Шиммирование в мрт что это и для чего

Полный комплекс работ по обслуживанию МРТ

НПФ Аз предлагает комплексное сервисное обслуживание и ремонт магнитно-резонансных томографов на постоянных магнитах. Мы обладаем уникальным для российского рынка опытом разработки, производства и обслуживания МР-томографов, являясь единственным российским производителем этого высокотехнологичного медицинского оборудования. Высокая научно-техническая и инженерная квалификация персонала, наличие полноценной производственной базы и современное техническое оснащение позволяют нам обеспечивать гарантированно высокий уровень сервисного обслуживания и ремонта МР-томографов.

Мы также готовы провести работы по шиммированию (повышению одногородности поля) постоянных магнитов аппаратов МРТ как собственного производства так и основных зарубежных производителей.

Для того чтобы еще лучше понять, как проводится диагностика, давайте остановим наше внимание на устройстве магнитно-резонансного томографа.

Необходимое для магнитного резонанса оборудование включает в себя следующие элементы:

• магнит;
• градиентные катушки;
• приемник радиоимпульсов;
• передатчик (генератор) радиоимпульсов;
• фарадеевский экран;
• источник питания, охлаждающая система;
• система обработки данных.

На рисунке представлено изображение аппарата с указанием на основные его составляющие.

Рассмотрим детальнее каждый элемент МР-томографа.

Магнит

Для выполнения магнитного резонанса необходимо однородное, постоянное и стабильное магнитное поле. Величина напряженности поля измеряется в Теслах и является основной характеристикой мощности прибора, т.е. от нее зависит качество и скорость получения изображения. В соответствии с этим МРТ аппараты делятся на основные группы:

• ультранизкие (напряженностью ниже 0,1 Тл)
• низкопольные (0,1-0,5 Тл);
• среднепольные ( от 0,5 до 1 Тл);
• высокопольные  (от 1 до 2 Тл);
• сверхвысокопольные (напряженностью свыше 2 Тл).

Сам магнит в аппарате может быть постоянным, сверхпроводящим электрическим или резистивным электрическим.

Постоянные магнитывыполнены из сплавов с ферромагнитными свойствами. Такие магниты обладают важным преимуществом – не требуют энергии для поддержания магнитного поля, и, следовательно, не требуют охлаждения. Эксплуатационные и капитальные затраты на такие магниты невелики. Кроме этого, достоинством является то, что по сравнению с двумя другими системами, они имеют небольшое поле рассеяния. Что касается недостатков, к ним можно отнести большой вес системы на основе постоянного магнита, небольшую напряженность создаваемого магнитного поля – 0,2-0,3 Тл, чувствительность к изменениям температуры и более низкую, однако не конкурентноспособную стоимость в сравнении с другими системами.

Интерес к постоянным магнитам в настоящее время связан с тем, что они легко конфигурируются в аппаратах открытого типа, что является важным для прохождения обследования пациентами, страдающими клаустрофобией или имеющим большие размеры тела.

Сверхпроводящий магнит представляет собой катушкуиз ниобий-титанового сплава, который теряет сопротивление к электрическому току при охлаждении жидким гелием до температуры -269°С. Таким образом, через такой магнит можно пропускать большие токи, которые создают высокостабильные магнитные поля высокой напряженности. В состав конструкции магнита входит двойная охлаждающая система с жидким азотом в первом термосе и жидким гелием во втором (т.н. дьюар, или криостат).

Сверхпроводящие магниты не потребляют электроэнергию, однако расходуют охлаждающую жидкость. Основными преимуществами такой системы являются высокое отношение сигнал/шум, высокие однородность и напряженность поля. Недостатками являются большие эксплуатационные расходы, необходимость экранирования в связи с создаваемыми большими полями рассеяния, высокая стоимость и необходимость охлаждения жидким гелием. Кроме того, бывают редкие случаи, когда при исчезновении магнитного поля такого магнита его катушка внезапно теряет свойства сверхпроводимости, что приводит к моментальному повышению температуры, вскипанию охлаждающей жидкости и выбрасыванию гелия из криостата. Такой процесс носит название квенча, против которого существуют меры предосторожности: система специальных предохранительных клапанов, с помощью которой можно вывести инертные газы из МРТ-помещения.

