Med-books.by - Библиотека медицинской литературы. Книги, справочники, лекции, аудиокниги по медицине. Банк рефератов. Медицинские рефераты. Всё для студента-медика.
Скачать бесплатно без регистрации или купить электронные и печатные бумажные медицинские книги (DJVU, PDF, DOC, CHM, FB2, TXT), истории болезней, рефераты, монографии, лекции, презентации по медицине.


=> Книги / Медицинская литература: Акупунктура | Акушерство | Аллергология и иммунология | Анатомия человека | Английский язык | Анестезиология и реаниматология | Антропология | БиоХимия | Валеология | Ветеринария | Внутренние болезни (Терапия) | Военная медицина | Гастроэнтерология | Гематология | Генетика | География | Геронтология и гериатрия | Гигиена | Гинекология | Гистология, Цитология, Эмбриология | Гомеопатия | ДерматоВенерология | Диагностика / Методы исследования | Диетология | Инфекционные болезни | История медицины | Йога | Кардиология | Книги о здоровье | Косметология | Латинский язык | Логопедия | Массаж | Математика | Медицина Экстремальных Ситуаций | Медицинская биология | Медицинская информатика | Медицинская статистика | Медицинская этика | Медицинские приборы и аппараты | Медицинское материаловедение | Микробиология | Наркология | Неврология и нейрохирургия | Нефрология | Нормальная физиология | Общий уход | О достижении успеха в жизни | ОЗЗ | Онкология | Оториноларингология | Офтальмология | Паллиативная медицина | Паразитология | Патологическая анатомия | Патологическая физиология | Педиатрия | Поликлиническая терапия | Пропедевтика внутренних болезней | Профессиональные болезни | Психиатрия-Психология | Пульмонология | Ревматология | Сестринское дело | Социальная медицина | Спортивная медицина | Стоматология | Судебная медицина | Тибетская медицина | Топографическая анатомия и оперативная хирургия | Травматология и ортопедия | Ультразвуковая диагностика (УЗИ) | Урология | Фармакология | Физика | Физиотерапия | Физическая культура | Философия | Фтизиатрия | Химия | Хирургия | Экологическая медицина | Экономическая теория | Эндокринология | Эпидемиология | Ядерная медицина

=> Истории болезней: Акушерство | Аллергология и иммунология | Ангиология | Внутренние болезни (Терапия) | Гастроэнтерология | Гематология | Гинекология | ДерматоВенерология | Инфекционные болезни | Кардиология | Наркология | Неврология | Нефрология | Онкология | Оториноларингология | Офтальмология | Педиатрия | Профессиональные болезни | Психиатрия | Пульмонология | Ревматология | Стоматология | Судебная медицина | Травматология и ортопедия | Урология | Фтизиатрия | Хирургия | Эндокринология

=> Рефераты / Лекции: Акушерство | Аллергология и иммунология | Анатомия человека | Анестезиология и реаниматология | Биология | Биохимия | Валеология | Ветеринария | Внутренние болезни (Терапия) | Гастроэнтерология | Генетика | Гигиена | Гинекология | Гистология, Цитология, Эмбриология | Диагностика | ДерматоВенерология | Инфекционные болезни | История медицины | Лечебная физкультура / Физическая культура | Кардиология | Массаж | Медицинская реабилитация | Микробиология | Наркология | Неврология | Нефрология | Нормальная физиология | Общий уход / Сестринское дело | Озз | Онкология | Оториноларингология | Офтальмология | Патологическая анатомия | Педиатрия | ПатоФизиология | Профессиональные болезни | Психиатрия-Психология | Пульмонология | Ревматология | Скорая и неотложная медицинская помощь | Стоматология | Судебная медицина | Токсикология | Травматология и ортопедия | Урология | Фармакогнозия | Фармакология | Фармация | Физиотерапия | Фтизиатрия | Химия | Хирургия | Эндокринология | Эпидемиология | Этика и деонтология

=> Другие разделы: Авторы | Видео | Клинические протоколы / Нормативная документация РБ | Красота и здоровье | Медицинские журналы | Медицинские статьи | Наука и техника | Новости сайта | Практические навыки | Презентации | Шпаргалки



Med-books.by - Библиотека медицинской литературы » Рефераты: Диагностика » Реферат: Магниторезонансная томография

Реферат: Магниторезонансная томография

0

Скачать бесплатно реферат:
«Магниторезонансная томография»


