Медицинская лицензия
№ ЛО-50-01-007399
от 04 февраля 2016 г.
Документы →
Предварительная запись:
Мы ждём Вас по адресу:
Московская обл., г. Серпухов, ул. Ворошилова, д. 137
схема проезда
  • 730-2230
  • пн-сб
  • 900-1800
  • вс
  • 730-1330
  • приём анализов
    (пн–сб)

Физические основы явления ядерного магнитного резонанса

Как известно, ядро атома состоит из протонов и нейтронов. Эти частицы расположены хаотично и совершают вращательное движение, по закону электромагнитной индукции, создавая собственное магнитное поле. Собственное магнитное поле протона похоже на поле постоянного магнита и представляет собой маленький магнитный диполь с северным и южным полюсами. При помещении пациента в сильное однородное магнитное поле магнитно-резонансного томографа, протоны человеческого тела разворачиваются в направлении внешнего поля так, что их положение упорядочивается. Помимо этого, магнитные оси каждого протона начинают вращаться вокруг направления внешнего магнитного поля. Такое вращение протонов называется прецессией, а частота вращения — резонансной частотой или частотой Лармора.

Большинство магнитных моментов протонов прецессируют в сторону «севера», т.е. в направлении, параллельном внешнему магнитному полю. Их называют «параллельными протонами». Оставшаяся меньшая часть протонов прецессирует в сторону «юга», т.е. антипараллельно внешнему магнитному полю — «антипараллельные протоны». Поскольку протонов с параллельной ориентацией больше чем антипараллельных, в тканях пациента создается суммарный магнитный момент. Величина магнитного момента определяется избытком параллельных протонов, однако, различие это небольшое (в поле 0,5 Т всего 3 протона на миллион, в более сильном поле 1,5 Т 9 на миллион). Таким образом, магнитный момент пропорционален силе внешнего магнитного и поля и числу протонов в единице объема ткани. Огромное число содержащихся в большинстве тканей протонов (примерно 6 миллиардов в вокселе воды) обусловливает тот факт, что суммарный магнитный момент достаточно велик, для того чтобы индуцировать электрический ток в принимающей катушке. Эти индуцированные сигналы используются для реконструкции магнитно-резонансного изображения. Увеличение количества протонов, участвующих в получении изображения при увеличении силы магнитного поля частично объясняет лучшее соотношение сигнал/шум и более качественное изображение у томографов с более сильным магнитным полем.

Любое магнитное поле может индуцировать в катушке электрический ток, но предпосылкой для этого является колебание силы поля. При воздействии на тело пациента коротких радиочастотных импульсов, магнитные моменты протонов отклоняются, этот процесс называется возбуждением. Это явление и называют ядерным магнитным резонансом. Но для того чтобы возник резонанс, необходимо, чтобы частота радиоволн была равна Ларморовской частоте протонов. При этом протоны переходят на более высокое энергетическое состояние, однако в таком состоянии они находятся очень короткое время и стремятся снова выстроится вдоль линий внешнего магнитного поля. Возврат протонов в обычное энергетическое состояние называется релаксацией. При релаксации протоны излучают избыточную энергию в виде радиоволн, при этом в приёмной катушке индуцируется электрический ток, который и используют для получения изображения. При этом ткани с большими магнитными векторами будут индуцировать сильные сигналы и выглядеть на изображении яркими, а ткани с малыми магнитными векторами — слабые сигналы и будут на изображении темными.

Величина магнитного вектора тканей прежде всего определяется плотностью протонов. Протоны являются составной частью практически всех молекул организма человека и, прежде всего, молекул воды и жировой ткани. Молекулы воды в организме могут находиться в свободном состоянии (внеклеточная и внутриклеточная вода) и в связанном состоянии (с ионами, углеводами, белками и липидами). В зависимости от того, в каком состоянии находятся молекулы воды, сигналы протонов при одних и тех же условиях измерения будут иметь разные магнитные характеристики, что и определит относительный контраст тканей МРТ-изображения. Это существенно отличает МРТ от всех других методов медицинской визуализации, которые формируют изображения на основании взаимодействия с тканями организма одного вида излучения и фактически отражают лишь одну из характеристик ткани (для рентгеновских методов — это способность поглощать рентгеновские лучи, для УЗИ — это способность отражать ультразвуковые волны).

Ткани и анатомические зоны с небольшим количеством протонов, например такие, как воздух, кости, всегда индуцируют очень слабый МР-сигнал, поэтому всегда представляются на изображении темными. Вода и другие жидкости, с другой стороны, должны давать интенсивные сигналы на МР-изображениях, поскольку имеют очень высокую плотность протонов. На практике это не всегда так. В зависимости метода, который используется для получения изображения, жидкости могут давать как яркие, так и темные изображения. Причина этого в том, что контрастность изображения определяется не только плотностью протонов, но и формой облучающего радиоволнового сигнала (т.н. импульсной последовательности). Две наиболее важные импульсные последовательности — Т1 и Т2. Т. о. одна и та же ткань в различных последовательностях может получиться светлой или темной.


Изображения головного мозга (слева направо): последовательности Т1, Т2.

Хотя МРТ по физическим принципам не имеет ничего общего с рентгенологическими методами исследований, при ее развитии и внедрении в клиническую практику использовался опыт рентгеновской компьютерной томографии. Так как компьютерная томография прочно заняла свое место среди других методов диагностики ко времени внедрения МРТ, то ее использование во многом определяется тем, насколько она эффективна при той или иной патологии по сравнению с компьютерной томографией или ультразвуковыми методами исследования.

К основным достоинствам МРТ можно отнести:

  1. высокую дифференциацию мягких тканей;
  2. отсутствие артефактов от костных тканей;
  3. трехмерный характер изображений;
  4. неинвазивность;
  5. отсутствие лучевой нагрузки;
  6. естественный контраст от движущейся крови;
  7. возможность прижизненного изучения метаболизма тканей.

Несмотря на высокую естественную контрастность и дифференцировку тканей в МР-изображениях, в некоторых случаях необходимо повышать диагностическую чувствительность метода введением специальных контрастных веществ. Искусственное контрастирование при МРТ заключается во введении специальных МР-контрастных агентов (чаще всего — водорастворимые хелатные комплексы гадолиния). Гадолиний — мягкий вязкий редкоземельный металл серебристого цвета. Он относится к группе лантаноидов, был открыт в 1880 году Жаном де Мариньяком. МР-контрастные вещества по своему механизму действия сильно отличаются от рентгеновских контрастных препаратов. В рентгенографии контрастные вещества ослабляют поток рентгеновского излучения. Механизм действия контрастных веществ в МРТ значительно сложнее, они изменяют время релаксации протонов в тканях.

На сегодняшний день на основе хелатных комплексов гадолиния создан ряд контрастных препаратов для МРТ. В России прошли испытания и допущены к клиническому применению Дотарем, Магневист, Гадовист, Омнискан, Премовист. Эти препараты в разы менее токсичны, чем аналогичные средства для рентгенографии и КТ. Контрастные препараты для МРТ практически не имеют выраженных побочных эффектов, хотя, как и на введение любого ксенобиотика, нельзя исключить мало предсказуемых аллергических реакций.


Изображения артерий, брюшной полости, головного мозга.