Магнітно-резонансна спектроскопія Промені магнітно-резонансна спектроскопія Магніто резонансна спектроскопія

Магнітно-резонансна спектроскопія (MP-спектроскопія) дозволяє неінвазивно отримати інформацію про метаболізм мозку. Протонна 1H-МР-спектроскопія заснована на "хімічному зрушенні" - зміні резонансної частоти протонів, що входять до складу різних хімічних сполук. Цей термін запровадив N. Ramsey у 1951 р., щоб позначити різницю між частотами окремих спектральних піків. Одиниця виміру «хімічного зсуву» - мільйонна частка (РРТ). Наводимо основні метаболіти та відповідні їм значення хімічного зсуву, піки яких визначаються in vivoу протонному МР-спектрі:

• NAA – N-ацетилапартат (2,0 ррт);
• Cho – холін (3,2 ррт);
• Сr - креатин (3,03 та 3,94 ррт);
• ml – міоінозитол (3,56 ррт);
• Glx - глутамат та глутамін (2,1-2,5 ррт);
• Lac – лактат (1,32 ррт);
• Lip – ліпідний комплекс (0,8-1,2 ррт).

В даний час у протонній MP-спектроскопії використовують два основні методи - одновоксельну та мультивоксельну (Chemical shift imaging) MP-спектроскопію - одноразове визначення спектрів від кількох ділянок головного мозку. У практику зараз стала також входити мультиядерна MP-спектроскопія на основі МР-сигналу ядер фосфору, вуглецю та деяких інших сполук.

При одновоксельної 1H-МР-спектроскопіїдля аналізу вибирають лише один ділянка(Воксел) мозку. Аналізуючи склад частот у реєстрованому від цього вокселу спектру, отримують розподіл певних метаболітів за шкалою хімічного зсуву (РРТ). Співвідношення між піками метаболітів у спектрі, зменшення або збільшення висоти окремих піків спектру дозволяють неінвазивно оцінювати біохімічні процеси, що відбуваються у тканинах.

При мультивоксельної MP-спектроскопіїотримують MP-спектри для кількох вокселів відразу, і можна порівняти спектри окремих ділянок у зоні дослідження. Обробка даних мультивоксельної MP-спектроскопії дає можливість побудувати параметричну карту зрізу, де концентрація певного метаболіту відзначена кольором, і візуалізувати розподіл метаболітів у зрізі, тобто. отримати зображення, зважене за хімічним зсувом.

Клінічне застосування МР-спектроскопії. MP-спектроскопію нині досить широко використовують із оцінки різних об'ємних утворень мозку. Дані MP-спектроскопії не дозволяють з упевненістю передбачити гістологічний тип новоутворення, проте більшість дослідників сходяться на думці, що пухлинні процеси загалом характеризуються низьким співвідношенням NAA/Cr, збільшенням співвідношення Cho/Cr та, у деяких випадках, появою піку лактату. У більшості МР-досліджень протонну спектроскопію застосовували в диференціальній діагностиці астроцитом, епендимом та примітивних нейроепітеліальних пухлин, імовірно визначаючи тип пухлинної тканини.

У клінічній практиці важливо використовувати MP-спектроскопію у післяопераційному періоді для діагностики продовженого зростання новоутворення, рецидиву пухлини чи променевого некрозу. У складних випадках 1Н-МР-спектроскопія стає корисним додатковим методом диференціальної діагностики поряд з отриманням перфузійно-зважених зображень. У діапазоні променевого некрозу характерна ознака - наявність так званого мертвого піку, широкого лактат-ліпідного комплексу в діапазоні 0,5-1,8 ррт на тлі повної редукції піків інших метаболітів.

Наступний аспект використання МР-спектроскопії - розмежування вперше виявлених первинних та вторинних уражень, диференціювання їх з інфекційними та демієлінізуючими процесами. Найбільш показовими є результати діагностики абсцесів головного мозку на основі застосування дифузійно-зважених зображень. У спектрі абсцесу на тлі відсутності піків основних метаболітів відмічено появу піку ліпід-лактатного комплексу та піків, специфічних для вмісту абсцесу, таких як ацетат та сукцинат (продукти анаеробного гліколізу бактерій), амінокислоти валін та лейцин (результат протеку).

