Магнитно-резонансная томография (МРТ). Развернуть атомы: магнитно-резонансная томография Как работает мрт томограф

Магнитно-резонансная томография (МРТ) – современная неинвазивная методика, позволяющая визуализировать внутренние структуры организма. Основана на эффекте ядерного магнитного резонанса – реакции атомных ядер на воздействие электромагнитными волнами в магнитном поле. Дает возможность получить трехмерное изображение любых тканей человеческого тела. Широко применяется в различных сферах медицины: гастроэнтерологии, пульмонологии, кардиологии, неврологии, отоларингологии, маммологии, гинекологии и т. д. Благодаря высокой информативности, безопасности и приемлемой цене МРТ в Москве занимает ведущие позиции в списке методик, используемых для диагностики заболеваний и патологических состояний различных органов и систем.

История исследования

Датой создания МРТ традиционно считают 1973 год, когда американский физик и радиолог П. Лотербур опубликовал статью, посвященную этой тематике. Однако история МРТ началась намного раньше. В 40-х годах ХХ американцы Ф. Блох и Р. Пурселл независимо друг от друга описали явление ядерно-магнитного резонанса. В начале 50-х оба ученых получили Нобелевскую премию за свои открытия в области физики. В 1960 году советский военный подал заявку на патент, в котором описывался аналог МРТ-аппарата, однако заявка была отклонена «за нереализуемостью».

После публикации статьи Лотербура МРТ начала бурно развиваться. Чуть позже П. Мэнсфилд провел работу по усовершенствованию алгоритмов получения изображения. В 1977 году американский ученый Р. Дамадьян создал первый прибор для МРТ-исследований и провел его испытания. В американских клиниках первые аппараты МРТ появились в 80-х годах прошлого века. К началу 90-х годов в мире насчитывалось уже около 6 тысяч таких приборов.

В настоящее время МРТ является медицинской методикой, без которой невозможно представить современную диагностику болезней органов брюшной полости, суставов, головного мозга, сосудов, позвоночника, спинного мозга, почек, забрюшинного пространства, женских половых органов и других анатомических структур. МРТ позволяет выявлять даже незначительные изменения, характерные для ранних стадий заболеваний, оценивать структуру органов, измерять скорость кровотока, определять активность различных отделов головного мозга, осуществлять точную локализацию патологических очагов и т. п.

Принципы визуализации

В основе МРТ лежит явление ядерного магнитного резонанса. Ядра химических элементов представляют собой своеобразные магниты, которые быстро вращаются вокруг своей оси. При попадании во внешнее магнитное поле оси вращения ядер определенным образом сдвигаются, ядра начинают вращаться в соответствии с направлением силовых линий этого поля. Это явление называется процессией. При облучении радиоволнами определенной частоты (совпадающей с частотой процессии) ядра поглощают энергию радиоволн.

При прекращении облучения ядра переходят в свое нормальное состояние, поглощенная энергия высвобождается, создавая электромагнитные колебания, регистрируемые при помощи специального прибора. Аппарат МРТ регистрирует энергию, высвобождаемую ядрами атомов водорода. Это позволяет выявлять любые изменения концентрации воды в тканях организма и, таким образом, получать изображения практически любых органов. Определенные ограничения при проведении МРТ возникают при попытке визуализировать ткани с незначительным содержанием воды (кости, бронхоальвеолярные структуры) – в подобных случаях изображения получаются недостаточно информативными.

Виды МРТ

С учетом исследуемой области можно выделить следующие разновидности МРТ:

• МРТ головы (головного мозга, гипофиза и околоносовых пазух).
• МРТ органов грудной клетки (легких и сердца).
• МРТ брюшной полости и забрюшинного пространства (поджелудочной железы, печени, желчевыводящих путей, почек, надпочечников и других органов, расположенных в данной области).
• МРТ органов малого таза (мочевыводящих путей, предстательной железы и женских половых органов).
• МРТ опорно-двигательного аппарата (позвоночника, костей и суставов).
• МРТ мягких тканей , в том числе – молочных желез, мягких тканей шеи (слюнных желез, щитовидной железы, гортани, лимфоузлов и других структур), мышц и жировой клетчатки различных областей человеческого тела.
• МРТ сосудов (сосудов головного мозга, сосудов конечностей, мезентериальных сосудов и лимфатической системы).
• МРТ всего тела . Обычно используется на этапе диагностического поиска при подозрении на метастатическое поражение различных органов и систем.

