Медицина

Диагностика с помощью ядерного магнитного резонанса


                                 1    [pic][pic]
                                 ПРЕДИСЛОВИЕ
       Работа посвящена методам интроскопии непрозрачных для видимого  света
объектов при помощи ядерного магнитного резонанса   (ЯМР).  Чтобы  наблюдать
это явление , объект помещают  в  постоянное  магнитное  поле  и  подвергают
действию  радиочастотных  и   градиентных   магнитных   полей.   В   катушке
индуктивности  ,  окружающей  исследуемый  объект  ,  возникает   переменная
электродвижущая  сила  (ЭДС)  ,  амплитудно-частотный   спектр   которой   и
переходные во времени характеристики  несут  информацию  о  пространственной
плотности резонирующих  атомных  ядер  ,  а  также  о  других  параметрах  ,
специфических только для ядерного магнитного резонанса  .   После  обработки
на ЭВМ эта информация переходит в ЯМР-изображение  ,  которое  характеризует
плотность  химически  эквивалентных  ядер  ,  времена  релаксации   ядерного
магнитного резонанса , распределение скоростей потока  жидкости  ,  диффузию
молекул и биохимические процессы обмена веществ в живых тканях.
       Контраст ЯМР-изображений можно увеличить , вводя в организм различные
парамагнитные  вещества  .  Методы  ЯМР-интроскопии  позволяют  следить   за
процессами поступления  в  организм  и  удаления  из  него  атомных  ядер  ,
например фтора-19  ,  которые  в  нормальных  условиях  либо  отсутствуют  в
организме , либо содержатся в ничтожных концентрациях . Благодаря  указанным
свойствам  ЯМР-интроскопия  стала  самым  мощным  и   многогранным   методом
диагностики  в  медицине  ,  вытеснив  на   второй   план   реконструктивную
рентгеновскую томографию , а также акустоскопию .
       ЯМР-интроскопия  развивается  стремительными  темпами  .  Этому  ,  в
частности , способствует то , что данный  метод  диагностики  безвреден  для
здоровья человека . В отличие  от  рентгеновских  методов  диагностики  ЯМР-
интроскопия дает возможность получать как отдельные ЯМР-изображения,  так  и
кинокадры , содержащие большое  число  ЯМР-изображений.  Было  зафиксировано
несколько  случаев  ,  когда  злокачественная  опухоль  в   мозгу   человека
своевременно обнаруживалась при помощи ЯМР-интроскопии  ,  в  то  время  как
рентгеновские методы диагностики  выявляли  эту  болезнь  на  более  поздней
стадии  ,  и  лечение  становилось  невозможным   .   Есть   все   основания
предполагать , что методом  ЯМР-интроскопии  будет  решена  проблема  ранней
диагностики рака , а также многих других болезней человека .

                          РАДИОЧАСТОТНЫЕ   КАТУШКИ

       Радиочастотные  (РЧ)  катушки  ЯМР-спектрометров  и   ЯМР-интроскопов
предназначены для подвода  РЧ-поля  к  образцу  и   для  съема  РЧ-  отклика
системы спинов. Эти функции разделены в скрещенных РЧ-  катушках  ,  которые
перпендикулярны друг к другу. Обе указанные функции может выполнять одна РЧ-
 катушка  ,  если  в  передающей  приемной  системе  имеется  дуплексер  или
эквивалентная  развязывающая  цепь.  В  ЯМР-  интроскопах   используют   как
соленоидальные , так  и  седловидные  РЧ-  катушки.  Амплитуда  РЧ-  поля  в
однородном соленоиде

                           В1=300(W( Q((с(Vc)1/2 ,

где В1 выражено в мкТл , РЧ - мощность W в Вт , объём  РЧ  -  катушки  Vc  в
см3. Постоянная времени нарастания напряжения в таком соленоиде

