Zobrazování magnetickou rezonancí (MRI) - princip činnosti

V roce 1973 zveřejnil americký chemik Paul Lauterbur článek v časopise Nature nazvaný „Vytváření obrazu pomocí indukované místní interakce; příklady založené na magnetické rezonanci. " Později britský fyzik Peter Mansfield nabídne pokročilejší matematický model pro zobrazování celého organismu av roce 2003 získají vědci Nobelovu cenu za objevení metody MRI v medicíně.

Významný příspěvek k vytvoření moderního zobrazování magnetickou rezonancí poskytne americký vědec Raymond Damadyan, otec prvního komerčního MRI aparátu a autor práce „Detekce nádoru pomocí nukleární magnetické rezonance“, publikované v roce 1971.

Ale spravedlivě stojí za zmínku, že dávno před západními vědci, v roce 1960, sovětský vědec Vladislav Ivanov podrobně popsal principy MRI, přesto obdržel osvědčení o autorství teprve v roce 1984 ... Pojďme opustit debatu o autorství a konečně zvážit obecné nastínit princip činnosti zobrazovače magnetické rezonance.

V našich organismech je mnoho atomů vodíku a jádro každého atomu vodíku je jeden proton, který může být reprezentován jako malý magnet, který existuje v důsledku přítomnosti nenulové rotace na protonu. Skutečnost, že jádro atomu vodíku (proton) má spin, znamená, že se točí kolem své osy. Je také známo, že vodíkové jádro má kladný elektrický náboj a náboj rotující spolu s vnějším povrchem jádra je jako malá cívka s proudem. Ukazuje se, že každé jádro atomu vodíku je miniaturním zdrojem magnetického pole.

Pokud je nyní mnoho jader atomů vodíku (protonů) umístěno do vnějšího magnetického pole, začnou se snažit navigovat podél tohoto magnetického pole jako šipky kompasů. Během takové přeorientace se však jádra začnou precesovat (jako osa gyroskopu precesses, když se ji snaží naklonit), protože magnetický moment každého jádra je spojen s mechanickým momentem jádra, s přítomností výše uvedeného spinu.

Předpokládejme, že vodíkové jádro bylo umístěno do vnějšího magnetického pole s indukcí 1 T. Precesní frekvence bude v tomto případě 42,58 MHz (jedná se o tzv. Larmorovu frekvenci pro dané jádro a pro danou indukci magnetického pole). A pokud nyní máme další vliv na toto jádro elektromagnetickou vlnou o frekvenci 42,58 MHz, dojde k jevu jaderné magnetické rezonance, to znamená, že se zvětší amplituda precese, protože vektor celkové magnetizace jádra se zvětšuje.

A existuje jedna miliarda miliard takových jader, která mohou precesovat a rezonovat. Ale protože magnetické momenty všech jader vodíku a dalších látek v našem těle se vzájemně ovlivňují v běžném každodenním životě, je celkový magnetický moment celého těla nulový.

Působí na protony pomocí rádiových vln, získají rezonanční zesílení oscilací (nárůst amplitud precesí) těchto protonů a po dokončení vnější činnosti mají protony tendenci se vracet do svých původních rovnovážných stavů a ​​pak samy emitují fotony rádiových vln.

V zařízení MRI je tedy tělo člověka (nebo nějaké jiné zkoumané tělo nebo předmět) periodicky transformováno do sady rádiových přijímačů nebo sady rádiových vysílačů. Při zkoumání tímto způsobem místo podle oblasti vytváří zařízení prostorový obraz distribuce atomů vodíku v těle.A čím vyšší je intenzita magnetického pole tomografu - tím více atomů vodíku vázaných na jiné atomy umístěné v okolí lze zkoumat (čím vyšší je rozlišení zobrazovače magnetické rezonance).

Moderní lékařské tomografy jako zdroje vnějšího magnetického pole obsahují supravodivé elektromagnetychlazený kapalným heliem. Některé otevřené tomografy používají permanentní neodymové magnety.

Optimální indukce magnetického pole v MRI stroji je nyní 1,5 T, což vám umožní získat poměrně kvalitní snímky mnoha částí těla. Při indukci menší než 1 T nebude možné vytvořit vysoce kvalitní obraz (s dostatečně vysokým rozlišením), například malé pánve nebo břišní dutiny, ale taková slabá pole jsou vhodná pro získání konvenčních MRI obrazů hlavy a kloubů.

Pro správnou prostorovou orientaci používá magnetická cívka kromě konstantního magnetického pole také gradientní cívky, které vytvářejí další gradientovou poruchu v jednotném magnetickém poli. V důsledku toho je nejsilnější rezonanční signál lokalizován přesněji v jedné nebo druhé sekci. Výkonové a provozní parametry gradientních cívek - nejvýznamnější ukazatele v MRI - závisí na nich rozlišení a rychlost tomografu.