных колебаний, в котором смешаны все сигналы от всех резонирующих ядер — так называемый «спад свободной индукции» (FID, free induction decay). Для преобразования данного спектра используют математические методы, так называемое фурье-преобразование, по которому любая функция может быть представлена в виде суммы множества гармонических колебаний.

Спектры ЯМР[править | править код]
Спектр 1H 4-этоксибензальдегида. В слабом поле (синглет ~9,25 м д.) сигнал протона альдегидной группы, в сильном (триплет ~1,85-2 м д.) — протонов метила этоксильной группы.

Для качественного анализа c помощью ЯМР используют анализ спектров, основанный на таких замечательных свойствах данного метода:

  • сигналы ядер атомов, входящих в определённые функциональные группы, лежат в строго определённых участках спектра;
  • интегральная площадь, ограниченная пиком, строго пропорциональна количеству резонирующих атомов;
  • ядра, лежащие через 1—4 связи, способны давать мультиплетные сигналы в результате т. н. расщепления друг на друге.

Положение сигнала в спектрах ЯМР характеризуют химическим сдвигом их относительно эталонного сигнала. В качестве последнего в ЯМР 1Н и 13С применяют тетраметилсилан Si(CH3)4 (ТМС). Единицей химического сдвига является миллионная доля (м.д.) частоты прибора. Если принять сигнал ТМС за 0, а смещение сигнала в слабое поле считать положительным химическим сдвигом, то мы получим так называемую шкалу δ. Если резонанс тетраметилсилана приравнять 10 м.д. и обратить знаки на противоположные, то результирующая шкала будет шкалой τ, практически не используемой в настоящее время. Если спектр вещества слишком сложен для интерпретирования, можно воспользоваться квантовохимическими методами расчёта констант экранирования и на их основании соотнести сигналы.

ЯМР-интроскопия[править | править код]

Явление ядерного магнитного резонанса можно применять не только в физике и химии, но и в медицине: организм человека — это совокупность все тех же органических и неорганических молекул.

Чтобы наблюдать это явление, объект помещают в постоянное магнитное поле и подвергают действию радиочастотных и градиентных магнитных полей. В катушке индуктивности, окружающей исследуемый объект, возникает переменная электродвижущая сила (ЭДС), амплитудно-частотный спектр которой и переходные во времени характеристики несут информацию о пространственной плотности резонирующих атомных ядер, а также о других параметрах, специфических только для ядерного магнитного резонанса. Компьютерная обработка этой информации формирует объёмное изображение, которое характеризует плотность химически эквивалентных ядер, времена релаксации ядерного магнитного резонанса, распределение скоростей потока жидкости, диффузию молекул и биохимические процессы обмена веществ в живых тканях.

Сущность ЯМР-интроскопии (или магнитно-резонансной томографии) состоит, по сути дела, в реализации особого рода количественного анализа по амплитуде сигнала ядерного магнитного резонанса. В обычной ЯМР-спектроскопии стремятся реализовать, по возможности, наилучшее разрешение спектральных линий. Для этого магнитные системы регулируются таким образом, чтобы в пределах образца создать как можно лучшую однородность поля. В методах ЯМР-интроскопии, напротив, магнитное поле создается заведомо неоднородным. Тогда есть основание ожидать, что частота ядерного магнитного резонанса в каждой точке образца имеет своё собственное значение, отличающееся от значений в других частях. Задав какой-либо код для градаций амплитуды ЯМР-сигналов (яркость или цвет на экране монитора), можно получить условное изображение (томограмму) срезов внутренней структуры объекта.

Споры об авторстве изобретения[править | править код]

По утверждению ряда источников, ЯМР-интроскопия, ЯМР-томография впервые в мире изобретены в 1960 г. В. А. Ивановым[5][6]. Заявку на изобретение (способ и устройство) некомпетентный эксперт отклонил «… ввиду явной бесполезности предлагаемого решения», поэтому авторское свидетельство на это было выдано лишь более чем через 10 лет. Таким образом, официально признано, что автором ЯМР-томографии является не коллектив нижеуказанных нобелевских лауреатов, а российский учёный. Невзирая на этот юридический факт, Нобелевская премия была присуждена за ЯМР-томографию вовсе не В. А. Иванову.

Нобелевская премия по физике за 1952 г. была присуждена Феликсу Блоху и Эдварду Миллс Парселлу «За развитие новых методов для точных ядерных магнитных измерений и связанные с этим открытия».

Нобелевская премия по химии за 1991 г. была присуждена Рихарду Эрнсту «За вклад в развитие методологии ядерной магнитной резонансной спектроскопии высокого разрешения».

Нобелевская премия по химии за 2002 г. (1/2 часть) была присуждена Курту Вютриху «За разработку применения ЯМР-спектроскопии для определения трёхмерной структуры биологических макромолекул в растворе».

Нобелевская премия по физиологии и медицине за 2003 г. была присуждена Полу Лотербуру, Питеру Мэнсфилду «За изобретение метода магнитно-резонансной томографии».

  1. Абрагам А. Ядерный магнетизм. — М.: Издательство иностр. лит., 1963.
  2. Сликтер Ч. Основы теории магнитного резонанса. — М.: Мир, 1981.
  3. Эрнст Р., Боденхаузен Дж., Вокаун А. ЯМР в одном и двух измерениях: Пер. с англ. под ред. К. М. Салихова, М.: Мир, 1990.
  4. Гюнтер Х. Введение в курс спектроскопии ЯМР: Пер. с англ. — М.: Мир, 1984. — 478 с.
  5. Дероум А. Современные методы ЯМР для химических исследований.
  6. Калабин Г.А. Количественная спектроскопия ЯМР природного органического сырья и продуктов его переработки. - М.: Химия, 2000. - 408 с..
  7. Чижик В. И. Квантовая радиофизика. Магнитный резонанс и его приложения. — С-Петерб. ун-та, 2004 (2009), — 700с.
  8. Аминова Р. М. Квантовохимические методы вычисления констант ядерного магнитного экранирования — в журн. Химия и компьютерное моделирование. Бутлеровские сообщения. 2002. № 6. С. 11.
  9. Габуда С. П., Плетнев Р. Н.,Федотов М. А. Ядерный магнитный резонанс в неорганической химии. — М: Наука, 1988. — 214 с.
  10. Габуда С. П., Ржавин А. Ф. Ядерный магнитный резонанс в кристаллогидратах и гидратированных белках. — Из-во: Наука. Новосибирск. 1978. —160с.
  11. Ионин Б.И., Ершов Б.А., Кольцов А.И., ЯМР-спектроскопия в органической химии: научное издание. – 2-е изд., Из-во: ЛГу, Химия, Ленингр. отд-ние.– 1983. – 269 с.
  12. Ершов Б.А., Спектроскопия ЯМР в органической химии. – Учебное пособие для вузов. – Из-во: СПбГу – 1995. – 263с.
  13. Robert M. Silverstein, Fancis X. Webster, David J. Kiemle - Spectrometric identification of organic compounds (seven edition)

