Принципы томографии (стр. 4 из 5)
Число молекулярных движений с частотой меньшей или равной частоте Лармора, обратно пропорционально T2.
В общем, из-за уменьшения в случайных движениях молекул компонентов частот, влияющих на релаксацию, с увеличением Bo время релаксации растет.
Уравнения Блоха
Уравнениями Блоха является система сдвоенных дифференциальных уравнений, которая используется для описания поведения вектора намагниченности в любых условиях.
Правильное интегрирование, уравнения Блоха дает X', Y', и Z-составляющие намагниченности, как функции от времени.
Сбор данных
Во время процессов релаксации протоны излучают избыточную энергию, полученную от 90º РЧ импульса, в виде радиоволн. Для создания изображения необходимо собрать эти волны прежде, чем они исчезнут в пространстве.Это можно осуществить с помощью приемной катушки. Приемная катушка может быть как передающей, так и только приемной.
Интересный и чрезвычайно важный факт позиционирования приемной катушки.Приемная катушка должна быть помещена под определенными углами к главному магнитному полю (B0). Неправильное расположение приведет к формированию изображения без сигнала. И вот почему: если мы откроем катушку, мы по существу ничего не увидим, кроме петли медного провода. При прохождении магнитного поля через петлю, в ней индуцируется ток. петлю, в ней индуцируется ток. B0 - очень сильное магнитное поле; намного сильнее, чем РЧ сигнал, который мы хотим получить. Это означает, что про помещении катушки определенным образом, B0, проходя сквозь катушку, индуцирует огромный ток, а небольшой ток, вызванный РЧ волной, подавляется. На изображении мы увидим только много зерен (называемых шумом).
Поэтому мы должны убедиться, что приемная катушка расположена таким образом, что B0 не проходит сквозь нее. Единственный способ выполнить это требование заключается в помещении приемной катушки под правильными углами к B0 как показано на рисунке.
Расположение катушки под правильными углами к B0 преследует цель получение сигналов только от тех процессов, которые происходят под определенными углами к B0. Это не что иное, как T2 релаксация. T2 релаксация – затухающий процесс, означающий высокую фазовую когерентность в начале процесса, но быстро уменьшающуюся до полного исчезновения когерентности в конце.
Следовательно, полученный сигнал в начале сильный, но быстро ослабевает за счет T2 релаксации.Сигнал называется спадом магнитной индукции (FID - Free Induction Decay). FID– сигнал, полученный в отсутствии магнитного поля. При действии магнитного поля спад T2 происходит быстрее за счет локальной (микроскопической) неоднородности магнитного поля и химического сдвига, известные как T2* эффекты. Полученный сигнал гораздо короче T2. Фактический сигнал ослабевает очень быстро; за ± 40 миллисекунд он уменьшается почти до нуля.Вычисление и вывод на экран
Полученный сигнал поступает в компьютер и, через четверть секунды изображение появляется на экране. Рисунок иллюстрирует весь процесс графически.
Аппаратное обеспечение
МРТ сканеры очень разнообразны. Можно выбрать постоянный, резистивный, сверхпроводящий магнит, открытого или сквозного типа, с гелием или без него, с низкой или высокой напряженностью поля. Выбор магнита главным образом зависит от того, для чего планируется его использовать и сколько денег в распоряжении. Возможно использование высокопольных и низкопольных магнитов.
Первые МР-системы были низкопольными – их магниты имели силу поля 0,02-0,35 Тесла (Тл). Потом, стараясь получить более сильный сигнал, производители сделали крен в сторону высокопольных (1,0-1,5 Тл) систем. В первую половину 90-х годов ХХ века качество изображений более экономичных низко- и среднепольных систем удалось существенно улучшить и их доля в числе установленных приборов стала увеличиваться. Анализ развития МРТ показывает, что в западных странах МРТ достигала трети от числа установленных систем, а в России превышала 90%.
Однако, со второй половины 90-х годов ХХ века стало очевидным, что полный спектр возможностей МРТ (МР-ангиография, исследования сердца, быстрая томография, исследования скорости кровотока, спектроскопия) в наибольшей степени могут быть реализованы только на высокопольных системах. Поэтому, в западных странах большинство новых МР-систем вновь стали составлять томографы с высоким полем (более 90% рынка). В России также в последние годы было установлено значительное количество высокопольных МР-систем. Существенно, что растет популярность систем с полем в 3 Тл (более 10% от числа новых систем), хотя их преимущества в клинической практике перед системами в 1,5 Тл пока не доказаны. Достоинства 3-тесловых МРТ (более дорогих, чем модели с меньшим полем) при исследованиях органов тела (сердца, печени, почек и других органов) пока не очевидны.