МРТ может проводиться как без использования, так и с использованием контрастного вещества. Кроме того, существуют специальные методики, позволяющие оценивать температуру тканей, движение внутриклеточной жидкости, функциональную активность участков головного мозга, отвечающих за речь, движения, зрение, память.

Показания

МРТ в Москве обычно применяют на заключительном этапе диагностики, после проведения рентгенографии и других диагностических исследований первой линии. МРТ используют для уточнения диагноза, дифференциальной диагностики, точной оценки тяжести и распространенности патологических изменений, подготовки плана консервативной терапии, определения необходимости и объема хирургического вмешательства, а также динамического наблюдения в процессе лечения и в отдаленном периоде.

МРТ головы назначают для изучения костей, поверхностных мягких тканей и внутричерепных структур. Методику применяют для выявления патологических изменений головного мозга, гипофиза, внутричерепных сосудов и нервов, ЛОР-органов, околоносовых пазух и мягких тканей головы. МРТ используется в процессе диагностики врожденных аномалий, воспалительных процессов, первичных и вторичных онкологических поражений, травматических повреждений, заболеваний внутреннего уха, патологии глаз и пр. Процедура может проводиться с контрастированием и без контрастирования.

МРТ органов грудной клетки применяют в ходе исследования структуры сердца, легких, трахеи, крупных сосудов и бронхов, плевральной полости, пищевода, вилочковой железы и лимфоузлов средостения. Показанием к МРТ являются поражения миокарда и перикарда, сосудистые расстройства, воспалительные процессы, кисты и опухоли органов грудной клетки и средостения. МРТ может проводиться с использованием или без использования контрастного препарата. Малоинформативна при исследовании альвеолярной ткани.

МРТ брюшной полости и забрюшинного пространства назначают для изучения структуры поджелудочной железы, печени, желчевыводящих путей, кишечника, селезенки, почек, надпочечников, мезентериальных сосудов, лимфоузлов и других структур. Показанием к проведению МРТ являются аномалии развития, воспалительные заболевания, травматические повреждения, желчнокаменная болезнь , мочекаменная болезнь , первичные опухоли, метастатические новообразования, другие заболевания и патологические состояния.

МРТ малого таза применяют при исследовании прямой кишки, мочеточников, мочевого пузыря, лимфоузлов, внутритазовой клетчатки, предстательной железы у мужчин, яичников, матки и маточных труб у женщин. Показанием к проведению исследования являются пороки развития, травматические повреждения, воспалительные заболевания, объемные процессы, камни в мочевом пузыре и мочеточниках. МРТ не предусматривает лучевой нагрузки на организм, поэтому может использоваться для диагностики болезней репродуктивной системы даже в период гестации.

МРТ опорно-двигательного аппарата назначают при изучении костных и хрящевых структур, мышц, связок, суставных капсул и синовиальных оболочек различных анатомических зон, в том числе – суставов, костей, определенного отдела позвоночного столба или всего позвоночника. МРТ позволяет диагностировать широкий спектр аномалий развития, травматических повреждений, дегенеративно-дистрофических заболеваний, а также доброкачественных и злокачественных поражений костей и суставов.

МРТ сосудов применяют при изучении сосудов головного мозга, периферических сосудов, сосудов, участвующих в кровоснабжении внутренних органов, а также лимфатической системы. МРТ показана при пороках развития, травматических повреждениях, острых и хронических нарушениях мозгового кровообращения, аневризмах, лимфедеме , тромбозе и атеросклеротическом поражении сосудов конечностей и внутренних органов.

Противопоказания

В качестве абсолютных противопоказаний к проведению МРТ в Москве рассматривают кардиостимуляторы и другие имплантированные электронные устройства, крупные металлические импланты и аппараты Илизарова. В список относительных противопоказаний к МРТ включают протезы сердечных клапанов, неметаллические импланты среднего уха, кохлеарные импланты, инсулиновые насосы и татуировки с использованием ферромагнитных красителей. Кроме того, относительными противопоказаниями к проведению МРТ являются первый триместр беременности, клаустрофобия , декомпенсированные болезни сердца, общее тяжелое состояние, двигательное возбуждение и неспособность больного выполнять указания врача, обусловленные нарушениями сознания или психическими расстройствами .