Содержание

Введение
. Медико-биологическое обоснование
. Физические основы явления ЯМР
.1 Сущность явления ЯМР
.2 Химический сдвиг
.3 Спин-спиновое взаимодействие
.4 Анализаторы веществ на основе ЯМР
. Обзор аппаратуры
. Основные блоки МРТ
. Реконструирование изображений в МРТ
Заключение
Список используемых источников

Введение

Магнитно-резонансная томография - один из самых перспективных и быстро совершенствующихся методов современной диагностики. Опираясь на последние достижения электроники, криогенной техники и новейшие информационные технологии, МР томография позволяет за несколько минут получить изображения, сравнимые по качеству с гистологическими срезами, а для получения высококачественных диагностических изображений время обследования пациента можно снизить до нескольких секунд. При этом врач получает возможность не только исследовать структурные и патологические изменения, но и оценить физико-химические, патофизиологические процессы всего обследуемого органа или его отдельной структуры, проводить функциональные исследования и т.д. [6]
МР томография позволяет получить серию тонких срезов, построить трехмерную реконструкцию исследуемой области, выделить сосудистую сеть и даже отдельные нервные стволы. Такая реконструкция оказывает неоценимую помощь врачу. Ранняя постановка диагноза позволяет своевременно начать лечение заболевания. [7]
Но каждый администратор, занимающийся проблемами рентгенологии и диагностики, должен четко понимать, сможет ли диагностическая значимость МР - томографии оправдать высокую стоимость некоторых МР приборов (особенно сверхпроводящих) и те затраты, которые требуются на их эксплуатацию в повседневной медицинской практике.

1. Медико-биологическое обоснование

Магнитно-резонансная томография (МРТ) - метод получения изображения внутренних структур тела человека при помощи магнитно-резонансного томографа. Метод позволяет оценивать как анатомические, так и функциональные особенности строения. В основе МР-томографии (или ЯМР-томографии) лежит явление ядерного магнитного резонанса (ЯМР). [1]
Для проведения ЯМР исследования необходимо поместить объект в мощное, статическое и однородное в пространстве (в идеальном случае) магнитное поле, создающее внутри тканей изображаемого объекта макроскопическую ядерную намагниченность.
В ЯМР томографии регистрация сигнала происходит от резонирующих ядер, имеющих как спин, так и магнитный момент. Такими ядрами являются: водород 1Н и 2Н, углерод 13С, азот 14N, фтор 19F, натрий 23Na, фосфор 31Р. Чаще всего в МРТ используются протоны водорода 1Н по двум причинам: высокой чувствительности к МР сигналу и их высокому естественному содержанию в биологических тканях. [2]
Под воздействием сильного магнитного поля спины протонов ядер водорода изменяют свое положение и располагаются вдоль оси магнитного поля (рис. 1.1). Воздействие магнитного поля и радиочастотного излучения на протоны не постоянно, с заданными силой, частотой и временем, а протоны после воздействия на них радиочастотного сигнала вновь возвращаются в исходное положение - так называемое «время релаксации» (T1 и T2).

Рисунок 1.1 - Распределение ядер при отсутствии (а) и наличии (б) внешнего магнитного поля.

Воздействие магнитного поля и радиочастотного импульса на протоны ядер водорода заставляет их вращаться относительно новых осей в течение очень короткого периода времени, что сопровождается выделением и поглощением энергии, формированием своего магнитного поля. Регистрация этих энергетических изменений и является основой МРТ-изображения. Способность подобного смещения зависит от гидрофильности тканей, их химического состава и структуры. Нормальные клетки органов и тканей, не пораженных болезненным процессом, имеют один уровень сигнала. «Больные» клетки - это всегда другой, измененный сигнал в той или иной степени. На изображении измененные патологическим процессом участки тканей и органов выглядят иначе, чем здоровые. Это и есть основа медицинского диагностического изображения. Главная задача данной аппаратуры заключается в получении максимально информативного изображения быстро и качественно, а также безопасно для пациента. [3]
Чтобы добиться уменьшения времени реконструкции изображения нужно увеличивать индукцию главного магнита. Это объясняется возможностью применения при большой индукции «быстрых» последовательностей, например, последовательности «градиентное эхо» и малоугловых. Также при индукции свыше 1,5 Тл появляется возможность кроме ядер водорода (протонов) включить в сбор данных об организме тяжелые ядра натрия и фосфора, которые несут очень важную информацию о метаболизме. При более низкой индукции магнитный резонанс ядер этих атомов невозможен.
Установлено, что если индукция будет равна 0,12 Тл, то частота ЯМР для протонов составит 5 МГц. Эти частоты лежат в диапазоне коротких радиоволн, которые считаются безвредными. И только в очень сильных магнитных полях (до 3 Тл) частота ЯМР может быть достаточно большой - 120 МГц. Это нужно учитывать при разработке современных МРТ.
Для примера рассмотрим табл. 1.1, по которой можно проследить какая нужна напряженность магнитного поля для построения изображения некоторых тканей головного и спинного мозга.

