Магнитно-резонансно изображение (ЯМР) - принцип на действие

През 1973 г. американски химик Пол Лаутърбър публикува статия в списание Nature, озаглавена „Създаване на изображение с помощта на индуцирано локално взаимодействие; примери, базирани на магнитен резонанс. " По-късно британският физик Питър Мансфийлд ще предложи по-усъвършенстван математически модел за изобразяване на целия организъм, а през 2003 г. изследователите ще получат Нобелова награда за откриване на метода на ЯМР в медицината.

Значителен принос за създаването на съвременна магнитен резонанс ще направи американският учен Реймънд Дамадян, бащата на първия търговски апарат за ЯМР и автор на труда „Откриване на тумор с помощта на ядрено-магнитен резонанс“, публикуван през 1971 г.

Но в интерес на истината си струва да се отбележи, че много преди западните изследователи, през 1960 г., съветският учен Владислав Иванов вече подробно изложи принципите на ЯМР, въпреки това получи сертификата за авторство едва през 1984 г. ... Нека оставим дебата за авторството и накрая да разгледаме общото очертайте принципа на работа на магнитен резонанс.

В нашите организми има много водородни атоми и ядрото на всеки водороден атом е един протон, който може да бъде представен като малък магнит, който съществува поради наличието на ненулев спин на протона. Фактът, че ядрото на водороден атом (протон) има въртене, означава, че се върти около оста си. Известно е също, че водородното ядро ​​има положителен електрически заряд, а зарядът, въртящ се заедно с външната повърхност на ядрото, е като малка намотка с ток. Оказва се, че всяко ядро ​​на водороден атом е миниатюрен източник на магнитно поле.

Ако сега много ядра от водородни атоми (протони) се поставят във външно магнитно поле, тогава те ще започнат да се опитват да се движат по това магнитно поле като стрелите на компасите. По време на такава преориентация обаче, ядрата ще започнат да се преценират (тъй като оста на жироскопа преценира при опит да го наклони), тъй като магнитният момент на всяко ядро ​​е свързан с механичния момент на ядрото, с присъствието на споменатия по-горе спин.

Да предположим, че водородно ядро ​​е поставено във външно магнитно поле с индукция 1 Т. Прецесионната честота в този случай ще бъде 42,58 MHz (това е така наречената честота на Лармор за дадено ядро ​​и за дадена индукция на магнитно поле). И ако сега имаме допълнителен ефект върху това ядро ​​с електромагнитна вълна с честота 42,58 MHz, ще се случи явлението ядрено-магнитен резонанс, тоест амплитудата на прецесията ще се увеличи, тъй като векторът на общото намагнетизиране на ядрото ще стане по-голям.

И има един милиард милиарди такива ядра, които могат да преценират и да резонират. Но тъй като магнитните моменти на всички ядра на водород и други вещества в нашето тяло взаимодействат помежду си в обикновеното ежедневие, общият магнитен момент на цялото тяло е нула.

Въздействайки върху протоните чрез радиовълни, те получават резонансно усилване на трептенията (увеличаване на амплитудите на прецесиите) на тези протони и след завършване на външното действие протоните са склонни да се върнат към първоначалните си състояния на равновесие и след това сами излъчват фотони на радиовълни.

По този начин, в MRI устройство, тялото на човек (или някакво друго тяло или обект на изследване) периодично се трансформира в набор от радиоприемници или набор от радиопредаватели. Изследвайки по този начин място по площ, апаратът изгражда пространствена картина на разпределението на водородните атоми в тялото.И колкото по-висока е силата на магнитното поле на томографа - толкова повече водородни атоми са свързани към други атоми, разположени наблизо, може да се изследва (толкова по-висока е разделителната способност на магнитния резонанс).

Съвременните медицински томографи като източници на външно магнитно поле съдържат свръхпроводящи електромагнитиохладени от течен хелий. Използват се някои отворени томографи постоянни неодимови магнити.

Оптималната индукция на магнитно поле в MRI машина вече е 1,5 T, тя ви позволява да получавате сравнително висококачествени изображения на много части на тялото. При индукция, по-малка от 1 T, няма да е възможно да се направи висококачествено изображение (с достатъчно висока разделителна способност), например, на малкия таз или коремната кухина, но такива слаби полета са подходящи за получаване на конвенционални MRI изображения на главата и ставите.

За правилната пространствена ориентация, в допълнение към постоянно магнитно поле, магнитната намотка използва и градиентни намотки, които създават допълнително смущение на градиента в еднородно магнитно поле. В резултат на това най-силният резонансен сигнал се локализира по-точно в една или друга секция. Мощността и параметрите на работа на градиентните бобини - най-важните показатели в ЯМР - разделителната способност и скоростта на томографа зависи от тях.