                                tH=2Q / ((o ,

                                      2
где   Q - добротность РЧ - катушки. Одиночная РЧ  -  катушка  создает  самую
большую амплитуду В1 РЧ - поля в образце заданного объема Vc.
        Отношение сигнала к  шуму  S/N  в  цепи  настроенной  РЧ  -  катушки
изменяется как  корень квадратный из  Q  ,  и  поэтому  целесообразно  иметь
более высокое Q. Однако время , затрачиваемое на  разделение  двух  соседних
циклов облучения , пропорционально добротности. Поэтому в  ЯМР-  интроскопах
, в которых используют импульсные методы формирования ЯМР  -  изображений  ,
добротность ограничена.
          Чтобы получить однородное РЧ -  поле  по  объему  образца  ,  были
построены  седловидные  РЧ-  катушки   взамен   однородных   соленоидальных.
Вариации амплитуды магнитного поля  по  объему  образца  минимальны  ,  если
h/D=1.6554 , c=120.76(, (рис 1)  ,  и  магнитное  поле  перпендикулярно  оси
цилиндра. В оптимальной конфигурации седловидной РЧ- катушки производные  от
центрального поля второго  порядка  по  координате  обращаются  в  нуль  для
любого направления. Заметим , что седловидную геометрию  с  противоположными
направлениями электрических токов используют также  в  градиентных  катушках
магнитного поля.
Однако оптимальные значения h/D и ( будут другими. Оптимизацию  геометрии  в
этом случае определяет  некоторая  комбинация  производных  от  центрального
магнитного поля по координате третьего порядка.
         Для  расширения  области  однородного  РЧ-  поля  в  соленоидальной
катушке вводят переменный шаг между витками. Анализ показал, что  радиальная
неоднородность сравнима с аксиальной неоднородностью или меньше  ее,  и  обе
указанные неоднородности улучшаются, если оптимально уменьшать  шаг  намотки
к  краям  соленоида.  Геометрия  такого  соленоида  фиксируется  при  помощи
четырех  гребенок,  изготовленных  из  нитрида  бора.  Таким  образом,  было
получено двукратное увеличение однородности РЧ- поля   на  частоте  vo=  270
MГц.
        Сравнительный анализ соленоидальной и седловидной  РЧ-  катушек  для
ЯМР- интроскопов, в которых используют импульсные методы  формирования  ЯМР-
изображений, показывает, что отношение сигнала к шуму в  соленоидальной  РЧ-
катушке примерно в 3 раза, а добротность Q примерно в 2 раза больше,  чем  в
седловидной РЧ- катушке на  частотах  20  МГц.  Причина  этого  в  том,  что
магнитная  энергия  в  седловидной  РЧ-   катушке   концентрируется   вблизи
проводников и не проходит через образец,  который  находится  в  центре  РЧ-
катушки.
        В импульсных ЯМР- интроскопах образец  возбуждается  импульсами  РЧ-
поля с пиковой мощностью  порядка  102—103  Вт  при  среднем  квадратическом
напряжении 100 В. Между тем мощность регистрируемого сигнала равна всего  10
- 6 Вт. Чтобы подавить остаточные осцилляции тока на 180 (В в скрещенных РЧ-
 катушках, требуется время восстановления около 14 td,  где  td(  постоянная
времени спада резонансной цепи, равная 2Q/wo, а в случае одной  РЧ-  катушки
это время возрастает до 21td. Блокирование  полезной  информации  в  течение
времени  восстановления  приводит  к  амплитудным  и  фазовым  искажениям  в
регистрируемом сигнале ССИ.
Передающе- приемная  РЧ-  катушка  ЯМР-  интроскопа  для  объектов  большого
размера  показана  на  рисунке  2.  Это  седловидная  катушка   Гельмгольца,
содержащая всего два витка медной полоски, намотанных на  цилиндр  диаметром
30 см. специальные соленоидальные  РЧ-  катушки  для  головы  человека  были
созданы в Абердине. Статическое магнитное поле абердинского ЯМР-  интроскопа
ориентировано вертикально, а магнитное  РЧ-  поле  горизонтально  вдоль  оси
ложа, на котором лежит пациент(рис.3). Два соленоида с шагом обмотки 1.1  см
и диаметром 27.6 см имеют участок
                                      3
длиной 5.5 см, свободный от витков. Вариации амплитуды РЧ- поля в  описанной
конструкции сдвоенного соленоида составляют около 9( на длине 14 см,  что  в
4.4 раза меньше вариации в однородном соленоиде тех же  размеров.  Чтобы  не
допустить расстройки РЧ- катушки после  помещения  пациента,  между  головой
пациента и  РЧ-  катушкой  помещался  экран  Фарадея,  который  одновременно
уменьшал диэлектрические потери в теле пациента. Экран состоял из 90  медных
проводников диаметром 1.8  мм,  равномерно  уложенных  параллельно  оси  РЧ-
катушки. Чтобы центральная трансаксиальная плоскость была  эквипотенциальной
под  нулевым  потенциалом,  РЧ-  катушка  для  головы  человека  работала  в
электрически  сбалансированном  режиме.  Поэтому   не   было   необходимости
заземлять  проводники  экрана  Фарадея,  и   каждый   проводник   мог   быть
электрически изолирован. Резонансная частота  РЧ-  катушки  равна  1.7  МГц,
добротность Q0 = 460 без пациента и Q0 = 330 с пациентом. Из  этих  значений
следует, что индуктивные потери составляют  1/3  полных  потерь  в  процессе
формирования ЯМР- изображений головы человека.
       Чтобы уменьшить размер РЧ- катушки и тем  самым  увеличить  отношение
сигнала к шуму, была разработана РЧ-  катушка  в  форме  скрещенных  элипсов
рис.4. Обмотка состояла из  двух  витков  медной  проволоки,  намотанных  на
цилиндрический каркас либо последовательно, либо  параллельно.  РЧ-  поле  в
ней могло быть направлено как параллельно оси цилиндрического  каркаса,  так
и перпендикулярно. Если генератор РЧ- поля  подсоединен  к  клеммам  ab,  то
возбуждается поперечное В1(a,b)  поле,  а  если  к  генератору  подсоединены
клеммы  cd,  то  возбуждается  продольное  В1(c,d)  поле.  РЧ-   катушка   с
параллельной обмоткой характеризуется тем, что РЧ-  напряжение,  приложенное
к клеммам ab, практически не создает напряжения на клеммах cd,  и  наоборот.
Поэтому РЧ- мощность можно передавать через одну пару клемм. Возможна  также
схема, в которой переключатель- дуплексор соединен  с  каждой  парой  клемм,
так что можно одновременно регистрировать ЯМР-  сигналы  от  двух  различных
ядер, гиромагнитные отношения которых не сильно отличаются  друг  от  друга,
например, ядра 1Н и 19F. Известно, что в этом случае  статическое  магнитное
поле должно быть ориентировано вдоль оси х (рис.4) перпендикулярно  векторам
В1,АВ и В1,CD одновременно.
        Конструкция РЧ- катушек, используемых в методе  ЯМР-  интроскопии  с
градиентом РЧ- поля по объему образца, показана на рисунке 5. Передающая РЧ-
 катушка, которая формирует градиент РЧ- поля, состоит из четырех  витков  в
верхней части и одного витка в нижней части. приемная  РЧ-катушка  выполнена
в форме соленоида. Основной недостаток такой конструкции РЧ- катушек в  том,
что для образцов, длина которых соизмерима с длиной передающей РЧ-  катушки,
возникают  артефакты  на  ЯМР-  изображениях.  Причиной  возникновения  этих
атерфактов в том, что фазы сигналов, идущих  от  различных  частей  образца,
различаются.