Таблица 1.1 - Значения индукции магнитного поля. [4]
Ткань мозга Индукция магнитного поля В0, Тл
Серое вещество Белое вещество Ликвор Жир Кровь 0,5-1,0 1,0-1,5 1,0-1,5 0,5-1,0 1,5

Рассмотрим некоторые подострые опасности при проведении МРТ.
В экспериментах было установлено, что с порога напряженности в 4 Тл у лиц наблюдалась некоторая задержка нервной проводимости, теоретически было предсказано, что с уровня в 6 Тл растет кровяное давление. У людей, помещенных в однородное постоянное магнитное поле, был отмечен рост амплитуды ЭКГ в зависимости от величины поля. Этот рост становился заметным при 0.3 Тл; при 2.0 Тл амплитуда возрастала в среднем на 400%. Полагают, что изменения ЭКГ не могут быть ассоциированы с каким-либо биологическим риском. Основным результатом взаимодействия РЧ полей с тканями является нагрев последних. Но пока даже в сильных магнитных полях не было достигнуто локального увеличения температуры более, чем на 1 градус. Несмотря на то, что пока не было выявлено никаких чрезмерно опасных воздействий на живой объект МР исследования, необходимо и дальше проводить исследования в этой области, и предельно аккуратно подходить к повышению напряжённости поля в современных томографах. [5]

2. Физические основы явления ЯМР

.1 Сущность явления ЯМР

Сущность явления ЯМР можно проиллюстрировать следующим образом. Если ядро, обладающее магнитным моментом, помещено в однородное поле H0, направленное по оси z, то его энергия (по отношению к энергии при отсутствии поля) равна zH0, где z - проекция ядерного магнитного момента на направление поля.
Ядро может находиться в 2I+1 состояниях. При отсутствии внешнего поля H0 все эти состояния имеют одинаковую энергию. Если обозначить наибольшее измеримое значение компоненты магнитного момента через , то все измеримые значения компоненты магнитного момента (в данном случае z) выражаются в виде m, где m - квантовое число, которое может принимать значения m = I, I- 1,1- 2,...,-(I- 1), -I.
Так как расстояние между уровнями энергии, соответствующими каждому из 2I+1 состояний, равно mH0/I, то ядро со спином I имеет дискретные уровни энергии:

(1)

Расщепление уровней энергии в магнитном поле можно назвать ядерным зеемановским расщеплением, так как оно аналогично расщеплению электронных уровней в магнитном поле (эффект Зеемана). Зеемановское расщепление проиллюстрировано на рис. 2.1.1 для системы с I=1 (с тремя уровнями энергии).

Рисунок 2.1.1 - Зеемановское расщепление уровней энергии ядра в магнитном поле.

Явление ЯМР состоит в резонансном поглощении электромагнитной энергии, обусловленном магнетизмом ядер. Отсюда вытекает очевидное название явления: ядерный - речь идет о системе ядер, магнитный - имеются в виду только их магнитные свойства, резонанс - само явление носит резонансный характер. Действительно, из правил частот Бора следует, что частота у электромагнитного поля, вызывающего переходы между соседними уровнями, определяется формулой

. (2)

Так как векторы момента количества движения (углового момента) и магнитного момента параллельны, то часто удобно характеризовать магнитные свойства ядер величиной , определяемой соотношением

=(Ih), (3)

где - гиромагнитное отношение, имеющее размерность радиан∙эрстед-1∙секунда-1 (рад∙Э-1∙с-1) или радиан/(эрстед∙секунда) (рад/(Э∙с)). С учетом этого найдем:

. (4)

