Принципы отображения при МРТ

Магнитный резонанс является методом томографического отображения, служащим для получения ЯМР-изображений человеческого тела. Каждый срез имеет толщину. Срез состоит из отдельных элементов объема или вокселов. Объем каждого воксела составляет, примерно, 3 мм³/6/.

Магнитно-резонансное изображение состоит из отдельных элементов плоскости, называемых пикселями. Интенсивность пиксела пропорциональна интенсивности ЯМР-сигнала состоящей из соответствующих элементов объема или вокселов отображаемого объекта.

Воксел кодируют таким образом, что протоны, содержащиеся в нем, испускают РЧ волну с известной фазой и частотой. Амплитуда сигнала зависит от количества протонов в вокселе.

Если предположить, что магнитное поле однородно на 100 % (что не так), то все протоны в организме вращались бы с Ларморовой частотой. Это также означает, что все протоны возвращали бы сигнал. Существует проблема определения координат протона, от которого пришел сигнал. Градиент магнитного поля – это именно то, что позволяет сделать это. Градиентом магнитного поля является изменение магнитного поля в зависимости от положения. Одномерный градиент магнитного поля вдоль оси х магнитного поля Во означает, что магнитное поле увеличивается по направлению х.

С помощью специальных приборов можно зарегистрировать сигналы (резонансное излучение) от релаксирующих протонов, и на их анализе построить представление об исследуемом объекте.

Компьютер получает это огромное количество информации, анализирует данные и создает изображение. Математический процесс, производимый компьютером, известен как двумерное преобразование Фурье (ДПФ), которое позволяет компьютеру вычислить точное размещение и интенсивность (яркость) каждого воксела.

Точка в центре магнита, где (x,y,z) =0,0,0 называется изоцентром магнита. В изоцентре магнитное поле имеет напряженность B₀ и резонансная частота равна 0. Если линейный градиент магнитного поля применить к гипотетической голове с тремя спин содержащими областями, эти области будут испытывать разные магнитные поля. Следствием этого будет являться ЯМР-спектр с более чем одним сигналом. Амплитуда сигнала пропорциональна числу спинов в плоскости, перпендикулярной градиенту. Этот процесс называется частотным кодированием и делает резонансную частоту пропорциональной положению спина.

= В₀ (1.2)

= (В₀ + x Gx) = о + x Gx (1.3)

x = ( - o) / ( Gx) (1.4)

Этот принцип является основой всей магнитно-резонансной томографии.

Наилучшим путем для понимания отображающей последовательности является изучение временной диаграммы последовательности. Временная диаграмма для отображающей последовательности показывает радиочастотные импульсы, градиенты магнитного поля и сигнал, как функцию от времени.

Простейшая отображающая последовательность преобразования Фурье содержит 90^o импульс выбора среза, RF-импульс градиента выбора среза, Gs - фазо-кодирующий градиентный импульс, G - частотно-кодирующий градиентный импульс, и сигнал (рис. 1.6).

Рисунок 1.6.

Импульсы для трех градиентов представляют величины и длительности градиентов магнитного поля. В действительности, временная диаграмма для этой последовательности немного сложнее. Первым событием, происходящим в этой отображающей последовательности, является включение срез-селектирующего градиента. Одновременно применяется РЧ-импульс выбора среза. РЧ-импульс выбора среза является аподизированной функцией sinc имеющей вид пакета РЧ-энергии. После окончания РЧ-импульса срез-селектирующий градиент выключается и включается фазо-кодирующий градиент. После выключения фазо-кодирующего градиента включается частотно-кодирующий градиент и регистрируется сигнал. Сигнал имеет форму спада свободной индукции. Последовательность импульсов обычно повторяется 128 или 256 раз для сбора всех необходимых данных для предоставления изображения. Время между повторениями последовательности называется временем повторения (repetition time, TR). С каждым повторением последовательности меняется величина фазо-кодирующего градиента. Величина изменяется на одинаковое значение между максимальной амплитудой градиента и минимальным значением. Вот пример того, как будет выглядеть последовательность из восьми шагов фазового кодирования (рис. 1.7).

Рисунок 1.7.

Срез-селектирующий градиент всегда применяется перпендикулярно плоскости среза. Фазо-кодирующий градиент применяется вдоль одной из сторон плоскости изображения. Частотно-кодирующий градиент применяется вдоль оставшегося края плоскости изображения. На следующей таблице (табл. 1.2) показаны возможные комбинации градиентов выбора среза, фазо-кодирующего и частотно-кодирующего.

Таблица 1.2.