Из чего сделан аппарат мрт
В 1973 году американский химик Пол Лотербур опубликовал в журнале Nature статью под названием «Создание изображения с помощью индуцированного локального взаимодействия; примеры на основе магнитного резонанса». Позднее британский физик Питер Мэнсфилд предложит более совершенную математическую модель получения изображения целого организма, а в 2003 году исследователи получат Нобелевскую премию за открытие метода МРТ в медицине.
Немалый вклад в создание современной магнитно-резонансной томографии внесет и американский ученый Реймонд Дамадьян, отец первого коммерческого аппарата МРТ и автор работы «Обнаружение опухоли с помощью ядерного магнитного резонанса», опубликованной в 1971 году.
Но справедливости ради стоит отметить, что задолго до западных исследователей, в 1960 году, советский ученый Владислав Иванов уже подробно изложил принципы МРТ, тем не менее авторское свидетельство он получил лишь в 1984 году… Давайте же оставим споры об авторстве, и рассмотрим наконец в общих чертах принцип работы магнитно-резонансного томографа.
В наших организмах очень много атомов водорода, а ядро каждого атома водорода — это один протон, который можно представить в виде маленького магнитика, существующего благодаря наличию у протона ненулевого спина. То что ядро атома водорода (протон) имеет спин, — это значит что оно как бы вращается вокруг своей оси. При этом известно, что у ядра водорода есть положительный электрический заряд, а вращающийся вместе с наружной поверхностью ядра заряд — это подобие маленького витка с током. Получается, что каждое ядро атома водорода — это миниатюрный источник магнитного поля.
Если теперь много ядер атомов водорода (протоны) поместить во внешнее магнитное поле, то они начнут пытаться сориентироваться по этому магнитному полю подобно стрелкам компасов. Однако в процессе такой переориентации ядра начнут прецессировать, (как прецессирует ось гироскопа при попытке его наклонить), потому что магнитный момент каждого ядра оказывается связан с механическим моментом ядра, с наличием у него упомянутого выше спина.
Допустим, ядро водорода поместили во внешнее магнитное поле с индукцией 1 Тл. Частота прецессии в этом случае составит 42,58 МГц (это так называемая ларморовская частота для данного ядра и для данной индукции магнитного поля). И если теперь оказать дополнительное воздействие на это ядро электромагнитной волной с частотой 42,58 МГц, возникнет явление ядерного магнитного резонанса, то есть амплитуда прецессии возрастет, поскольку вектор общей намагниченности ядра станет больше.
И таких ядер, способных прецессировать и попадать в резонанс, в наших телах миллиард миллиардов миллиардов. Но поскольку в режиме обычной повседневной жизни магнитные моменты всех ядер водорода и других веществ в нашем теле друг с другом взаимодействуют, то общий магнитный момент всего тела равен нулю.
Действуя радиоволнами на протоны, получают резонансное усиление колебаний (увеличение амплитуд прецессий) этих протонов, а по окончании внешнего воздействия протоны стремятся вернуться к своем исходным состояниям равновесия, и тогда уже они сами излучают фотоны радиоволн.
Таким образом в аппарате МРТ тело человека (или какое-нибудь другое исследуемое тело или предмет) превращается периодически то в набор радиоприемников, то в набор радиопередатчиков. Исследуя таким образом участок за участком тела, аппарат строит пространственную картину распределения атомов водорода в теле. И чем более высока напряженность магнитного поля томографа — тем больше атомов водорода, связанных с другими атомами, расположенными рядом, можно исследовать (тем выше разрешение магнитно-резонансного томографа).
Современные медицинские томографы в качестве источников внешнего магнитного поля содержат электромагниты на сверхпроводниках, охлаждаемые жидким гелием. В некоторых томографах открытого типа для этой цели используются постоянные неодимовые магниты.
Оптимальная индукция магнитного поля в аппарате МРТ составляет сегодня 1,5 Тл, она позволяет получать довольно качественные снимки многих частей тела. При индукции менее 1 Тл не получится сделать качественный снимок (достаточно высокого разрешения), например малого таза или брюшной полости, однако для получения обычных снимков МРТ головы и суставов подходят и такие слабые поля.