Таким образом, частота пропорциональна приложенному полю.
Если в качестве типичного примера взять значение  для протона, равное 2,6753∙104 рад/(Э∙с), и H0 = 10000 Э, то резонансная частота
.
Такая частота может быть генерирована обычными радиотехническими методами.
Спектроскопия ЯМР характеризуется рядом особенностей, выделяющих ее среди других аналитических методов. Около половины (150) ядер известных изотопов имеют магнитные моменты, однако только меньшая часть их систематически используется.
До появления спектрометров, работающих в импульсном режиме, большинство исследований выполнялось с использованием явления ЯМР на ядрах водорода (протонах) 1H (протонный магнитный резонанс - ПМР) и фтора 19F. Эти ядра обладают идеальными для спектроскопии ЯМР свойствами:
• высокое естественное содержание "магнитного" изотопа (1H 99,98%, 19F 100%); для сравнения можно упомянуть, что естественное содержание "магнитного" изотопа углерода 13C составляет 1,1%;
• большой магнитный момент;
• спин I= 1/2.
Это обуславливает прежде всего высокую чувствительность метода при детектировании сигналов от указанных выше ядер. Кроме того, существует теоретически строго обоснованное правило, согласно которому только ядра со спином, равным или большим единицы, обладают электрическим квадрупольным моментом. Следовательно, эксперименты по ЯМР 1H и 19F не осложняются взаимодействием ядерного квадрупольного момента ядра с электрическим окружением. Большое количество работ было посвящено резонансу на других (помимо 1H и 19F) ядрах, таких, как 13C, 31P, 11B, 17O в жидкой фазе (так же, как и на ядрах 1H и 19F).
Внедрение импульсных спектрометров ЯМР в повседневную практику существенно расширило экспериментальные возможности этого вида спектроскопии. В частности, запись спектров ЯМР 13C растворов - важнейшего для химии изотопа - теперь является фактически привычной процедурой. Обычным явлением стало также детектирование сигналов от ядер, интенсивность сигналов ЯМР которых во много раз меньше интенсивности для сигналов от 1H, в том числе и в твердой фазе.
Спектры ЯМР высокого разрешения обычно состоят из узких, хорошо разрешенных линий (сигналов), соответствующих магнитным ядрам в различном химическом окружении. Интенсивности (площади) сигналов при записи спектров пропорциональны числу магнитных ядер в каждой группировке, что дает возможность проводить количественный анализ по спектрам ЯМР без предварительной калибровки.
Еще одна особенность ЯМР - влияние обменных процессов, в которых участвуют резонирующие ядра, на положение и ширину резонансных сигналов. Таким образом, по спектрам ЯМР можно изучать природу таких процессов. Линии ЯМР в спектрах жидкостей обычно имеют ширину 0,1-1 Гц (ЯМР высокого разрешения), в то время как те же самые ядра, исследуемые в твердой фазе, будут обусловливать появление линий шириной порядка 1∙104 Гц (отсюда понятие ЯМР широких линий).
В спектроскопии ЯМР высокого разрешения имеются два главных источника информации о строении и динамике молекул:
• химический сдвиг;
• константы спин-спинового взаимодействия.

.2 Химический сдвиг

В реальных условиях резонирующие ядра, сигналы ЯМР которых детектируются, являются составной частью атомов или молекул. При помещении исследуемых веществ в магнитное поле (H0) возникает диамагнитный момент атомов (молекул), обусловленный орбитальным движением электронов. Это движение электронов образует эффективные токи и, следовательно, создает вторичное магнитное поле, пропорциональное в соответствии с законом Ленца полю H0 и противоположно направленное. Данное вторичное поле действует на ядро. Таким образом, локальное поле в том месте, где находится резонирующее ядро,
= Но(1-), (5)

где - безразмерная постоянная, называемая постоянной экранирования и не зависящая от H0, но сильно зависящая от химического (электронного) окружения; она характеризует уменьшение Hлок по сравнению с H0.
Величина  меняется от значения порядка 10-5 для протона до значений порядка 10-2 для тяжелых ядер. С учетом выражения для Hлок имеем:

. (6)

Эффект экранирования заключается в уменьшении расстояния между уровнями ядерной магнитной энергии или, другими словами, приводит к сближению зеемановских уровней (рис. 2.2.1). [10]

Рисунок 2.2.1 - Влияние электронного экранирования на зеемановские уровни ядра: а - неэкранированого, б - экранированного.