Резистивные, или электромагниты, создаются на основе одной или нескольких катушек, через которые проходит большой ток. При условии точного соблюдения определенной геометрии катушек создается гомогенное поле. Электромагниты потребляют большую мощность, поэтому для них необходима мощная система охлаждения. Диапазон создаваемой напряженности колеблется в пределах 0,3-0,7 Тл, а вес магнита равен около 5 тонн. Создаваемое поле рассеяния требует экранирования с помощью железного экрана, однако это еще больше повышает вес магнита. Преимуществами резистивных систем являются отсутствие криогенных жидкостей, выполнение сложных методов получения изображения, возможность выключения поля, к примеру, когда существует опасность или система не работает.

Также редко используются гибридные магниты – промежуточные между резистивными и постоянными, которые обладают большей напряженностью, чем последние, но уступающие по качествам сверхпроводящим.

Следует отметить, что ни один из перечисленных магнитов не создает абсолютно однородного магнитного поля. Поэтому для улучшения характеристик последнего используются шиммирующие катушки, при пропускании тока через которые происходит  коррекция поля, что компенсирует изначальную его неоднородность. Катушки для шиммирования могут размещаться в жидком гелии, так и быть без охлаждения.

Подобный эффект можно создать при размещении небольших кусков ферромагнетика внутри или снаружи апертуры поля. Каждый из кусочков будет влиять на магнитное поле, и при сохранении его симметрии, можно добиться высокой однородности. Такой способ называется пассивным шиммированием.

Градиентные катушки

Из-за своей конфигурации катушки создают однородное линейное и управляемое изменение поля в конкретном направлении. Главное значение катушек заключается в создании изображения за счет добавления к общему однородному магнитному полю градиентного магнитного возмущения, что обеспечивает локализацию ЯМР-сигнала и точное соотношение полученных данных и исследуемой области. Градиент обеспечивает выборочное возбуждение протонов в нужной области. От мощности и скорости действия катушек зависит быстродействие, отношение сигнал/шум, разрешающая способность томографа.

Градиентные катушки обладают различными конфигурациями и бывают следующих типов:

• катушка Голея (создает градиенты магнитного поля перпендикулярно главному полю);
• катушка в форме восьмерки;
• катушка Гельмгольца (две катушки с током, которые создают однородное магнитное поле в центре между ними);
• сдвоенная седлообразная катушка;
• катушка Максвелла (градиенты поля по направлению главного магнитного поля).

Передатчик

Для возбуждения ядер используют радиочастотный импульс с частотой, близкой к ларморовой. РЧ-колебания и импульсы формируются передатчиком, а необходимая частота колебаний создается синтезатором частоты, сигнал с которого в последствии модулируется для создания требуемой для РЧ-возбуждения формы импульса, которая в свою очередь влияет на контраст получаемого изображения. Импульсы бывают прямоугольными и сложной формы. Первые имеют широкий спектр и являются полезными в аналитических применениях. Однако для создания тонкого среза используется специальная форма импульса, с помощью которой создается почти прямоугольный профиль слоя. Более подробно про физику МРТ можно прочитать здесь.

На этом этапе также выбирается фаза импульса для поворота вектора намагниченности на 0º, 90º, 180º, 270º.

Приемник

В качестве этого элемента используется высокочувствительный малошумящий усилитель сигнала, который работает в области сверхвысоких и высоких частот. Снимаемый ЯМР-сигнал с амплитудой несколько микровольт в приемнике усиливается от 500 до 1000 раз, после чего преобразуется из высокой частоты (МГц) в низкую (кГц).

