магнитный резонанс что это такое в медицине

Магнитный резонанс что это такое в медицине

Магниторезонансная томография (МРТ) − способ получения томографических медицинских изображений для исследования внутренних органов и тканей с использованием явления ядерного магнитного резонанса. За изобретение метода МРТ Питер Мэнсфилд и Пол Лотербур получили в 2003 году Нобелевскую премию в области медицины.
Вначале этот метод назывался ядерно-магнитно резонансная томография (ЯМР-томография). Но потом, чтобы не пугать зомбированную радиофобией публику, убрали упоминание о «ядерном» происхождении метода, тем более, что ионизирующие излучения в этом методе не используются.

Ядерный магнитный резонанс

Ядерный магнитный резонанс реализуется на ядрах с ненулевыми спинами. Наиболее интересными для медицины являются ядра водорода ( 1 H), углерода ( 13 C), натрия ( 23 Na) и фосфора ( 31 P), так как все они присутствуют в теле человека. В нем больше всего (63%) атомов водорода, которые содержатся в жире и воде, которых больше всего в человеческом теле. По этим причинам современные МР-томографы чаще всего «настроены» на ядра водорода − протоны.

Рис. 8. а) протоны при отсутствии внешнего поля, б) протоны во внешнем магнитном поле

При отсутствии внешнего поля спины и магнитные моменты протонов ориентированы хаотически (рис. 8а). Если поместить протон во внешнее магнитное поле, то его магнитный момент будет либо сонаправлен, либо противоположно направлен магнитному полю (рис. 8б), причём во втором случае его энергия будет выше.

Частица со спином, помещенная в магнитное поле, напряженностью В, может поглощать фотон, с частотой ν, которая зависит от ее гиромагнитного отношения γ.

В ЯМР величина ν называется резонансной или частотой Лармора. ν = γB и E = hν, поэтому, для того, чтобы вызвать переход между двумя спиновыми состояниями, фотон должен обладать энергией

В состоянии равновесия, вектор суммарной намагниченности параллелен направлению примененного магнитного поля B₀ и называется равновесной намагниченностью M₀. В этом состоянии, Z-составляющая намагниченности M_Z равна M₀. Еще M_Z называется продольной намагниченностью. В данном случае, поперечной (M_X или M_Y) намагниченности нет. Посылая РЧ импульс с ларморовской частотой, можно вращать вектор суммарной намагниченности в плоскости, перпендикулярной оси Z, в данном случае плоскости X-Y.

T1 Релаксация
После прекращения действия РЧ импульса, суммарный вектор намагниченности будет восстанавливаться по Z-оси, излучая радиочастотные волны. Временная константа, описывающая, как M_Z возвращается к равновесному значению, называется временем спин-решеточной релаксации (T ₁ ).

T1 релаксация происходит в объеме, содержащем протоны. Однако связи протонов в молекулах неодинаковые. Эти связи различны для каждой ткани. Один атом 1 H может быть связан очень сильно, как в жировой ткани, в то время как другой атом может иметь более слабую связь, например в воде. Сильно связанные протоны выделяют энергию намного быстрее, чем протоны со слабой связью. Каждая ткань выделяет энергию с различной скоростью, и именно поэтому МРТ имеет такое хорошее контрастное разрешение.

Рис. 9. Спад магнитной индукции

T₂ всегда меньше чем T₁.
Скорость смещения по фазе различна для каждой ткани. Дефазирование в жировой ткани происходит быстрее по сравнению с водой. Еще одно замечание относительно T2 релаксации: она протекает гораздо быстрее T1 релаксации. T2 релаксация происходит за десятки миллисекунд, в то время как T1 релаксация может достигать секунд.
Для иллюстрации в таблице 1 приведены значения времен T₁ и T₂ для различных тканей.

Устройство магнитно-резонансного томографа

Схема магнитнорезонансного томографа показана на рис. 10. В состав МРТ входят магнит, градиентные катушки и радиочастотные катушки.

Кодирование сигнала

Когда пациент находится в однородном магнитном поле B₀, все протоны от головы до пальцев ног выравниваются вдоль B₀. Все они вращаются с Ларморовой частотой. Если сгенерировать РЧ импульс возбуждения для перевода вектора намагниченности в плоскость X-Y, все протоны реагируют и возникает ответный сигнал, но локализации источника сигнала нет.

Рис. 12.