При этом кванты энергии, вызывающие переходы между уровнями, становятся меньше и, следовательно, резонанс наступает при меньших частотах (см. формулу (6)). Если проводить эксперимент, изменяя поле H0 до тех пор, пока не наступит резонанс, то напряженность приложенного поля должна иметь большую величину по сравнению со случаем, когда ядро не экранировано.
В подавляющем большинстве спектрометров ЯМР запись спектров осуществляется при изменении поля слева направо, поэтому сигналы (пики) наиболее экранированных ядер должны находиться в правой части спектра.
Смещение сигнала в зависимости от химического окружения, обусловленное различием в константах экранирования, называется химическим сдвигом.
Впервые сообщения об открытии химического сдвига появились в нескольких публикациях 1950 - 1951 годов. Среди них необходимо выделить работу Арнольда с соавторами, получивших первый спектр с отдельными линиями, соответствующими химически различным положениям одинаковых ядер 1H в одной молекуле. Речь идет об этиловом спирте CH3CH2OH, типичный спектр ЯМР 1H которого при низком разрешении показан на рис. 2.2.2.
В этой молекуле три типа протонов: три протона метильной группы CH3 -, два протона метиленовой группы - CH2 - и один протон гидроксильной группы - OH. Видно, что три отдельных сигнала соответствуют трем типам протонов. Так как интенсивность сигналов находится в соотношении 3:2: 1, то расшифровка спектра (отнесение сигналов) не представляет труда.

Рисунок 2.2.2 - Спектр протонного резонанса жидкого этилового спирта, снятый при низком разрешении.

Поскольку химические сдвиги нельзя измерять в абсолютной шкале, то есть относительно ядра, лишенного всех его электронов, то в качестве условного нуля используется сигнал эталонного соединения. Обычно значения химического сдвига для любых ядер приводятся в виде безразмерного параметра , определяемого следующим образом:

. (7)

В реальных условиях эксперимента более точно можно измерить частоту, а не поле, поэтому  обычно находят из выражения:

, (8)

где - ЭТ есть разность химических сдвигов для образца и эталона, выраженная в единицах частоты (Гц); в этих единицах обычно производится калибровка спектров ЯМР.
Строго говоря, следовало бы пользоваться не 0 - рабочей частотой спектрометра (она обычно фиксирована), а частотой ЭТ, то есть абсолютной частотой, на которой наблюдается резонансный сигнал эталона. Однако вносимая при такой замене ошибка очень мала, так как 0 и ЭT почти равны (отличие составляет 10-5, то есть на величину а для протона). Поскольку разные спектрометры ЯМР работают на разных частотах 0 (и, следовательно, при различных полях H0), очевидна необходимость выражения в безразмерных единицах.
За единицу химического сдвига принимается одна миллионная доля напряженности поля или резонансной частоты (м.д.). В зарубежной литературе этому сокращению соответствует ppm (parts per million). Для большинства ядер, входящих в состав диамагнитных соединений, диапазон химических сдвигов их сигналов составляет сотни и тысячи м.д., достигая 20000 м.д. в случае ЯМР 59Co (кобальта). В спектрах 1H сигналы протонов подавляющего числа соединений лежат в интервале 0-10 м.д. [10]

.3 Спин-спиновое взаимодействие

В 1951-1953 годах при записи спектров ЯМР ряда жидкостей обнаружилось, что в спектрах некоторых веществ больше линий, чем это следует из простой оценки числа неэквивалентных ядер. Один из первых примеров - то это резонанс на фторе в молекуле POCI2F. Спектр 19F состоит из двух линий равной интенсивности, хотя в молекуле есть только один атом фтора (рис. 2.3.1). Молекулы других соединений давали симметричные мультиплетные сигналы (триплеты, квартеты и т.д.).

Рисунок 2.3.1 - Дублет в спектре резонанса на ядрах фтора в молекуле POCI2F.

Другим важным фактором, обнаруженным в таких спектрах, было то, что расстояние между линиями, измеренное в частотной шкале, не зависит от приложенного поля H0, вместо того чтобы быть ему пропорциональным, как должно быть в случае, если бы мультиплетность возникала из-за различия в константах экранирования.
Рэмзи и Парселл в 1952 году первыми объяснили это взаимодействие, показав, что оно обусловлено механизмом косвенной связи через электронное окружение. Ядерный спин стремится ориентировать спины электронов, окружающих данное ядро. Те, в свою очередь, ориентируют спины других электронов и через них - спины других ядер. Энергия спин-спинового взаимодействия обычно выражается в герцах (т.е. постоянную Планка принимают за единицу энергии, исходя из того, что E=h). Ясно, что нет необходимости (в отличие от химического сдвига) выражать ее в относительных единицах, так как обсуждаемое взаимодействие, как отмечалось выше, не зависит от напряженности внешнего поля. Величину взаимодействия можно определить измеряя расстояние между компонентами соответствующего мультиплета.
Простейшим примером расщепления из-за спин-спиновой связи, с которым можно встретиться, является резонансный спектр молекулы, содержащей два сорта магнитных ядер А и Х. Ядра А и Х могут представлять собой как различные ядра, так и ядра одного изотопа (например, 1H) в том случае, когда химические сдвиги между их резонансными сигналами велики.
На рис. 2.3.2 показано, как выглядит спектр ЯМР, если оба ядра, то есть А и Х, имеют спин, равный 1/2. Расстояние между компонентами в каждом дублете называют константой спин-спинового взаимодействия и обычно обозначают как J(Гц); в данном случае это константа JАХ.

