2015-04-30
1213
Магнитно-резонансное исследование опирается на способность ядер некоторых атомов вести себя как магнитные диполи. Этим свойством обладают ядра, которые содержат нечетное число нуклонов, в частности H, С, F и P. Эти ядра отличаются ненулевым спином и соответствующим ему магнитным моментом.
Спин - это одно из основных свойств в природе, таких как электрический заряд или масса. Спин (англ. spin, буквально вращение), собственный момент количества движения микрочастицы, имеющий квантовую природу и не связанный с движением частицы как целого.
Спин кратен ½ и может быть положительным или отрицательным. Каждый непарный электрон, протон и нейтрон имеет спин равный ½. Частица со спином, помещенная в магнитное поле, напряженностью В, может поглощать фотон, с частотой ν, которая зависит от ее гиромагнитного соотношения γ (1.1).
ν= γ*В (1.1)
Почти каждый элемент периодической таблицы имеет изотоп с ядерным спином, отличным он нуля. ЯМР может быть представлен только на тех изотопах, чья распространенность в природе достаточно велика. Некоторые из этих ядер, представляющие интерес для МРТ, представлены в табл. 1.1
Таблица 1.1
| Изотоп | Обозначение | Спиновое квантовое число | γ Гиромагнитное соотношение (МГц/Т) |
| Водород | 1Н | 1/2 | 42.6 |
| Углерод | 13С | 1/2 | 10.7 |
| Кислород | 17О | 5/2 | 5.8 |
| Фтор | 18F | 1/2 | 40.0 |
| Натрий | 23Na | 3/2 | 11.3 |
| Магний | 25Mg | 5/2 | 2.6 |
| Фосфор | 31P | 1/2 | 17.2 |
| Сера | 33S | 3/2 | 3.3 |
| Железо | 57Fe | 1/2 | 1.4 |
Современные МР-томографы «настроены» на ядра водорода, т. е. на протоны (ядро водорода состоит из одного протона). На это существуют две причины: во-первых наш организм состоит на 80 % из воды, фактически водород-это наиболее распространенный элемент в нашем теле; во-вторых у водорода наибольшее гиромагнитное соотношение 42.57 МГц/Т.
Протон находится в постоянном вращении. Следовательно, вокруг него тоже имеется магнитное поле, которое имеет магнитный момент или спин. При помещении, вращающегося протона в магнитное поле возникает прецессирование протона (нечто вроде вращения волчка) вокруг оси, направленной вдоль силовых линий приложенного магнитного поля. Частота прецессирования ν, называемая также резонансной или Ларморовой частотой, зависит от силы статического магнитного поля. Например, в магнитном поле напряженностью 1 Тл (тесла) резонансная частота протона равна 42,57 МГц по формуле (1.1).
Расположение прецессирующего протона в магнитном поле может быть двояким: по направлению поля и против него. В последнем случае протон обладает большей энергией, чем в первом. Протон может менять свое положение: из ориентации магнитного момента по полю переходить в ориентацию против поля, т.е. с нижнего энергетического уровня на более высокий.
Распределение протонов для каждого состояния не одинаково. Протонов с параллельной ориентацией или низкой энергией больше, чем антипараллельных или с высоким состоянием энергии. Однако, различие не большое. Превышающее количество протонов, ориентированных параллельно в поле 0.5Тл, составляет всего лишь 3 протона на миллион, в системе с 1.0онная часть), в системе с 1.ОТл - 6 протонов на миллион и в 1.5Тл системе - 9 протонов на миллион. Число избыточных протонов пропорционально Во. В конечном счете, суммарная намагниченность (сумма все магнитных полей каждого протона) ориентированна по направлению магнитного поля системы.
Для получения изображения не достаточно поместить пациента в магнит. Дальнейшие шаги могут быть разделены на возбуждение, релаксацию, сбор данных, обработку и вывод на экран.
До того, как система начинает получать данные, она производит быстрые измерения (называемые также предварительным сканированием), чтобы определить частоту вращения протонов (Ларморовую частоту). Эта центральная частота важна, так как используется системой для следующего шага.
Как только центральная частота определена, система начинает сбор данных. На данном этапе происходит только зондирование пациента радиочастотным импульсом.
Чтобы управлять суммарной намагниченностью, необходимо послать радиочастотный (РЧ) импульс с частотой, соответствующей центральной частоте систем. Именно поэтому метод был назван магнитно-резонансной томографией. Только протоны, вращающиеся с частотой РЧ импульса, реагируют на этот РЧ сигнал. Если воздействовать РЧ импульсом другой частоты, ничего не произойдет.
Посылая РЧ импульс с центральной частотой, с некоторой силой (амплитудой) и в течение определенного периода времени, можно вращать вектор суммарной намагниченности в плоскости, перпендикулярной оси Z, в данном случае плоскости X-Y (Рисунок 1.1).
Рисунок 1.1
Этот вектор можно поворачивать на любой угол (в пределах от 1° до 180°)- угол переворота (FA - Flip Angle), который указывает угол отклонения суммарного вектора намагниченности. Этот процесс называется возбуждением.
Обычно дополнительное радиочастотное поле прикладывается в виде импульса, причем в двух вариантах: более короткого, который поворачивает протон на 90°, и более продолжительного, поворачивающего протон на 180°.
Когда радиочастотный импульс заканчивается, протон возвращается в исходное положение (говорят, что наступает его релаксация), что сопровождается излучением порции энергии. Время релаксации протона строго постоянно. При этом различают два времени релаксации: Т1 и Т2.