У літературі також дуже широко досліджують інформативність МР-спектроскопії при епілепсії, при оцінці метаболічних порушень та дегенеративних уражень білої речовини головного мозку у дітей, при черепно-мозковій травмі, ішемії мозку та інших захворюваннях.

Протонна магнітно-резонансна спектроскопія (ПМРС) – один з наймолодших методів променевого дослідження головного мозку, що швидко розвиваються, що дозволяють визначати вміст основних метаболітів (холін, N-ацетилапартат, креатин, глютамат/глутамін, лактат) в діючих ділянках органу та їх співвідношенні.

Історія та етимологія

МРС вперше використовували при дослідженні еритроцитів в 1973 Мун і Річардс, а в 1974 за допомогою МРС Хаулт досліджував стегновий м'яз миші.

Піки.

Лактат: резонує на 1,3 ppm

Ліпіди: резонує на 1,3 ppm

Аланін: резонує на рівні 1,48 ppm

N-ацетилапартат (NАА): резонує на 2.0 ppm

Глутамін/глутамат: резонанс на 2.2-2.4 ppm

ГАМК: резонує на 2.2-2.4 ppm

2-гідроксиглутарат: резонує на рівні 2,25 ppm

Цитрат резонує 2,6 ppm

Креатин: резонує на 3.0 ppm

Холін: резонує на 3.2 ppm

Міо-інозитол: резонанс на 3.5 ppm

ppm - pars per million

Як краще запам'ятати?

Згадати шоколадку з назвою My ChoCrNaaLa

My: Myo-inositol 3.5 - Міо-інозитол

Cho: Choline 3.2 - Холін

Cr: Creatine 3.0 - Креатин

Naa: Naa 2.0 - N-ацетилапарта

L: Lactate 1.3 - Лактат

Патологія

Гліома

МРС допомагає передбачити ступінь диференціювання. Чим вищий ступінь диференціювання, тим нижчий пік N-ацетилапартату і креатину, але вищий від піку холіну, лактату та ліпідів.

Негліальні пухлини

Незначні зміни піку NAA.

Променева терапія

Диференціація змін головного мозку на фоні променевої терапії від пухлини завжди проблематична, але при рецидиві пухлини пік холіну частіше підвищений у той час, як після променевої терапії пік NAA, холіну та креатину буде низьким.

Ішемія та інфаркт

Пік лактату підвищуватиметься, як тільки клітини головного мозку переходять на анаеробний метаболізм. Пік ліпідів та решти піків буде знижуватися.

Інфекція

Пік NAA відсутній при всіх патологічних процесах, що руйнують тканину мозку. При абсцесі пік лактату, аланіну, ацетату підвищений. Пік холіну низький або відсутній при токсоплазмозі, а при лімфомі підвищений, цей показник використовують на відміну одного патологічного процесу від іншого.

Захворювання білої речовини мозку (лейкодистрофія)

Прогресуюча мультифокальна лейкоенцефалопатія підвищення Міо-інозитол. Хвороба Канавана підвищення NAA.

Печінкова лейкоенцефалопатія

При печінковій лейкоенцефалопатії зниження піку міоінозитолу та меншою мірою холіну. Глутамін збільшується.

Мітохондріальні захворювання.

Синдром Лея: підвищення піку холіну, зниження NAA та рідше підвищення піку лактату.

Приклади

МАЛ. 1.

Астроцитома низького ступеня злоякісностіу лівій лобовій частині. Зона підвищеного Т2 ВІ сигналу без чітких контурів в лівій лобовій частці. 2D мультивоксельна МР-спектроскопія. У спектрі патологічної ділянки визначається високий пік холіну, зниження піку N-ацетилапартату та наявність піку лактату. На кольоровій карті відображається розподіл співвідношення Cho/NAA. У патологічній зоні відзначається підвищення індексу Cho/NAА вище 1.0 (червоний колір).

МАЛ. 2.

Гліобластома. 2D мультивоксельна МР-спектроскопія.

А. Кольорова карта розподілу співвідношення Cho/NAA. Відзначається підвищення індексу Cho/NAA вище 1.80 у зоні пухлини (червоний колір). Метаболічні зміни розповсюджуються далеко за межі патологічної зони. Б. Кольорова мапа розподілу NAA. Відзначається зниження вмісту NAA вище у зоні пухлини (синій колір).

МАЛ. 3.