Фазо-кодирующий градиент
Для дальнейшего кодирования протонов на очень короткое время включается градиент G_Y. В течение этого времени в направлении по оси Y создается дополнительное магнитное поле градиента. В этом случае протоны будут иметь немного различающиеся скорости вращения. Они больше не вращаются в фазе. Разность фаз будет накапливаться. Когда градиент G_Y выключен, протоны в срезе будут вращаться с одинаковой частотой, но иметь различную фазу. Это называется кодированием фазы.

Частотно-кодирующий градиент
Для кодирования левого-правого направления включается третий градиент G_X. Протоны с левой стороны вращаются с более низкой частотой, чем с правой. Они накапливают дополнительный сдвиг фазы из-за различий в частотах, но уже приобретенная разность фаз, полученная при кодировании фазы градиента на предыдущем шаге, сохраняется.

Таким образом для локализации источника сигналов, которые принимаются катушкой, используются градиенты магнитного поля.

За один шаг кодирование фазы выполняется только для одной строки. Для сканирования целого среза полный процесс кодирования среза, фазы и частоты должен быть повторен несколько раз.
Таким образом созданы маленькие объемы (вокселы). Каждый воксел имеет уникальную комбинацию частоты и фазы (рис. 12). Количество протонов в каждом вокселе определяет амплитуду РЧ волны. Полученный сигнал, поступающий из различных областей тела, содержит сложное сочетание частот, фаз и амплитуд.

Импульсные последовательности

На рис. 13 показана диаграмма простейшей последовательности. Вначале включается срезо-селективный градиент (1) (Gss ). Одновременно c ним генерируется 90 0 РЧ импульс выбора среза (2), который «переворачивает» суммарную намагниченность в плоскость X-Y. Затем включается фазо-кодирующий градиент (3) (Gpe) для выполнения первого шага кодирования фазы. После этого подается частотно-кодирующий или считывающий градиент (4) (Gro), в течение которого регистрируется сигнал спада свободной индукции (5) (FID). Последовательность импульсов обычно повторяется 128 или 256 раз для сбора всех необходимых данных для построения изображения. Время между повторениями последовательности называется временем повторения (repetition time, TR). С каждым поторением последовательности меняется величина фазо-кодирующего градиента. Однако в этом случае сигнал (FID) был крайне слабый, поэтому результирующее изображение было плохим. Для повышения величины сигнала применяется последовательность спин-эхо.

Последовательность спин-эхо
После применения 90 0 импульса возбуждения суммарная намагниченность находится в плоскости X-Y. Сразу же начинается смещение фаз вследствие T2 релаксации. Именно из-за этого дефазирования сигнал резко снижается. В идеале, необходимо сохранить фазовую когерентность, обеспечивающую лучший сигнал. Для этого через короткое время после 90 0 РЧ импульса применяется 180 0 импульс. 180 0 импульс вызывает перефазирование спинов. Когда все спины восстановлены по фазе, сигнал снова становится высоким и качество изображения значительно выше.
На рис. 14 показана диаграмма импульсной последовательности спин-эхо.

Рис. 14. Диаграмма импульсной последовательности спин-эхо

Сначала включается срезо-селективный градиент (1 ) (G SS ). Одновременно c ним применяется 90º РЧ импульс. Затем включается фазо-кодирующий градиент (3) (Gре) для выполнения первого шага кодирования фазы. Gss ( 4) снова включается во время 180º перефазирующего импульса (5), таким образом, воздействие оказывается на те же протоны, которые были возбуждены 90º импульсом. После этого подается частотно-кодирующий или считывающий градиент (6) (Gro), в течение которого принимается сигнал (7).
TR (Время повторения). Полный процесс должен повторяться неоднократно. TR время между двумя 90ºимпульсами возбуждения. TE (Время эхо). Это время между 90ºимпульсом возбуждения и эхо.

Контраст изображения

При ЯМР сканировании одновременно происходят два процесса релаксации T1 и T2. Причем
T1 >> T2. Контраст изображения сильно зависит от этих процессов и от того, насколько полно каждый из них проявляется при выбранных временных параметрах сканирования TR и TE. Рассмотрим получение контрастного изображения на примере сканирования мозга.

Рис. 15. а) спин-спиновая релаксация и б) спин-решеточная релаксация в различных тканях мозга

Выберем следующие параметры сканирования: TR = 600 мс и TE = 10 мс. То есть T1 релаксация протекает за 600 мс, а T2 релаксация – только за
5 мс (TE/2). Как видно из рис. 15а через 5 мс смещение фаз невелико и оно не сильно отличается у разных тканей. Контраст изображения, поэтому, очень слабо зависит от T2 релаксации. Что касается Т1 релаксации, то через 600 мс жир практически полностью релаксировал, но для CSF необходимо еще некоторое время
(рис. 15б). Это означает, что вклад от CSF в общий сигнал будет незначительным. Контраст изображения становится зависимым от процесса релаксации Т1. Изображение «взвешено по T1» потому, что контраст больше зависит от процесса релаксации Т1. В результирующем изображении CSF будет темной, жировая ткань будет яркой, а интенсивность серого вещества будет чем-то средним между ними.