ru.wikipedia.org

Магнитно-резонансная томография (ядерно-магнитная резонансная томография, МРТ, ЯМРТ, NMR, MRI)

Магнитно-резонансная томография (ядерно-магнитная резонансная томография, МРТ, ЯМРТ, NMR, MRI) – нерентгенологический метод исследования внутренних органов и тканей человека. Здесь не используются Х-лучи, что делает данный метод безопасным для большинства людей.

Как проводится исследование

Технология МРТ достаточно сложна: используется эффект резонансного поглощения атомами электро-магнитных волн. Человека помещают в магнитное поле, которое создает аппарат. Молекулы в организме при этом разворачиваются согласно направлению магнитного поля. После этого радиоволной проводят сканирование. Изменение состояния молекул фиксируется на специальной матрице и передается в компьютер, где проводится обработка полученных данных. В отличие от компьютерной томографии МРТ позволяет получить изображение патологического процесса в разных плоскостях.

Магнитно-резонансный томограф
по своему внешнему виду похож на компьютерный. Исследование проходит так же, как и компьютерная томография. Стол постепенно продвигается вдоль сканера. МРТ требует больше времени, чем КТ, и обычно занимает не менее 1 часа (диагностика одного раздела позвоночника занимает 20-30 минут).


Метод был назван магнитно-резонансной томографией, а не ядерно-магнитной резонансной томографией (ЯМРТ) из-за негативных ассоциаций со словом "ядерный" в конце 1970-х годов. МРТ основана на принципах ядерно-магнитного резонанса (ЯМР), методе спектроскопии, используемом учеными для получения данных о химических и физических свойствах молекул. МРТ получила начало как метод томографического отображения, дающий изображения ЯМР-сигнала из тонких срезов, проходящих через человеческое тело. МРТ развивалась от метода томографического отображения к методу объемного отображения.

Метод особенно эффективен для изучения динамических процессов (например, состояния кровотока и результатов его нарушения) в органах и тканях.

Преимущества магнитно-резонансной томографии

МРТ лучше визуализирует некоторые структуры головного и спинного мозга, а также другие нервные структуры. В связи с этим она чаще используется для диагностики повреждений, опухолевых образований нервной системы, а также в онкологии, когда необходимо определить наличие и распространенность опухолевого процесса. Список заболеваний, которые можно обнаружить с помощью МРТ, внушителен: воспалительные, дистрофические и опухолевые поражения сосудов и сердца, органов грудной и брюшной полости, поражение лимфатических узлов, паразитарные процессы и другие патологии.

Вредна ли магнитно-резонансная томография?

В настоящее время о вреде магнитного поля ничего не известно. Однако большинство ученых считают, что в условиях, когда нет данных о его полной безопасности, подобным исследованиям не следует подвергать беременных женщин. По этим причинам, а также в связи с высокой стоимостью и малой доступностью оборудования компьютерная и ЯМР томографии назначаются по строгим показаниях в случаях спорного диагноза или безрезультатности других методов исследований. МРТ не может также проводиться у тех людей, в организме которых находятся различные металлические конструкции – искусственные суставы, водители ритма сердца, дефибрилляторы, ортопедические конструкции, удерживающие кости и т.п.

Как и другие методы исследования, компьютерную и магнитно-резонансную томографию назначает только врач. Далеко не во всех медицинских учреждениях проводятся эти исследования, поэтому при необходимости постарайтесь обратиться в диагностический центр.

МРТ – магнитно-резонансная томография – это современный, безопасный (без ионизирующего излучения) и надёжный метод лучевой диагностики. МРТ является уникальным и практически не имеющим аналогов исследованием для диагностики заболеваний центральной нервной системы, позвоночника, мышечно – суставной системы и ряда внутренних органов.

Специальной подготовки к исследованию не требуется, за исключением обследования органов малого таза, когда требуется наполненный мочевой пузырь. Во время исследования пациент в горизонтальном положении помещается в узкий тоннель (трубу) с сильным магнитный полем приблизительно на 15 – 20 минут, в зависимости от вида исследования. Пациент должен сохранять полную неподвижность исследуемой анатомической области. Процедура МРТ безболезненна, однако сопровождается сильным шумом. Для уменьшения дискомфорта вам будут предложены наушники.

Так же возможен психологический дискомфорт из-за нахождения в замкнутом пространстве. Сопровождающие лица могут находиться в помещении МРТ (магнитно-резонансной томографии) с пациентом при условии отсутствия у них противопоказаний к нахождению в магнитном поле и после подписания информационного согласия на каждое лицо, находящегося в области магнитного излучения.

Магнитно-резонансная томография - МРТ - до и после.

Перед проведением МРТ исследования необходимо заполнить анкету, которая позволяет выявить наличие противопоказаний к процедуре. Противопоказаниями к проведению МРТ исследования являются: наличие у пациента кардиостимуляторов (водителей ритма сердца), слуховых аппаратов и имплантов неустановленного происхождения; неадекватное поведение больного (психомоторное возбуждение, паническая атака), состояние алкогольного или наркотического опьянения, клаустрофобия (боязнь и выраженный дискомфорт при нахождении в замкнутых пространствах), невозможность сохранять неподвижность в течение всего исследования (например, вследствие сильной боли или неадекватного поведения), необходимость постоянного мониторинга жизненно-важных показателей (ЭКГ, артериальное давление, частота дыхания) и проведения постоянных реанимационных мероприятий (например, искусственного дыхания).

