Физические основы МРТ

МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНАЯ ТОМОГРАФИЯ

Рентгеновская КТ и МР-томография имеют много общего. Однако, лежащий в основе этих методов физический принцип измерения принципиально различный. В рентгеновской КТ используется дифференцированная абсорбция рентгеновских лучей различными тканями, в то время как МРТ использует свойства материи. В отличие от рентгеновской КТ, измеряющей только физический параметр – абсорбцию, МРТ выдает информацию, допускающую более тонкую дифференциацию ткани. МРТ - самая молодая из радиологических методик. МР томографы могут создать изображения сечений любой части тела. При этом ионизирующее излучение не используется. В сравнении с ультрасонографией и КТ данная методика дороже, технически сложнее и теоретически труднее для понимания. Несмотря на это, МРТ полностью революционизировала некоторые области диагностической радиологии. Мы с Вами остановимся лишь на упрощенном объяснении основных принципов этого метода.

По сравнению с рентгеновским и радионуклидным методами, МРТ использует энергию с противоположного края электромагнитного спектра. До настоящего времени не было сообщений об опасных побочных эффектах МРТ. Энергия МРТ на девять порядков ниже, чем энергия рентгеновского и радионуклидного методов.

МР интроскопия основана на явлении магнитного резонанса. Если систему, находящуюся в постоянном магнитном поле, облучить внешним переменным магнитным полем, частота которого равна частоте перехода между энергетическими уровнями ядер атомов, то ядра начнут переходить в вышележащие по энергии квантовые состояния. Иначе говоря, наблюдается избирательное (резонансное) поглощение энергии электромагнитного поля. При прекращении воздействия переменного магнитного поля возникает резонансное выделение энергии.

МР исследование опирается на способность ядер некоторых атомов вести себя как магнитные диполи. Этим свойством обладают ядра, которые содержат нечетное число нуклонов, которые отличаются ненулевым спином и соответствующим ему магнитным моментом.

Современные МР-томографы настроены на ядра водорода. Ядра водорода, часто в данном контексте именуемые протонами, являются очень маленькими магнитными диполями с северным и южным полюсами. Когда пациента помещают внутрь сильного магнитного поля МР-томографа, все маленькие протонные магниты тела разворачиваются в направлении внешнего поля (подобно магнитной стрелке, ориентирующейся на магнитное поле Земли). Помимо этого, магнитные оси каждого протона начинают вращаться вокруг направления внешнего магнитного поля. Это специфическое вращательное движение называют прецессией. Огромное число (примерно 1022 в мл воды) содержащихся в большинстве тканей протонов (т.е. ядер водорода) обуславливает тот факт, что чистый магнитный момент достаточно велик, для того чтобы индуцировать электрический ток в расположенной вне пациента принимающей катушке. Эти индуцированные МР-сигналы используются для реконструкции МР-изображений.

МРТ- один из вариантов МР интроскопии. МРТ позволяет получать изображение любых слоев тела человека. Поскольку большинство современных МР-томографов настроено на регистрацию радиосигналов атомов водорода, МР-томограмма представляет собой картину пространственного распределения молекул, содержащих атомы водорода.

Система для МРТ состоит из магнита, создающего статическое магнитное поле. Магнит полый, в нем имеется туннель, в котором располагается пациент. Стол для пациента имеет автоматическую систему управления движением. Для радиоволнового возбуждения ядер водорода внутри магнита устанавливают дополнительную высокочастотную катушку, которая является и приемником сигнала релаксации.

Как почти все в нашем мире, МР-томографы появляются самых разных размеров: очень малые, малые, средние, большие и очень большие. В силу технической природы МРТ их называют томографами и ультраслабым, слабым, средним, сильным и сверхсильным магнитными полями. Эти эпитеты относятся к напряженности постоянного магнитного поля соответствующего прибора. Сила магнитного поля измеряется в теслах (Тл), заменивших несколько лет назад прежнюю единицу Гаусс (1Тл=10000Гс). Для клинической МРТ используются поля силой от 0,1 до 2 Тл (в эксперименте также используют 4Тл. В клинической обстановке служба радиологической безопасности запрещает применение МР-томографов с полем более 2,5 Тл. Свыше этого предела поля предполагаются потенциально опасными и могут допускаться для исследовательских лабораторий. Для сравнения, сила магнитного поля Земли колеблется от 0,7 Гаусса на полюсе до 0,3 Гаусса на экваторе.

Выдающийся контраст мягких тканей - одна из основных характеристик МРТ. которая обусловила столь быстрое развитие этой техники. Этот контраст в основном задан релаксационными явлениями Т1 и Т2.