                        СЪЕМ   И   ОБРАБОТКА   ДАННЫХ

               Отсчитывание аналоговых ЯМР-  сигналов  ведут  на  регулярной
последовательности дискретных моментов времени, идущих с тактовым  периодом,
который удовлетворяет классической теореме отсчетов. Перед каждым  очередным
отсчитыванием производят интегрирование ЯМР- сигнала практически  в  течение
всего  тактового  периода.  Накопленный  сигнал  сбрасывают  перед   началом
очередного цикла накопления. Тактовая частота  может  достигать  107  Гц,  а
диапазон  измеряемых  частот  около  10  кГц.   Проинтегрированные   сигналы
обрабатывались в аналогово- цифро
                                      4
вом преобразователе, которые принимают вид набора двоичных знаков  от  5  до
14  разрядов.  Чтобы  зафиксировать   цепочку   цифр,   используют   быстрое
устройство накопления цифровой информаци.
      Компьютер процессор  в  ЯМР-  интроскопии  используют  для  выполнения
дискретного преобразования  Фурье  большого  массива  данных,  а  также  для
выполнения других математических  операций,  которые  возникают  в  процессе
получения ЯМР- изображений. Только в ЯМР- интроскопах  прямого  сканирования
либо при  использовании  топического  метода  искомые  данные  получают  при
помощи простой перетасовки  данных  в  заданном  формате.  Наибольший  объём
вычислений  выполняют  при  использовании   проекционно-   реконструктивного
метода  ЯМР-  интроскопии.  Большой  объём  промежуточных  данных  хранят  в
больших системах памяти и  возвращают  обратно  в  память  после  проведения
соответствующих вычислительных операций.
         ЯМР-  изображения,  поступившие  из  ЯМР-  интроскопа,  могут  быть
подвергнуты апостериорной обработке в целях повышения контраста  и  качества
изображения, а также для распознавания  образов,  корреляционного  и  других
методов  диагностики.  Подробный  анализ  методов  цифровой  обработки  ЯМР-
изображений выходит за рамки данной работы.

