Устройство МР-томографа

Прежде всего пациента помещают внутрь большого магнита, где имеется довольно сильное постоянное (статическое) магнитное поле, ориентированное в большинстве аппаратов вдоль тела пациента. Под воздействием этого поля ядра атомов водорода в теле пациента, которые представляют собой маленькие магнитики, каждый со своим слабым магнитным полем, ориентируются определенным образом относительно сильного поля магнита. Добавляя слабое градиентное магнитное поле к статическому магнитному полю, выбирают область, изображение которой надо получить.

Затем пациента облучают радиоволнами, причем частоту радиоволн подстраивают таким образом, чтобы протоны в теле пациента могли поглотить часть энергии радиоволн и изменить ориентацию своих магнитных полей относительно направления статического магнитного поля. Сразу же после прекращения облучения, пациента радиоволнами протоны станут возвращаться в свои первоначальные состояния, излучая полученную энергию, и это переизлучение будет вызывать появление электрического тока в приемных катушках томографа.

Зарегистрированные токи являются МР-сигналами, преобразуются компьютером и используются для построения (реконструкции) МР-томограмм.

Основными компонентами любого МР томографа являются:

магнит, создающий постоянное (статическое), так называемое внешнее, магнитное поле, в которое помещают пациента;

градиентные катушки, создающие слабое переменное магнитное поле в центральной части основного магнита (называемое градиентным), которое позволяет выбрать область исследования тела пациент;

радиочастотные катушки - передающие, используемые для создания возбуждения в теле пациента, и приемные - для регистрации ответа возбужденных участков;

компьютер, который управляет работой градиентной и радиочастотной катушек, регистрирует измеренные сигналы, обрабатывает их, записывает в свою память и использует для реконструкции МРТ.

Характер МР-изображения определяется тремя факторами: плотностью протонов (т. е. концентрацией ядер водорода), временем релаксации Т1 (спин-решетчатой) и временем релаксации Т2 (спин-спиновой). При этом основной вклад в создание изображения вносит анализ времени релаксации, а не протонной плотности. Так, серое и белое вещество головного мозга отличаются по концентрации воды всего на 10%, в то время как продолжительность релаксации в них протонов разнится в 11/2 раза.

Существует ряд способов получения МР-томограмм. Их различие заключается в порядке и характере генерации радиочастотных импульсов, методах анализа МР-сигналов. Наибольшее распространение имеют два способа: спин-решетчатый и спин-эховый. При спин-решетчатом анализируют главным образом время релаксации T1. Различные ткани (серое и белое вещество головного мозга, спинномозговая жидкость, опухолевая ткань, хрящ, мышцы и т.д.) имеют в своем составе протоны с разным временем релаксации T1. С продолжительностью T1 связана величина МР-сигнала: чем короче T1, тем сильнее МР-сигнал и тем светлее выглядит данное место изображения на телемониторе. Жировая ткань на МР-томограммах — белая, вслед за ней идут головной и спинной мозг, плотные внутренние органы, сосудистые стенки и мышцы. Воздух, кости и кальци-фикаты практически не дают МР-сигнала и поэтому отображаются черным цветом. В свою очередь мозговая ткань также имеет неоднородное время Т1 - у белого вещества оно иное, чем у серого. T1 опухолевой ткани отличается от T1 одноименной нормальной ткани. Указанные взаимоотношения времени релаксации T1 создают предпосылки для визуализации нормальных и измененных тканей на МР-томограммах.

При другом способе МРТ, названном спин-эховым, на пациента направляют серию радиочастотных сигналов, поворачивающих прецессирующие протоны на 90°. Вслед за прекращением импульсов регистрируют ответные МР-сигналы. Однако интенсивность ответного сигнала по-иному связана с продолжительностью Т2: чем короче Т2, тем слабее сигнал и, следовательно, ниже яркость свечения экрана телемонитора. Таким образом, итоговая картина МРТ по способу Т2 противоположна МРТ по способу T1 (как негатив позитиву).

Рисунок 1.8

Система для МРТ (рис.1.8) состоит из следующих подсистем:

1. Персональный компьютер (ПК) - подсистема, контролирующая все компоненты томографа. Компьютер управляет движением стола пациента в продольном и вертикальном направлении, блоком управления градиентных катушек (БУ ГК), источником и блоком управления РЧ сигнала (БУ РЧ); осуществляющая обработку информации, полученной от принимающей РЧ катушки, и вывод ее на дисплей; питание всех подсистем также осуществляется через ПК.

2. Управляющая консоль - подсистема, осуществляющая ввод информации в ПК.

3. Источник питания - осуществляет питание ПК переменным током с номинальным напряжением 220В 50Гц.

4. Подсистема постоянного магнитного поля – состоит из источника постоянного магнитного поля (постоянного магнита).

5. Подсистема градиентного магнитного поля – состоит из блока управления градиентными катушками (БУ ГК), градиентного усилителя и трех градиентных катушек. Блок управления градиентными катушками осуществляет управление видом и амплитудой каждого из трех градиентных полей. Градиентный усилитель увеличивает мощность градиентных импульсов до уровня, достаточного для управления градиентными катушками. Градиентные катушки создают дополнительное (градиентное) магнитное поле, которое служит для кодирования МР-сигналов от пациента.

6. Подсистема радиочастотных катушек – состоит из источника РЧ сигнала, блока управления РЧ сигналом, РЧ катушек (принимающей и передающей), аналого-цифрового преобразователя (АЦП), детектора и двух усилителей РЧ сигнала полученного и передающего. Источник РЧ сигнала генерирует синусоиды нужной частоты, а блок управления – придает им форму sinc импульсов. РЧ усилители увеличивают мощность импульсов от милливатт до киловатт. Передающая катушка создает магнитное поле В1, необходимое для поворота спинов на 90⁰ или 180⁰. Принимающая РЧ катушка регистрирует сигнал от спинов внутри тела (сигнал релаксации), усилитель усиливает этот сигнал, детектор расшифровывает, а АЦП осуществляет преобразование аналогового сигнала релаксации в цифровой сигнал.

7. Подсистема стола пациента – состоит из привода стола, датчика положения и самого стола пациента. Пациент для проведения МРТ располагается на столе пациента. Привод стола пациента осуществляет движение стола в продольном и вертикальном направлении. Датчик осуществляет преобразование координат стола в электрический сигнал.