РЧ-катушки

Необходимы для создания переменного магнитного поля, которое поворачивает суммарную намагниченность в импульсной последовательности. В большинстве магнитов основное поле направлено вдоль отверстия магнита, поэтому катушка создает переменное магнитное поле, которое перпендикулярно отверстию. Наиболее часто встречаются катушки «птичья клетка», седловидной, соленоидальной (создает поле вдоль своей оси), поверхностной (имеют хорошее соотношение сигнал/шум для близлежащих к ней тканей) геометрии.

Система сбора данных

Полученный сигнал должен быть преобразован в цифровой код, который является удобным для обработки на компьютере. Такая оцифровка выполняется с помощью аналого-цифрового преобразователя, и на выходе получают цифровую версию FID, которая после оцифровки запоминается на устройстве памяти компьютера.

В заключение необходимо отметить, что комната сканирования окружена экраном, который не пропускает РЧ-излучение с большой энергией за пределы клиники. А также выполняет роль защиты томографа от сигналов теле- и радиостанций. Кроме того, современные томографы обладают магнитным щитом, который предупреждает распространение магнитного поля далеко по территории клиники.

На нашем сайте Вы также можете подробнее узнать про историю развития МРТ, историю развития компьютерной томографии.

Как-то мы разузнали, как работает капсульная эндоскопия, предназначенная для безболезненных диагностических процедур и исследований труднодоступных участков желудочно-кишечного тракта. На этот раз попробуем разобраться в том, как работает магнитно-резонансная томография — еще один безболезненный способ получения данных о состоянии внутренних органов и тканей человека.

Обращаем ваше внимание, что материал публикуется исключительно в познавательных целях и не является инструкцией, рекомендацией, а также официальным, научным или медицинским документом.

Содержание

• Простая теория
• Что делать нельзя
• Испытано на себе
• Как долго может длиться сканирование
• Есть ли откровенно сложные для томографа задачи?
• Почему нельзя двигаться?
• Зубы надо сжимать, чтобы пломбы не вылетели?
• ПО, катушки
• Красивая картинка

Простая теория

Вначале немного простой теории. МРТ (MRI в английском языке) представляет собой способ получения послойного изображения внутренней структуры того или иного объекта. Грубо говоря, МРТ помогает добыть виртуальные срезы тканей и органов живого человека без вторжения в его тело — это так называемый неинвазивный метод.

В основе лежит явление, которое именуют ядерным магнитным резонансом (ЯМР), и в прошлом к аббревиатуре МРТ в начале добавляли букву «Я» (в английском вместо MRI говорили NMR). Но от слова «ядерный» решили избавиться по простой причине — чтобы не нервировать народ, хотя с бомбами или радиоактивными элементами периодической таблицы Менделеева ничего общего здесь нет.

Если это как-то поможет понять лежащие в основе явления процессы, речь в данном случае идет об измерении электромагнитного отклика атомных ядер, возбуждаемых электромагнитными волнами разных сочетаний (поэтому, кстати, и слышен ритмичный звук разной тональности) в постоянном магнитном поле высокой напряженности, указанной в теслах.

Напряженность поля влияет на качество получаемой картинки. Чем мощность меньше, тем более узкий спектр применимости томографов, которые, в свою очередь, подразделяются на несколько основных типов — от низкопольных до сверхвысокопольных (от слова «поле», а не «пол»).

Утверждать, что чем мощнее, тем лучше, не станем. Скажем так: чем мощнее, тем более универсальна и точна система. Но чем более она универсальна, тем выше ее цена, которая может исчисляться сотнями тысяч долларов и даже переваливать за миллион.

У низкопольных напряженность поля составляет до 0,5 Т. Считается, что такие томографы без контрастирования позволяют получить базовую информацию. Затем следуют среднепольные (1 Т), высокопольные (1,5 Т) и сверхвысокопольные (3 Т). Есть и более мощные, но обычным медучреждениям они не нужны.

«Многие спрашивают, какая разница между 3 Т и 1,5 Т? Принципиальное отличие — в детализации и четкости картинки», — пояснила заведующая кабинетом МРТ центра «Томография» Веста Короленок. В качестве примера она рассказала о пациенте с небольшой опухолью: аппарат с 1,5 Т ее не заметил, а на 3 Т патологию увидели, отправив человека в один из РНПЦ.