Рисунок 2.3.2 - Вид спектра ЯМР системы, состоящей из магнитных ядер А и Х со спином, равным ½ при выполнении условия δAX JАХ.

Возникновение дублетов обусловлено тем, что каждое ядро расщепляет резонансные линии соседнего ядра на 2I+1 компонент. Разности энергий между различными спиновыми состояниями так малы, что при тепловом равновесии вероятности этих состояний в соответствии с больцмановским распределением оказываются почти равными. Следовательно, интенсивности всех линий мультиплета, получающегося от взаимодействия с одним ядром, будут равны. В случае, когда имеется n эквивалентных ядер (то есть одинаково экранированных, поэтому их сигналы имеют одинаковый химический сдвиг), резонансный сигнал соседнего ядра расщепляется на 2nI+1 линий. [10]

.4 Анализаторы веществ на основе ЯМР

Схема простейшего анализатора веществ на основе ЯМР показана на рис. 2.4.1а. [9]

a b
Рисунок 2.4.1 - Анализатор на основе ЯМР: NS - постоянный магнит, создающий магнитное поле напряженностью H0, АВ - анализируемое вещество в пробирке, КВ - катушка возбуждения, КП - катушка приемника, ГВЧ - генератор высокой частоты с изменяемой частотой f, ГКИ - генератор коротких импульсов, К - ключ возбуждения, КИ - ключ приема, работающий инверсно ключу К, ПВЧ - приемник высокой частоты, Up - выходное напряжение релаксации.

Пробирка с анализируемым веществом АВ помещается в постоянном магнитном поле, напряженностью H0. На пробирку надеваются две катушки: катушка возбуждения КВ и катушка приема КП, причем так, чтобы оси катушек и соответственно их векторы магнитных полей были ортогональны вектору H0.
Импульс с ГКИ длительностью Ти (см. рис. 2.4.1b) открывает ключ К и сигнал высокой частоты fe в виде радиоимпульса поступает на катушку возбуждения КВ. Если частота возбуждения fe совпадает с одной из частот Лармора элементов, содержащихся в анализируемом веществе АВ, то наступает резонанс и амплитуда спин решетчатой релаксации Up, воспринимаемая приемной катушкой КП и усиленная приемником ПВЧ становится максимальной. Ключ КИ, работающий в инверсном режиме, отсекает от приема сигнал возбуждения, оставляя только сигнал релаксации, как показано на рис. 3b. Именно этот сигнал показывает степень накачки ядер элементов. Поэтому, меняя частоту fe генератора ГВЧ, находят все резонансные частоты и по ним определяют наличие соответствующих элементов. Спин-решетчатая и спин-спиновая релаксации характеризуются амплитудами Up и временами релаксации T1 и T2. Эти параметры зависят от многих факторов, среди которых можно выделить следующие основные:
. тип ядра,
. частота резонанса fp,
. температура,
. подвижность (микровязкость) вещества,
. наличие больших молекул,
. наличие пара и ферромагнитных молекул и ионов.
Первый и три последних характеризует состав вещества, который и является предметом анализа.

3. Обзор аппаратуры

Техническая реализация ЯМР-томографа каждой фирмой-производителем изобилует своими особенностями, однако имеется основа, на которой она базируется. На рисунке 3.1 показана основная схема ЯМР-томографов. В комнате сканирования КС располагаются все компоненты томографа, связанные с достаточно сильными электромагнитными излучениями: сверхпроводящий магнит, градиентные катушки, радиочастотные катушки. Пациент располагается внутри всей системы катушек на специальном столе С, который для точного позиционирования управляется компьютером Ком. через интерфейс-контроллер ИК. Комната сканирования окружена экраном для снижения электромагнитных излучений во внешнюю среду.

Рисунок 3.1 - Структура ЯМР-томографа.

