Магнитно-резонансная томография. Изучение достоинств МР-томографии

В Основном учебнике Европейского Форума по магнитному резонансу приводится сравнение Магнитно-резонансной томографии (МР-томографии) с другим, наиболее высокотехнологичным методом лучевой диагностики – методом компьютерной томографии: "МРТ обладает гораздо большим количеством факторов, влияющих на контраст, чем другие томографические методы. В МР-сигналах закодировано гораздо больше информации. Можно сравнить рентгеновскую вычислительную томографию с радиопередачей, а МРТ – с цветным телевидением: первая определяется одним фактором, звуком, а второе – звуком и движущимся цветным изображением."

В 1946 году двое ученых из США – Феликс Блох и Ричард Парселл независимо друг от друга описали физическое явление, основанное на магнитных свойствах ядер некоторых атомов. Они открыли, что ядра, находящиеся в постоянном магнитном поле и сориентированные параллельно его силовым линиям, способны поглощать энергию в радиочастотном диапазоне, меняя при этом свою ориентацию. При возвращении к первоначальной ориентации они переизлучают эту энергию. Явление было названо ядерным магнитным резонансом (ЯМР). Ядерным - потому что взаимодействие происходит только с магнитными моментами атомных ядер. Магнитным – потому, что эти моменты ориентированы постоянным магнитным полем, а изменение их ориентации вызывается радиочастотным электромагнитным полем. Резонансом – потому что параметры этих полей строго связаны между собой. В 1952 году за это открытие оба ученых получили Нобелевскую премию по физике.

В 1971 году явление ЯМР впервые было использовано в медицине. При помощи метода магнитно-резонансной спектроскопии (МРС), основанного на явлении ЯМР, американский врач Реймонд Дамадиан показал возможность прижизненной диагностики биохимических изменений в организме. Предложенный им метод МРС внес весомый вклад в диагностику злокачественных опухолевых и ряда других патологических процессов.

Первая печатная работа, посвященная использованию явления ЯМР для получения диагностического изображения, была опубликована в 1973 году американским химиком Полом Лаутербуром. Предложенное им наложение на постоянное магнитное поле переменных градиентных магнитных полей позволило получать изображения различных органов и тканей человека. Эта работа была предвестником развития магнитно-резонансной томографии (МРТ) – метода, поднявшего возможности лучевой диагностики на качественно новый уровень.

МР-томография включает в себя получение явления ЯМР в объекте исследования, помещенном в постоянное магнитное поле, и наступающие в нем после прекращения действия радиочастотного импульса релаксационные процессы. Необходимыми элементами любого магнитно-резонансного томографа являются сильный магнит, передающая, приемные радиочастотные катушки и градиентные катушки. Полученная при сканировании информация обрабатывается компьютером посредством преобразования Фурье и в виде черно-белого изображения поступает на экран монитора.

Для получения явления ЯМР необходимо постоянное, стабильное и однородное магнитное поле. Поэтому основной частью любого магнитно-резонансного томографа (МР-томографа) является большой магнит, создающий постоянное магнитное поле большой напряженности. Большой размер магнита необходим для того, чтобы в находящийся в его центральной части тоннель можно было целиком поместить исследуемого человека.

Напряженность магнитного поля измеряется в "тесла" (Тл) – единицах, заменивших прежнюю единицу Гаусс (Гс). Соотношение этих единиц – 10000Гс = 1Тл. По напряженности магнитного поля различают магниты со сверхслабым полем (менее 0,1Тл), слабым полем (менее 0,5Тл), средним полем (менее 1Тл), сильным (менее 2Тл) и сверхсильным (от 2Тл и выше) полями.

По принципу действия различают три вида магнитов: постоянный, резистивный и сверхпроводящий.

Постоянные магниты изготовляются из сплавов с ферромагнитными свойствами. Их преимущество заключается в том, что они не требуют электрической энергии для поддержания магнитного поля. По этой причине им не нужны сложные системы охлаждения. Недостатком постоянных магнитов является относительно невысокая напряженность магнитного поля (до 0,3Тл), которая ограничивает качество получаемого изображения. На практике используются постоянные магниты с напряженностью поля до 0,2Тл. Постоянные магниты имеют относительно низкую стоимость, но не настолько, чтобы она влияла на их конкурентоспособность. Другим недостатком постоянных магнитов является их большая масса – более 10 тонн.

Резистивные магниты, или электромагниты создаются на основе специальных катушек (соленоидов), через которые пропускается сильный электрический ток. Резистивные магниты позволяют получить однородное поле более высокой (до 0,7Тл) напряженности. Однако на практике применяются томографы с магнитами, создающими поле напряженностью до 0,3Тл. Недостатком таких магнитов является расход большого количества электрической энергии, и, как следствие - необходимость использования при их работе мощной системы охлаждения. Стоимость резистивных магнитов несколько выше стоимости постоянных.