Астроцитома низького ступеня злоякісності.

А. 2D мультивоксельна МР-спектроскопія, мапа розподілу співвідношення Cho/Cr. Зазначається підвищення індексу Cho/Cr у зоні пухлини вище 1.0. Б. Т2 виважені зображення. У лівій тім'яній частці зона підвищеного МР-сигналу без чітких контурів. В. Відсутність контрастного посилення Т1 ВИ. Г. ADC картки. Д. Дифузійно-зважені зображення.

МАЛ. 4.

Солітарний метастаз.

Об'ємне утворення з розпадом у центрі, солідний компонент інтенсивно накопичує контрастну речовину. У спектрі пухлини визначається підвищення піку холіну, відсутність піку N-ацетилапартату, невисокий пік лактату. На 2D мультивоксельній карті розподілу холіну відзначаються високі інтегральні показники цього метаболіту.

МАЛ. 5.

Стан після перенесеної тривалої коми.

Дифузне зниження N-ацетилапартату з обох сторін.

МАЛ. 6.

Епісиндром непухлинної етіології. Фокальна кортикальна дисплазія.А, Б, В, Р. Протонна МР-спектроскопія. Карти розподілу Cho/Cr, Cho, NAA, Lac. Відзначається зниження N-ацетилапартату за нормальних показників Cho/Cr, Cho, Lac.

Д, Е, Ж. Підвищення МР-сигналу Т2 ВІ від медіальних відділів правої скроневої кістки. З, І. Метаболічні зміни з обох сторін.

МАЛ. 7.

Стан після видалення астроцитоми. Ознаки продовженого зростання. А. Т2 зважені зображення. Б. Т2 FLAIR. В. Протонна МР-спектроскопія. Карта розподілу NAA. Зниження вмісту N-ацетилапартату. Г. Карта розподілу Cho/NAA. Підвищення індексу Cho/NAA. Д. Карта розподілу Cho/Cr. Підвищення індексу Cho/Cr. Е. Протонна МР спектроскопія. Збільшення піку холіну, зниження піку N-ацетилапартату. Ж. Т2 ВІ корональна проекція. З. Т1 ВІ сагітальна проекція.

МАЛ. 8.

Стан після видалення астроцитоми правої скроневої частки.А. Т2 виважені зміни. Ззаду від післяопераційної кісти є підозріла на рецидив ділянку. Б. Протонна МР-спектроскопія. Зниження піків холіну, креатину та N-ацетилапартату. У, Р, Д, Е. Карти розподілу метаболітів: Cho, NAA, Cho/Cr Lac відповідно. Зниження вмісту Cho, NAA. Lac та індекс Cho/Cr у межах норми.

Для довідки:

PPM це pars per million, тобто. мільйонна частка від резонансної частоти даного ядра (наприклад, для водню в полі з магнітною індукцією в 1,5 Тл розмірність 1 ppmдорівнюватиме 63.87 Герц, при 3 тесла вже 127,74 Гц. За 0 ppm прийнято частоту тетраметилсилану, що надійшло з аналітичної хімії.

Джерело

• Radiopaedia
• ЗАСТОСУВАННЯ ПРОТОННОЇ МАГНІТНО-РЕЗОНАНСНОЇ СПЕКТРОСКОПІЇ У ЦЕРЕБРАЛЬНІЙ НЕЙРООНКОЛОГІЇ — І.О. Лобанов1, І.А. Медяник2, А.П. Фраєрман2, Б.Є. Шахов3, Л.Я. Кравець2, Д.М. Нікітін2,

Унікальність МР спектроскопії головного мозку – можливість вивчати метаболізм здорових та патологічних клітин. Основа функціонування методу – реєстрація спектра ядер атомів водню (протонів), які входять до складу різних хімічних сполук.

МР спектроскопія головного мозку – що це таке

Для вивчення біохімічного обміну мозкової тканини аналізуються спектральні частоти сполук, концентрація та співвідношення яких змінюється при патологічних станах.

При оцінці, скільки коштує мр спектроскопія головного мозку і де зробити в СПб та Москві, слід враховувати завдання дослідження, що впливають на вибір режиму аналізу спектрального ряду:

1. лактату;
2. Глутаміну (глутамату);
3. Ацетилапартату;
4. Креатиніну;
5. Холіна;
6. Ліпідних комплексів;
7. Міоінозитолу.