Электронная начинка томографа располагается, как правило, в другой комнате-операторской. "Сердцем" электроники является достаточно мощный компьютер Ком. со всей традиционной периферией: дисплеем, клавиатурой, печатью, фотопечатью, накопителями информации и т.п. Компьютер снабжен программно-математическим обеспечение ЛМО, с помощью которого через интерфейс-контроллер ИК управляет всем томографом, а также обрабатывает сигнал релаксации. Прежде всего, компьютер управляет выбором частоты синтезатора радиочастоты (Синт. РЧ). Последний вырабатывает гармонические колебания с малой нелинейностью в диапазоне частот возбуждения объекта. Для организации процесса релаксации, возбуждение осуществляется кратковременным радиоимпульсом, как правило, колоколообразной формой огибающей. Для этого компьютер формирует и задает через ЦАП М сигнал модуляции на модулятор Мод. РЧ. Затем промодулированный сигнал возбуждения усиливается усилителем мощности УМ РЧ и поступает в радиочастотную катушку возбуждения.
Градиентные поля по X, Y и Z определяются сигналами с соответствующих цифро-аналоговых преобразователей ЦАП Gx, ЦАП Gy и ЦАП Gz, программируемых опять же компьютером.
Сигнал релаксации, воспринимаемый приемной радиочастотной катушкой, поступает на приемник (Прием. РЧ), работающий практически по классической супергетеродинной схеме. Выходной сигнал приемника на промежуточной частоте без детектирования поступает на скоростной АЦП. Массивы кодов с АЦП обычно запоминаются в памяти интерфейса-контроллера ИК, где осуществляется их первичная обработка. Здесь располагается сигнальный процессор с матричным перемножителем для обеспечения быстрого Фурье-преобразования. Окончательное обеспечение вычислительного реконструирования изображения осуществляется компьютером и результат отображается на дисплее.
Системы МРТ в основном отличаются типами главных магнитов. В выпускаемых МРТ используются три типа магнитов: резистивные, сверхпроводящие (криогенные) и постоянные.
Резистивные магниты представляют собой систему катушек с конечным сопротивлением, по которым протекает постоянный ток. Они могут создать поле с относительно небольшой индукцией до 0,4 Тл и используются в МРТ, дающих изображения только «протонного» типа. Однако для создания даже такой сравнительно небольшой индукции требуются большие ток и мощность (так для магнита МРТ «ИМТТОМ» порядка 200 А и 60 кВт). Причем вся подводимая мощность превращается в тепло, которое необходимо отводить.
Именно такие томографы представляет собой наиболее сложную систему, состоящую из большого числа узлов различного назначения и размещенную на большой площади. Это связано со сложной энергетической установкой для питания главного магнита и с системой водяного охлаждения.
Структурная схема системы МРТ с резистивным магнитом представлена на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2 - Структурная схема системы МРТ с резистивным магнитом.

Технические характеристики некоторых моделей приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 - Технические характеристики МР - томографов.
Технические характеристики Постоянный магнит: «Hitachi AIRIS Mate» Резистивный магнит: «ИМТТОМ» Сверхпроводящий магнит: «MAGNETOM Harmony»
Напряженность поля, Тл 0,2 0,25 1,0
Частота, МГц 8 5 - 6 80
Максимальные градиенты, мТл/м 15 10 30
Минимальная толщина среза, мм 0,5 0,85 0,05
Матрица сканирования 512х512 от 126х64 до 512х512 256х256
Время реконструкции слоя, с около 1 30 0,4
Потребляемая мощность, кВт 3 около 60 -

Проведем сравнительную характеристику рассмотренных видов магнитов. Она представлена в таблице 3.

Таблица 3.2 - Преимущества и недостатки магнитов МРТ.
Тип магнита Преимущества Недостатки
1 2 3
Постоянный Низкое энергопотребление Ограниченная напряженность поля (< 0.2 Тл)
Низкие эксплуатационные расходы Очень тяжелый
Маленькое поле неуверенного приема Нет быстрого охлаждения
Без криогена Нет аварийного снижения магнитного поля
Резистивный Низкая стоимость Высокое энергопотребление
Легкий вес Ограниченная напряженность поля (< 0.3 Тл)
Может быть отключен Требуется водяное охлаждение
Большое поле неуверенного приема
Сверхпроводящий Высокая напряженность поля Высокая стоимость
Высокая однородность поля Высокие расходы на криогенное обеспечение
Низкое энергопотребление Артефакты движения
Быстрое сканирование Техническая сложность

