Magnetinio rezonanso tomografija (MRT) - veikimo principas

1973 m. Amerikiečių chemikas Paulas Lauterburis žurnale „Nature“ paskelbė straipsnį pavadinimu „Vaizdo kūrimas naudojant indukuotą vietinę sąveiką; pavyzdžiai, pagrįsti magnetiniu rezonansu “. Vėliau britų fizikas Peteris Mansfieldas pasiūlys patobulintą matematinį modelį, kaip įgyti viso organizmo įvaizdį, o 2003 m. Tyrėjai gaus Nobelio premiją už MRT metodo atradimą medicinoje.

Didelį indėlį kuriant modernų magnetinio rezonanso vaizdavimą įneš amerikiečių mokslininkas Raymondas Damadyanas, pirmojo komercinio MRT aparato tėvas ir darbo „Naviko aptikimas naudojant branduolinį magnetinį rezonansą“, išleisto 1971 m., Autorius.

Tačiau sąžiningai verta paminėti, kad ilgai prieš Vakarų tyrinėtojus, 1960 m., Sovietų mokslininkas Vladislavas Ivanovas jau išsamiai išdėstė MRT principus, nepaisant to, jis autorystės pažymėjimą gavo tik 1984 m. ... Palikime diskusiją apie autorystę ir pagaliau apsvarstykime bendrą išdėstyti magnetinio rezonanso vaizduoklio veikimo principą.

Mūsų organizmuose yra labai daug vandenilio atomų, o kiekvieno vandenilio atomo branduolys yra vienas protonas, kuris gali būti pavaizduotas kaip mažas magnetas, egzistuojantis dėl to, kad protone yra ne nulinis suktis. Tai, kad vandenilio atomo (protono) branduolys turi sukinį, reiškia, kad jis sukasi aplink savo ašį. Taip pat žinoma, kad vandenilio branduolys turi teigiamą elektrinį krūvį, o krūvis, besisukantis kartu su išoriniu branduolio paviršiumi, yra tarsi maža ritė su srove. Pasirodo, kiekvienas vandenilio atomo branduolys yra miniatiūrinis magnetinio lauko šaltinis.

Jei dabar daug vandenilio atomų (protonų) branduolių yra patalpinti į išorinį magnetinį lauką, tada jie pradės bandyti naršyti šiame magnetiniame lauke kaip kompasų strėlės. Tačiau tokio perorientavimo metu branduoliai pradės daryti prielinksnius (kaip bando pakreipti giroskopo ašis), nes kiekvieno branduolio magnetinis momentas yra susijęs su mechaniniu branduolio momentu, su aukščiau minėtu nugaros buvimu.

Tarkime, vandenilio šerdis buvo įdėta į išorinį magnetinį lauką, kurio indukcija yra 1 T. Precezijos dažnis šiuo atveju bus 42,58 MHz (tai yra vadinamasis Larmor dažnis tam tikram branduoliui ir tam tikram magnetinio lauko indukcijai). Ir jei dabar mes turėsime papildomą poveikį šiai šerdiai su elektromagnetine banga, kurios dažnis yra 42,58 MHz, tai įvyks branduolinio magnetinio rezonanso reiškinys, tai yra, padidės precezijos amplitudė, nes bendrojo šerdies įmagnetinimo vektorius taps didesnis.

Ir yra milijardas milijardų tokių branduolių, kurie gali protestuoti ir rezonuoti. Bet kadangi visų vandenilio branduolių ir kitų medžiagų, esančių mūsų kūne, magnetiniai momentai sąveikauja tarpusavyje įprastame kasdieniniame gyvenime, visas viso kūno magnetinis momentas yra lygus nuliui.

Veikdami protonus radijo bangomis, jie gauna šių protonų svyravimų rezonansinį amplifikaciją (padidėja prieštaravimų amplitudės) ir, atlikę išorinį veiksmą, protonai linkę grįžti į pradines pusiausvyros būsenas, o paskui patys skleidžia radijo bangų fotonus.

Taigi MRT prietaise asmens kūnas (arba kitas tiriamas kūnas ar objektas) periodiškai paverčiamas radijo imtuvų rinkiniu arba radijo siųstuvų rinkiniu. Tokiu būdu tirdamas vietą pagal plotą, aparatas sukuria vandenilio atomų pasiskirstymo kūne erdvinį vaizdą.Ir kuo didesnis tomografo magnetinio lauko stipris - tuo daugiau gali būti ištirta vandenilio atomų, sujungtų su kitais netoliese esančiais atomais (kuo didesnė magnetinio rezonanso vaizduoklio skiriamoji geba).

Šiuolaikiniuose medicinos tomografuose, kaip išorinio magnetinio lauko šaltiniuose, yra superlaidieji elektromagnetaiaušinamas skystu heliu. Kai kurie atvirojo tipo tomografai naudojami nuolatiniai neodimio magnetai.

Optimali magnetinio lauko indukcija MRT aparate dabar yra 1,5 T, tai leidžia gauti gana aukštos kokybės daugelio kūno dalių vaizdus. Esant mažesnei nei 1 T indukcijai, nebus įmanoma padaryti aukštos kokybės (pakankamai didelės skiriamosios gebos) vaizdo, pavyzdžiui, iš mažojo dubens ar pilvo ertmės, tačiau tokie silpni laukai yra tinkami gauti įprastus galvos ir sąnarių MRT vaizdus.

Norint teisingos erdvinės orientacijos, be pastovaus magnetinio lauko, magnetinėje ritėje naudojamos ir gradiento ritės, kurios sukuria papildomą gradiento pertraukimą vienodame magnetiniame lauke. Dėl to stipriausias rezonansinis signalas yra tiksliau lokalizuotas vienoje ar kitoje dalyje. Nuo jų priklauso gradiento ritių galios ir veikimo parametrai - svarbiausi MRT rodikliai - tomografo skiriamoji geba ir greitis.