Унікальна перевага дослідження порівняно з іншими МРТ аналогами – виявлення патологічного метаболізму в мозковій тканині до появи клінічних симптомів хвороби.

Залежно від цілей виділяють 2 види МР-спектроскопії:

1. внутрішніх органів;
2. Біологічні рідини.

Перший різновид призначається для аналізу метаболізму білої речовини, другий – для оцінки складу спинномозкової рідини.

Сучасна технологічна нововведення – мультиядерна спектроскопія – виявляє концентрацію вуглецю, фосфору, деяких інших хімічних елементів одночасно від кількох відділів мозку на основі спектрального графіка. Підхід дає змогу порівнювати метаболізм протилежних центрів, периферичних ділянок пухлини.

Клінічні цілі МР-спектроскопії

Найчастіше застосування протонної спектроскопії – оцінка особливостей новоутворення мозку, диференціальна діагностика різних типів пухлин. Обстеження не виявляє гістологічний тип освіти, але достовірно верифікує рак. Змінений метаболізм злоякісних клітин характеризується зменшенням співвідношення між ацетиласпартатом та креатиніном, збільшенням холіну, лактату.

Ефективне використання МР спектроскопії головного мозку при епілепсії обумовлено виявленням специфічних для захворювання на метаболічні розлади. Визначення біохімічного діапазону протонів вживається для діагностики розсіяного склерозу.

Часто застосовують протонну спектроскопію в онкологічній практиці після оперативного втручання для ранньої діагностики рецидиву освіти, метастазів, визначення ділянок загибелі білої речовини.

Ще одна мета призначення МР-H-спектроскопії – відмінність вторинних та первинних патологічних вогнищ, розмежування запальних та демієлінізуючих (що протікають з руйнуванням оболонок нервів) процесів.

При деяких інфекційних захворюваннях метод виявляє внутрішньомозкові абсцеси (обмежені гнійні порожнини), що характеризуються збільшенням лактату, ліпідних комплексів, деяких амінокислот (лейцин, валін), сукцинату та ацетату.

Поширені показання для МР-спектроскопії головного мозку:

• Мікроішемічні порушення без вираженої клініки;
• Епілептичні розлади;
• Демієлінізуючі захворювання (розсіяний склероз, енцефаломієліт);
• Запальні внутрішньомозкові процеси;
• Дрібні та великі освіти;
• Нейродегенеративні стани.

Насамкінець зазначимо, що вивчення метаболічних змін мозку шляхом реєстрації спектрального ряду протонів різних хімічних сполук – основа раннього виявлення пухлин, діагностики захворювань.

Рубрика: Діагностика у Німеччині

Це метод дослідження, що базується на принципі класичного магнітно-ядерного резонансу, але має деякі відмінності. Якщо в магнітно-резонансних приладах використовується властивість частинок поглинати та випромінювати електромагнітні хвилі, то метою спектроскопії є визначення наявності та концентрації окремих хімічних речовин. Метод магнітно-резонансної спектроскопії дозволяє проводити вимірювання живих тканин. Так, за допомогою ядер водню (Н 1) можна визначати кількість N-ацетилапартату в нейронах головного мозку або кількість холіну в клітинних мембранах. Молекули фосфору Р 31 застосовуються, головним чином вивчення обміну речовин на клітинному рівні, а молекули вуглецю З 13 - для відстеження метаболізму глюкози.

Перша установка для МР-спектроскопії сконструйована австрійським професором Евальдом Мозером із співробітниками у 1990 році. У 1996 році виконані перші дослідження метаболізму глюкози та жирних кислот у головному мозку, скелетних м'язах та печінці здорових випробуваних, а також пацієнтів з діабетом 1 та 2 типу. На цей час також виконані клінічні дослідження МР-спектроскопії. серцяі передміхурової залози.

В ДОПОМОГУ ОНКОЛОГУ

В останні роки метод отримав широке поширення в онкологіїоскільки дозволяє визначити накопичення патологічних речовин при різних онкологічних захворюваннях.