Есть также томографы закрытого и открытого типа. Одна из особенностей первых, которые более распространены, заключается в ограничениях по габаритам пациента — очень полный человек попросту не поместится в «трубу». Кроме того, страдающие от клаустрофобии могут чувствовать себя неуютно в замкнутом пространстве, где к тому же нельзя двигаться. Открытые томографы позволяют проводить исследования отдельных суставов, позвоночника и даже головы. Слабая сторона томографов открытого типа — более низкая разрешающая способность: все они являются низкопольными и имеют напряженность магнитного поля не более 0,35 Т.

Что делать нельзя

Попасть внутрь томографа можно, но не всем. Прежде всего туда нельзя обладателям имплантов разных типов: от кардиостимуляторов до слуховых аппаратов. Причин несколько: во-первых, магнитное поле может повредить и/или нарушить работу импланта, во-вторых, есть шанс нанести температурную или иную травму пациенту, в-третьих, наличие импланта негативно скажется на результатах сканирования.

То же касается металла в теле — «спиц» и штифтов, дроби и осколков, хирургических зажимов и подобных элементов (титановые — исключение).

В некоторых случаях при сканировании применяются контрастирующие препараты, которые дополнительно увеличивают четкость изображения. Их компоненты могут вызывать аллергию, они обычно противопоказаны беременным женщинам, а также в период лактации.

Испытано на себе

В «Томографии» установлен сверхвысокопольный Siemens Magnetom Spectra 3 T. Легким агрегат назвать нельзя: его вес в снаряженном состоянии составляет около 7,3 тонны при длине туннеля в 173 см. Система позволяет применять до 120 элементов катушек для покрытия всей анатомической зоны (например, всей центральной нервной системы). Используется фирменное программное обеспечение Siemens, которое в первую очередь влияет на качество сканирования и итогового изображения со срезами толщиной 0,5—1 мм.

Обследуемого облачают в одноразовый безразмерный костюм, в котором отправляют в жерло томографа. Человека укладывают на стол (именно так называется конструкция, которая затем скрывается в туннеле). Чтобы как-то уберечь уши от громкого звука, на голову надевают наушники, из которых звучит легкая музыка. При желании можно вооружиться собственным трек-листом или аудиокнигой.

Это удивило: какие наушники, если металлов быть не должно? Все просто — звук в наушники-воронки передается не по проводам, а по трубкам из эластичного пластика, поэтому композиции звучат как из колодца. Стоит отметить, что заглушить «напевы» томографа аксессуар способен не полностью.

Выпрыгнуть из аппарата нельзя, поэтому на всякий случай в руку пациенту вкладывают грушу (правильно — сигнальное устройство). При приступах паники или по каким-либо другим причинам достаточно сжать ее, и у рентгенолаборанта, контролирующего процесс в помещении рядом (в так называемой пультовой), сработает чрезвычайно громкая сигнализация.

«Казалось бы, все хорошо, пациента уложили, но только успели закрыть дверь, как грушу уже нажали», — рассказывает нам Веста. По ее словам, бывают люди, которые устают в процессе, а он может длиться до двух часов. Поэтому иногда делается перерыв, чтобы пациент мог передохнуть. Это в первую очередь касается такого исследования, как МРТ всего тела.

Достаточно часто встречаются и люди с клаустрофобией, паническими расстройствами. В этом случае рекомендуют узнать у специалиста обо всех этапах исследования и посмотреть сам аппарат.

Сканирование может занимать определенное время, в нашем случае оно длилось около 20 минут. Вторые 10 (или все 19) тянулись бесконечно долго — ведь шевелиться нельзя, а очень хочется. «Хьюстон, у нас проблемы», — засело в голове в момент, когда по нарастающей начал чесаться нос (а это случилось, когда я подумал: «Главное, чтобы не зачесался нос»). Но легкий ветерок из вентилятора где-то над головой помог продержаться неподвижно до конца процедуры.