Для правильной пространственной ориентации, в магнитно-резонансном томографе кроме постоянного магнитного поля используются еще и градиентные катушки, создающие дополнительное градиентное возмущение в однородном магнитном поле. В результате наиболее сильный резонансный сигнал локализуется более точно в том или ином срезе. Мощность и параметры действия градиентных катушек — наиболее значимые показатели в МРТ — от них зависит разрешение и быстродействие томографа.
Электрик Инфо — электротехника и электроника в простом и доступном изложении.
Магнитно-резонансная томография — способ диагностики внутренних органов человека посредством воздействия мощного магнитного поля и радиоволн с использованием контраста или без него.
Методика выступает одной из самых информативных и безопасных. По мере того как развивается диагностический метод, совершенствуется и МРТ аппаратура.
Каким аппаратом МРТ лучше воспользоваться при сканировании, непрофессионалу понять трудно.
Какие критерии важны при выборе МРТ-оборудования
Существует ряд базовых критериев выбора оборудования:
- Показатель мощности (измеряется в тесла — Тл). Выделяют низкопольные, среднепольные высокопольные и сверхвысокопольные аппараты.
- Время сканирования. Зависит от мощности оборудования — чем мощнее, тем меньше времени потребуется на диагностику.
- Вид томографа. Аппараты открытого и закрытого типа.
МРТ
Классификация оборудования по напряжённости
Напряжённость магнитного поля — ключевой критерий выбора аппарата для МРТ-диагностики, поскольку этот показатель определяет степень информативности сканирования, время МРТ-обследования и цену процедуры.
Низкопольные и среднепольные МР-томографы
Такие виды оборудования распространены в странах СНГ. Мощность не превышает 0,5-1 Тл. Среди преимущественных характеристик оборудования — экономичность в расходовании материальных ресурсов, простота эксплуатации, относительно доступная цена диагностики.
Однако качество полученных снимков невысокое — результат диагностики не всегда достоверен.
0.5-1 Тл
Низкопольные аппараты часто применяются для выявления кардиологических патологий: при трактографии путей мозга, динамической МР-ангиографии, функциональной диагностике головного мозга.
Высокопольные МР-томографы
Мощность в пределах 1,5 Тл. Оборудование с системой охлаждения в форме криогенного гелевого состава. Показатель мощности считается оптимальным в пределах стран СНГ и на мировом уровне.
С помощью высокопольного томографа проводят полноценное, качественное обследование систем органов и тканей человеческого тела.
1.5 Тл
Это оборудование применяется при выявлении аневризм и новообразований доброкачественного или злокачественного характера, при необходимости комплексной диагностики.
Сверхвысокопольные МР-томографы
Речь идёт о томографе мощностью от 1,5 до 7 Тл. Этот тип оборудования применим в рамках научно-исследовательской деятельности, поскольку демонстрирует точный результат.
Редко показано использование сверхвысокопольного томографа для МРТ головного мозга (при тяжёлых патологиях). С помощью такого аппарата проводится трактография мозга, спектроскопия, МР-ангиография церебральной сосудистой сети.
MAGNETOM VERIO 3.0 Tесла
Не исключено применение оборудования при изучении микроструктур и физиологических особенностей мозга.
Мощность аппарата при МРТ головного мозга
Чем выше напряжённость магнитного поля, тем отчётливее получится снимок. Высокопольный МР-аппарат помогает визуализировать мельчайшие структуры, которые невозможно различить при использовании низкопольного томографа.
Если применяется мощный аппарат, толщина среза составляет 1 мм, что обеспечивает точность диагностики на ранней стадии развития заболевания.
Аппараты с низким показателем мощности демонстрируют «картинки» невысокого качества, что снижает информативность сканирования — не исключено повторное исследование.
Показатель мощности определяет качество изображений и продолжительность диагностики. Этот факт имеет значение в случаях невозможности больного находиться в неподвижном положении длительное время.
МРТ снимок головы
МР-томографы закрытого типа и открытого типа
Важным критерием выбора оборудования становится тип аппарата: закрытый или открытый. Оборудования этих групп различаются по техническим характеристикам, конструкцией и возможностям.
