Zobrazovanie magnetickou rezonanciou (MRI) - princíp činnosti

V roku 1973 uverejnil americký chemik Paul Lauterbur článok v časopise Nature s názvom „Vytvorenie obrázka pomocou indukovanej miestnej interakcie; príklady založené na magnetickej rezonancii. " Neskôr britský fyzik Peter Mansfield ponúkne pokročilejší matematický model na získanie obrazu celého organizmu av roku 2003 výskumníci získajú Nobelovu cenu za objavenie metódy MRI v medicíne.

Významný príspevok k vytvoreniu moderného zobrazovania magnetickou rezonanciou poskytne americký vedec Raymond Damadyan, otec prvého komerčného prístroja na meranie magnetickej rezonancie a autor práce „Detekcia nádoru pomocou nukleárnej magnetickej rezonancie“, ktorá bola vydaná v roku 1971.

Ale spravodlivo stojí za zmienku, že dávno predtým, ako západní vedci, v roku 1960, sovietsky vedec Vladislav Ivanov podrobne stanovil princípy MR, napriek tomu dostal osvedčenie o autorstve až v roku 1984 ... Nechajme debatu o autorstve a nakoniec zvážime všeobecnú Načrtnite princíp činnosti magnetického rezonančného snímača.

V našich organizmoch je veľa atómov vodíka a jadrom každého atómu vodíka je jeden protón, ktorý môže byť predstavovaný ako malý magnet, ktorý existuje v dôsledku prítomnosti nenulovej rotácie na protóne. Skutočnosť, že jadro atómu vodíka (protón) má spin, znamená, že sa točí okolo svojej osi. Je tiež známe, že vodíkové jadro má kladný elektrický náboj a náboj rotujúci spolu s vonkajším povrchom jadra je ako malá cievka s prúdom. Ukazuje sa, že každé jadro atómu vodíka je miniatúrnym zdrojom magnetického poľa.

Ak je teraz veľa jadier atómov vodíka (protónov) umiestnených vo vonkajšom magnetickom poli, potom sa začnú snažiť navigovať týmto magnetickým poľom ako šípky kompasov. Počas tohto preorientovania sa však jadra začnú precesovať (ako sa osy gyroskopu prekrývajú, keď sa ich snažia nakloniť), pretože magnetický moment každého jadra je spojený s mechanickým momentom jadra, s prítomnosťou spinu spomenutého vyššie.

Predpokladajme, že vodíkové jadro bolo umiestnené do vonkajšieho magnetického poľa s indukciou 1 T. Precesná frekvencia bude v tomto prípade 42,58 MHz (jedná sa o takzvanú Larmorovu frekvenciu pre dané jadro a pre danú indukciu magnetického poľa). A ak teraz máme ďalší vplyv na toto jadro s elektromagnetickou vlnou s frekvenciou 42,58 MHz, nastane jav jadrovej magnetickej rezonancie, to znamená, že sa zvýši precesná amplitúda, pretože vektor celkovej magnetizácie jadra sa zväčší.

A existuje jedna miliarda miliárd takýchto jadier, ktoré môžu precesovať a rezonovať. Ale pretože magnetické momenty všetkých atómov vodíka a iných látok v našom tele spolu interagujú v bežnom každodennom živote, celkový magnetický moment celého tela je nulový.

Tým, že pôsobia na protóny pomocou rádiových vĺn, získajú rezonančné zosilnenie oscilácií (zvýšenie amplitúdy precesií) týchto protónov a po dokončení vonkajšej činnosti majú protóny tendenciu sa vrátiť do svojich pôvodných rovnovážnych stavov a potom sami emitujú fotóny rádiových vĺn.

V MRI prístroji je teda telo človeka (alebo nejakého iného študovaného tela alebo predmetu) pravidelne transformované do súboru rádiových prijímačov alebo súboru rádiových vysielačov. Týmto spôsobom zariadenie skúma miesto po oblasti tela a vytvára priestorový obraz distribúcie atómov vodíka v tele.A čím vyššia je intenzita magnetického poľa tomografu - tým viac atómov vodíka sa môže viazať na iné atómy nachádzajúce sa v okolí (čím je vyššie rozlíšenie zobrazovača magnetickej rezonancie).

Moderné lekárske tomografy ako zdroje vonkajšieho magnetického poľa obsahujú supravodivé elektromagnetyochladené kvapalným héliom. Niektoré otvorené tomografy používajú permanentné neodymové magnety.

Optimálna indukcia magnetického poľa v MRI stroji je teraz 1,5 T, umožňuje vám získať veľmi kvalitné snímky mnohých častí tela. Pri indukcii menšej ako 1 T nebude možné vytvoriť vysoko kvalitný obraz (s dostatočne vysokým rozlíšením), napríklad malej panvy alebo brušnej dutiny, ale také slabé polia sú vhodné na získanie konvenčných MRI snímok hlavy a kĺbov.

Pre správnu priestorovú orientáciu používa magnetická cievka okrem konštantného magnetického poľa aj gradientové cievky, ktoré vytvárajú ďalšiu poruchu gradientu v rovnomernom magnetickom poli. V dôsledku toho je najsilnejší rezonančný signál lokalizovaný presnejšie v jednej alebo druhej sekcii. Výkonové a prevádzkové parametre gradientových cievok - najvýznamnejšie ukazovatele v MRI - závisí od nich rozlíšenie a rýchlosť tomografu.