Ядерно-магнітна томографія - принципи і методи променевої діагностики
Відео: Рентгенодіагностика 3
Метод ядерно-магнітної томографії
Магнітно-резонансна томографія (МРТ) - наймолодша з радіологічних методик. Магнітно-резонансні томографи можуть створити зображення перетинів будь-якій частині тіла. Іонізуюче випромінювання не використовується, а повітря або кістки не є перешкодою при візуалізації.
Основними компонентами МР-томографа є сильний магніт, радіопередавач, приймальня радіочастотна котушка і, звичайно, комп`ютер. Внутрішня частина магніту часто зроблена у формі тунелю, досить великого для розміщення всередині нього дорослої людини. Більшість магнітів мають магнітне поле, орієнтоване паралельно довжиною осі тіла пацієнта.
Магнітне поле магніту позначається як Во і зображується вектором, тобто стрілкою, орієнтація якої показує напрямок магнітного поля з півночі на південь, а довжина - силу магнітного поля. Для однозначного визначення позиції всередині магніту і її зіставлення з зображенням, використовується трикоординатна система з осями х, у і z. Напрямок z - це завжди напрямок магнітного поля У і, коли це поле паралельно поздовжньої осі пацієнта, перпендикулярна до z, горизонтальна вісь позначається х, а вертикальна - у. Сила магнітного поля вимірюється в Iослах (Тл) або гаусах, 1 -тесла = 10 (4) гаусів. Для клінічної МР томографії використовуються поля силою від 0,02 до 2 тесла. Більшість МР систем використовують силу поля від 0,1 до 1,5 тесла.
Магнітно-резонансна томографія використовує той факт, що ядра водню, часто в даному контексті іменовані протонами, є дуже маленькими магнітними дипломами з північним і південним полюсами. Магнітний момент одного протона часто позначається знаком н. Коли пацієнта завадять всередину сильного магнітного поля МР-томографа, маленькі протонні магніти тіла розгортаються в напрямку
зовнішнього поля (У) (подібно компасної стрілкою, що орієнтується на магнітне поле Землі). Крім цього, магнітні осі кожного протона починають обертатися навколо напрямку зовнішнього магнітного поля. Це специфічне обертальний рух називають процесією, а його частоту - резонансною частотою, або частотою Лармора (по імені французького фізика Лармора). Частота Лармора (Wo) пропорційна силі зовнішньою магнітного поля (В):
Wo = УВО
Це рівняння називають рівнянням Лармора, де у-константа, звана гіромагнетіческім коефіцієнтом. Дане співвідношення Wo до Під індивідуально для кожного типу магнітних атомних ядер, для ядер водню воно дорівнює 42,58 МГ / ц / тесла.
В результаті в тканинах пацієнта створюється сумарний магнітний момент: тканини намагнічуються, і їх магнетизм (М) орієнтується точно паралельно до зовнішнього магнітного поля Під. Спочатку в магнетизм тканин немає прецесійного руху. Хоча все протони окремо процесує, всі вони розгорнуті в напрямку Во і не створюють ніяких магнітних компонент в площині х-у.
Будь-яке магнітне поле може індукувати в котушці електричний струм, але передумовою для цього є зміна сили поля. Для індукування полем (М) струму в котушці необхідні радіохвилі.
Радіохвилі - це електромагнітні хвилі, що містять електричне та магнітне поля. При пропущенні через тіло пацієнта вздовж осі у коротких електромагнітних радіочастотних імпульсів магнітне поле радіохвиль змушує магнітні моменти всіх протонів обертатися за годинниковою стрілкою навколо цієї осі. Для того щоб це відбулося, необхідно, щоб частота радіохвиль дорівнювала ламморонской частоті протонів. Це явище називають магнітним резонансом. Під резонансом розуміють синхронні коливання, і в даному контексті це означає, що для зміни орієнтації магнітних моментів протонів магнітні поля протонів і радіохвиль повинні резонувати, тобто мати однакову частоту.