Технические характеристики и конструкция
В чём разница двух разновидностей: МРТ-оборудования закрытого и открытого типа?
Индукция магнитного поля закрытого аппарата составляет от 1,5 до 3 Тл, открытого — от 0,5-1 Тл.
Закрытый томограф оборудован выдвижной кушеткой, которая задвигается в тоннель. Открытое оборудование лишено такой камеры — магнитные лучи локализуются в области вокруг стола (над кушеткой, под ней размещаются магниты).
Открытый тип (П-образный)
Открытый тип (С-образный)
Если контур замкнутый, продуцирование магнитного поля наблюдается повсюду. В случае незамкнутого контура магнитные лучи распространяются только на зону сверху и снизу, поле не такое мощное — качество снимков страдает.
Однако в ряде случаев фактор качества получаемых изображений отходит на второй план по причине невозможности проведения диагностики в мощном томографе.
Делать МРТ-диагностику на аппарате закрытого типа неудобно в следующих случаях:
- при обследовании тучного пациента (более 150 кг);
- при наличии серьёзных травм и переломов;
- когда диагностировать предстоит маленького ребёнка;
- при невозможности пребывания больного в замкнутом пространстве (клаустрофобия).
Преимущества и недостатки томографов
Прежде чем ответить на вопрос, какое оборудование выбрать, предстоит оценить аппараты закрытого и открытого типа, сравнив плюсы и минусы.
Характеристика томографа закрытого типа:
Достоинства МР-томографа
- высокий показатель мощности (возможно исследование любой сложности);
- качество снимков (чёткие изображения, обеспечивающие информативность диагностики).
Недостатки МР-томографа
- высокий уровень шума (пациент может испытывать дискомфорт — для устранения неудобства больному выдают наушники);
- отсутствие непосредственного контроля со стороны медицинского работника (доктор находится в соседнем кабинете, связаться с ним можно с помощью оборудованного микрофона или кнопки);
- обследование лиц с диагнозом клаустрофобия (пациенту предлагают принять седативные препараты до перемещения кушетки внутрь томографа);
- диагностика при травмах (загипсованная в согнутом положении нога или рука, травма головы и шеи и пр.);
- невозможность сканирования маленьких детей (иногда показано использование наркоза);
- проведение процедуры людям с ожирением.
Если диагностика пациента невозможна в закрытом томографе — используют открытый аппарат.
Характеристика этого типа оборудования в таблице ниже:
| Достоинства МР-аппарата | Недостатки МР-аппарата |
|---|---|
| — сканирование различных групп пациентов (маленьких детей, людей с травмами и пр.) | — качество изображения (невозможность визуализации мелких структур, сосудов и постоянно движущихся органов — лёгких, сердца) |
| — невысокий уровень шума (важно при планировании диагностики психически нестабильных больных) | — длительность процедуры (время диагностики продлевается в среднем на 10-15 минут) |
Однозначно сказать, какой тип оборудования лучше, нельзя. Выбор зависит от технических параметров аппарата и от физических возможностей пациента.
Томографы с каждым годом совершенствуются: закрытые становятся менее шумными, открытые помогают получить качественные снимки.
Производители оборудования
На рынок медицинской техники вышла продукция российского производства. На текущий момент отечественное оборудование не успело получить полноценной оценки.
Если верить отзывам специалистов, заслуженными в области производства медтехники оказались аппараты компании «Сименс» и «Филипс».
Преимущественные стороны зарубежного продукта: высокие технические возможности, удобство эксплуатации, относительно доступная цена и надёжность аппаратуры. Купить МРТ аппарат можно через интернет, где цена варьируется от 10 000 000 рублей.
Почему аппарат МРТ шумит
В процессе сравнительного анализа, было выяснено, что оборудование закрытого типа более шумное, нежели томограф открытого типа.
Отличительный принцип ясен, осталось ответить, почему аппараты издают характерные звуки в ходе сканирования?
Система вырабатывает электрические импульсы, меняющееся магнитное поле воздействует на ткани организма, перенося изображение на монитор компьютера.
Процесс работы сопровождается вибрацией металлической катушки — этим и объясняется неприятный стук.
То, насколько сильным окажется шум, зависит от мощности устройства. Чем выше напряжённость магнитного поля, тем выраженной будет вибрация и стук.