                       СИСТЕМЫ   ОТОБРАЖЕНИЯ   ДАННЫХ

       ЯМР- изображения  в  своем  первичном  виде  отображаются  на  экране
катодно- лучевой трубки или растрового  дисплея,  управляемого  компьютером.
Изображение на  экране  катодно-  лучевой  трубки  формируют  модуляцией  во
времени интенсивности электронного пучка.  Чтобы  повысить  число  различных
градаций, используют метод модуляции  времени  экспозиции.  На  вход  такого
устройства исходные данные поступают в форме слов из 4 бит  в  эквивалентный
интервал времени экспозиции  .  С  этой  целью  табличные  данные  вводят  в
запоминающее устройство только для считывания (ROM). Организация  последнего
имеет вид 16 слов ( 8 бит, так что  любое  значение  дискретного  сигнала  в
форме слова из 4 бит в случае 16 градаций яркости адресует одно слово  из  8
бит в указанной таблице. Затем слова из 8 бит  загружают  в  восьмиразрядный
счетчик импульсов, который управляется тактовыми импульсами  таким  образом,
что время необходимое для сброса показателей  счетчика  импульсов  до  нуля,
пропорционально логарифму значения  дискретного  сигнала  в  соответствии  с
законом Вебера( Фехнера для зрения. В  таком   устройстве  тактовая  частота
равна 10 МГц  , ширина полосы частот  дисплея  5  МГц  .  Формирование  ЯМР-
изображения на дисплее с растром 128(128 элементов  занимает  около  1/4  с.
Цифровой-  аналоговый   конвентор   имеет   десятиразрядные   слова.   Чтобы
отображать на  дисплее  данные,  интенсивность  которых  превышает  заданное
значение, используют параллельно программируемый ROM.
       Псевдоцветное ЯМР- изображение найдет широкое применение  в  клинике,
так как оно облегчает установку точного диагноза и уменьшает  напряжение,  с
которым должен работать оператор.  Псевдоцветное  изображение  формируют  на
цветном телевизионном мониторе. Особый интерес для  медицины  имеет  система
одновременного  отображения  спиновой  плотности  f  (x)  и   времен   спин-
решеточной релаксации Т1 (х). Вариации Т1 передаются  в  цветовой  шкале,  а
спиновая  плотность  f  -   в   шкале   интенсивности.   Интерфейс   дисплея
синхронизирует управляющие сигналы и постоянно в режиме быстрого  обновления
изображения конвентирует цифровые значения интенсивности ЯМР- изображения  в
видеосигнал.
                                      5
Фотографические копии ЯМР- изображения можно получить  либо  непосредственно
с экрана  цветного  монитора,  либо  при  помощи  фотосканера,  управляемого
компьютером. На фотобумаге получают как черно- белые, так  и  цветные  копии
ЯМР-  изображений.  Устройство   содержит   традиционный   графопостроитель,
соединенный  через  интерфейс  с   миникомпьютером.   Цветная   копия   ЯМР-
изображения  создается  при  помощи   трех   источников   света   различного
спектрального состава, при  этом  свет  доходит  до  фотографической  бумаги
размером 20 ( 20 см через  волоконно-  оптический  кабель.  Время  получения
монохромной копии ЯМР- изображения составляет  3  минуты  ,  а  цветного  12
минут . Имеется возможность уменьшить это время в 3 раза .