Лет 5-10 назад контрастные средства для МРТ считались совершенно ненужными. Во многих клинических ситуациях это действительно так. Опыт показал, что контрастные средства могут при определенных патологиях увеличить объём диагностической информации. Большое число контрастных средств для МРТ было разработано в течение последних лет. Все они обладают магнитными свойствами и изменяют интенсивность изображения тканей, в которых они находятся, укорачивая релаксацию (Т1 и/или Т2) окружающих их протонов. Наиболее часто используемые контрастные средства содержат парамагнитный йон металла гадолиния (Gd3+), связанный с молекулой - носителем. Эти контрастные средства вводятся внутривенно и распределяются по организму подобно водорастворимым рентгенконтрастным средствам.

Противопоказания и потенциальные опасности МРТ

До настоящего времени не доказаны вредные эффекты используемых в МРТ постоянных и переменных магнитных полей. Однако наличие любого ферромагнитного объекта в теле пациента является абсолютным противопоказанием к применению МРТ. Наиболее важными и опасными объектами являются металлические хирургические клипсы после операции на головном мозге, металлические осколки в теле, искусственные суставы, внутриглазные металлические инородные тела. Наибольшая потенциальная опасность, связанная с этими объектами, - тяжелое кровотечение. Наличие кардиостимуляторов является абсолютным противопоказанием для МРТ. На функционирование этих приборов может повлиять магнитное поле, и, более того, в их электродах могут индуцироваться электрические токи с возможным нагревом электрода.

Передаваемые радиочастотные волны всегда вызывают нагрев тканей. Для предотвращения опасного нагрева максимально допустимая энергия, излучаемая на пациента, регулируется международными рекомендациями. Первые три месяца беременности некоторыми авторами расцениваются как абсолютное противопоказание для МРТ из-за риска нагрева плода. В течение первых трех месяцев плод окружен относительно большим объемом амниотической жидкости и обладает крайне ограниченными возможностями для отвода избыточного тепла.

МР-томография - исключительно ценный метод исследования. Он позволяет получать изображения тонких слоев тела человека в любом сечении: во фронтальной, сагиттальной, аксиальной и косых плоскостях, при этом воздух и кости не являются помехой для визуализации. Можно реконструировать объемные изображения органов, синхронизировать получение томограмм с зубцами электрокардиограммы. Исследование не обременительно для больного и не сопровождается никакими ощущениями и осложнениями.

На МР-томограммах лучше, чем на компьютерных томограммах, отображаются мягкие ткани: мышцы, жировые прослойки, хрящи, сосуды. Преимущества этого метода особенно заметны при визуализации головного мозга. На МР-томограммах видны все анатомические структуры головного мозга: борозды, ядра, раздельно белое и серое вещество, мозговые желудочки. Более того, даже небольшие опухоли мозговой ткани, которые не могут быть выявлены при рентгеновской КТ, хорошо визуализируются на МР-томограммах. Это и понятно: время релаксации опухолевой ткани иное, чем здоровой. Таким образом, МРТ под силу анализировать и получать изображения внутренних органов, основываясь не только на их физической структуре, но и на их химических свойствах. Вследствие небольшого содержания воды в костной ткани последняя не создает экранирующего эффекта, как при рентгеновской КТ, т.е. не мешает изображению, например, спинного мозга, межпозвоночных дисков и т.д. Следовательно, при получении МР-томограмм выпадает отрицательное экранирующее действие костей. Для МРТ не являются препятствием и заполненные воздухом полости, например, легкие, кишечник, желудок, что имеет место при УЗИ. Еще одно важное свойство МРТ: поскольку характеристика сигнала меняется придвижении жидкости, можно получить изображения сосудов, не вводя в них контрастное вещество, (МР-ангиография).

МРТ за последние десять лет стала одним из ведущих методов неинвазивной диагностики. В мире установлены более 10000 МР-томографов. Миллионы пациентов прошли обследования на этих приборах и, в большинстве случаев, врачами получены уникальные диагностические данные для установления точного диагноза. Показания к применению метода постоянно расширяются. Если на первых порах основное клиническое применение ограничивалось клиникой неврологических болезней, то в настоящее время исследования проводятся пациентам с заболеваниями опорно-двигательного аппарата, сердца и крупных сосудов, органов малого таза, молочных желез, ЛОР- органов, органов брюшной полости и забрюшинного пространства. Аппараты с большой напряженностью магнитного поля, начиная с 1,5Тл, дополнительно к МРТ выполняют программы спектроскопии, что позволяет изучать химический состав тканей и процессы метаболизма in vivo. С помощью МР-спектроскопии можно, например, изучать обмен веществ в клетке, т.е. метаболизм клеток.

Дата добавления: 2015-06-27