При наличии в анамнезе хирургических операций и инородных тел (имплантов) необходим сертификат на вживлённый материал или справка от лечащего врача, выполнявшего оперативное вмешательство (вживление) о безопасности проведения МРТ исследования с данным материалом. Информация для пациентов женского пола: менструация, наличие внутриматочной спирали, а так же кормление грудью не являются противопоказаниями для исследования. Беременность рассматривается как относительное противопоказание, в связи, с чем требуется заключение врача-гинеколога о возможности проведения МРТ исследования. Окончательное решение об отказе пациенту от проведения МРТ исследования принимает непосредственно перед исследованием дежурный врач-рентгенолог МРТ.

В связи с наличием сильного магнитного поля в помещение МРТ запрещается провоз каталок для лежачих пациентов, кресел-каталок, вспомогательных устройств, для передвижения (костыли, трости, рамки), содержащих металлические компоненты. Личные вещи, украшения и ценности, одежда, содержащая металл и электромагнитные устройства не допускаются в комнату МРТ сканирования и могут быть оставлены в сейфе в помещении управления МРТ.
Магнитно-резонансная томография безвредна!

Пациенту необходимо знать, что магнито-резонансная томография, как исследование, обладает определёнными диагностическими пределами, а так же возможной ограниченной чувствительностью и специфичностью в диагностике патологических процессов. В связи с этим, а так же при наличии сомнений в целесообразности проведения исследования рекомендуется проконсультироваться с лечащим врачом или врачом МРТ. Решение о проведении МРТ исследования и выборе анатомической области исследования принимает сам пациент на основании направления от лечащего врача или по собственной инициативе. Перед проведением МРТ исследования пациент самостоятельно указывает анатомическую область исследования в письменной форме, тем самым, подтверждая необходимость исследования данной области. После проведения МРТ исследования претензии не принимаются, и оплата за МРТ исследование не возвращается.

В ряде случаев возникает диагностическая необходимость проведения МРТ исследования с внутривенным контрастным усилением. Данные исследования проводятся только по направлению лечащего врача или врача МРТ. Введение контрастного препарата содержит минимальный риск побочных реакций. Пациенту будет предложено заполнить дополнительную анкету – лист информационного согласия на внутривенное введение контрастного препарата. Противопоказаниями к проведению внутреннего контрастного усиления является беременность, кормление грудью, ранее выявленная повышенная чувствительность к препаратам данной группы, а так же почечная недостаточность.

Для повышения диагностической эффективности МРТ исследований пациентам рекомендуется приносить с собой данные предыдущих МРТ исследований, других методов лучевой, лабораторной или функциональной диагностики, а так же амбулаторные карты или направления от лечащих врачей с указанием области и цели исследования.
Наш центр оснащен магнитно-резонансным томографом Magnetom Harmony компании Siemens

В нашем центре проводятся МРТ исследования головного мозга (головы), позвоночника, суставов и всего тела. В нашей клинике установлен Магнитно-резонансный томограф на основе использования сверхпроводящего магнита с напряженностью поля 1.0 Тл.

Кроткий дизайн магнита (всего 160 см, включая кожух) и передне-фронтальный доступ к пациенту для обеспечения комфорта пациента, значительно снижая проблему клаустрофобии.

Набор высокопроизводительных градиентов (20 мТл/м со скоростью нарастания 50 Тл/м/сек, 30 мТл/м при 75 Тл/м/сек и 30 мТл/м при 125 Тл/м/сек по каждой из x, y, z осей), циркулярно-поляризованная технология мультиэлементных радиочастотных катушек, объединенных в единый виртуальный массив для их панорамного использования, и новейшие уникальные импульсные последовательности в их клинически ориентированной вариации (TrueFisp, VIBE, HASTE, EPI, PSIF-Diffusion и пр.) для проведения всевозможных рутинных и скоростных обследований как на задержке дыхания, так и без нее (нейро: голова и отделы позвоночника, ортопедия, абдоминальные, ангиографические и кардиологические обследования), но и протонную спектроскопию, функциональные исследования головного мозга и пр.

Сканер с технологией Maestro Class, позволяющей обеспечить интеллектуальность и экспертность МРТ (магнитно-резонансная томография) обследований (Inline обработка и коррекци я смещений в процессе сбора данных 1D, 2D, 3D PACE) и увеличить дополнительно скорость сбора данных с использованием iPAT технологии до 2-3-х раз. Как следствие, Maestro Сlass расширяет возможности существующих приложений и открывает новые.

Возможность получения срезов толщиной до 0.05 мм при минимальном поле обзора до 7 мм и пространственным разрешением до 7 мкм

Высокопроизводительная компьютерная система, обеспечивающая параллельно сбор данных и реконструкцию до 5-ти потоков данных. При этом сама реконструкция выполняется со скоростью 100 изображений/сек при истинной матрице 256х256.

is-med.com

ЯМР для «чайников», или Десять основных фактов о ядерном магнитном резонансе

  • Суть явления

    Прежде всего, надо заметить, что хотя в названии этого явления присутствует слово «ядерный», к ядерной физике ЯМР никакого отношения не имеет и с радиоактивностью никак не связан. Если говорить о строгом описании, то без законов квантовой механики никак не обойтись. Согласно этим законам, энергия взаимодействия магнитного ядра с внешним магнитным полем может принимать только несколько дискретных значений. Если облучать магнитные ядра переменным магнитным полем, частота которого соответствует разнице между этими дискретными энергетическими уровнями, выраженной в частотных единицах, то магнитные ядра начинают переходить с одного уровня на другой, при этом поглощая энергию переменного поля. В этом и состоит явление магнитного резонанса. Это объяснение формально правильное, но не очень наглядное. Есть другое объяснение, без квантовой механики. Магнитное ядро можно представить как электрически заряженный шарик, вращающийся вокруг своей оси (хотя, строго говоря, это не так). Согласно законам электродинамики, вращение заряда приводит к появлению магнитного поля, т. е. магнитного момента ядра, который направлен вдоль оси вращения. Если этот магнитный момент поместить в постоянное внешнее поле, то вектор этого момента начинает прецессировать, т. е. вращаться вокруг направления внешнего поля. Таким же образом прецессирует (вращается) вокруг вертикали ось юлы, если ее раскрутить не строго вертикально, а под некоторым углом. В этом случае роль магнитного поля играет сила гравитации.