МРТ с контрастированием противопоказано при аллергии на контрастное вещество, хронической почечной недостаточности и анемии. МРТ с использованием контрастного вещества не назначают в период гестации. В период лактации пациентку просят заранее сцедить молоко и воздерживаться от кормления в течение 2 дней после проведения исследования (до окончания вывода контраста из организма). Наличие титановых имплантов не является противопоказанием для любых видов МРТ, поскольку титан не обладает ферромагнитными свойствами. Методику также можно использовать при наличии внутриматочной спирали.

Подготовка к МРТ

Большинство исследований не требуют специальной подготовки. В течение нескольких дней до проведения МРТ малого таза следует воздержаться от употребления газообразующих продуктов. Для уменьшения количества газа в кишечнике можно использовать активированный уголь и другие аналогичные препараты. Некоторым пациентам показана клизма или прием слабительных средств (по указанию врача). Незадолго до начала исследования необходимо опорожнить мочевой пузырь.

При проведении любых видов МРТ нужно предоставить врачу результаты других исследований (рентгенографии, УЗИ, КТ, лабораторных анализов). Перед началом МРТ следует снять с себя одежду с металлическими элементами и все металлические предметы: заколки, драгоценности, часы, зубные протезы и пр. При наличии металлических имплантов и вживленных электронных устройств необходимо сообщить специалисту об их виде и расположении.

Методика проведения

Пациента укладывают на специальный стол, задвигающийся в тоннель томографа. При МРТ с контрастированием в вену предварительно вводят контрастное вещество. На протяжении всего исследования больной может контактировать с врачом при помощи микрофона, установленного внутри томографа. При проведении процедуры аппарат МРТ создает незначительный шум. По окончании исследования пациента просят подождать, пока врач изучит полученные данные, поскольку в некоторых случаях для создания более полной картины могут потребоваться дополнительные снимки. Затем специалист готовит заключение и передает его лечащему врачу или выдает на руки больному.

Стоимость магнитно-резонансной томографии в Москве

Цена диагностической процедуры зависит от исследуемой области, необходимости контрастирования и применения специальных дополнительных методик, технических характеристик оборудования и некоторых других факторов. Наиболее существенное влияние на цену магнитно-резонансной томографии в Москве оказывает необходимость введения контраста – при использовании контрастного препарата суммарные расходы пациента могут увеличиваться почти вдвое. Стоимость сканирования также может колебаться в зависимости от организационно-правового статуса клиники (частная или государственная), уровня и репутации медицинского учреждения, квалификации специалиста.

МРТ – это аббревиатура названия современного, безопасного (без ионизирующего излучения) диагностического метода «Магнитно-резонансная томография». МРТ является диагностической процедурой, выполняемой в медицинских учреждениях (больницах, специализированных МРТ-центрах). Процедура МРТ заключается в исследовании органов и систем человеческого организма с целью выявления в них каких-либо изменений. Магнитно-резонансная томография на сегодняшний день занимает первое место в диагностике большинства заболеваний головного и спинного мозга, позвоночника, органов малого таза и суставов, получила широкое применение в неврологии, онкологии, травматологии, нейрохирургии. Магнитно-резонансная томография (МРТ) является одним из наиболее динамично развивающихся методов диагностики. МРТ позволяет получить изображение с высоким контрастом между различными мягкими тканями и позволяет проводить исследование в любом сечении с учетом анатомических особенностей тела пациента, а при необходимости – получать трехмерные изображения.