                  ПРИМЕНЕНИЕ   ЯМР - ИНТРОСКОПИИ В МЕДИЦИНЕ

       При сопоставлении различных методов получения ЯМР- изображений обычно
указывают три характеристических параметра (
1. Отношение сигнала к шуму .
2. Время получения ЯМР- изображения .
3. Пространственное разрешение .
Отношение сигнала к шуму равно отношению ЭДС , индуцированной в приемной РЧ-
 катушке , к средней квадратической амплитуде тепловых шумов Un :

                              S / N = ( / Un ,
где

                             Un = (4kTcR(()1/2 ;

Tc ((  абсолютная температура катушки ;  R (  электрическое сопротивление  ;
(( ( ширина полосы частот всей приемной  системы  .  Так  как  ЯМР-  сигналы
регистрируют фазово- чувствительным детектором, то в формулу  для  отношения
S / N входит отношение амплитуд сигналов , а не энергий . ЭДС равна

              ( ( (В1)ху М (0 Vs ( (0 B0(B1)xyVs ( (02 Vs(B1)xy

при (о ( 5 МГц  . В РЧ- катушке соленоидального вида поле В1 для  единичного
тока равно
                         В10 = [pic]( [pic] n (( 1 ,

где а - радиус катушки ; 2b - ее высота ; (0  -  восприимчивость  свободного
пространства ; n  -  число  витков  в  катушке.  С  учетом  скин  -  эффекта
электрическое сопротивление катушки [pic]

                   R 3/2( ( ( (( a n2) / (2(  g) ( n (( 1,


                                      6
где ( - сопротивление катушки ; ( ( 3 - 6 - фактор близости ;  (  -  толщина
скин-слоя. В области частот (0 ( 1МГц  отношение сигнала к  шуму  измеряется
как степень 7/4 от лармовой частоты . При высоких частотах , когда  основные
потери РЧ- мощности происходят в  образце  ,  это  соотношение  переходит  в
линейное . Для объектов больших размеров ,  например  для  тела  человека  ,
необходимо учесть  скин-  эффект  и  электрическое  сопротивление  тканей  ,
которое равно ( 1( , а толщина скин- слоя составляет 80 мм при (0 =  40  МГц
. Из-за ослабления РЧ- поля угол нутации (  становится функцией глубины z  :

                        ( ( / 2 = B10 tp exp(- z/( ).

Разброс угла нутации по глубине компенсируют , выбирая для каждой глубины  z
соответствующую амплитуду РЧ- поля.
       Моделирующие  расчеты  эффектов   ослабления   и   сдвига   по   фазе
электромагнитного поля в различных тканях человека показывают , что  в  ЯМР-
интроскопах , предназначенных для  получения  ЯМР-  изображений  человека  ,
частота Лармона не должна быть более 10 МГц .
       Тело человека , помещенное в РЧ-  катушку  ЯМР-  интроскопа  ,  можно
рассматривать как электрическое  сопротивление  с  Z  =  1.87  (  ,  которое
включено последовательно с электрическим сопротивлением  соленоидальной  РЧ-
катушки , имеющей R = =1.56 ( . При этом  полное  эффективное  сопротивление
равно R’ = R + Z = 3.43 ( . Амплитуда шума Un возрастает  в  [pic]  =  [pic]
раза . Именно во столько раз (и не больше!) возрастает отношение  сигнала  к
шуму  ,  если  охладить  РЧ-  катушку  до   сверхпроводящего   состояния   .
Приведенная выше оценка отношения сигнала к шуму верна  для  прямого  метода
сканирования , и во всех интегральных  и  многопланарных  методах  получения
ЯМР-  изображений  отношение  сигнала  к  шуму  в   эквивалентных   условиях
значительно выше  .  Указанный  фактор  позволяет  снизить  требуемое  время
получения ЯМР- изображения вплоть до 1с.
       Важное  преимущество  методов   интроскопии   при   помощи   ядерного
магнитного резонанса в том , что здесь нет ионизирующего  излучения  .  Этот
факт стал решающим стимулом  быстрого  распространения  ЯМР-  интроскопов  в
клиниках .  В  процессе  съема  данных  о  ЯМР-  изображении  тело  человека
подвергается  действию  трех  агентов  :  статического  магнитного  поля   ,
переключаемых  или  осцилирующих  градиентных  магнитных  полей  ,  а  также
импульсных радиочастотных полей . Статическое магнитное поле  может  вызвать
генетические или биохимические  эффекты  ,  а  также  эффекты  на  клеточном
уровне . Вплоть до индукции магнитного  поля  2  Тл  указанных  эффектов  не
наблюдалось  .  Статическое   магнитное   поле   может   изменять   скорость
распространения  импульсов  электрического  поля  по   нервам   .   Согласно
теоретическим  оценкам  ,  изменение  указанного  фактора  на  10%    должно
наступить   в  полях  с  индукцией  24  Тл  и  более  .  В  экспериментах  ,
проведенных в магнитном поле 2 Тл в течение 4ч никаких изменений в  скорости
проводимости нервов обнаружено не было . Искомое  явление  маскирует  эффект
изменения температуры тела . Повышение температуры тела на 0.1( С  приводило
к вариациям рассматриваемого фактора на 2 - 4 %.
В сильных магнитных полях наблюдают аномалии в электрокардиограмме сердца  .
При  движении  крови  в  магнитном  поле  возникает  дополнительная  ЭДС   .
Наблюдаемый эффект , который растет  линейно  с  индукцией  магнитного  поля
вплоть до 2 Тл и исчезает сразу же после выключения статического  магнитного
поля , используют  для  изучения  потока  крови  в  сердце  .  При  этом  не
возникают ни аритмия , ни изменения в