Конструктивно 3-тесловые МР-системы по своим габаритам сейчас сопоставимы с 1-1,5 Тл аппаратами. Но достоинства этих приборов не определяются линейной функцией силы магнитного поля. На сегодняшний день стало очевидным, что 3-тесловые МРТ имеют определенные преимущества при исследованиях головного мозга, выполнении спектроскопии, функциональной МРТ, трактографии, МР-ангиографии церебральных сосудов и при некоторых других видах специальных исследований. По этой причине большинство западных университетских центров покупают более дорогие 3-тесловые МРТ как вторые или третьи системы, на которых выполняются различные научные исследования. Для целей клинической диагностики высокого уровня «флагманами» по-прежнему остаются 1,5-тесловые томографы.
Типы магнитов
Постоянные магниты.
Постоянный магнит состоит из материала, который намагничен таким образом, что магнитное поле не ослабевает (подобно магниту для заметок, который вы приклеиваете на холодильник). Напряженность поля обычно очень низкая и колеблется между 0.064T ~ 0.3T (единица напряженности магнитного поля – Тесла. 1 Тесла = 10000 Гаусс). Постоянные магниты имеют обычно открытую конструкцию, более удобную для пациента.
На рисунке представлен томограф Access от Toshiba с полем 0.064 Т.Access был первым в мире МРТ сканером открытого типа.
| ПРЕИМУЩЕСТВА | НЕДОСТАТКИ |
| Низкое энергопотреблениеНизкие эксплуатационные расходыМаленькое поле неуверенного приемаБез криогена | Ограниченная напряженность поля (<0.3T)Очень тяжелыйНет быстрого охлажденияНет аварийного снижения магнитного поля |
Резистивные магниты
Резистивные магниты – очень большие электромагниты, подобные тем, которые используются на автомобильных свалках для переноса корпусов. Магнитное поле порождается током, который течет по обмоткам проводов. Резистивные магниты существуют в двух вариантах: с воздушным и со стальным сердечниками. Напряженность поля может достигать 0.3 Т. Эти магниты выделяют много тепла, что требует водяного охлаждения. К тому же они потребляют большое количество электроэнергии, и в целях ее экономии их обычно выключают в перерывах между исследованиями. Их, как правило, открытая конструкция снижает проблему клаустрофобии.
Рисунок демонстрирует систему Airis (с воздушным сердечником) фирмы Hitachi с полем 0.3Т. | ПРЕИМУЩЕСТВА | НЕДОСТАТКИ |
| Низкая стоимостьЛегкий весМожет быть отключен | Высокое энергопотреблениеОграниченная напряженность поля (<0.2T)Требуется водяное охлаждениеБольшое поле неуверенного приема |
Сверхпроводящие магниты.
В настоящее время наиболее широко используются сверхпроводящие магниты. Магнитное поле порождается током, который течет по обмоткам проводов. Провод окружен хладагентом, таким как жидкий гелий, для уменьшения электрического сопротивления.
При температуре 4 Кельвина (-269°C) электрический провод “теряет” электрическое сопротивление. Однажды возбужденный в сверхпроводящем кольце ток позволяет поддерживать магнитное поле. Сверхпроводимость используется в системах с очень высокой напряженностью поля до 12 Т. Наиболее часто в клинической практике применяются системы с напряженностью поля до 1.5 Т. Большинство сверхпроводящих магнитов – магниты сквозного типа.
На рисунке представлена структура сверхпроводящего магнита. Вакуумный слой, окружающий кольцо, действует как термоизоляционная защита. Эта защита предотвращает слишком быстрое выкипание гелия.Рисунок показывает несколько примеров магнитов сквозного типа разных производителей.
| ПРЕИМУЩЕСТВА | НЕДОСТАТКИ |
| Высокая напряженность поляВысокая однородность поляНизкое энергопотреблениеВысокое отношение сигнал/шумБыстрое сканирование | Высокая стоимостьВысокие расходы на криогенное обеспечениеАкустический шумАртефакты движенияТехническая сложность |
В 1997 году фирма Toshiba представила первый в мире сверхпроводящий магнит открытого типа. В системе используется специальный металлический сплав, который проводит низкую температуру, необходимую для сверхпроводимости. Преимущество этого состоит в том, что система не нуждается в заправке гелия, поэтому резко сокращаются эксплуатационные расходы. Открытая конструкция уменьшает беспокойство и клаустрофобию пациента.