    Частота прецессии определяется как свойствами ядра, так и силой магнитного поля: чем сильнее поле, тем выше частота. Затем, если кроме постоянного внешнего магнитного поля на ядро будет воздействовать переменное магнитное поле, то ядро начинает взаимодействовать с этим полем — оно как бы сильнее раскачивает ядро, амплитуда прецессии увеличивается, и ядро поглощает энергию переменного поля. Однако это будет происходить только при условии резонанса, т. е. совпадения частоты прецессии и частоты внешнего переменного поля. Это похоже на классический пример из школьной физики — марширующие по мосту солдаты. Если частота шага совпадает с частотой собственных колебаний моста, то мост раскачивается всё сильнее и сильнее. Экспериментально это явление проявляется в зависимости поглощения переменного поля от его частоты. В момент резонанса поглощение резко возрастает, а простейший спектр магнитного резонанса выглядит вот так:

  • Фурье-спектроскопия

    Первые ЯМР-спектрометры работали именно так, как описано выше — образец помещался в постоянное магнитное поле, и на него непрерывно подавалось радиочастотное излучение. Затем плавно менялась либо частота переменного поля, либо напряженность постоянного магнитного поля. Поглощение энергии переменного поля регистрировалось радиочастотным мостом, сигнал от которого выводился на самописец или осциллограф. Но этот способ регистрации сигнала уже давно не применяется. В современных ЯМР-спектрометрах спектр записывается с помощью импульсов. Магнитные моменты ядер возбуждаются коротким мощным импульсом, после которого регистрируется сигнал, наводимый в РЧ-катушке свободно прецессирующими магнитными моментами. Этот сигнал постепенно спадает к нулю по мере возвращения магнитных моментов в состояние равновесия (этот процесс называется магнитной релаксацией). Спектр ЯМР получается из этого сигнала с помощью Фурье-преобразования. Это стандартная математическая процедура, позволяющая раскладывать любой сигнал на частотные гармоники и таким образом получать частотный спектр этого сигнала. Этот способ записи спектра позволяет значительно понизить уровень шумов и проводить эксперименты намного быстрее.

    Один возбуждающий импульс для записи спектра — это самый простейший ЯМР-эксперимент. Однако таких импульсов, разной длительности, амплитуды, с разными задержками между ними и т. п., в эксперименте может быть много, в зависимости от того, какие именно манипуляции исследователю надо провести с системой ядерных магнитных моментов. Тем не менее, практически все эти импульсные последовательности оканчиваются одним и тем же — записью сигнала свободной прецессии с последующим Фурье-преобразованием.

  • Магнитные взаимодействия в веществе

    Сам по себе магнитный резонанс остался бы не более чем занятным физическим явлением, если бы не магнитные взаимодействия ядер друг с другом и с электронной оболочкой молекулы. Эти взаимодействия влияют на параметры резонанса, и с их помощью методом ЯМР можно получать разнообразную информацию о свойствах молекул — их ориентации, пространственной структуре (конформации), межмолекулярных взаимодействиях, химическом обмене, вращательной и трансляционной динамике. Благодаря этому ЯМР превратился в очень мощный инструмент исследования веществ на молекулярном уровне, который широко применяется не только в физике, но главным образом в химии и молекулярной биологии. В качестве примера одного из таких взаимодействий можно привести так называемый химический сдвиг. Суть его в следующем: электронная оболочка молекулы откликается на внешнее магнитное поле и старается его экранировать — частичное экранирование магнитного поля происходит во всех диамагнитных веществах. Это означает, что магнитное поле в молекуле будет отличаться от внешнего магнитного поля на очень небольшую величину, которая и называется химическим сдвигом. Однако свойства электронной оболочки в разных частях молекулы разные, и химический сдвиг тоже разный. Соответственно, условия резонанса для ядер в разных частях молекулы тоже будут отличаться. Это позволяет различать в спектре химически неэквивалентные ядра. Например, если мы возьмем спектр ядер водорода (протонов) чистой воды, то в нем будет только одна линия, поскольку оба протона в молекуле H2O совершенно одинаковы. Но для метилового спирта СН3ОН в спектре будет уже две линии (если пренебречь другими магнитными взаимодействиями), поскольку тут есть два типа протонов — протоны метильной группы СН3 и протон, связанный с атомом кислорода. По мере усложнения молекул число линий будет увеличиваться, и если мы возьмем такую большую и сложную молекулу, как белок, то в этом случае спектр будет выглядеть примерно так:

  • Магнитные ядра

    ЯМР можно наблюдать на разных ядрах, но надо сказать, что далеко не все ядра имеют магнитный момент. Часто бывает так, что некоторые изотопы имеют магнитный момент, а другие изотопы того же самого ядра — нет. Всего существует более сотни изотопов различных химических элементов, имеющих магнитные ядра, однако в исследованиях обычно используется не более 1520 магнитных ядер, всё остальное — экзотика. Для каждого ядра есть свое характерное соотношение магнитного поля и частоты прецессии, называемое гиромагнитным отношением. Для всех ядер эти отношения известны. По ним можно подобрать частоту, на которой при данном магнитном поле будет наблюдаться сигнал от нужных исследователю ядер.

    Самые важные для ЯМР ядра — это протоны. Их больше всего в природе, и они имеют очень высокую чувствительность. Для химии и биологии очень важны ядра углерода, азота и кислорода, но с ними ученым не очень повезло: наиболее распространенные изотопы углерода и кислорода, 12С и 16О, магнитного момента не имеют, у природного изотопа азота 14N момент есть, но он по ряду причин для экспериментов очень неудобен. Есть изотопы 13С, 15N и 17О, которые подходят для ЯМР-экспериментов, но их природное содержание очень низкое, а чувствительность очень маленькая по сравнению с протонами. Поэтому часто для ЯМР-исследований готовят специальные изотопно-обогащенные образцы, в которых природный изотоп того или иного ядра замещен на тот, который нужен для экспериментов. В большинстве случаев эта процедура весьма непростая и недешевая, но иногда это единственная возможность получить необходимую информацию.