Якщо раніше було здійснено лише дослідження великих органів та значних змін, то зараз стало можливим дослідження такого невеликого органу, як передміхурова залоза з дозволом до<0,5 см 3 . В здоровой ткани предстательной железы определяется в больших количествах цитрат, или лимонная кислота. При злокачественных новообразованиях количество цитрата уменьшается. Так как общее число клеток при онкологических заболеваниях увеличивается, то возрастает и количество холина, составной части клеточной оболочки. Концентрацию двух этих веществ как раз и позволяет измерить МР спектроскопия. Для получения трехмерного изображения и точной локализации опухоли весь орган делится на небольшие участки менее 0,5 см 3 , в каждом из которых определяется концентрация указанных веществ.

На малюнку показана різниця у вмісті різних метаболітів у нормальній тканині передміхурової залози (А) та у тканині карциноми передміхурової залози (Б). При цьому Cholin – холін, Kreatin – креатин, а Citrat – солі лимонної кислоти. У злоякісній тканині переважає підвищена концентрація холіну, але знижена концентрація цитрату. ( Джерело: Dr. Scheidler. Patienteninfo Prostata-Спектроскопія. Radiologische Zentrum München-Pasing, 2010).

Комбінація МРТ (визначення морфологічної структури) з МР спектроскопією (виявлення та визначення концентрації хімічних сполук) дозволяє охарактеризувати та спланувати лікування раку передміхурової залози.

ПРИ РАЦІ ПРОСТАТИ

Для такого дослідження потрібна МРТ-установка з високою роздільною здатністю, а також дві капсули, що передають: одна розташовується поверхнево на передній черевній стінці в області передміхурової залози, а інша - ректально. Для обробки сигналу необхідний спеціальний прилад і програмне забезпечення. Для отримання достовірних результатів лікаря потребує достатнього досвіду роботи з обладнанням. Тільки в 2010 році було завершено експериментальну фазу застосування МР-спектроскопії для діагностики раку передміхурової залози. У Німеччині таке обстеження можна пройти, наприклад, у радіологічному центрі Мюнхен-Пазінг. Лікарями цього центру з 1993 року обстежено понад 7000 пацієнтів. У вересні 2003 року тут провели перший у Німеччині курс для лікарів з діагностики раку передміхурової залози за допомогою МР-спектроскопії.

В даний час "золотим стандартом" ранньої діагностики раку передміхурової залози є визначення пухлинного маркера, простатспецифічного антигену (ПСА). При підвищенні ПСА виконується подальша діагностика – пошук злоякісного новоутворення чи доброякісних змін (гіперплазії). Основним недоліком методу є низька специфічність, тобто підвищення ПСА і за інших, наприклад, запальних захворювань.

У разі підвищення ПСА на допомогу може прийти такий метод як МР-спектроскопія. Особливо МР-спектроскопія показана пацієнтам із постійно підвищеним рівнем ПСА, але непідтвердженими за допомогою гістологічного дослідження злоякісними змінами передміхурової залози.

ПРОЦЕДУРА

Як же виконується дослідження передміхурової залози? Найприємнішим фактом є відсутність спеціальної підготовки пацієнта. Лише незадовго до процедури рекомендується природне спорожнення кишечника та сечового міхура. Контрастний засіб у дослідженні не застосовується.

Протипоказанням до дослідження є наявність штучного водія ритму. За наявності штучних клапанів серця чи протезів внутрішнього вуха необхідно обов'язково інформувати лікаря, маючи при собі опис (анотацію чи паспорт) даних протезів. Дослідження проводиться у закритому приміщенні, у спеціальній довгастій кабіні. Якщо має місце страх закритих просторів - клаустрофобія, то перед дослідженням пацієнт отримує заспокійливий засіб. Дослідження триває близько години, у положенні лежачи на спині.

Метод МР-спектроскопії є дуже перспективним. У комбінації із звичайною магнітно-резонансною томографією правильний діагноз встановлюється у 80-85% випадків. Помилки відбуваються в тих випадках, коли пухлинна тканина значно не відрізняється від нормальної зрілості, і кількість холіну в ній наближена до нормальної тканини. Рідко спостерігаються випадки, коли клітини пухлини розпорошені по всій передміхуровій залозі, а не сконцентровані на певній ділянці, тоді діагностика допоможе дослідження тканини під мікроскопом.