Как шумит аппарат (видео)
Выбор МР-томографа строится на паре критериев: показателей мощности оборудования и типе (открытый или закрытый).
В первом случае чаще отдают предпочтение мощному аппарату, поскольку он обеспечивает оперативное прохождение обследования и качественные снимки.
Закрытый тип томографа используется при отсутствии факторов, ограничивающих проведение диагностики. В противном случае используют открытый томограф. Каждый из рассмотренных томографов имеет преимущества и недостатки.
Выбор устройства зависит от физических возможностей больного, целей исследования. Решение принимается специалистом совместно с пациентом.
В наш век информационные технологии и различные высокотехнологичные методики настолько глубоко вошли в нашу жизнь, что уже практически невозможно представить себе ни одну из отраслей науки, где бы они не нашли применение. Не является исключением и медицина, в которой такое направление, как лучевая диагностика по праву занимает одну из важнейших ниш данной отрасли.
Магнитно-резонансная томография (МРТ) в настоящее время является, пожалуй, одним из самых информативных методов лучевой диагностики. Успешно соперничая в этом с рентгеновской компьютерной томографией (РКТ), а в ряде случаев и опережает её по диагностической специфичности, служа так называемым «золотым стандартом» в выявлении целого ряда патологических изменений различных тканей и органов человеческого организма.
Данный метод, начиная с момента его открытия и по настоящее время, прошёл множество этапов развития, каждый из которых характеризовался переходом данного метода на качественно новую ступень диагностических возможностей.
Что же такое МРТ?
Для начала немного истории. В 1946 году независимо друг от друга двое американских учёных (Феликс Блох и Эдвард Пурселл) описали некий физический эффект, присущий атомным ядрам некоторых веществ. В дальнейшем именно он явился краеугольным камнем всей методики МРТ.
Оказалось, что если поместить ядра в постоянное магнитное поле, а затем воздействовать на них радиочастотными импульсами определённой частоты, то эта энергия будет поглощаться ими, вследствие чего вся система перейдёт на более высокий энергетический уровень. Такое состояние менее стабильно, и поэтому в дальнейшем поглощённая энергия будет излучаться ядрами, а система возвратится в первоначальное энергетическое состояние. Эта излучённая энергия несёт информацию о местоположении атома в пространстве, и если добавить к этому дополнительное воздействие более слабым магнитным полем (так называемым градиентным), то с помощью улавливающего устройства (приёмной катушки) , и последующей математической обработки полученной информации можно реконструировать расположение атомов какого-либо объекта в виде изображения его поперечного среза на экране монитора.
Таким образом можно получать послойные изображения на разных уровнях различных анатомических областей какого-либо организма (например, человеческого), которые будут наиболее приближенно соответствовать реальному их положению и соотношению друг с другом. Таких слоёв, или срезов можно задавать значительное количество, причём есть возможность в достаточно широких пределах варьировать их толщину, дистанцию между срезами, направление и многие другие параметры, влияющее на качество получаемых томограмм.
В начале 70-х годов ХХ столетия году американские учёные Р. Дамадьян и П. Лаутербур независимо друг от друга применили феномен магнитного резонанса для получения электронного изображения тканей живого объекта (в том числе и человека) с помощью МР сканера. Считается, что первый МР сканер был создан Р. Дамадьяном и командой его соратников к концу 70-х годов ХХ века, тогда же он запатентовал своё изобретение. Со временем методика получила широкое распространение в медицине и в данное время успешно используется в лучевой диагностике.
Со времени появления первых магнитно-резонансных сканеров для всего тела (начало 80-х годов прошлого столетия) до настоящего времени МР томографы прошли долгий путь эволюции: совершенствовалось программное обеспечение и аппаратные компоненты, изображение становилось более качественным — улучшалось разрешение и совершенствовалась контрастность между различными тканями, внедрялись новые методики и расширялись границы применения метода в различных разделах медицины и многое-многое другое. Чтобы изложить все этапы развития МРТ хотя бы вкратце, пришлось бы написать как минимум небольшую книгу. Но поскольку данная задача перед нами не стоит, ограничимся небольшим экскурсом по основным аспектам применения метода в рамках медицинской визуализации, где МРТ очень часто становится способом первой линии диагностики среди впечатляющего арсенала высокотехнологичных инструментов современной медицины.