  • Электронный парамагнитный и квадрупольный резонанс

    Говоря про ЯМР, нельзя не упомянуть о двух других родственных физических явлениях — электронном парамагнитном резонансе (ЭПР) и ядерном квадрупольном резонансе (ЯКР). ЭПР по своей сути подобен ЯМР, разница заключается в том, что резонанс наблюдается на магнитных моментах не атомных ядер, а электронной оболочки атома. ЭПР может наблюдаться только в тех молекулах или химических группах, электронная оболочка которых содержит так называемый неспаренный электрон, тогда оболочка имеет ненулевой магнитный момент. Такие вещества называются парамагнетиками. ЭПР, как и ЯМР, также применяется для исследований различных структурно-динамических свойств веществ на молекулярном уровне, но его область использования существенно уже. Это связано в основном с тем, что большинство молекул, особенно в живой природе, не содержит неспаренных электронов. В некоторых случаях можно использовать так называемый парамагнитный зонд, т. е. химическую группу с неспаренным электроном, которая связывается с исследуемой молекулой. Но такой подход имеет очевидные недостатки, которые ограничивают возможности этого метода. Кроме того, в ЭПР нет такого высокого спектрального разрешения (т. е. возможности отличить в спектре одну линию от другой), как в ЯМР.

    Объяснить «на пальцах» природу ЯКР труднее всего. Некоторые ядра обладают так называемым электрическим квадрупольным моментом. Этот момент характеризует отклонение распределения электрического заряда ядра от сферической симметрии. Взаимодействие этого момента с градиентом электрического поля, создаваемого кристаллической структурой вещества, приводит к расщеплению энергетических уровней ядра. В этом случае можно наблюдать резонанс на частоте, соответствующей переходам между этими уровнями. В отличие от ЯМР и ЭПР, для ЯКР не нужно внешнего магнитного поля, поскольку расщепление уровней происходит без него. ЯКР также используется для исследования веществ, но область его применения еще уже, чем у ЭПР.

  • Преимущества и недостатки ЯМР

    ЯМР — самый мощный и информативный метод исследования молекул. Строго говоря, это не один метод, это большое число разнообразных типов экспериментов, т. е. импульсных последовательностей. Хотя все они основаны на явлении ЯМР, но каждый из этих экспериментов предназначен для получения какой-то конкретной специфической информации. Число этих экспериментов измеряется многими десятками, если не сотнями. Теоретически ЯМР может если не всё, то почти всё, что могут все остальные экспериментальные методы исследования структуры и динамики молекул, хотя практически это выполнимо, конечно, далеко не всегда. Одно из основных достоинств ЯМР в том, что, с одной стороны, его природные зонды, т. е. магнитные ядра, распределены по всей молекуле, а с другой стороны, он позволяет отличить эти ядра друг от друга и получать пространственно-селективные данные о свойствах молекулы. Почти все остальные методы дают информацию либо усредненную по всей молекуле, либо только о какой-то одной ее части.

    Основных недостатков у ЯМР два. Во-первых, это низкая чувствительность по сравнению с большинством других экспериментальных методов (оптическая спектроскопия, флюоресценция, ЭПР и т. п.). Это приводит к тому, что для усреднения шумов сигнал нужно накапливать долгое время. В некоторых случаях ЯМР-эксперимент может проводиться в течение даже нескольких недель. Во-вторых, это его дороговизна. ЯМР-спектрометры — одни из самых дорогих научных приборов, их стоимость измеряется как минимум сотнями тысяч долларов, а самые дорогие спектрометры стоят несколько миллионов. Далеко не все лаборатории, особенно в России, могут позволить себе иметь такое научное оборудование.

  • Магниты для ЯМР-спектрометров

    Одна из самых важных и дорогих частей спектрометра — магнит, создающий постоянное магнитное поле. Чем сильнее поле, тем выше чувствительность и спектральное разрешение, поэтому ученые и инженеры постоянно пытаются получить как можно более высокие поля. Магнитное поле создается электрическим током в соленоиде — чем сильнее ток, тем больше поле. Однако бесконечно увеличивать силу тока нельзя, при очень большом токе провод соленоида просто начнет плавиться. Поэтому уже очень давно для высокопольных ЯМР-спектрометров используются сверхпроводящие магниты, т. е. магниты, в которых провод соленоида находится в сверхпроводящем состоянии. В этом случае электрическое сопротивление провода равно нулю, и выделения энергии не происходит при любой величине тока. Сверхпроводящее состояние можно получить только при очень низких температурах, всего нескольких градусов Кельвина, — это температура жидкого гелия. (Высокотемпературная сверхпроводимость — до сих пор удел только чисто фундаментальных исследований.) Именно с поддержанием такой низкой температуры и связаны все технические сложности конструирования и производства магнитов, которые обуславливают их дороговизну. Сверхпроводящий магнит построен по принципу термоса-матрешки. Соленоид находится в центре, в вакуумной камере. Его окружает оболочка, в которой находится жидкий гелий. Эта оболочка через вакуумную прослойку окружена оболочкой из жидкого азота. Температура жидкого азота — минус 196 градусов по Цельсию, азот нужен для того, чтобы гелий испарялся как можно медленнее. Наконец, азотная оболочка изолируется от комнатной температуры внешней вакуумной прослойкой. Такая система способна сохранять нужную температуру сверхпроводящего магнита очень долго, хотя для этого нужно регулярно подливать в магнит жидкие азот и гелий. Преимущество таких магнитов кроме возможности получать высокие магнитные поля также и в том, что они не потребляют энергии: после запуска магнита ток бегает по сверхпроводящим проводам практически без каких-либо потерь в течение многих лет.