Противопоказания

Основным противопоказанием к проведению МРТ является наличие в теле маталлических объектов и электронных медицинских устройств, на которые может повлиять магнитное поле. В настоящее время практически все медицинские импланты, протезы и металлические зубные пломбы изготавливаются из немагнитных материалов и не восприимчивы к магнитному полю, однако они могут повлиять на качество изображений.
Абсолютные противопоказания (проводить МРТ нельзя):

• установленный кардиостимулятор
• ферромагнитные или электронные импланты среднего уха
• большие металлические импланты, ферромагнитные объекты в теле
• кровоостанавливающие клипсы сосудов головного мозга

Относительные противопоказания при определенных обстоятельствах могут затруднить или сделать нежелательным проведение процедуры МРТ. Большинство таких факторов относится к невозможности сохранять неподвижное состояние во время обследования. В ряде случаев при наличии в теле ферромагнитных имплантов или осколков безопаснее проходить обследование на аппаратах с более низкой напряженностью поля (0,3 - 0,4 Тл), чтобы уменьшить риск их смещения под действием сильного магнитного поля. ВОЗ не рекомендует проходить МРТ при беременности, так как данных о влиянии магнитного поля на плод пока собрано не достаточно. Однако при необходимости в данном случае предпочтительнее проходить МРТ, чем КТ.
Обязательно проконстультируйтесь с вашим лечащим врачом или врачом-рентгенологом перед процедурой.

МРТ и КТ, отличия

Отличия КТ от МРТ многообразны и выбор метода непосредственно влияет на достоверность поставленного в итоге врачом диагноза, характер лечения и жизненный прогноз для пациента. В большинстве случаев это не конкурирующие, а дополняющие друг-друга виды обследования. Объединяет данные методы лишь принцип послойного сканирования.
Данные методы визуализации используют совершенно разные физические явления для получения изображений. В компьютерной томографии (КТ) используется достаточно опасное ионизирующее рентгеновское излучение. В МРТ для получения диагностических изображений используется магнитное поле, радиоволны и сигналы излучаемые атомами водорода в теле пациента.
В МРТ не применяется ионизирующая радиация, метод является безопасным в плане лучевой нагрузки, что позволяет его применять в случае необходимости с любой частотой, в том числе беременным женщинам на сроке позднее 3-х месяцев и младенцам. Вопрос «что лучше: КТ или МРТ?» некорректен. У каждого из этих методов есть свои преимущества и недостатки. В одном случае эффективнее использование КТ, в другом МРТ, а в части случаев понадобятся оба исследования.
Ваш выбор МРТ, если необходимо обследовать мягкие ткани: мозг, нервы, мышцы, связки, сухожилия, хрящевые элементы, межпозвонковые диски, сосуды. В костях посредством метода МРТ визуализируется преимущественно костный мозг, а собственно кости и костная структура методом МРТ не распознается, при КТ ситуация обратная. Таким образом для исследования костей выбирать КТ или МРТ следует в зависимости от характера заболевания.
Для следующих случаев необходимо использовать КТ:

• Выявление костной деструкции, переломов и других поражений и заболеваний костей скелета, свода черепа, основания черепа, лицевого черепа
• Патология органов грудной клетки
• Некоторые виды исследований состояния сосудов
• Травма мозга (только в первые 12 ч)
• При ряде заболеваний органов брюшной полости и забрюшинного пространства

Процедуры МРТ и КТ отличаются по продолжительности исследования – МРТ более длительная процедура, в зависимости от исследуемой области сканирование может длиться от 10-15 мин до 1 часа.
По стоимости МРТ и КТ на сегодняшний день практически идентична, при этом для КТ чаще необходимо внутривенное введение контрастных препаратов, основанных на йоде. Необходимо помнить, что йодсодержащие препараты имеют свои противопоказания, могут вызывать сильную аллергию и осложнения. Для МРТ используются препараты другого типа, практически не вызывающие аллергические реакции и побочные эффекты и не являющиеся частью метаболизма в организме.
В ситуациях, когда информативность МРТ и КТ сходна, для многих пациентов немаловажным является отсутствие вреда организму при МРТ и наличие такового при КТ. При любой патологии мягких тканей наряду с УЗИ высокоинформативно и специфично магнитно-резонансное исследование.
Всегда необходимо помнить, что выбор того или иного метода диагностики организма зависит от конкретного случая.

МР-контрастные препараты

В ряде случаев диагностическая ценность МР-исследования - точность и достоверность выявления и определения локализации различных патологических процессов, таких как опухоли, сосудистые мальформации, абсцессы и пр. может быть существенно повышена при внутривенном введении специального препарата - МР-контраста или контрастного вещества.
Основой для создания МР-контрастных препаратов стал металл гадолиний, который при внутривенном введении в составе сложного химического соединения практически безопасен для человека. Побочные реакции возникают крайне редко (даже реже, чем от некоторых широко распространенных препаратов, свободно продающихся в аптеках) и обычно имеют легкую степень выраженности (покраснение в меcте введения, легкая головная боль).
Контрастные препараты вводятся внутривенно при помощи шприца или инъектора.