Применение МРТ
По некоторым данным литературы диагностическая точность МРТ составляет 91-99%, а чувствительность может достигать 97%.
Основные задачи, стоящие перед медицинской визуализацией, как правило, следующие:
- оценка пространственного расположения, формы и структуры тканей в органах, самих органов, а также их систем;
- выявление патологических изменений различной природы и проведение их дифференциальной диагностики;
- получение диагностически значимой информации, которая в дальнейшем может быть использована для планирования лечения, в том числе и оперативного.
МРТ как метод лучевой диагностики обладает целым рядом преимуществ, выгодно выделяющих его среди прочих. Рассмотрим их более подробно.
Преимущества МРТ
- При применении МРТ отсутствуют ионизирующее излучение и лучевая нагрузка на исследуемый объект, что позволяет проводить обследование больного настолько часто и настолько длительно, насколько того требуют показания и ожидаемый диагностический эффект. При этом не приходится говорить о возможном канцерогенном и мутагенном воздействии, сопряжённом, например, с рентгеновским излучением, которое используется также и в компьютерной томографии.
- Высокая разрешающая способность изображения, являющаяся одним из основных факторов диагностики патологий небольшого размера, или, говоря проще, высокая чёткость изображения и способность достоверно дифференцировать мелкие анатомические структуры друг от друга и от патологических образований и процессов в органах и тканях.
- Важнейшим параметром при проведении различных видов томографии является, так называемый тканевый контраст, то есть диагностически значимые визуальные различия тканей с разными сигнальными характеристиками. Это позволяет видеть различия в структуре разных тканей и органов друг от друга и однозначно трактовать патологические изменения выявляющиеся в них. В МРТ тканевый контраст является наивысшим среди известных на сегодняшний момент видов медицинской визуализации, использующих в основе лучевые эффекты.
- Метод МРТ является полипроекционным, то есть даёт возможность проводить исследование в трёх проекциях, а также ориентировать срезы практически в любых косых проекциях, в зависимости от поставленных задач и вида исследования, что невозможно, например, в рентгеновской компьютерной томографии.
- Такие методы лучевой диагностики, как рентгенография и компьютерная томография часто используют для получения дополнительной информации контрастные вещества, которые при всей своей значимости могут обладать токсическим действием на некоторые органы, а также являться причиной аллергических реакций различной степени тяжести, вплоть до таких опасных состояний, как отёк Квинке и анафилактический шок. Контрастные вещества используемые в МРТ не обладают цито-, гепато-, и нефротоксическим действием, а также не вызывают аллергических реакций, что является преимуществом, по сравнению с контрастными веществами использующимися в рентгенологических исследованиях.
- Также плюсом магнитно-резонансной томографии является отсутствие артефактов (помех) от костных структур, которые могут затруднять интерпретацию изображения полученного с помощью компьютерной томографии.
Недостатки МРТ
Как любой метод диагностики, МРТ имеет и свои недостатки:
- необходимость сохранять неподвижность (зачастую достаточно долго) во время МР исследования, что не всегда реально пациентам с выраженным болевым синдромом или находящимся в состоянии оглушения;
- невозможность проведения МР диагностики пациентам с искусственными водителями ритма в сердечной мышце, кохлеарными имплантами, имплантированными стимуляторами спинного мозга, протезированными суставами (особенно тазобедренными), вживлёнными инсулиновыми помпами;
- также МРТ противопоказано больным с металлическими осколками в организме, стентами, клипсами на сосудах, фиксирующими скобами, пластинами, спицами, болтами из ферромагнитных материалов.
- относительными противопоказаниями является клаустрофобия, 1-й и 3-й триместры беременности, панические состояния, функциональные расстройства психики;
- также до известной степени можно считать недостатком достаточно высокую стоимость обследования. Однако, в последнее время имеется тенденция к её снижению за счёт всё увеличивающегося количества магнитов в государственных и частных медицинских учреждениях.
Теперь подробнее рассмотрим области применения магнитно-резонансной томографии в клинической практике.