  • Томография

    В обычных ЯМР-спектрометрах магнитное поле стараются сделать как можно более однородным, это нужно для улучшения спектрального разрешения. Но если магнитное поле внутри образца, наоборот, сделать очень неоднородным, это открывает принципиально новые возможности для использования ЯМР. Неоднородность поля создается так называемыми градиентными катушками, которые работают в паре с основным магнитом. В этом случае величина магнитного поля в разных частях образца будет разная, а это значит, что сигнал ЯМР можно наблюдать не от всего образца, как в обычном спектрометре, а только от его узкого слоя, для которого соблюдаются резонансные условия, т. е. нужное соотношение магнитного поля и частоты. Меняя величину магнитного поля (или, что по сути то же самое, частоту наблюдения сигнала), можно менять слой, который будет давать сигнал. Таким образом можно «просканировать» образец по всему объему и «увидеть» его внутреннюю трехмерную структуру, не разрушая образец каким-либо механическим способом. К настоящему времени разработано большое число методик, позволяющих измерять различные параметры ЯМР (спектральные характеристики, времена магнитной релаксации, скорость самодиффузии и некоторые другие) с пространственным разрешением внутри образца. Самое интересное и важное, с практической точки зрения, применение ЯМР-томографии нашлось в медицине. В этом случае исследуемым «образцом» является человеческое тело. ЯМР-томография является одним из самых эффективных и безопасных (но также и дорогих) диагностических средств в различных областях медицины, от онкологии до акушерства. Любопытно заметить, что в названии этого метода медики не употребляют слово «ядерный», потому что некоторые пациенты связывают его с ядерными реакциями и атомной бомбой.

  • История открытия

    Годом открытия ЯМР считается 1945-й, когда американцы Феликс Блох из Стэнфорда и независимо от него Эдвард Парселл и Роберт Паунд из Гарварда впервые наблюдали сигнал ЯМР на протонах. К тому времени уже было много известно о природе ядерного магнетизма, сам эффект ЯМР был теоретически предсказан, и было сделано несколько попыток его экспериментального наблюдения. Важно отметить, что годом раньше в Советском Союзе, в Казани, Евгением Завойским было открыто явление ЭПР. Сейчас уже хорошо известно, что Завойский также наблюдал и сигнал ЯМР, это было перед войной, в 1941 году. Однако в его распоряжении был магнит низкого качества с плохой однородностью поля, результаты были плохо воспроизводимыми и потому так и остались неопубликованными. Справедливости ради надо заметить, что Завойский был не единственным, кто наблюдал ЯМР до его «официального» открытия. В частности, американский физик Исидор Раби (лауреат Нобелевской премии 1944 года за исследование магнитных свойств ядер в атомных и молекулярных пучках) в конце 30-х годов также наблюдал ЯМР, но счел это аппаратурным артефактом. Так или иначе, но за нашей страной остается приоритет в экспериментальном обнаружении магнитного резонанса. Хотя сам Завойский вскоре после войны стал заниматься другими проблемами, его открытие для развития науки в Казани сыграло огромную роль. Казань до сих пор остается одним из ведущих мировых научных центров по ЭПР-спектроскопии.

  • Нобелевские премии в области магнитного резонанса

    В первой половине XX века было присуждено несколько Нобелевских премий ученым, без работ которых открытие ЯМР не могло бы состояться. Среди них можно назвать Петера Зеемана, Отто Штерна, Исидора Раби, Вольфганга Паули. Но непосредственно связанных с ЯМР Нобелевских премий было четыре. В 1952 году премию получили Феликс Блох и Эдвард Парселл за открытие ЯМР. Это единственная «ЯМР-ная» Нобелевская премия по физике. В 1991 году премию по химии получил швейцарец Ричард Эрнст, работавший в знаменитой Швейцарской высшей технической школе в Цюрихе. Он был удостоен ее за развитие методов многомерной ЯМР-спектроскопии, которые позволили кардинально увеличить информативность ЯМР-экспериментов. В 2002 году лауреатом премии, также по химии, стал Курт Вютрих, работавший с Эрнстом в соседних зданиях в той же Технической школе. Он получил премию за разработку методов определения трехмерной структуры белков в растворе. До этого единственным методом, позволяющим определять пространственную конформацию больших биомакромолекул, был только рентгеноструктурный анализ. Наконец, в 2003 году премию по медицине за изобретение ЯМР-томографии получили американец Поль Лаутербур и англичанин Петер Мансфилд. Советский первооткрыватель ЭПР Е. К. Завойский Нобелевской премии, увы, не получил.

  • elementy.ru

    Ядерный магнитный резонанс. Использование ЯМР в медицине

    Магниторезонансная томография (МРТ) − способ получения томографических медицинских изображений для исследования внутренних органов и тканей с использованием явления ядерного магнитного резонанса. За изобретение метода МРТ Питер Мэнсфилд и Пол Лотербур получили в 2003 году Нобелевскую премию в области медицины.
    Вначале этот метод назывался ядерно-магнитно резонансная томография (ЯМР-томография). Но потом, чтобы не пугать зомбированную радиофобией публику, убрали упоминание о "ядерном" происхождении метода, тем более, что ионизирующие излучения в этом методе не используются.

    Ядерный магнитный резонанс

    Ядерный магнитный резонанс реализуется на ядрах с ненулевыми спинами. Наиболее интересными для медицины являются ядра водорода (1 H), углерода (13 C), натрия (23 Na) и фосфора (31 P), так как все они присутствуют в теле человека. В нем больше всего (63%) атомов водорода, которые содержатся в жире и воде, которых больше всего в человеческом теле. По этим причинам современные МР-томографы чаще всего «настроены» на ядра водорода − протоны.

    При отсутствии внешнего поля спины и магнитные моменты протонов ориентированы хаотически (рис. 8а). Если поместить протон во внешнее магнитное поле, то его магнитный момент будет либо сонаправлен, либо противоположно направлен магнитному полю (рис. 8б), причём во втором случае его энергия будет выше.

    Частица со спином, помещенная в магнитное поле, напряженностью В, может поглощать фотон, с частотой ν, которая зависит от ее гиромагнитного отношения γ.