Подготовка заключения

После обследования имеющий соответствующую квалификацию врач-рентгенолог анализирует полученные МР-изображения и готовит письменное заключение - оценку состояния тканей и органов области исследования, а также описание обнаруженных отклонений от нормы или патологий. Следует помнить, что МР-томограф является всего лишь инструментом для получения изображений и не может автоматически ставить диагноз, поэтому решающее значение при постановке точного диагноза имеет квалификация и опыт врача.
Подготовка заключения в среднем занимает около 30 минут, однако в сложных случаях этот процесс может занимать несколько часов.
Результаты обследования в виде снимков на пленке или изображений на электронных носителях можно получить в течение нескольких минут после завершения процедуры МРТ.

МРТ В НЕВРОЛОГИИ

• Сосудистые заболевания головного мозга
  • Ишемический инсульт
  • Геморрагический инсульт
    • Внутримозговое кровоизлияние
    • Субарахноидальное кровоизлияние
    • Оболочечные кровоизлияния
• Травматические кровоизлияния, ушибы головного мозга
• Опухоли головного и спинного мозга, метастатическое поражение ЦНС
• Образования (опухоли, кисты) задней черепной ямки, поражения ствола головного мозга
• Опухоли мосто-мозжечкового угла, тугоухость
• Пароксизмальные состояния, эпилепсия
• Инфекционные заболевания ЦНС
  • Абсцессы
  • Менингит
  • ВИЧ-инфекция
• Головная боль
• Нарушения когнитивных функций
• Патологические изменения селлярной области (аденомы гипофиза)
• Аномалии развития и варианты строения сосудов головы и шеи
  • Артерио-венозные мальформации
  • Аневризмы внутричерепных сосудов
  • Тромбоз венозных синусов
• Нейродегенеративные заболевания
• Рассеянный склероз
• Синусит
• Патологические образования в области основания черепа

МРТ ПОЗВОНОЧНИКА

• Грыжа, протрузия межпозвонкового диска (шейный, грудной, поясничный отделы позвоночника)
• Стеноз позвоночного канала
• Воспалительные заболевания (спондилит, спондилодисцит)
• Травматические поражения позвоночника
• Аномалии развития позвоночника и спинного мозга
• Дегенеративные и сосудистые заболевания спинного мозга
• Опухоли спинного мозга и метастатическое поражение спинного мозга и позвоночника

МРТ СУСТАВОВ

• Опухоли костей и мягких тканей
• Дегенеративные и воспалительные заболевания суставов (артриты, артрозы)
• Стресс- переломы
• Спортивная травма
• Переломы не выявляющиеся при рентгенографии и КТ

• Аваскулярный некроз головки бедренной кости
• Остеомиелит
• Септический артрит
• Стрессовый перелом
• Болевой синдром неясной этиологии

• Повреждение внутренних структур колена (суставного хряща, менисков, связок)
• Стрессовые переломы

• Переломы, не диагностированные рентгеновскими методами
• Повреждения костей
• Повреждения сухожилий
• Подвывихи, растяжения

• Разрыв сухожилий мышц, формирующих вращательную манжету плеча
• Синдром прижатия сухожилия подостной мышцы
• Разрывы суставной капсулы
• Привычные вывихи
• Дистрофические и дегенеративные изменения сустава

• Синдром ущемления срединного нерва в запястном канале
• Перелом ладьевидной кости
• Переломы у пожилых пациентов при множественной травме
• Нарушение стабильности лучезапястного сустава
• Отрыв шиловидного отростка локтевой кости и повреждение связок лучезапястного сустава

МР-АНГИОГРАФИЯ

• выявление аневризм
• выявление артерио-венозных мальформаций
• тромбоз крупных артерий головы и шеи
• тромбоз венозных синусов (МР-венография)
• выявление аномалий и вариантов развития сосудов головы и шеи

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

Физика метода

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

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

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

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

История МРТ

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

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

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

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

Доктор Дамадьян при попытке получить собственное МРТ изображение

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

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

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

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

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

Устройство томографа

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

Схема МР - томографа

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Типы МРТ

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

МРТ-сканер с вертикальным положением пациента

МРТ-сканер открытого типа

МРТ -сканер закрытого типа

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

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

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

МР-ангиография сосудов головы

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

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

Применение МРТ

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

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

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

Источники:

1. Хорнак Дж. П. Основы МРТ. 2005

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

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

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

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

6. http://www.bakuprightmri.com

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

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

Дарья Прокудина

Была выдвинута в 1973 году .