                                      7
частоте сокращения сердца , ни изменения в давлении крови  и  не  происходит
никаких химических изменений .
       Исследование   поведения   бактерий   и   генетические   исследования
лимфоцитов крови человека при  помощи  методики  ,  очень  чувствительной  к
слабым примесям токсических веществ и к  ультрафиолетовому  облучению  ,  не
позволили  обнаружить  какие-  либо  вредные  эффекты  вплоть  до   индукции
магнитного поля ( 1 Тл.
       Переключаемые и осцилирующие градиентные магнитные поля могут создать
недопустимо высокие значения внутренней ЭДС . При  скорости  переключения  3
Тл/с возникают электрические токи с плотностью около  3  мкА/см2  ,  которые
могут вызвать  нетепловые  биологические  эффекты  .  Количественный  анализ
показал , что для градиентной катушки диаметром 20  см  допустимое  значение
скорости переключения магнитного поля равно dB/dt = 1 Тл/с  .  Это  значение
лежит ниже порога возбуждения нервов (( 3(103 мкА/см2),  порога  свертывания
крови в сердце (102 -  103  мкА/см2),  порога  наблюдения  вспышек  света  в
глазах человека под действием электродов на голове человека (( 17  мкА/см2),
а также  порога  эффекта  магнитных  фосфенов  ((  5  мкА/см2).  Специальные
эксперименты показали , что патологические  изменения  в  крови  отсутствуют
при скорости переключения магнитного поля ( 500 Тл/с . Было замечено  ,  что
порог указанных эффектов  зависит  также  от  формы  функции  ,  описывающей
вариации магнитного поля во времени  .  Синусоидальные  сигналы  не  создают
практического вреда в интервале частот 30 - 65  Гц  и  только  асимметричные
формы сигналов дают заметные изменения этих факторов на пациентах .
       Радиочастотное  поле  ЯМР-  интроскопа  создает   нагрев   тканей   .
Установленный верхний порог равен 4 Вт/кг при времени воздействия  менее  10
мин. и 1.5 Вт/кг при длительном облучении. Основной  обогрев  происходит  на
поверхности тела . Тело теряет тепло за счет излучения и прямого  охлаждения
. При низкой влажности воздуха и мощности облучения 4  Вт/кг  в  течение  10
мин. температура тела повышается на 0.7( С .
       Тепло , выделяемое в тканях человека во время  сеанса  облучения  РЧ-
полем , измеряют по добротности системы с пациентом и без пациента .
       Наблюдения  за  поведением  отдельных  клеток  ,  поиск  генетических
повреждений и аберраций в хромосомах показали  ,  что  комплекс  факторов  ,
характерных для ЯМР- интроскопии , не создает вредных эффектов .
       ЯМР- изображения несут важную информацию о химии физиологических
процессов , о структуре и динамике тканей на молекулярном уровне и как
следствие этого дают принципиально новые возможности для медицинской
диагностики . Это свойство и безвредность ЯМР- интроскопии стали решающим
стимулом быстрого внедрения ЯМР- интроскопии в медицинские клиники .
Современные ЯМР- интроскопы дают пространственное разрешение 1( 1( 4 мм при
времени получения изображения около 100 с, позволяют одновременно получать
локализованные спектры химических сдвигов ядер 31Р и 13С в естественной
концентрации . Одновременно или с небольшим разрывом во времени можно
получить как анатомическую информацию , так и данные об обмене веществ в
тканях (метоболизме) . Время получения спектра 31Р равно 10 и 16 мин. для
спектра 13С . Положение и относительные интенсивности пиков в спектре 31Р
указывают на отклонения от нормы в тканях под действием ишемии ,
злокачественной опухоли , нарушения обмена и демонстрируют результаты
терапии . Спектры 13С содержат информацию об уровне триглицерида и
гликогена . На ЯМР- изображениях можно отобразить:
Время спин- решеточной релаксации Т1 ;
                                      8