    Для водорода, γ = 42.58 MГц/Тл.
    Частица может подвергаться переходу между двумя энергетическими состояниями, поглощая фотон. Частица на нижнем энергетическом уровне поглощает фотон и оказывается на верхнем энергетическом уровне. Энергия данного фотона должна точно соответствовать разнице между этими двумя состояниями. Энергия протона, Е, связана с его частотой, ν, через постоянную Планка (h = 6.626·10 -34 Дж·с).

    В ЯМР величина ν называется резонансной или частотой Лармора. ν = γB и E = hν, поэтому, для того, чтобы вызвать переход между двумя спиновыми состояниями, фотон должен обладать энергией

    Когда энергия фотона соответствует разнице между двумя состояниями спина, происходит поглощение энергии. Напряженность постоянного магнитного поля и частота радиочастотного магнитного поля должны строго соответствовать друг другу (резонанс). В ЯМР экспериментах частота фотона соответствует радиочастотному (РЧ) диапазону. В клинической МРТ, для отображения водорода, ν как правило находится между 15 и 80 MГц.
    При комнатной температуре количество протонов со спинами на нижнем энергетическом уровне незначительно превосходит их количество на верхнем уровне. Сигнал в ЯМР-спектроскопии пропорционален разности в заселенностях уровней. Число избыточных протонов пропорционально B 0 . Эта разница в поле 0.5 Tл, составляет всего лишь 3 протона на миллион, в поле 1.5 Tл – 9 протонов на миллион. Однако общее количество избыточных протонов в 0.02 мл воды в поле 1.5 Tл – 6.02·10 15 . Чем больше напряженность магнитного поля, тем лучше изображение.

    В состоянии равновесия, вектор суммарной намагниченности параллелен направлению примененного магнитного поля B 0 и называется равновесной намагниченностью M 0 . В этом состоянии, Z-составляющая намагниченности M Z равна M 0 . Еще M Z называется продольной намагниченностью. В данном случае, поперечной (M X или M Y) намагниченности нет. Посылая РЧ импульс с ларморовской частотой, можно вращать вектор суммарной намагниченности в плоскости, перпендикулярной оси Z, в данном случае плоскости X-Y.

    T1 Релаксация
    После прекращения действия РЧ импульса, суммарный вектор намагниченности будет восстанавливаться по Z-оси, излучая радиочастотные волны. Временная константа, описывающая, как M Z возвращается к равновесному значению, называется временем спин-решеточной релаксации (T 1 ).

    M Z = M 0 (1 - e -t/T 1 )

    T1 релаксация происходит в объеме, содержащем протоны. Однако связи протонов в молекулах неодинаковые. Эти связи различны для каждой ткани. Один атом 1 H может быть связан очень сильно, как в жировой ткани, в то время как другой атом может иметь более слабую связь, например в воде. Сильно связанные протоны выделяют энергию намного быстрее, чем протоны со слабой связью. Каждая ткань выделяет энергию с различной скоростью, и именно поэтому МРТ имеет такое хорошее контрастное разрешение.

    T2 Релаксация
    T1 релаксация описывает процессы, происходящие в Z направлении, в то время как T2 релаксация описывает процессы в плоскости X-Y.
    Сразу после воздействия РЧ импульсом суммарный вектор намагниченности (теперь называемый поперечной намагниченностью) начинает вращаться в плоскости X-Y вокруг оси Z . Все векторы имеют одно и то же направление, потому что они находятся в фазе. Однако они не сохраняют это состояние. Вектор суммарной намагниченности начинает сдвигаться по фазе (расфазировываться) из-за того, что каждый спиновый пакет испытывает магнитное поле, немного отличающееся от магнитного поля, испытываемого другими пакетами, и вращается со своей собственной частотой Лармора. Сначала количество дефазированных векторов будет небольшим, но быстро увеличивающимся до момента, когда фазовая когерентность исчезнет: не будет ни одного вектора, совпадающего по направлению с другим. Суммарная намагниченность в плоскости

    nauet.ru

    Что такое МРТ в медицине, обследование магнитно-резонансной томографией, диагностика и обследование МРТ

    Ни для кого не секрет, что точная диагностика заболевания – это половина успеха в его лечении. В современной медицине применяется все больше методов исследования, которые помогают максимально точно устанавливать диагнозы и назначать корректную терапию. В нашей статье мы расскажем о высокотехнологичном современном диагностическом методе МРТ – магниторезонансной томографии. Рассмотрим, что такое МРТ в медицине, каковы её преимущества, кому и зачем её назначают врачи, есть ли противопоказания.

    Что такое МРТ обследование

    МРТ обследование

    Этот способ исследования относят, с одной стороны, к самым безопасным для человека, а, с другой стороны, наиболее точным. МРТ позволяет не инвазивно (без непосредственного вмешательства) обследовать внутренние органы и ткани человека, применяя такое физическое явление, как ядерный магнитный резонанс у ядер с нечетным числом протонов. У человека такими ядрами являются ядра водорода. На них воздействуют электромагнитными полями для получения МРТ-изображений в разных плоскостях. Способ диагностики основывается на записи электромагнитного отклика ядра атома (протона), происходящего из-за возбуждения его электромагнитными волнами в высоконапряженном магнитном поле.

    Из истории возникновения метода

    У метода МР-томографии нет точной даты открытия. Его появлению предшествовали многочисленные исследования и открытия в различных научных областях: математике, физике, химии, медицине. И только в последней четверти XX века ученые нашли способ получения изображения объекта при условии использования ядерного магнитного резонанса (ЯМР).
    В 1971 году химик Пол Лаутербург предложил применить способ получения визуализации путем реконструкции по обратным проекциям (как в КТ), основываясь на феномене ЯМР. Его открытие оказалось революционным в диагностической медицине. Методику Лаутербурга усовершенствовал Ричард Эрнс, который в 1975 году для получения МР томограмм начал использовать переключение градиентных магнитных полей во времени, что стало блестящим прорывом в диагностике, а также открытием принципа, используемого в томографах и сегодня. Оба ученых стали нобелевскими лауреатами. Первые томографы появились в больницах в начале 80-х годов XX века.