В современных МРТ системах используются в основном постоянные и сверхпроводящие магниты. Это объясняется тем, что у них достаточно малое энергопотребление, и они не требуют дорогостоящей, а также энергоемкой системы охлаждения.
Напряженность поля постоянного магнита ограничена, но с развитием новых технологий, таких как, например, Tim-технология (Total imaging matrix), которая представляет собой революционное развитие радиочастотного тракта, РЧ-катушек и алгоритмов реконструкции с использованием методов параллельной визуализации, получаемые изображения ни в чём не уступают изображениям со сверхпроводящего МРТ. Также неоспоримым плюсом является то, что постоянные магниты могут быть так называемой «открытой» конфигурации, что позволяет проводить исследования в движении, в положении стоя, а также осуществлять доступ врачей к пациенту во время исследования и проведение манипуляций (диагностических, лечебных) под контролем МРТ - так называемая интервенционная МРТ.
Похожие материалы:
    Реферат: Основы работы магнитно-резонансных томографов. Техническое обслужи ... Реферат: Основы работы магнитно-резонансных томографов. Техническое обслужи ...
    Магнитно-резонансная томография (МРТ, MRT, MRI) - томографический метод исследования внутренних органов и тканей с использованием физического явления ядерного магнитного резонанса - метод основан на измерении электромагнитного отклика ядер атомов

    Реферат: Магнитно-резонансная томография Реферат: Магнитно-резонансная томография
    Магнитно-резонансная томография (МРТ) - метод получения изображения внутренних структур тела человека при помощи магнитно-резонансного томографа. Метод позволяет оценивать как анатомические, так и функциональные особенности строения.

    Реферат: ПРИНЦИПЫ МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНОЙ ТОМОГРАФИИ Реферат: ПРИНЦИПЫ МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНОЙ ТОМОГРАФИИ
    Явление ЯМР было открыто сравнительно недавно в 1946 году, за открытие которого F. Bloch и E. Purcell получили Нобелевскую премию. Однако метод МРТ вышел за рамки лабораторных исследований совсем недавно - в начале 80-х годов и к настоящему времени

    Введение в курс спектроскопии ЯМР - Гюнтер Х. - 1984 год - 478 с. Введение в курс спектроскопии ЯМР - Гюнтер Х. - 1984 год - 478 с.
    Описание: Одно из лучших учебных пособий по спектроскопии ЯМР. Автор – известный ученый из ФРГ. Большую справочную ценность книге придают таблицы типичных значений химических сдвигов и констант спин-спинового взаимодействия ядер в основных структурных

    Основы МРТ - Джозеф П. Хорнак - 2005 год Основы МРТ - Джозеф П. Хорнак - 2005 год
    Магнитно-резонансная томография (МРТ) - это метод отображения, используемый, главным образом, в медицинских установках, для получения высококачественных изображений органов человеческого тела. МРТ основана на принципах ядерно-магнитного резонанса (ЯМР),

    Магнитотерапия - Колтовой Н.А. - 2017 год Магнитотерапия - Колтовой Н.А. - 2017 год
    В книге рассматриваются вопросы воздействия магнитным полем на живые организмы, магнитотерапия, свойства омагниченной воды, регистрация магнитного поля человека.

    Реферат: Метод магнитно-резонансной томографии Реферат: Метод магнитно-резонансной томографии
    У метода МР - томографии не было определенной даты основания. Скорее историю развития метода можно охарактеризовать долгим периодом накопления знаний благодаря работам многих исследователей, физиков и математиков, что позволило в конце 20 в. применить

    Интроскопия на основе ядерного магнитного резонанса - Сороко Л.М. - 1986 го ... Интроскопия на основе ядерного магнитного резонанса - Сороко Л.М. - 1986 го ...
    Последовательно изложены физико-математические основы интроскопии при помощи ядерного магнитного резонанса (ЯМР-интроскопии) и описана аппаратура, используемая в этом виде интроскопии. Дан краткий обзор применения ЯМР-интроскопии в медицине и для

    Реферат: Аппараты электронного парамагнитного резонанса Реферат: Аппараты электронного парамагнитного резонанса
    Явление электронного парамагнитного резонанса было открыто в 1944 г. Евгением Константиновичем Завойским, который обнаружил, что монокристалл CuCl2, помещенный в постоянное магнитное поле 4 мТл, поглощает микроволновое излучение с частотой около 133 МГц.

    Постоянные магнитные поля и их применение в медицине - Гуляр С.А., Лимански ... Постоянные магнитные поля и их применение в медицине - Гуляр С.А., Лимански ...
    Монография представляет собой первое профессиональное издание, обосновывающее применение переносимых магнитов с лечебной целью. На основании экспериментальных и клинических данных, имеющихся в современной литературе, своевременно обращается внимание на


Добавление комментария

Ваше Имя:
Ваш E-Mail:

Код:
Включите эту картинку для отображения кода безопасности
обновить, если не виден код
Введите код: