Магнитно-резонансная томография. Изучение достоинств МР-томографии, страница 2

Сверхпроводящие магниты представляют собой приборы, по конструкции сходные с резистивными. Отличие состоит в том, что в качестве материала, используемого для изготовления соленоидов, используются сплавы, обладающие свойством сверхпроводимости. При помещении в среду с температурой, близкой к абсолютному нулю, (-269°С или 4°К) эти сплавы полностью теряют сопротивление электрическому току. В сверхпроводящих магнитах соленоиды помещаются в криостат, охлаждаемый жидким гелием. В процессе эксплуатации сверхпроводящий магнит не требует электрической энергии. Напряженность магнитного поля, индуцируемого сверхпроводящими магнитами, с соблюдением необходимых требований к его однородности, может достигать 10-15Тл. В настоящее время в медицинской практике широко применяются томографы со сверхпроводящими магнитами с напряженностью поля от 0,5 до 1,5Тл.

Высокие технологические требования, предъявляемые к изготовлению сверхпроводящих систем, делают их более дорогими в изготовлении. Эксплуатация их также достаточно затратна из-за необходимости периодических заправок криостата жидким гелием. Средний вес резистивных и постоянных магнитов находится в пределах нескольких (от 3 до 6) тонн.

В настоящее время наиболее широко используются МР-томографы со сверхпроводящими магнитами, так как именно они обладают оптимальным соотношением "цена – качество".

При помещении в постоянное магнитное поле, ядра атомов, имеющих магнитный момент, выстраиваясь вдоль силовых линий поля, вращаются с определенной частотой. Это явление называется прецессией. Магнитный момент имеют ядра с нечетным числом протонов. В биологических тканях чаще всего из таких ядер встречаются ¹H, ¹⁹F, ²³Na. Наибольший интерес для МР-томографии представляют ядра водорода, так как их относительная доля наиболее велика. Прецессия ядер вдоль силовых линий постоянного магнитного поля приводит к возникновению суммарного вектора намагниченности.

Вращение вдоль силовых линий магнитного поля ядер, имеющих магнитный момент, происходит с определенной частотой, зависящей от свойств ядер и напряженности магнитного поля. Периодичность вращения называется частотой Лармора и измеряется в Мегагерцах (МГц). Для ядер водорода, находящихся в постоянном магнитном поле напряженностью 1Тл, частота Лармора равна 42,6Мгц; для ядер, находящихся в поле напряженностью 0,5Тл, частота Лармора равна 21,3МГц.

Для возникновения явления ЯМР необходимо при помощи электромагнитных волн сообщить прецессирующим ядрам дополнительную энергию. Необходимым условием передачи энергии является одинаковая частота прецессирующих в постоянном магнитном поле ядер и электромагнитных волн. Частота прецессии ядер водорода в магнитных полях используемых томографов лежит в диапазоне радиочастотных электромагнитных колебаний. Пропускание радиочастотных импульсов, имеющих частоту Лармора, совпадающую с частотой прецессии ядер, приводит к возникновению ядерного магнитного резонанса. Для передачи радиочастотного импульса применяются передающие радиочастотные катушки, расположенные в корпусе МР-томографа. Ядра водорода получают дополнительную энергию и переходят на более высокий энергетический уровень. Оси прецессии ядер отклоняются от силовых линий постоянного магнитного поля, при этом суммарный вектор намагниченности также изменяется.

Для получения МР-томографического среза, лежащего в произвольно выбранной врачом-радиологом плоскости, необходимо передавать дополнительную энергию ядрам водорода, находящимся только в этом слое. Такая избирательность становится возможной при наложении на постоянное магнитное поле дополнительных градиентных полей.

Градиентные магнитные поля накладываются на объект исследования при помощи специальных градиентных катушек, расположенных в корпусе магнита. Они создают поля вдоль каждой из главных осей – X, Y, Z. Настройка этих катушек позволяет выделить лежащий в любой анатомической плоскости слой, в котором протоны водорода будут прецессировать с частотой Лармора. Расположенные вне этого слоя протоны, прецессирующие с незначительно отличающейся по величине частотой, не попадают в резонанс с радиоволнами и не получают дополнительную энергию.