Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИМ.Р.Е.АЛЕКСЕЕВА
НАУЧНО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
И ТЕХНИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ
Реферат
Ядерно-магниторезонансная томография.
Выполнила: ст. гр. 09-МТ
Панина Е.С.
Принял: Снегирев С. Д.
Н.Новгород
2012 год
Томография
Слово томография можно перевести с греческого как «изображение среза». Это означает, что назначение томографии – получение послойного изображения внутренней структуры объекта исследования.
Классическая рентгенодиагностика ставит перед томографией задачу получения изолированных теневых изображений внутренних органов и отдельных их частей на рентгеновской пленке. В обычной методике рентгеновская трубка и детектор неподвижны и мы видим суммарную плоскую картину всех слоев, лежащих на пути луча (теневое изображение). Если же излучатель и детектор подвижны, то можно разделить суммарную картинку за счет «размазывания» тени во всех слоях кроме одного неподвижного слоя (неподвижного относительно двигающихся излучателя и детектора). Практически это достигается за счет расположения излучателя и детектора на концах «коромысла». Само C-образное коромысло двигается вокруг оси, расположенной на его дуге. В момент снимка рентгеновская трубка перемещается над столом с пациентом по дуге, а кассета, расположенная под столом, совершает движение в противоположном направлении. Коромысло вращается вокруг оси примерно на 30-60 градусов. В результате контрастное изображение будет получаться только на уровне оси вращения. Толщина выделяемого слоя находится в обратной зависимости от величины дуги, пробегаемой рентгеновской трубкой.
Если выбирают малый угол перемещения, около 5 градусов, то получают изображение толстого слоя, т.е. целой зоны. Этот вариант получил название зонографии. Если на томографе изменить уровень центра вращения, то изменится и уровень выделяемого слоя. Показания к томографии достаточно широки. Томография оказалось очень ценной в пульмонологии, т.к. позволяет выявить полости распада в туберкуломах или опухолях, увеличения внутригрудных лимфоузлов. Она дает возможность изучить структуру околоносовых пазух, гортани, получить детали изображения позвоночника. Задача получения изображения какого-либо участка тела или органа, например, головного мозга, с помощью линейной томографии неразрешима, так как требует получения тысяч и тысяч снимков отдельных участков слоя и синтеза изображения сначала единого слоя, а потом и всего органа. Практическое осуществление данной цели возможно лишь при условии применения в томографии принципиально новых элементов и материалов, позволяющих обрабатывать огромное количество информации и синтезировать единое изображение.
На сцену вышли новые методы - компьютерная рентгеновская томография и ядерно-магниторезонансная томография, которые явились следствием революционного развития классической томографии. Именно они позволили сделать исследование более безопасным и более информативным. Сегодня мы не представляем себе медицину без этих методов исследования. И каждый из них имеет свои явные преимущества. Другими словами, эти методы не всегда взаимозаменяемы. Поэтому перед назначением исследования необходимо решить какой из методов томографии будет максимально информативным в данной ситуации и с данным пациентом.
Магнитно-резонансная томография
ЯМР – общепризнанное сокращение словосочетания «ядерный магнитный резонанс». ЯМР – томография (или МРТ) – это относительно новый вид получения изображения внутренних органов, который начал входить в медицинскую практику в 80-х годах прошлого столетия.
История показывает, что каждое новое физическое явление или метод проходит трудный путь, начинающийся с момента открытия и проходящий через несколько фаз. Сначала почти никому не приходит мысль о возможности применения этого явления в повседневной жизни. Затем наступает фаза развития, во время которой данные исследований убеждают всех в его большой практической значимости. Затем следует фаза стремительного взлета. Так произошло и с явлением ЯМР, открытым Е.К.Завойским в 1944 г. в форме парамагнитного резонанса и независимо открытого Блохом и Парселлом в 1946 г. в виде резонансного явления магнитных моментов атомных ядер.
ЯМР-томография принципиально отличается от рентгеновской компьютерной томографии, но тоже относится к лучевой диагностике. В чем же его отличие? Самое главное кроется в излучении, используемом для томографии. Это радиоволновой диапазон, обычно с длиной волны от 1 до 300 м. Почему же его сравнивают с КТ? Ответ прост. МРТ и КТ используют совершенно одинаковые принципы автоматического, управляемого компьютером сканирования, обработки и получения послойного изображения внутренней структуры органов. В чем же преимущества ЯМР-томографии?
- Первое преимущество – замена рентгеновских лучей радиоволнами. Это позволяет устранить ограничения на контингент обследуемых (детей, беременных), т.к. снимается понятие лучевой нагрузки на пациента и врача. Кроме того, отпадает необходимость в проведении специальных мероприятий по защите персонала и окружающей среды от рентгеновского излучения.