Делать в туннеле ровным счетом нечего — смотреть некуда, так как почти перед носом находится катушка (?), похожая на удерживающее устройство. Остается прикрыть глаза и слушать «магнитно-резонансную музыку»: система, собирая данные, гудит и «поет» в разной тональности, но всегда ритмично (на самом деле это сверхбыстрые вибрации). Иногда она замолкает, и ты думаешь: «Все, закончилось». Но пауза, которая требуется на донастройку системы, проходит, и ритм стартует заново. Говорят, некоторые умудряются заснуть в процессе — таким можно только позавидовать.

К слову, звучание томографа зависит от задействованных типов катушек и текущей программы.

«Выехав» из туннеля, хочется вскочить и идти — из-за неподвижного положения и громкого звука возникает короткое чувство дезориентации. Главное, не торопиться (да вам и не позволят).

После всего пережитого появилось желание сделать как в кино — подойти к томографу с пистолетом (в боевиках такое показывают регулярно). Но оружия под рукой не оказалось, поэтому эксперимент остался мечтой — проверить, примагнитится ли пистолет, не получилось.

Как долго может длиться сканирование?

— В центре «Томография» — до двух часов. Это МРТ всего тела с контрастированием. Как уже говорилось выше, в таких случаях мы разбиваем исследование на части.

Меньше всего времени тратится на исследование обычных суставов, например коленных. В стандартной ситуации [без патологий] оно длится не больше 15 минут для одного сустава. Но это время непосредственного нахождения пациента в томографе без учета анализа данных.

Компания Siemens постоянно разрабатывает новое ПО. Оно позволяет сократить время для некоторых видов диагностики. Например, можно ускорить сканирование суставов — до 8 минут, а головного мозга — до 6—10. Однако новые опции в ПО требуют тщательного изучения, проработки и оптимизации существующих протоколов исследования перед внедрением.

Есть ли откровенно сложные для томографа задачи?

— При исследовании брюшной полости, например, и если мы работаем в автоматическом режиме, аппарат подстраивается под движение диафрагмы, считывая данные при определенном ее положении. Это заметно увеличивает время исследования. Процесс можно ускорить, однако пациенту придется задерживать дыхание на 20 секунд много раз. Физически это непросто.

Какие-то ограничения для аппарата при его полной укомплектованности катушками отсутствуют. Мы, к примеру, пока не смотрим сердце и не проводим исследования молочных желез. Но в этом году будут закуплены необходимые компоненты.

Почему нельзя двигаться?

— Когда человек двигается, картинка получается размытой. В некоторых случаях, чтобы получить качественное изображение, необходимо подстраивать программу работы томографа. Нам необходимо четко видеть стенки тех же позвонков, структуру — это позволяет определить наличие патологии. Когда человек двигается, теряются даже контуры, диагностика серьезно затрудняется.

При некоторых типах сканирования мелкие и редкие движения не станут проблемой, однако в определенных случаях — когда размытые сканы попали на место с грыжей или иными изменениями — мы вынуждены повторять ту или иную серию для получения четких снимков.

Зубы надо сжимать, чтобы пломбы не вылетели?

— Что касается стоматологических вопросов, то никаких противопоказаний нет. Скорее возникают технические нюансы. Если это исследование головного мозга, артефакт [пломба, штифт] может попасть в зону исследования. Мы тогда выстраиваем программу так, чтобы обойти такие места и получить изображение нужной области.

У пациентов с татуировками, сделанными около 20 лет назад, когда в чернилах было высокое содержание металлов, возможен едва заметный нагрев. Встречаются крайне чувствительные пациенты, они обычно и рассказывают о подобных вещах.

Опасения, как правило, возникают у тех, кто проходит подобную процедуру в первый раз, а также у возрастных пациентов.

ПО, катушки

По словам Весты, МРТ позволяет увидеть то, что остается за кадром рентгеновских снимков. На экране рабочей станции врача при этом выведена картинка с переломами позвонка и крестца. «Эта травма на рентгене, сделанном в поликлинике, не видна», — поясняет наша собеседница.