Области применения
В классическом представлении методика проведения МРТ исследования включает в себя несколько последовательных этапов:
- сбор анамнеза заболевания и жизни пациента,
- ознакомление с данными и результатами проведённых анализов и инструментальных обследований,
- проведение собственно МРТ,
- постпроцессорная обработка данных и их интерпретация, проводимая квалифицированным врачом-рентгенологом.
Области применения магнитно-резонансной томографии в медицине очень обширны. Фактически, очень трудно найти раздел медицины, в котором данный метод не нашёл бы себе применение.
Можно сразу выделить основные технолого-диагностические блоки возможностей МРТ:
- так называемые рутинные исследования, то есть получение стандартных обзорных томограмм практически любых областей человеческого тела (наиболее часто — это головной мозг и прицельное обследование гипофиза, разные отделы позвоночника, органы брюшной полости, забрюшинного пространства и малого таза, в отдельных случаях органы грудной полости и средостения, мягкие ткани шеи, конечностей и туловища, крупные суставы, в ряде случаев полые органы, такие как желудок и кишечник, а также сердце);
- томография с контрастным усилением, а также с динамическим контрастным усилением;
- бесконтрастная ангиография (исследование сосудов) магистральных артерий и вен, а также ангиография с применением контрастного вещества (крупные сосуды грудной и брюшной полостей, малого таза, нижних конечностей);
- бесконтрастная холангиопанкреатография (исследование выводных протоков печени и поджелудочной железы);
- бесконтрастная и контрастно усиленная урография (исследование чашечно-лоханочной системы почек и мочеточников);
- спектроскопия (исследование обменных процессов в нормальных и патологических тканях человека in vivo);
МРТ широко применяется в неврологии — выявление доброкачественных и злокачественных опухолевых поражений головного и спинного мозга, метастазов в головной мозг, а также инсультов, кровоизлияний, абсцессов, воспалительных заболеваний центральной нервной системы аутоиммунного и инфекционного характеров, врожденных аномалий развития и провести дифференциальную диагностику выявленных изменений. Также возможна оценка доступных для визуализации сегментов крупных черепно-мозговых нервов и корешков спинно-мозговых нервов, например при компрессии их грыжами межпозвонковых дисков. Функциональная МРТ позволяет увидеть активность отделов мозга, отвечающих за различные физиологические функции, процессы мышления, а также эмоции.
МР-ангиография используется в выявлении грубых патологий сосудов, таких как аневризмы, стенозы, окклюзии и аномалии развития — различные сосудистые мальформации, и другие патологии.
С успехом МРТ применяется и в исследовании позвоночника и суставов. Посредством этого хорошо дифференцируются воспалительные и дегенеративные изменения, метастатические поражения, травматические повреждения связочного аппарата, суставного хряща, грыжи межпозвоночных дисков, а также изменения сигнальных характеристик костного мозга различного генеза (инфаркт, отёк, опухоли, воспаление, инфильтрация, некроз, жировое перерождение и др.).
В исследовании мягких тканей метод также широко распространен и позволяет диагностировать различные патологические процессы онкологической, воспалительной, посттравматической природы, а также оценить состояние и размеры регионарных лимфатических узлов.
Также МРТ нашло широкое применение в исследовании органов брюшной полости и малого таза, как метод, позволяющий выявлять расположение, размеры и соотношения органов и тканей, опухолевые и метастатические поражения, воспалительные и дегенеративные изменения, врождённые аномалии развития, в ряде случаев изменения инфекционной и паразитарной природы.
МРТ имеет ограничения при исследовании костной ткани, так как она содержит крайне низкое содержание протонов и на изображении имеет тёмный сигнал, и как следствие практически не поддаётся оценке. В этом случае преимущество за рентгенографией или компьютерной томографией. Имеются ограничения метода и в исследовании полых органов, таких как кишечник и желудок, но при использовании некоторых вспомогательных приспособлений, позволяющих минимизировать помехи при перистальтических сокращениях.
Подводя итог, можно сказать, что метод магнитно-резонансной диагностики в большинстве случаев является наиболее предпочтительным среди множества диагностических методик в силу своей неинвазивности, информативности и безопасности и широты применения в различных областях медицины.