- Второе преимущество – чувствительность метода к отдельным жизненно важным изотопам и особенно к водороду, одному из самых распространенных элементов мягких тканей. При этом контрастность изображения на томограмме обеспечивается за счет разности в концентрациях водорода в различных участках органов и тканей. При этом исследованию не мешает фон от костных тканей, ведь концентрация водорода в них даже ниже, чем в окружающих тканях.
- Третье преимущество заключается в чувствительности к различным химическим связям у различным молекул, что повышает контрастность картинки.
- Четвертое преимущество кроется в изображении сосудистого русла без дополнительного контрастирования и даже с определением параметров кровотока.
- Пятое преимущество заключается в большей на сегодня разрешающей способности исследования – можно увидеть объекты размером в доли миллиметра.
- И, наконец, шестое – МРТ позволяет легко получать не только изображения поперечных срезов, но и продольных.
Конечно же, как и любая другая методика, ЯМР-томография имеет свои недостатки. К ним относят:
- Необходимость создания магнитного поля большой напряженности, что требует огромных энергозатрат при работе оборудования и/или использования дорогих технологий для обеспечения сверхпроводимости. Радует то, что в научной литературе нет данных об отрицательной влиянии на здоровье магнитов большой мощности.
- Низкая, особенно в сравнении с рентгенологическими, чувствительность метода ЯМР-томографии, что требует увеличения времени просвечивания. Это приводит к появлению искажений картинки от дыхательных движений (что особенно снижает эффективность исследования легких, исследовании сердца).
- Невозможность надежного выявления камней, кальцификатов, некоторых видов патологии костных структур.
- Невозможность обследования некоторых больных, например с клаустрофобией (боязнью закрытых пространств), искусственными водителями ритма, крупными металлическими имплантатами. Не следует забывать и о том, что относительное противопоказание для ЯМР-томографии - беременность. Ну а кардиостимуляторы – строгое противопоказание к исследованию.
Однако, прогресс не стоит на месте и возможно некоторые из недостатков в скором времени будут устранены.
В чем же техническая и физическая суть ЯМР-томографии? Ядерным магнитным резонансом называется избирательное поглощение электромагнитных волн (читайте, радиоволн) веществом (в данном случае телом человека), находящимся в магнитном поле, что возможно благодаря наличию ядер с ненулевым магнитным моментом. Во внешнем магнитном поле протоны и нейтроны этих ядер как маленькие магниты ориентируются строго определенным образом и меняют по этой причине свое энергетическое состояние. Расстояние между этими уровнями энергии столь мало, что переходы между ними способно вызвать даже радиоизлучение. Энергия радиоволн в миллиарды раз меньше, чем у рентгеновского излучения, поэтому они не могут вызвать какие-либо повреждения молекул. Итак, сначала происходит поглощение радиоволн. Затем происходит испускание радиоволн ядрами и переход их на более низкие энергетические уровни. И тот, и другой процесс можно зафиксировать, изучая спектры поглощения и излучения ядер. Эти спектры зависят от множества факторов и прежде всего – от величины магнитного поля. Для получения пространственного изображения в ЯМР-томографе, в отличие от КТ нет необходимости в механическом сканировании системой источник-детектор (антенна передатчик и приемник в случае ЯМР). Эта задача решается изменением напряженности магнитного поля в различных точках. Ведь при этом будет изменяться частота (длина волны), на которой происходит передача и прием сигнала. Если мы знаем величину напряженности поля в данной точке, то можем точно связать с ней передаваемый и принимаемый радиосигнал. Т.е. благодаря созданию неоднородного магнитного поля можно настраивать антенну на строго определенный участок органа или ткани без ее механического перемещения и снимать показания с этих точек, лишь меняя частоту приема волны.
В настоящее время в клинической практике применяются 2 типа МР томографов с резистивным и сверхпроводящим магнитом.
В последнем для получения магнитного поля используется явление сверхпроводимости, т. е. катушки электромагнита охлаждаются с помощью жидкого азота и гелия. Аппараты имеют различную напряженность магнитного поля от 0.06 до 1.5 Тл и выше. При этом резистивные магниты дают более низкую напряженность магнитного поля, чем сверхпроводящие магниты. В состав аппарата, помимо магнита, входят радиочастотные и градиентные катушки, которые придают определенную форму основ ному полю для выбора толщины среза и направления плоскости исследования и принимают резонансный сигнал. В аппарат входят также блоки управления, компьютер, устройства для воспроизведения и хранения изображения. В большинстве случаев МР томография основывается на исследовании распределения протонов, т. е. атомов водорода (Н1), так как они наиболее распространены в человеческом организме и для получения резонанса от них требуется создание магнитного поля небольшого напряжения.
Следующий этап – обработка информации от всех просканированных точек и формирование изображения. В результате компьютерной обработки информации получаются изображения органов и систем в «срезах» (Количество срезов зависит от целей исследования, в среднем их 8, но иногда — до 16 за одно исследование)., сосудистых структур в различных плоскостях, формируются трехмерные конструкции органов и тканей с высокой разрешающей способностью.