       2.Время спин- спиновой релаксации Т2 ;
              3.Коэффициент диффузии молекул ;
Особенно ценную информацию  несут  ЯМР-  изображения  сосудистой  системы  ,
спинового мозга , головного мозга  ,  легких  и  средостения  .  Все  случаи
злокачественных  опухолей  ,  обнаруживаемых  при  помощи   реконструктивной
рентгеновской томографии  ,  идентифицируются   на  ЯМР-  изображениях  ядра
водорода . Накоплен большой опыт клинического исследования  головного  мозга
человека при помощи ЯМР- интроскопии . Всего было обследовано 140  пациентов
с  широким  спектром  неврологических  заболеваний   .   Преимущество   ЯМР-
изображений в том , что на них серое вещество мозга отображается  с  высоким
контрастом  ,  который   недоступен   для   рентгеновской   реконструктивной
томографии  .  Отсутствуют  артефакты  ,  создаваемые  костными  тканями   в
рентгеновской реконструктивной томографии , отображаются параметры о  потоке
жидкостей.
       Большой набор параметров на ЯМР-  изображениях  позволяет  с  высокой
достоверностью обнаружить  такие  патологические  процессы  ,  как  эдема  ,
инфекции , злокачественные опухоли и перерождения ткани .  Особенно  высокую
чувствительность к мозговой эдеме  дают  сигналы  спинового  эха  .  Главный
недостаток ЯМР- интроскопии в том , что на ЯМР- изображениях нет  информации
о структуре костей . Для этой цели необходимо использовать  реконструктивную
рентгеновскую томографию .
       ЯМР- интроскопия дает уникальную возможность своевременно  обнаружить
образование миелита в развивающемся плоде и при оценке мозговых нагноений  у
детей.
       Результаты первого опыта использования ЯМР- интроскопии  в  педиатрии
являются обнадеживающим  .  При  помощи  планарного  метода  получения  ЯМР-
изображений с регистрацией эхо-  сигнала  за  малые  доли  секунды  получают
изображения легких , сердца , и средостение без артефактов движения .  Иначе
говоря , съем данных ведут в реальном масштабе  времени  .  Время  получения
изображения с разрешением 6 мм и толщиной 8 мм равно  35  мс  .  Сигналом  -
монитором является электрокардиограмма . За 4.5  минуты  получают  512  ЯМР-
изображений ( 32 среза с 16 кинокадрами на каждый срез  .  Таким  образом  ,
регистрируемые данные имеют четырехмерную структуру  .  С  помощью  ядерного
магнитного резонанса получены результаты обследования детей в возрасте от  3
до 14 месяцев  и  сняты  изображения  левого  желудочного  сердца  .  Методы
ангиографии были в этих случаях бессильны .
       Описаны случаи , когда злокачественные опухоли в  головном  мозге  на
раннем этапе развития были обнаружены только на  ЯМР-  изображениях  и  были
едва  заметны  на  рентгеновских  томограммах  .Эти  и  другие  исследования
убедительно свидетельствуют  о  том  ,  что  в  нейрологической  диагностике
наступает новая эра .
       В других работах было показано экспериментально ,  что  анатомическая
информация и данные о метаболизме  в  головном  мозгу  человека  могут  быть
получены на одной установке .  Вопреки  общепринятым  представлениям  ,  был
построен ЯМР- интроскоп  для  головного  мозга  человека  на  очень  высокой
резонансной частоте 63.9 МГц при индукции магнитного поля 1.5 Тл  и  щелевом
резонаторе РЧ- поля . Было достигнуто повышение отношения сигнала к  шуму  в
11 раз по сравнению с системой , работающей в  магнитном  поле  с  индукцией
0.12 Тл . Локализованные ЯМР- спектры высокого разрешения 31Р  ,  13С  и  1Н
были получены при помощи поверхностной  катушки  .  Таким  образом  ,  метод
получения совместных  данных  об  анатомии  и  о  биохимии  тканей  в  мозгу
человека становится традиционным .