    В 1986 году, после Чернобыльской катастрофы, термин ЯМР-томография изменили на магниторезонансную томографию, так как большое количество людей стали испытывать радиофобию. В новом названии перестали упоминать о «ядерном» происхождении метода, что позволило ему войти в ежедневную медицинскую практику, однако, первоначальное название тоже известно и используется.

    Сфера использования МРТ

    Спектр применения магниторезонансной томографии очень велик. Ею пользуются для:

    • получения изображения внутренних органов, головного, спинного мозга;
    • анализа изменений в мягких тканях;
    • оценки неврологических расстройств;
    • выявления онкологических заболеваний;
    • выявления повреждений опорно-двигательного аппарата.

    С помощью МРТ врач-диагност наиболее часто исследует позвоночник и центральную нервную систему. Медики имеют возможность обнаружить у пациента патологии, травмы, новообразования. МРТ в медицине используют врачи-онкологи, кардиологи, урологи, нейрохирурги.

    МРТ – методики позволяют провести анализ:

    • активации коры головного мозга
    • скорости кровотока;
    • скорости тока жидкости спинного мозга;
    • активности венозного оттока
    • проницаемости стенок сосудов;
    • уровень диффузий в тканях и многое другое.

    Противопоказания при прохождении МРТ

    Далеко не каждому обследуемому пациенту врач назначит процедуру МРТ, потому что есть некоторые противопоказания. МРТ не разрешают проводить при установленных: кардиостимуляторах, имплантатах среднего уха, металлических имплантатах, аппаратах Илизарова.

    При установленных протезах клапанов сердца МРТ делать нужно осторожно

    Исследование будет проведено с осторожностью в следующих случаях. Если у пациента:

    • установлены нервные стимуляторы;
    • беременность первого триместра;
    • имеются протезы клапанов сердца;
    • проявляются неадекватные реакции;
    • по основному заболеванию наблюдается тяжелое состояние человека;
    • имеется любая форма клаустрофобии;
    • есть татуировки, выполненные красителями с металлами.

    В случае выполнения МРТ обследования с контрастным веществом список противопоказаний расширяется. В него добавляются:

    • анемия гемопоэтичесого характера;
    • аллергическая реакция на компоненты контраста;
    • хроническая почечная недостаточность;
    • любой срок беременности.

    Процедура МРТ

    Как именно происходит процедура МРТ? На вооружении современной медицины сейчас два вида томографов: закрытые и открытые. Открытые томографы используются при диагностировании заболевания у пациентов любого возраста и телосложения, а также имеющих клаустрофобию. Такой томограф предоставляет свободный доступ к человеку во время процедуры, позволяет близкому родственнику или медику располагаться рядом с ребенком, пожилым или тяжелобольным пациентом. Большой угол обзора повышает комфортность процедуры и снижает тревожность у пациента.
    В закрытом томографе исследуемая область тела помещается в закрытый туннель (трубу), основной магнит в этой области трубы расположен циркулярно.

    В разных типах томографов — разная мощность.

    Любой тип томографов работает очень шумно, поэтому пациенту перед процедурой предложат наушники или беруши.
    Сама процедура займет немного времени, от пациента потребуется обеспечить неподвижность исследуемой части тела.

    Результаты МРТ диагностики предъявляются в виде контрастных фотографий высокого разрешения. Их расшифровка будет сделана достаточно быстро (в отличие, например, от рентгена) зафиксируется на разных носителях информации: бумаге, диске или USB – флеш-накопителе.

    Подготовка к МРТ

    Специальной подготовки к обследованию не требуется: режим питания и использование лекарств каким-либо особенным образом не регламентируется, если ничего дополнительно не порекомендует врач.
    Необходимо сообщить врачу-диагносту об имеющихся у пациента реакциях на аллергены, а также о нарушении в работе почек. В этом случае человеку необходимо предварительно сделать клинические анализы (ОАМ и биохимический анализ крови) для исключения осложнений. Самое главное — психологически настроиться на процедуру.

    При диагностике головы женщинам не рекомендуется пользоваться декоративной косметикой, чтобы изображения получились качественными. Основное требование к одежде – отсутствие на ней металлических элементов. Также необходимо убрать все украшения и предметы, способные повлиять на аппарат. А именно: банковские карты, часы, телефоны, стимуляторы слуха, шпильки, невидимки и другие металлические заколки, зубные протезы, ножи, очки.

    Если в организме человека имеются металлические имплантаты, то процедуру МРТ проводить нежелательно. Поэтому перед процедурой нужно знать точно, что в теле человека нет электронных медицинских устройств, так как некоторые из них имеют магнитное излучение.

    Процедура проводится при наличии направления от лечащего врача или участкового терапевта, нелишним будет принести амбулаторную карту и результаты других исследований.

    Преимущества МРТ-диагностики перед другими методами

    Процедура МРТ имеет ряд неоспоримых достоинств в сравнении с другими современными диагностическими методиками.

    • Получение качественных изображений тканей организма в трех плоскостях, что значительно увеличивает визуализацию внутренних органов и тканей. В этом отношении МРТ превосходит КТ, рентген и УЗИ.
    • Высококачественные объемные изображения помогают провести точную диагностику, что благоприятно сказывается на дальнейшем лечении.
    • С помощью МРТ признаки заболеваний выявляются на ранних стадиях.
    • Современные томографы дают возможность врачу видеть послойное изображение органа.
    • Пациента не подвергают облучению.
    • Процедура полностью безболезненна и достаточно комфортна.

    Подведем итоги

    Важность описанного нами метода для медицины трудно переоценить. Это – современный, точный, информативный, безболезненный и безвредный метод обнаружения многих заболеваний. С его помощью врач устанавливает точный диагноз, что влияет на результативность лечения.

    Процедуры магниторезонансной томографии не стоит бояться, она проходит безболезненно, достаточно комфортно, не имеет отношения к ядерному или рентгеновскому излучению, поэтому отказываться от нее нет причин.

    mrt-diagnostics.ru


    Смотрите также

    © Copyright Tomo-tomo.ru
    Карта сайта, XML.

    Приём ведут профессора, доценты и ассистенты

    кафедры лучевой диагностики и новых медицинских технологий

    Института повышения квалификации ФМБА России