МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНЫЙ МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ

Иногда физические принципы некоторых технологий, ис­пользуемых человеком с большой эффективностью, на­столько запутаны и туманны, что проходят многие годы, прежде чем люди четко осознают законы и правила, на которых эти технологии основаны.

М.Х. Мескон, М. Альберт, Ф. Хедоури (Основы менеджмента.— М.: «Дело», 1992)

История создания магнитно-резонансной томографии (МРТ) весьма лю­бопытна. В 1946 г. группы исследователей в Стэндфордском и Гарвардском университетах независимо друг от друга открыли явление, которое было на­звано ядерно-магнитным резонансом"^ЯМР). Суть его состояла в том, что ядра некоторых атомов, находясь в магнитном поле, под действием внешнего электромагнитного поля способны поглощать энергию, а затем испускать ее в виде радиосигнала. За это открытие F.Bloch и E.Purcell в 1952 г. были удос­тоены Нобелевской премии. Новый феномен вскоре научились использовать для спектрального анализа биологических структур (ЯМР-спектроскопия). В 1973 г. Пауль Лаутербур впервые показал возможность получать изображе­ния с помощью ЯМР-сигналов: он представил изображение двух наполнен­ных водой капиллярных трубочек. Так родилась ЯМР-томография, которая в дальнейшем получила название МРТ. Первые томограммы были продемон­стрированы в 1982 г. на Международном конгрессе радиологов в Париже.

МРТ основана на явлении ядерно-магнитного резонанса. Если тело, находящееся в постоянном магнитном поле, облучить внешним пере­менным магнитным полем, частота которого точно равна частоте пере­хода между энергетическими уровнями ядер атомов, то ядра начнут переходить в вышележащие по энергии квантовые состояния. Иными словами, наблюдается избирательное (резонансное) поглощение энер­гии электромагнитного поля. При прекращении воздействия перемен­ного электромагнитного поля возникает резонансное выделение энер­гии (рис. 11.46).

	Магнит			Радио­частотный генератор		Компью­тер
					<Щ>
а
S^pM				Система
T'tmniutu
	Магнит			Приемник

Рис. П.46. Принцип магнитно-резонансной томографии.

Магнитно-резонансное исследование основано на способности ядер неко­торых атомов вести себя как магнитные диполи. Этими свойствами облада­ют ядра, которые содержат нечетное количество нуклонов и обладают маг­нитным моментом, в частности 'Н, ^I3C, ^l9F и ^3|Р.

Современные MP-томографы «настроены» на ядра водорода, т.е. на про­тоны. Протон постоянно вращается. Следовательно, вокруг него тоже обра­зуется магнитное поле, которое имеет магнитный момент, или спин. При помещении вращающегося протона в магнитное поле возникает прецесси-рование протона. Прецессией называется движение оси вращения протона, при котором она описывает круговую коническую поверхность наподобие оси вращающегося волчка. Например, в магнитном поле напряженностью 1 Т (тесла) резонансная частота протона равна 42,57 МГц.

Обычно дополнительное радиочастотное поле действует в виде импуль­са, причем в двух вариантах: более короткого, который поворачивает про­тон на 90°, и более продолжительного, поворачивающего протон на 180°. Когда радиочастотный импульс заканчивается, протон возвращается в ис­ходное положение (наступает его релаксация), что сопровождается излуче­нием порции энергии.

Каждый элемент объема исследуемого объекта (т.е. каждый воксел — от англ. volume — объем, cell — клетка) за счет релаксации распределенных в нем протонов возбуждает электрический ток («MP-сигналы») в приемной катушке, находящейся вне объекта. Магнитно-резонансными характеристи­ками объекта служат 3 параметра: плотность протонов, время Ti и время 7* Т/ называют спин-решетчатой, или продольной, релаксацией, а Тг — спин-спи­новой, или поперечной. Амплитуда зарегистрированного сигнала характеризу­ет плотность протонов или, что то же самое, концентрацию элемента в ис­следуемой среде. Что же касается времен Ti и Т₂, то они зависят от многих факторов (молекулярной структуры вещества, температуры, вязкости и др.).

В принципе для МРТ можно использовать не только ядра водорода, но и ядра других атомов, способные генерировать MP-сигналы. Однако их концентрация в тканях значительно ниже, вследствие чего чувствитель­ность метода и качество изображения ухудшаются. МРТ позволяет полу­чить изображение любых слоев тела человека.

Система для МРТ состоит из сильного магнита, создающего статичес­кое магнитное поле. Магнит полый, в нем имеется туннель, в котором располагается пациент (рис. 11.47). Стол для пациента имеет автомати-

Рис. П.47. Подготовка к исследованиюна магнитно-резонансном томографе.

ческую систему управления движением в продольном и вертикальном направлениях. Длярадиоволновою возбуждения ядер водорода допол­нительно устанавливают высокочастотную катушку, которая одновре­менно служит для приема сигнала релаксации. С помощью специаль­ных градиентных катушек накладываетсядополнительное магнии₀е поле, которое служит для кодирования MP-сигнала от пациента, в частности оно задает уровень и толщинувыделяемого слоя.