У СПЕКТРІ НАУКИ

У Німеччині визнаним міжнародним центром МР-спектроскопії є Франкфурт-на-Майні, де розташовані Центр біомолекулярної МР-спектроскопії, Інститут Макса Планка та дослідницькі групи Університету Ґете. За допомогою МР-спектроскопії тут вивчаються внутрішньоклітинні білки, їх зміни під впливом різних медикаментів та температурних коливань. У берлінській клініці Шаріте та Рейнському університеті Фрідріха Вільгельма в Бонні активно вивчається застосування МР-спектроскопії для діагностики розсіяного склерозу. Показано, що у неушкоджених клітинах головного мозку міститься значна кількість N-ацетил-аспартату, зниження якого може вказувати на розвиток захворювання.

Др. Софія Ротермель

Магнітно-резонансна томографія (МРТ) – метод отримання зображень внутрішніх органів людини, що ґрунтується на явищі ядерно-магнітного резонансу (ЯМР).

Фізика методу

Людське тіло містить велику кількість протонів — ядер атома водню: у складі води, у кожній молекулі органічної речовини — білках, жирах, вуглеводах, дрібних молекулах... Протон — один із небагатьох атомів, у якого є власний магнітний момент або вектор спрямування. За відсутності зовнішнього потужного магнітного поля магнітні моменти протонів орієнтовані випадковим чином, тобто векторні стрілки направлені в різні сторони.

Якщо ж помістити атом у сильне постійне магнітне поле все змінюється. Магнітний момент ядер водню орієнтується або у напрямку напряму магнітного поля, або в протилежному напрямку. У другому випадку енергія стану буде трохи вищою. Якщо ж тепер впливати на ці атоми електромагнітним випромінюванням резонансної частоти (на щастя для нас, це частота радіохвиль, абсолютно безпечна для людини), то частина протонів змінять свій магнітний момент на протилежний. А після відключення зовнішнього магнітного поля вони повернуться у вихідне положення, виділяючи енергію у вигляді електромагнітного випромінювання, яке реєструється томографом.

Орієнтація магнітних моментів ядер а) в відсутності б) при наявності зовнішнього магнітного поля

Ефект ЯМР можна уявити не тільки на протонах, але і на будь-яких ізотопах, що мають ненульовий спин (тобто обертаються в певному напрямку), чия зустрічальність у природі (або в організмі людини) досить велика. До таких ізотопів можна віднести 2 Н, 31 Р, 23 Na, 14 N, 13 C, 19 F та деякі інші.

Історія МРТ

У 1937року Ізідор РабіПрофесор Колумбійського університету вивчив цікаве явище, при якому атомні ядра зразків, поміщені в сильне магнітне поле, поглинали радіочастотну енергію. За це відкриття він отримав Нобелівську премію з фізики у 1944 році.

Пізніше дві групи фізиків із США, одна під керівництвом Фелікса Блоха, інша - Едварда М. Парселла, Вперше отримали сигнали ядерного магнітного резонансу від твердих тіл. За це обидва у 1952також удостоїлися Нобелівської премії фізики.

У 1989 Норман Фостер Рамсейотримав Нобелівську премію з хімії за теорію хімічного зсуву, яку сформулював у 1949 році. Суть теорії полягає в тому, що ядро ​​атома можна впізнати щодо зміни резонансної частоти, а будь-яку молекулярну систему може описати її спектр поглинання. Ця теорія стала основою магнітно-резонансної спектроскопії. У період з 1950 по 1970 роки ЯМР використовувався для хімічного та фізичного молекулярного аналізу у спектроскопії.

У 1971році фізик Раймонд Дамадьян(США) відкрив можливість застосування ЯМР для виявлення пухлин. Він продемонстрував на щурах, що сигнал водню від злоякісних тканин сильніший, ніж від здорових. Дамадьян та його команда витратили 7 років на розробку та створення першого МР-сканера для медичного відображення людського тіла.

Доктор Дамадьян під час спроби отримати власне МРТ зображення

У 1972році хімік Пол Крістіан Лотербур(США) сформулював принципи відображення ядерного магнітного резонансу, запропонувавши використовувати змінні градієнти магнітного поля для отримання двовимірного зображення.

У 1975 р. Річард Ернст(Швейцарія) запропонував використовувати в магнітно-резонансній томографії фазове та частотне кодування та Фур'є-перетворення, метод, який використовується в МРТ і в даний час. У 1991 році Річард Ернст удостоївся Нобелівської премії з хімії за досягнення в галузі імпульсної томографії.