Помимо технической части, непосредственное влияние на процесс диагностики оказывает набор программ для исследований и анализа данных.

Аппарат снимает картинку в трех плоскостях: корональной (вдоль тела спереди назад), сагиттальной (справа налево) и аксиальной (сверху вниз). При необходимости изображение можно визуализировать в 3D-режиме.

Вначале в дело вступает набор программ (или комплекс последовательностей), обеспечивающий получение информации, — собственно, сканирование. Выбор происходит исходя из того, какая область будет изучаться: для головного мозга — свой набор, для суставов — свой и так далее. Кроме того, алгоритмы отличаются и в зависимости от возраста пациента.

В автоматическом режиме после получения данных информация передается на рабочую станцию врача. Он, «вооруженный» своим софтом, просматривает результаты, при необходимости корректирует их и работает с изображением, позволяющим увидеть всю картину в целом или ее детали, то есть перед специалистом находится точная виртуальная модель (или карта) исследуемой области, органа.

Существуют узкоспециализированные наборы программ, к которым относится, например, алгоритм перфузии. Чаще он используется при возникновении опухолей, в частности, головного мозга, предоставляя информацию, которая позволяет определить степень злокачественности.

Конечно, не весь софт будет одинаково востребован. «Например, такие исследования, как трактография (выстраивание связей нейронов в головном мозге вплоть до мельчайших клеток — получается красивая цветная объемная картинка) или функциональная МРТ, которая подсвечивает зоны мозга, задействованные при определенных движениях, интересны, но используются в основном для диагностики сложных и редких заболеваний ЦНС», — поясняет Веста.

Считается, что МРТ может заменить некоторые болезненные или вредные процедуры диагностических исследований. Конкретный пример — маммография, к которой приходится прибегать, когда УЗИ сделать нельзя по ряду факторов, в том числе из-за возрастного. Метод высокоинформативный, но крайне дискомфортный, так как требует серьезной компрессии молочной железы, а при наличии патологии это может быть очень болезненно. «Альтернативой может стать МРТ. В настоящее время в Европе МР-сканирование молочных желез вытесняет из обихода врачей-маммологов маммографию. У этого метода огромные преимущества и большие перспективы», — отмечает собеседница.

«Раньше преимущественно использовалась компьютерная томография с контрастом — это колоссальная доза облучения. А если необходимо сделать такое обследование несколько раз в течение года… Тем более все рентгеновские контрастные вещества достаточно аллергенные», — говорит Веста.

Красивая картинка

Красивая картинка, подчеркивают в центре «Томография», без квалифицированных сотрудников картинкой и остается. В Беларуси проводят обучение МРТ, но в очень ограниченных объемах: на такие курсы не попасть, врачи съезжаются со всей республики. Длятся они месяц, чего, по словам специалистов, недостаточно для такой широкой области медицины. Поэтому заинтересованные в повышении своей квалификации врачи используют все возможные источники получения информации: от специализированных научно-медицинских сайтов и сообществ до отраслевых выставок и конференций.

«Врачи, направляя пациентов на МРТ, зачастую не обозначают цель исследования, которую они должны поставить перед другим доктором — врачом-диагностом МРТ. Пишут „МРТ головного мозга“… А для чего? Что они хотят увидеть?» — говорит Эмилия Мезина, главврач центра «Томография». По ее словам, обучение медиков должно позитивно повлиять на ситуацию, сделав исследование ценным для пациента с точки зрения получения информации, ведь эта процедура не из дешевых.

Благодарим медицинский центр «Томография» за помощь в подготовке материала.

Читайте также:

• Лекарство от насморка в виде зарина. Как смерть оседлала химию
• Зомби, таблетки от старости и ГМО-люди. Топ медицинских открытий 2018 года

Наш канал в Telegram. Присоединяйтесь!

Быстрая связь с редакцией: читайте паблик-чат Onliner и пишите нам в Viber!

Читайте нас в Дзене

Перепечатка текста и фотографий Onliner без разрешения редакции запрещена. nak@onliner.by