Коли надлишок паралельних протонів відхиляється від напрямку Во, М повинен послідувати за ним. Протони продовжать процесувати навколо осі z (їх змушує це робити магнітне поле В), і М теж починає, відповідно, процесувати навколо осі z. Сила і тривалість радіочастотних імпульсів визначають кут нахилу в градусах осі обертання М щодо направлення Во, тому імпульс позначають відповідним чином. Результатом 90-градусного імпульсу буде обертання М (за короткий інтервал часу) в площині х-у, перпендикулярно напрямку У.
Приймальню котушку розміщують зовні досліджуваної анатомічної області з отвором, орієнтованим в напрямку пацієнта, перпендикулярно Під. Коли М обертається в площині х-у. він індукує в котушці електричний струм, і цей струм називають МР-сигналом. Ці (або подібні) сигнали використовуються для реконструкції зображень МР зрізів. Що проходить через котушку змінне магнітне поле буде індукувати електричний ток якщо котушку під`єднати до лампочки, то вона буде світитися. Той же принцип застосуємо і до МР-візуалізації: тканини з великими магнітними векторами (М) будуть індукувати сильні сигнали і виглядати на зображенні яскравими, а тканини з малими магнітними векторами слабкі сигнали і будуть на зображенні темними.
Контрастність зображення. Протонна щільність, Т1 і Т2-виваженість
Контраст на МР зображеннях визначається відмінностями в магнітних властивостях тканин або, точніше, відмінностями в магнітних векторах, що обертаються в площині х-у, і індукують струми в приймальній котушці.
Для реконструкції зображення необхідно декілька МР сигналів- таким чином, має бути передано кілька радіочастотних імпульсів. У проміжку між передачею імпульсів протони піддаються двом різним процесам релаксації - TI і Т2. Релаксація - це наслідок поступового зникнення намагніченості в площині х-у (моху). Ця втрата магнетизму в площині х-у називається Т2 релаксацією, і Т2 визначається як час, протягом якого моху втрачає% від свого початкового максимального значення. Звичайне значення для паренхіматозних тканин - приблизно 50 мс. Величина Т2 сильно залежить від фізичних і хімічних властивостей тканин. Рідини та подібні рідин тканини зазвичай мають тривалий час Т2 (моху і МР сигнал зникають повільно), а тверді тканини і речовини - короткий час Т2 (моху і МР-сигнал зникають швидко).
TI-релаксація - повільніший, в порівнянні з Т2-релаксацією процес, що полягає в поступовому вибудовуванні окремих протонів вздовж напрямку У. Т1 визначається як час, протягом якого Mz відновиться до 63% від свого початкового максимального значення.
Чим коротше час Т1, тим швидше йде відновлення Mz. Звичайне значення Т1 для паренхіматозних тканин - приблизно 500 мс. Величина Т1 значною мірою залежить від розміру молекул і їх мобільності.
Інтервал часу між радіочастотними імпульсами називають часом повторення (ТР). Збільшуючи ТР. можна досягти альтернативної контрастності зображення.
Що візуалізується шар тканини можна уявити що складається з декількох однакових елементів обсягу - вокселов. Кожен воксел на остаточному двомірному зображенні відповідає площинному елементу, піксель). Яскравість (рівень сірої шкали) пікселя визначається амплітудою сигналу, індукованого магнетизмом відповідного воксель.
Для визначення яскравості кожного пікселя МР-комп`ютера необхідно диференціювати сигнали окремих вокселов. Для цього слід присвоїти сигналу кожного воксель свій, єдиний і розпізнається код. Цим кодом є частота і фаза сигналу воксель, що визначаються частотою і фазою магнітного вектора воксель (моху).
Для вилучення містяться в комбінованому МР-сигнал різних частот і фаз використовується складний математичний аналіз, званий двомірним перетворенням Фур`є. Даний метод залежить від інформації, що міститься в численних повторюваних сигналах, що надходять від одного і того ж шару тканини.
