Физические основы магнитнорезонансной томографии

Суть магнитнорезонансной томографии (либо ЯМР — интроскопии) состоит, на самом деле дела, в реализации особенного рода количественного анализа по амплитуде сигнала ядерного магнитного резонанса.

Механизм работы магниторезонансного томографа заключается в последующем. Сильное неизменное магнитное поле, создаваемое цилиндрическим магнитом, выстраивает хаотически направленные спины ядер атомов водорода в теле пациента повдоль одного направления, подобно тому, как стальные опилки выстраиваются повдоль невидимых линий поля поблизости магнита. Когда через камеру-трубу томографа проходит специально возбуждаемый — зондирующий — радиочастотный импульс, магнитное поле импульса, хотя и слабенькое, все таки на какое-то время немного отклоняет выстроившиеся спины от данного направления.

Они начинают колебаться, прецессировать, вокруг направления сильного поля неизменного магнита. Ядра атомов при всем этом резонируют, другими словами тоже испускают слабенький радиосигнал, который можно регистрировать чувствительными сенсорами. Когда зондирующий радиочастотный импульс выключается, спины ворачиваются в упорядоченное состояние и генерируемый ядрами сигнал затухает. По времени этого затухания и другим чертам сигнала, обрабатываемым компом, можно судить о хим составе и био свойствах тканей. Для каждой точки изображения на дисплее собираются и усредняются данные от резонирующих водородных ядер (протонов) в исследуемом внутреннем органе, при всем этом каждому приобретенному значению присваивается собственный цвет. В итоге, области с различной плотностью протонов и, соответственно, неоднородные по составу тканей оказываются отмеченными различными цветами.

В отличие от рентгеновского обследования ЯМР-метод полностью безобиден и гарантирует намного наилучший контраст меж различными типами тканей, что позволяет просто различать здоровые и пораженные участки. ЯМР-томография в особенности удачно используется при диагностике патологий центральной нервной системы и костно-мышечного аппарата, также для определения опухолей на фоне здоровых тканей.

В обыкновенной ЯМР — спектроскопии стремятся воплотить, по способности, лучшее разрешение спектральных линий. Для этого магнитные системы регулируются таким макаром, чтоб в границах эталона сделать как можно наилучшую однородность поля.

В способах ЯМР — интроскопии, напротив, магнитное поле создается заранее неоднородным. Тогда есть основание ждать, что частота ядерного магнитного резонанса в каждой точке эталона имеет свое собственное значение, отличающееся от значений в других частях. Задав какой-нибудь код для градаций амплитуды ЯМР — сигналов (яркость либо цвет на дисплее монитора), можно получить условное изображение (томограмму) срезов внутренней структуры объекта.

Обычный способ ЯМР — спектроскопии имеет огромное количество недочетов. Во-1-х, он просит огромного количества времени для построения каждого диапазона. Во-2-х, он очень требователен к отсутствию наружных помех, и, обычно, получаемые диапазоны имеют значимые шумы. В-3-х, он непригоден для сотворения спектрометров больших частот (300, 400, 500 и поболее МГц). Потому в современных устройствах ЯМР употребляется способ так именуемой импульсной спектроскопии, основанной на фурье-преобразованиях приобретенного сигнала. В текущее время все ЯМР-спектрометры строятся на базе массивных сверхпроводящих магнитов с неизменной величиной магнитного поля.

Рис. 1.12 Диапазоны ЯМР.

Для проведения исследовательских работ c помощью ЯМР употребляют анализ спектров, основанный на последующих свойствах данного способа:

• сигналы ядер атомов, входящих в определенные многофункциональные группы, лежат в строго определенных участках диапазона;
• интегральная площадь, ограниченная пиком, строго пропорциональна количеству резонирующих атомов;
• ядра, лежащие через 1-4 связи, способны давать мультиплетные сигналы в итоге так именуемого расщепления друг на друге.