МР томограф состоит из:

• магнитных градиентов;
• основного магнита;
• приёмника радиоимпульсов;

Рассмотрим лишь Качество и скорость

1. ультранизкие: менее 0,1 Тл ;
2. низкопольные : в диапазоне от 0,1 до 0,5 Тл ;
3. средние: от 0,5 до 1,0 Тл ;
4. высокопольные : 1,0 - 2,0 Тл 1,5 Тл ;
5. ультравысокие: от 2,0 Тл и выше 3,0 Тл .

• постоянные;
• резистивные электрические;

• поле 0,2 - 0,3 Тл ;
• экономичны в эксплуатации

томографов открытого типа МРТ клаустрофобии .
весом более 120 кг

• магнитное поле от 0,2 до 0,4 Тл ;

• конструктивные особенности:
• поле 0,35 - 4 Тл .

• высокопольность ;
• создание на их основе томографов открытого типа .

• высокая стоимость;
• выравнивания магнитного поля

Принцип работы МРТ томографа

• модулирует их в импульсы ;
• компьютер
  • централизованно управлять всей системой ;

Идея по формированию изображения внутренних органов человека посредством ядерного магнитного резонанса была выдвинута в 1973 году .
В 2003 году Paul Christian Lauterbur из университета Иллинойса (США) и Peter Mansfield из университета Ноттингема (Великобритания) получили Нобелевскую премию в области физиологии и медицины за изобретение МРТ томографа.

МР томограф состоит из:

• магнитных градиентов;
• основного магнита;
• систем сбора и обработки данных;
• генератора (передатчика) радиоимпульсов;
• приёмника радиоимпульсов;
• систем энергоснабжения и охлаждения.

Рассмотрим лишь общие принципы строения МР томографов , так как частое обновление модельного ряда лишает смысла рассматривать конструктивные особенности конкретного аппарата. Качество и скорость получения выходной картинки, определяемые сигналом в приемной катушке томографа, зависят от магнитной индукции (силы магнита).

По силе магнитного поля томографы разделяются на:

1. ультранизкие: менее 0,1 Тл ;
2. низкопольные : в диапазоне от 0,1 до 0,5 Тл ;
3. средние: от 0,5 до 1,0 Тл ;
4. высокопольные : 1,0 - 2,0 Тл , типичный высокопольный томограф 1,5 Тл ;
5. ультравысокие: от 2,0 Тл и выше , наиболее распространены модели томографов 3,0 Тл .

Магниты в МР томографах классифицируются как:

• постоянные;
• резистивные электрические;
• сверхпроводящие электрические.

Характеристики магнитов 1 класса постоянных:

• состоят из ферромагнитных сплавов;
• поле 0,2 - 0,3 Тл ;
• экономичны в эксплуатации , так как не требуют затрат электроэнергии и охлаждения;
• ориентация магнитного поля - вертикальная;

Преимуществом постоянных магнитов и томографов открытого типа на их основе является возможность проведения МРТ для больных, страдающих приступами клаустрофобии .
Экономичность, простота и возможность приема пациентов с клаустрофобией и весом более 120 кг способствовали росту спроса на МР томографы открытого типа на постоянных магнитах.

Характеристики резистивных электромагнитов 2 класса:

• конструкция резистивного электрического магнита:
  • соленоид из медной или железной проволоки;
  • используется водяное охлаждение;
• магнитное поле от 0,2 до 0,4 Тл ;
• поле ориентировано вдоль отверстия соленоида;
• современные модели МР томографов на основе резистивных электромагнитов - открытого типа.

Характеристики сверхпроводящих электромагнитов 3, 4 и 5 классов:

• конструктивные особенности:
  • соленоид из ниобий - титанового сплава;
  • охлаждается жидким гелием до - 269 гр. по Цельсию (4К) при которой переходит в сверхпроводящее состояние;
• поле 0,35 - 4 Тл .