Рис. 16. а) спин-спиновая релаксация и б) спин-решеточная релаксация в различных тканях мозга

Теперь зададим следующие параметры: TR = 3000 мс и TE = 120 мс, то есть T2 релаксации протекать за 60 мс. Как следует из рис. 16б, практически все ткани подверглись полной T1 релаксации. Здесь TE является доминирующим фактором для контраста изображения. Изображение «взвешено по T2». На изображении CSF будет яркой, в то время как другие ткани будут обладать различными оттенками серого.

Контраст протонной плотности

Существует еще один тип контраста изображения, называемый протонной плотностью (PD).
Зададим следующие параметры: TR = 2000 мс и TE 10 мс. Таким образом, как и в первом случае T2 релаксация вносит незначительный вклад в контраст изображения. С TR = 2000 мс, суммарная намагниченность большинства тканей восстановится вдоль Z-оси. Контраст изображения в PD изображениях не зависит ни от T2, ни от T1 релаксации. Полученный сигнал полностью зависит от количества протонов в ткани: небольшое количество протонов означает низкий сигнал и темное изображение, в то время как большое их количество производит сильный сигнал и яркое изображение.

Рис. 17.

Все изображения имеют сочетания T1 и T2 контрастов. Контраст зависит только от того, за сколько времени позволено протекать T2 релаксации. В спин-эхо (SE) последовательностях наиболее важны для контраста изображения времена TR и TE.
На рис. 17 схематически показано, как TR и TE связаны в терминах контраста изображения в SE последовательности. Короткое TR и короткое TE дают контраст, взвешенный по T1. Длинное TR и короткое TE дают контраст PD. Длинное TR и длинное TE приводят к контрасту, взвешенному по T2.

Рис. 18. Изображения с разными контрастами: взвешенный по T1, протонная плотность и взвешенный по T2. Отметьте различия в интенсивности сигнала тканей. CSF темная на T1, серая на PD и яркая на T2.

Рис. 19. Магниторезонансный томограф

МРТ хорошо отображает мягкие ткани, тогда как КТ лучше визуализирует костные структуры. Нервы, мышцы, связки и сухожилия наблюдаются гораздо более четко в МРТ, чем в КТ. Кроме того, магнитно-резонансный метод незаменим при обследовании головного и спинного мозга. В головном мозге МРТ может различать белое и серое вещества. Благодаря высокой точности и четкости полученных изображений магнитно-резонансная томография успешно используется в диагностике воспалительных, инфекционных, онкологических заболеваний, при исследовании суставов, всех отделов позвоночника, молочных желез, сердца, органов брюшной полости, малого таза, сосудов. Современные методики МРТ делают возможным исследовать функцию органов – измерять скорость кровотока, тока спинномозговой жидкости, наблюдать структуру и активацию различных участков коры головного мозга.

Источник

Что такое магнитно-резонансная томография

Поскольку метод обследования не несёт в себе никакой лучевой нагрузке, он доступен широкому кругу пациентов, включая маленьких детей, беременных женщин, раковых больных и лиц пожилого возраста.

Бесплатная консультация о диагностике

Если сомневаетесь, запишитесь на бесплатную консультацию.
Или проконсультируйтесь по телефону

Принцип работы МРТ аппарата

Видео как проходит магнитно-резонансная томография

Магнитно-резонансная томография и её разновидности

В МРТ центрах томографию могут осуществлять по нескольким базовым протоколам:

Базовая процедура МРТ называется бесконтрастная или нативная томография. Именно её применяют в большинстве случаев. В ходе этого обследования фокусом сканирования становятся мягкие и костные ткани, внутренние органы пациента.

Если предметом обследования становится сосудистая система человека, применяется протокол МР-ангиографии. В ходе него программа компьютера выставлена таким образом, что на снимках визуализируется только сосудистое русло. С помощью ангиопрограммы врачи могут оценить состояние артерий и вен и выявить большинство патологий сосудов, например, окклюзии, мальформации, перегибы, аневризмы, раздвоения, разрывы и опухоли интимы.

Что показывает томография?

