Основные принципы работы магнитно-резонансного томографа
Метод магнитно-резонансной томографии основывается на явлении ядерного магнитного резонанса. Он позволяет визуализировать внутренние структуры организма без применения ионизирующего излучения, что делает его безопасным и неинвазивным методом диагностики.
Для проведения диагностического сканирования и других процедур визуализации.
Для защиты аппаратов МРТ и процедурных комнат от электромагнитных и радиочастотных помех.
Физические основы метода
В основе метода лежит взаимодействие магнитного поля с атомными ядрами. В первую очередь, это ядра водорода, так как они наиболее распространены в организме человека благодаря высокому содержанию воды. Под воздействием внешнего магнитного поля протоны водорода начинают колебаться, или прецессировать, вокруг оси магнитного поля. Частота этих колебаний называется ларморовской частотой. Она зависит от напряжённости магнитного поля и характеристик ядер.
Прецессия протонов с резонансной ларморовской частотой определяется следующей формулой:
ω0 — ларморовская частота,
γ — гиромагнитное отношение,
B0 — напряжённость магнитного поля.
После введения пациента в магнитное поле томографа создаётся градиентное магнитное поле, которое позволяет определять пространственные координаты сигналов. Для получения изображения используется радиочастотный импульс, который временно выводит протоны из состояния равновесия. После прекращения действия импульса протоны возвращаются в свое исходное состояние, испуская радиочастотный сигнал, который регистрируется приёмной катушкой томографа. Время релаксации, необходимое для возвращения протонов в исходное состояние, зависит от свойств тканей и используется для получения контрастных изображений.
Существует два типа времени релаксации:
Спиново-решёточная релаксация (Т1) — время, необходимое для восстановления продольной намагниченности.
Спин-спиновая релаксация (Т2) — время, необходимое для затухания поперечной намагниченности.
Для формирования окончательного изображения применяется сложная математическая обработка сигнала, включающая преобразование Фурье. Это позволяет преобразовать временные сигналы в пространственные данные, создавая детализированные изображения внутренних структур организма.
Внутреннее устройство аппарата МРТ
Основными компонентами магнитно-резонансного томографа являются магниты, радиочастотные и градиентные катушки. Совместно они позволяют создавать магнитное поле, передавать и принимать радиочастотные сигналы, а также с точностью определять расположение сигнала.
Типы магнитов
Постоянные магниты. Эти магниты создают стабильное магнитное поле без необходимости постоянного энергоснабжения. Они обычно используются в открытых МРТ-аппаратах и имеют низкое энергопотребление, но ограничены напряжённостью поля (менее 0.3 Тесла).
Резистивные магниты. Такие магниты создают поле с помощью электрического тока, проходящего через катушку. Их можно быстро включать и выключать, но они потребляют значительное количество электроэнергии и требуют соответствующей системы охлаждения.
Сверхпроводящие магниты. Эти магниты создают очень мощное и стабильное поле благодаря использованию сверхпроводящих материалов, охлаждаемых жидким гелием. Они обеспечивают высокое качество изображений и используются в большинстве современных МРТ-аппаратов.
Радиочастотные катушки
Объёмные катушки. Они имеют седловидную форму и обеспечивают однородность РЧ-поля. Объект исследования помещается внутрь такой катушки, что позволяет использовать её как для передачи, так и для приёма сигнала. Примеры включают катушки для головы и колена.
Поверхностные катушки. Эти катушки располагаются над исследуемой областью, такие как височно-нижнечелюстной сустав или плечо. Они обеспечивают высокое отношение сигнал-шум (SNR), но их сигнал быстро теряет однородность по мере удаления от катушки.
Квадратурные катушки. Состоят из нескольких проводов, расположенных под углом друг к другу, что позволяет генерировать более сильный сигнал по сравнению с одиночными катушками. Большинство объемных катушек являются квадратурными.
Катушки с фазовой решёткой. Состоят из нескольких поверхностных катушек, что позволяет создать катушку с большой областью чувствительности. Такие катушки обладают самым высоким отношением сигнал-шум.
Градиентные катушки
Градиентные катушки создают дополнительные магнитные поля, которые изменяются линейно в пространстве. Эти поля необходимы для кодирования пространственной информации и точного определения местоположения сигнала в организме. Они используются для разделения сигналов, поступающих от разных участков исследуемой области, что позволяет получать изображения с высокой разрешающей способностью.
Для охлаждения аппаратов МРТ и обеспечения их стабильной работы во время сканирования.
Для создания оптимальных условий работы в кабинетах томографии и ангиографии.
Заключение
Итак, метод магнитно-резонансной томографии основывается на физических принципах взаимодействия протонов с внешним магнитным полем и радиочастотными импульсами. Эти взаимодействия позволяют получать высококачественные изображения внутренних структур тела, что делает МРТ важным инструментом в медицинской диагностике. При этом магнитно-резонансная томография предоставляет возможность получать изображения в разных плоскостях в трёхмерном формате без использования ионизирующего излучения. Это делает её незаменимой в точной диагностике целого ряда заболеваний и раннем выявлении различных патологий.
