Радиологические медицинские изделия (для магнитно-резонансной томографии)

Ядерный магнитный резонанс основан на свойстве частиц, особенно протонов в ядрах водорода, вращаться (вращаться) вокруг оси своего магнитного поля. Протоны ядер водорода используются в исследованиях из-за их высокой чувствительности к сигналам МР и естественно высокого содержания в биологических тканях. При помещении в сильное, статическое и однородное внешнее магнитное поле все частицы располагаются вдоль линий этого магнитного поля и, в зависимости от их энергетического уровня, параллельно или антипараллельно этим линиям. При этом частицы претерпевают прецессию в магнитном поле. То есть он вращается по форме конуса относительно линий магнитного поля, как волчок [2].
По мере замедления точка вершины постепенно опускается и принимает форму расходящейся спирали. Вся совокупность частиц, расположенных вдоль линии в магнитном поле, образует продольную намагниченность, т.е. весь вектор магнитного поля соориентированных частиц. В этих условиях на частицы дополнительно воздействует радиочастотная энергия, которая поглощается частицами и переводит их в высокоэнергетическое состояние (меняет их положение на антипараллельное). Это приводит к уменьшению продольной намагниченности и увеличению поперечной намагниченности. Когда воздействие радиочастотной энергии прекращается, частицы возвращаются в исходное состояние (релаксация) и выделяют энергию, образуя электромагнитные волны по закону магнитной индукции [4].
Для максимального поглощения и передачи энергии частота излучения должна иметь определенное значение, зависящее от параметров сердечника и мощности магнитного поля. То есть частица должна резонировать с той частотой, на которую она воздействует, то есть с ларморовской частотой. Различают два типа расслабления: продольное и поперечное. Продольная релаксация – это возвращение частицы в исходное положение по линиям внешнего постоянного магнитного поля при увеличении продольной намагниченности. А поперечная релаксация – это приведение полного вектора поперечной намагниченности к нулю. Время продольной релаксации (Т1) в 2–10 раз превышает время поперечной релаксации (Т2). Это выход энергии при релаксации в виде электромагнитных волн, регистрируемых приемной радиочастотной катушкой [1].
Датчик фиксирует амплитуду, частоту и фазу волны. Эта информация затем обрабатывается различными программами, методами и последовательностями и в конечном итоге преобразуется в двухмерное изображение поперечного сечения. Изображение строится на основе различий содержания водорода в различных тканях, которые выражаются в различиях времени продольной релаксации (Т1) и поперечной релаксации (Т2) и других типов и напряжений (Т*2, спиновой плотности и т. д.). В режиме Т1 ткани, богатые водой (например, спинномозговая жидкость-СМЖ), выглядят отчетливо черными. В модальности Т2 ткани, богатые водой, появляются на более светлом фоне (например, спинномозговая жидкость имеет белый цвет). Серое вещество головного мозга, содержащее много воды, кажется темнее белого вещества коры головного мозга в модальности Т1 и белее в модальности Т2 [7].
Эти два метода дополняют друг друга, и ни один из них не проявляет каких-либо отрицательных свойств по отношению к другому. Методы ядерного магнитного резонанса позволяют изучать организм человека на основе особенностей его магнитных свойств, связанных с насыщением водородом тканей организма и их окружения различными атомами и молекулами. Ядро водорода состоит из одного протона, обладающего магнитным моментом (спином) и меняющего свою пространственную ориентацию в сильном магнитном поле, а также дополнительного поля, называемого градиентным полем, и влияния внешнего радиочастотного импульса, подаваемого на протон. на своей резонансной частоте в заданном магнитном поле [5].
По параметрам (спину) и направлению вектора протона (который может находиться только в двух противоположных фазах) и привязанности к магнитному моменту протона можно определить, в какой организации находится тот или иной атом водорода. Когда протон помещен во внешнее магнитное поле, его магнитный момент имеет то же или противоположное направление, что и магнитный момент магнитного поля, и во втором случае его энергия выше. Когда на исследуемую область воздействуют электромагнитные волны определенной частоты, некоторые протоны меняют свои магнитные моменты в противоположном направлении, а затем возвращаются в исходное положение. При этом система сбора томографических данных фиксирует энерговыделение при «релаксации» предварительно возбужденных протонов [6].
Первые томографы имели наведение магнитного поля 0,005 Тл, но качество получаемых изображений было низким. Современные томографы имеют мощные источники мощных магнитных полей. В качестве таких источников используются как электромагниты (до 9,4 Тл), так и постоянные магниты (до 0,7 Тл). В этом случае магнитное поле должно быть очень сильным, поэтому используются сверхпроводящие электромагниты, работающие в жидком гелии, и подходят только очень мощные неодимовые постоянные магниты. В МРТ-сканерах с постоянными магнитами магнитно-резонансный «отклик» тканей слабее, чем на электромагнитные поля, что ограничивает диапазон применения постоянных магнитов [8].
Однако постоянные магниты могут быть так называемой «открытой» конфигурации, что позволяет проводить исследования в подвижном положении, в положении стоя, а также позволяет врачу приближаться к пациенту во время исследования и манипулировать им под контролем МРТ (диагностика, лечение). Для локализации сигнала в пространстве помимо постоянных магнитов МРТ-сканера (которые могут быть электромагнитами или постоянными магнитами) используются градиентные катушки, добавляющие к обычному однородному магнитному полю градиентное магнитное возмущение. Это обеспечивает локализацию сигнала ядерного магнитного резонанса и точную связь между исследуемой областью и полученными данными. Действие градиента, обеспечивающего выбор среза, обеспечивает избирательное возбуждение протонов в нужной области [9].
Мощность и скорость градиентного усилителя являются одними из важнейших параметров магнитно-резонансной томографии. От этого сильно зависят скорость, разрешение и соотношение сигнал/шум. Технология МРТ используется для мониторинга работы сердца в режиме реального времени. Внедрение современных технологий и компьютерного оборудования привело к появлению таких методов, как виртуальная эндоскопия, позволяющих трехмерное моделирование структур, визуализируемых с помощью КТ или МРТ. Этот метод полезен в тех случаях, когда невозможно выполнить эндоскопию, например, при тяжелых патологиях сердечно-сосудистой и дыхательной систем [10].
Методы виртуальной эндоскопии нашли применение в ангиологии, онкологии, урологии и других областях медицины. МР-диффузия МР-диффузия – это метод, с помощью которого можно определить движение внутриклеточных молекул воды в тканях. Диффузионно-спектральная томография – метод, основанный на магнитно-резонансной томографии, позволяющий исследовать активные нейронные связи. В основном применяется в диагностике острых нарушений мозгового кровообращения ишемического типа, острой и острой фазы. МР-перфузия – это метод, позволяющий оценить прохождение крови через ткани организма. В частности: прохождение крови через ткани головного мозга, прохождение крови через ткани печени. Этот метод позволяет определить степень ишемии головного мозга и других органов [11].
МР-спектроскопия. Магнитно-резонансная спектроскопия (МРС) – метод, позволяющий определять биохимические изменения в тканях при различных заболеваниях. Спектры МР отражают метаболические процессы. Поскольку метаболические нарушения обычно возникают до появления клинических симптомов заболевания, данные МР-спектроскопии можно использовать для диагностики заболевания на ранней стадии развития. Виды МР-спектроскопии МР-спектроскопия внутренних органов МР-спектроскопия биологических жидкостей [12].
МР-ангиография Магнитно-резонансная ангиография (МРА) – метод получения изображений кровеносных сосудов с помощью магнитно-резонансной томографии. Исследование проводят на томографе с напряженностью магнитного поля не менее 0,3 (GE Brivo MR235) Тесла. Этот метод позволяет оценить как анатомические, так и функциональные особенности кровотока. МРА основана на разнице между сигналами от движущейся ткани (крови) и окружающей фиксированной ткани, что позволяет получать изображения кровеносных сосудов без использования рентгеноконтрастных агентов. Для получения более четких изображений используется специальное контрастное вещество на основе парамагнитного вещества (гадолиния) [13].
Функциональная МРТ. Функциональная МРТ (фМРТ) – метод картирования коры головного мозга, позволяющий индивидуально для каждого пациента определить индивидуальное расположение и характеристики участков мозга, отвечающих за движение, речь, зрение, память и другие функции. Ключом к этому методу является то, что когда работают определенные части мозга, приток крови к этим областям увеличивается. Во время фМРТ пациентов просят выполнить определенные задачи, регистрируют участки мозга с повышенным кровотоком, и эти изображения накладываются на обычную МРТ головного мозга. Измерьте температуру с помощью МРТ [14].
МРТ-термометрия – метод, основанный на получении резонансов от протонов водорода объекта исследования. Разница в резонансной частоте дает информацию об абсолютной температуре ткани. Частота излучаемых радиоволн меняется в зависимости от нагрева или охлаждения исследуемой ткани. Данная технология повышает информативность МРТ-исследований и повышает эффективность лечебных процедур, основанных на избирательном нагревании тканей. Локальное прогревание тканей применяют для лечения опухолей различного происхождения.

Комплектация, системная структура, принцип работы магнитно-резонансных томографов

Сканирование мозга. Его используют для определения различных заболеваний. МРТ отличается от других типов исследований тем, что позволяет получить четкие иерархические изображения тканей, поскольку череп не заслоняет их. Обнаруживает: острый инфаркт мозга, структурные нарушения тканей, изменения вследствие ушибов, воспаления инфекционного происхождения, новообразования, злокачественные новообразования, аневризмы, васкулиты, дисфункция турецкого седла, офтальмологические заболевания, повышение внутричерепного давления, сосудистые нарушения [8].
Этот метод позволяет очень четко выявить наличие, локализацию и размеры холестериновых бляшек в сосудах, различить формы инсульта и заранее выявить возможный инфаркт мозга. Показания: возможность рассеянного склероза, мучительные приступы головных болей, судороги, нарушение сознания и координации, психические расстройства, нарушение способности запоминать информацию, возможность энцефаломиелита, дисфункция органов чувств. Для исследования различных органов, расположенных в области головы, используются различные режимы. Этот прибор позволяет детально изучить состояние глазницы, ткани головного мозга, шишковидной железы, гипофиза, внутреннего уха, продолговатого и зрительного мозга, мозжечка [15].