МРТ

Магнитно-резонансная томография. Как много непонятного в этом словосочетании. Сегодня я предлагаю вам разобраться в чем заключается суть такого обследования и опасно ли оно для человека!

Заваривайте чаек и устраивайтесь поудобнее!

МРТ является одним из способов визуализации "внутреннего мира человека". На ряду с другими методами (УЗИ, рентген) МРТ позволяет исследовать состояние внутренних органов человека.

В основе метода магнитно-резонансной томографии лежит явление ядерного магнитного резонанса (ЯМР), открытого в 1938 году, связанного с магнитными свойствами ядер а именно с ненулевым спином этих ядер (спин ядра - полный момент импульса ядра, который складывается из собственных и орбитальных моментов нуклонов).

Если ядро находится во внешнем магнитном поле, то оно будет иметь энергию относительно этого поля. Как мы уже давно выяснили: любая система стремится занять положение с минимумом энергии. И в случае с магнитным полем, минимальной энергией ядро будет обладать в случае, если его собственный момент импульса будет совпадать с вектором напряженности внешнего магнитного поля.

Чтобы перевести ядро в более высокоэнергетическое состояние необходимо добавить ему энергии. Добавить её можно при облучении ядра квантами электромагнитных волн с резонансной частотой ω, определяемой соотношением ΔЕ = ћω. В результате ядро сможет скачком перейти в состояние с большей энергией, в котором его спин будет направлен против поля. Нахождение ядра в этом состоянии оказывается энергетически не выгодным и после снятия магнитного поля происходит излучение электромагнитного кванта той же резонансной частоты.

Резонансной она называется по простой причине: облучение образца квантами немного большей или меньше энергии не вызовет перехода ядра в возбуждённое состояние из-за малой ширины более высокого энергетического подуровня. То есть ядро не поглотит электромагнитную волну не подходящей частоты и останется в основном состоянии.

После того как ядро испустит лишнюю энергию в виде излучения, высокочувствительная аппаратура должна поймать эти кванты, чтобы узнать, сколько ядер в конкретной части тела перешло в возбужденное состояние. Но кванты испускаемые ядрами могут лететь в любом направлении. Из-за этого, точное определение того, откуда был испущен конкретный квант излучения оказывается весьма трудной задачей.

Ключевой особенностью ЯМР является то, что резонансная частота прямо пропорциональна напряжённости приложенного магнитного поля. Именно это и используется в методах визуализации объектов: если образец помещен в неоднородное магнитное поле, то резонансные частоты ядер в разных частях образца будут отличаться. Поэтому пространственное разрешение такого подхода визуализации зависит от величины градиента магнитного поля (векторная величина, равная отношению разности напряженности поля в двух точках к расстоянию между ними), которое связано с энергетическим разрешением резонансной электромагнитной волны. Сегодня прилагаются большие усилия для достижения высокого градиента напряжённости поля.

Поговорим теперь непосредственно о томографии человека. Всем известно, что мы в основном состоим из воды, то есть в наших телах очень много атомов водорода. При этом ядро каждого атома водорода — это протон, который имеет магнитный момент, равный ядерному магнетону Бора. Его ориентацию можно считать условно направленной “вверх” или “вниз”, а тогда протон можно представить в виде микроскопического магнитика с двоякой возможностью ориентации в пространстве. В жизни магнитные моменты всех ядер водорода (и других веществ) в нашем теле компенсируют друг друга, и общий магнитный момент всего тела равен нулю.

Если поместить множество протонов во внешнее магнитное поле, то их спины начнут пытаться ориентироваться по вектору напряжённости подобно стрелкам компасов в магнитном поле Земли (если изначально они ориентированы как-то иначе). В процессе такой переориентации ядра будут совершать прецессию, подобную прецессии оси гироскопа при попытке его наклонить, поскольку магнитный момент каждого ядра связан с его механическим моментом (спином). «Помочь» ядрам переориентироваться можно действуя на протоны радиоволнами. При правильно подобранной частоте получают резонансное усиление колебаний (увеличение амплитуд прецессий) этих протонов. По окончании внешнего воздействия протоны стремятся вернуться к своим исходным состояниям с наименьшей энергией, и тогда происходит излучение ими радиоволн.

Сердцем устройства МРТ является сверхпроводящий магнит. Как правило подбирается такой материал, чтобы его сопротивление при температуре жидкого гелия равнялось нулю. Именно по этой причине МРТ - вещь не из дешевых. Что сам магнит, что жидкий гелий для него стоят огромных денег.

Внутри магнита расположены градиентные катушки, которые предназначены для создания контролируемых изменений (градиентов) основного магнитного поля по трём координатам (X, Y и Z). Всего в томограф встроены 3 набора катушек, каждый из которых может создавать магнитное поле в определенном направлении.

Так как же формируется изображение в МРТ? Градиенты магнитного поля позволяют кодировать информацию вдоль выбранного направления. Если в присутствии такого градиента приложить радиочастотный импульс, то резонансные условия выполняются только в фиксированном диапазоне частот и координат, что позволяет выбирать толщину слоя анализируемого объекта. Под действием радиочастотных импульсов протоны атомов водорода временно переходят на более высокий энергетический уровень. Возвращение протонов к равновесному состоянию сопровождается возникновением импульсов той же резонансной частоты; их регистрируют и измеряют амплитуду, которая зависит от количества вещества в изучаемой области. В большинстве случаев МРТ изображение представляет собой распределение именно этой амплитуды измеренного сигнала на соответствующей частоте.

Главным преимуществом МРТ является возможность «разрезать» пациента по всем направлениям и многими слоями. Еще в прошлом веке медицина не имела такого инструмента, и чтобы проверить состояние внутренних органов пациента, приходилось делать операцию; теперь же можно ставить диагнозы без хирургического вмешательства.

Думаю из всего вышесказанного вы поняли, что МРТ абсолютно безопасен для человека (если у него нет металлических имплантов, конечно), в отличии от того же рентгена, при котором человек получает пусть и небольшую, но дозу радиации. Нет ничего страшного в том, чтобы на некоторое время переориентировать спин ядер водорода внутри вашего организма.

На этом все. Статья вышла не маленькая но я постарался простым и доступным языком объяснить вам всю суть такого метода обследования как МРТ. Не забывайте ставить свои лайки, так вы помогаете развиваться этому каналу. Всего вам доброго и до скорых встреч!