В диагностических центрах осуществляют томографические обследования, позволяющие выявить аномалии развития и заболевания следующих зон:

Мрт в СПБ

Исследование на томографе предоставляет возможность диагностировать серьезные опухолевые и воспалительные заболевания на ранней стадии, что повышает шансы успешного излечения. В частности, во время сканирования диагносты могут выявить:

Также МРТ диагностика позволяет осуществлять предоперационное обследование и послеоперационное наблюдение и контроль за эффективностью выбранного лечения.

Показания

Сделать магнитно-резонансную томографию в МРТ центрах можно как по направлению врача, так и по личной инициативе пациента. Поводом для записи на МРТ могут послужить:

Противопоказания

Проводить с осторожностью нужно магнитно-резонансную томографию людям, у которых установлены искусственные водители ритма, например, кардиостимуляторы, нейростимуляторы или слуховые аппараты. Сильное магнитное поле может вывести из строя любой электронный прибор. Поэтому, если в паспорте изделия не стоит указание, что он совместим МРТ, делать исследование нельзя.

Остальные ограничения к МРТ носят относительный характер. Например, из-за большого веса или габаритов полные и крупные люди могут испытывать сложности с поиском нужной модели магнитно-резонансного томографа. Большинство МРТ аппаратов рассчитаны на массу тела не более 120 кг и объем окружности не более 120 см. Однако существует установки грузоподъемностью до 200 кг и апертурой 140 см.

Людям с сильной формой клаустрофобии иногда сложно вылежать полную сессию сканирования в аппаратах закрытого типа. Для пациентов, склонных к паническим атакам, специально были созданы томографы открытого контура.

Если Вы относитесь к категории пациентов, которым противопоказано МРТ, альтернативными формами сканирования для Вас будут компьютерная томография, четырёхсторонняя рентгенография и ультразвуковое исследование на аппарате экспертного класса.

Подготовка

Большинство МРТ обследований не требует подготовки от пациента. Исключение составляют МРТ органов малого таза, МРТ органов брюшной полости и МРТ органов желудочно-кишечного тракта.

Перед прохождением процедуры следует вспомнить, что томограф сканирует человека при помощи магнитного поля, которое создается во время процедуры в томографическом аппарате. Отсюда следует, что все металлическое: украшения, часы, заколки, одежду на молнии стоит оставить за пределами МРТ кабинета. Также из карманов нужно выложить все электронные устройства.

Если Вы страдаете клаустрофобией или не можете лежать неподвижно, врачи рекомендуют перед диагностикой выпить седативные препараты.

При выполнении МРТ с контрастом сообщите медицинскому работнику об аллергиях, если таковые есть, и о наличие хронических заболеваний почек. В случае томографии с контрастированием не рекомендуется прием пищи за 2 часа до диагностики.

Результаты

Результатами магнитно-резонансного обследования станет серия объемных чёрно-белых снимков. За одно сканирование МРТ аппарат в среднем производит от 1000 до 1500 снимков высокого разрешения. Их интерпретацией занимается врач-рентгенолог. Он оценивает анатомические структуры и в своем заключении отмечает основные характеристики: размер, расположение, степень инвазии в соседние органы. Если проводилось обследование с контрастным усилением, дополнительно к этим данным диагност указывает поведение тканей после введения контраста. Если выявлены какие-то аномалии, врач дает их первичную интерпретацию.

В некоторых клиниках результаты МРТ включает в себя бесплатную консультацию специалиста, имеющего большой диагностический опыт, который подробно расскажет о результатах исследования и даст рекомендации по дальнейшим действиям. Это может быть:

Выявляются МР-признаки дегенеративно-дистрофических изменений в виде снижения интенсивности МР-сигнала от межпозвонковых дисков в сегментах L1-S1 на Т2-ВИ вследствие дегидратации пульпозных ядер дисков, со снижением высоты в сегментах L4-S1, мелких передних и задне-боковых краевых костных разрастаний в сегментах L1-S1, с обызвествлением передней продольной связки в местах прикрепления к телам позвонков.

В межпозвонковых суставах визуализируются дегенеративные изменения в виде уплотнения, неровности суставных поверхностей, гипертрофии желтых связок. В смежных отделах позвонков L4-L5, L5-S1 определяются зоны неоднородного повышения МР-сигнала на Т1, Т2-ВИ и гипоинтенсивного на STIR-ИП (обусловленные жировой дегенерацией). Неровности смежных замыкательных пластин тел позвонков Th12, L1, L2, L3, L4, L5, S1 за счет хрящевых узлов Шморля.

Источник