Достоинства сверхпроводящих магнитов:

• высокопольность ;
• создание на их основе томографов открытого типа .

Недостатки высокопольных МР томографов:

• высокая стоимость;
• использование для охлаждения жидкого гелия;
• необходимость дополнительного выравнивания магнитного поля для получения качественного изображения.

Принцип работы МРТ томографа

• передающая катушка генерирует волны резонансной частоты и модулирует их в импульсы ;
• приемная катушка, представляющая высокочувствительную антенну, расположенную перпендикулярно направлению основного поля (плоскость X-Y) передает полученный сигнал на АЦП ;
• аналого-цифровой преобразователь (АЦП) отправляет данные в цифровом виде на операторский компьютер для реконструкции изображения;
• компьютер , кроме получения изображения с томографа, позволяет:
  • централизованно управлять всей системой ;
  • обрабатывать, записывать и печатать изображение;
  • выполнять быстрое Фурье-преобразование.

Метод МРТ (магнитно-резонансная томография), в настоящее время является единственным методом лучевой медицинской диагностики, имеющий уникальные возможности получения всех данных об организме пациента, с высокоточными сведениями о метаболизме, анатомии и физиологии тканей и органов.

В период обследования на аппарате МРТ, создается серия снимков органов и тканей человека в различной проекции, которые после оценки и обработки медицинским специалистом дают возможность сделать достаточно точный вывод.

Принцип работы МРТ

МРТ – это способ получения послойного изображения тканей и органов человеческого организма при помощи феномена ЯМР (магнитно-ядерный резонанс).

Магнитно-ядерный резонанс, считается физическим явлением, основанным на свойствах протонов (атомных ядер). В электромагнитном поле, с помощью радиочастотного импульса, происходит излучение энергии в виде сигнала, который в дальнейшем регистрируется и преобразуется в компьютерной системе.

Метод ЯМР позволяет изучать человеческий организм благодаря насыщенности водородом тканей организма и особенностям их магнитных свойств. На основе векторного направления параметров протона, обычно имеющие две фазы расположенные противоположно, и их привязанности к магнитному моменту, можно установить, в какой проекции находится определенный атом водорода.

Если в магнитное внешнее поле поместить протон, то магнитный момент (спин), будет иметь противоположное направление к магнитному моменту поля. При воздействии электромагнитным излучением, имеющим определенную частоту, на исследуемый участок организма, часть протонов меняют свое месторасположение, но вскоре возвращаются в исходное положение. В данный период компьютерная система сбора данных томографа, проводит регистрацию “расслабившихся” ранее возбужденных протонов.

Подготовка к МРТ

Следует подчеркнуть, что магнитное поле аппарата МРТ, сильнее земного магнитного поля в 10000 раз. В связи с этим, при проведении диагностики соблюдаются все требования безопасности и строго учитываются противопоказания.

Обследование требует заполнение анкеты, где указывают краткую информацию о себе, состоянии здоровья и возможные ограничения.

Перед процедурой на аппарате МРТ, с себя снимают предметы одежды, которые содержат металл. Причем, в некоторых видах декоративных косметических средствах (например, тушь), содержатся примеси металлов, что определенно помешает созданию точной и правильной картины исследования. Поэтому косметика перед процедурой тщательно удаляется.

Технология проведения МРТ

В специальной комнате для исследования пациент располагается внутри трубы МРТ. Участок диагностики определяет врач назначивший процедуру.

Время исследования – примерно двадцать минут. В данном периоде пациент должен находиться неподвижно, от чего будет зависеть качество снимков.

За пациентом врач наблюдает через специальное окошко или при помощи видеокамеры. При необходимости, нажатием кнопки можно подать сигнал и поговорить с врачом через переговорное устройство.

Существуют случаи, когда для получения точного результата, внутривенным способом вводится контрастное вещество. Побочные эффекты в данной процедуре отсутствуют.

В течение тридцати минут пациент получает готовое заключение и снимки.

В настоящее время практически каждому человеку известно о пользе диагностики заболеваний с помощью рентгенографии и компьютерной томографии. Порой без них невозможно вылечить человека, то есть установить точный диагноз.