                                      9

                                 ЗАКЛЮЧЕНИЕ

       История науки учит нас , что  каждое  новое  физическое  явление  или
новый метод проходит трудный путь , начинающийся в момент  открытия  данного
явления и проходящий через несколько фаз . Сначала почти никому не  приходит
мысль о возможности , даже весьма отдаленной , применения  этого  явления  в
повседневной жизни , в науке или технике . Затем наступает фаза  развития  ,
во время которой данные экспериментов убеждают всех в  большой  практической
значимости данного явления. Наконец , следует фаза стремительного  взлета  .
Новые инструменты входят в моду , становятся высокопродуктивными ,  приносят
большую прибыль  и  превращаются  в  решающий  фактор  научно-  технического
прогресса . Приборы ,  основанные  на  когда-то  давно  открытом  явлении  ,
заполняют физику , химию , промышленность и медицину.
       Наиболее ярким примером изложенной выше  несколько  упрощенной  схемы
эволюции служит явление магнитного резонанса , открытое Е.  К.  Завойским  в
1944 г. в форме парамагнитного резонанса  и независимо  открытого  Блохом  и
Парселлом в 1946 г. в виде резонансного явления магнитных  моментов  атомных
ядер . Сложная эволюция  ЯМР  часто  толкала  скептиков  к  пессимистическим
заключениям . Говорили, что “ ЯМР  мертв  “  ,  что  “  ЯМР  себя  полностью
исчерпал “ . Однако вопреки и наперекор этим заклинаниям ЯМР продолжал  идти
вперед и постоянно доказывал свою жизнеспособность . Много раз  эта  область
науки оборачивалась к нам  новой  ,  часто  совсем  неожиданной  стороной  и
давала жизнь новому направлению . Последние революционизирующие  изобретения
в области ЯМР , включая удивительные методы  получения  ЯМР-  изображений  ,
убедительно  свидетельствуют  о  том  ,  что  границы   возможного   в   ЯМР
действительно безграничны . Замечательные преимущества  ЯМР-  интроскопии  ,
которые будут высоко оценены человечеством и которые сейчас являются  мощным
стимулом стремительного развития ЯМР- интроскопии и  широкого  применения  в
медицине , заключаются в очень  малой  вредности  для  здоровья  человека  ,
свойственной этому новому методу.
         [pic][pic]



                   МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО
                                 ОБРАЗОВАНИЯ
                                     РФ

                  ВЛАДИМИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

                              КАФЕДРА  РТ и РС



                                   РЕФЕРАТ

                                  НА ТЕМУ :
                          “  ДИАГНОСТИКА  С  ПОМОЩЬЮ
                         ЯДЕРНОГО МАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА  “



                                                                  ВЫПОЛНИЛ :
                                                      СТ - Т  ГР.  МИД - 194
                                                              ШАБАНОВ  Р. В.
                                                                     ПРИНЯЛ:
                                                                СОХНО  О. Н.



                               ВЛАДИМИР , 1997



                                 СОДЕРЖАНИЕ



  Предисловие...............................................................
.........................................1

  Радиочастотные
катушки.....................................................................
.......1

  Съем и обработка
данных......................................................................
........3

  Системы отображения
данных...................................................................4

  Применение ЯМР- интроскопии в
медицине............................................5

  Заключение................................................................
..........................................9



                                     10



                             СПИСОК   ЛИТЕРАТУРЫ



1. Сороко Л. М.   Интроскопия на основе ядеоного магнитного резонанса  - М:
Энергоатомиздат ,1986

2. Абрагам А.    Ядерный магнетизм : пер. с англ. / Под ред. Г. В.
Скроцкого. - М. : Изд- во ионостр. лит., 1963. - 551с.

3. Феррар Т. , Беккер Э.    Импульсная и фурье - спектроскопия ЯМР : пер. с
англ. / Под ред. Э. И. Федина . - М. : Мир , 1973. - 164с.





смотреть на рефераты похожие на "Диагностика с помощью ядерного магнитного резонанса "