У 1976 Пітер Менсфілд(Великобританія) запропонував ехо-планарне відображення (EPI) - найшвидшу методику, засновану на надшвидкому перемиканні градієнтів магнітного поля. Завдяки цьому час отримання зображення зменшився з кількох годин до кількох десятків хвилин. Саме Пітер Менсфілд разом із Полом Лотенбуром у 2003 році отримав Нобелівську премію з фізіології чи медицини за винахід методу магнітно-резонансної томографії. До речі, цікаво, що з Лотенбур над створенням методу МРТ працював правнук Альфреда Нобеля, Мікаель Нобель.

Отже, 3 липня 1977, майже через 5 годин після початку першого тесту, нарешті, отримали перше зображення зрізу людського тіла на першому прототипі магнітного резонансного сканера.

Перше МРТ-зображення зрізу людського тіла. Отримано 3 липня 1977 року

Влаштування томографа

МР-томограф складається з наступних блоків: магніт, градієнтні, шиммуючі і радіочастотні котушки, система охолодження, система прийому, передачі та обробки даних, система екранування (див. рис.)

Схема МР- томографа

Магніт - найважливіша і дорога частина томографа, що створює сильне стійке магнітне поле. Магніти в МР-томографі бувають різні: постійні, резистивні, надпровідні та гібридні.

У томографі з постійним магнітом поле створюється між двома полюсами, зробленими з феромагнітних матеріалів (феромагнетик - речовина, що володіє магнітними властивостями без зовнішнього магнітного поля). Плюс такого томографа в тому, що він не потребує додаткової електроенергії чи охолодження. Однак поле, що створюється таким типом томографів, не перевищує за своєю індукцією 0,35 Тл (Тесла, Тл — одиниця виміру сили магнітного поля. Треба сказати, що і 0,35 Тл — це потужне магнітне поле, в 10000 разів потужніше магнітного поля Землі). Недоліки постійних томографів — висока вартість безпосередньо самого магніту та структур, що підтримують, а також проблеми з однорідністю магнітного поля.

У резистивних магнітах поле створюється пропусканням сильного електричного струму по дроту, намотаному на залізний сердечник. Сила поля таких МРТ приблизно трохи більше – 0,6 Тл. Але ці томографи потребують хорошого охолодження та постійного електроживлення для підтримки однорідності магнітного поля.

У гібридних системах для створення магнітного поля використовуються і котушки, що проводять струм, і постійно намагнічений матеріал.

Для створення полів понад 0,5 Тл зазвичай необхідні надпровідні магніти, які дуже надійні та дають однорідні та стабільні у часі поля. У такому магніті поле створюється струмом у дроті із надпровідного матеріалу, що не має електричного опору при температурах поблизу абсолютного нуля (-273,15 ° C). Надпровідник пропускає електричний струм без втрат. У МРТ зазвичай використовується провід з ніобій-титанового сплаву завдовжки кілька кілометрів, вкладений у мідну матрицю. Охолоджується ця система рідким гелієм. Більше 90% МР-томографів, що виробляються сьогодні, складають моделі з надпровідними магнітами.

Усередині магніту розташовані градієнтні котушки,призначені до створення невеликих змін головного магнітного поля. Прикладені в трьох взаємно перпендикулярних напрямках градієнтні поля дозволяють точно локалізувати зону інтересу в тривимірному просторі.

Шиммуюча котушка- Це котушка з малим струмом, що створює допоміжні магнітні поля для компенсації неоднорідності головного магнітного поля томографа через дефекти основного магніту або присутності намагнічених об'єктів у полі досліджень.

Радіочастотна (РЧ) котушка являє собою одну або кілька петель провідника, що створюють магнітне поле, необхідне повороту спинів на 90° або 180° і реєструють сигнал від спинів всередині тіла.

Ще нещодавно клінічній практиці верхня межа напруженості магнітного поля становить 2 Тл, проте сьогодні на ринок виходять семислові томографи.

Типи МРТ

За виглядом конструкції МР-томографи можуть бути відкриті та закриті. Перші МРТ-сканери конструювалися як довгі та вузькі тунелі. МРТ відкритої конструкції мають горизонтальні або вертикальні магніти, що протистоять, і мають більше простору навколо пацієнта. Існують системи для дослідження пацієнтів у вертикальному положенні.

МРТ-сканер із вертикальним положенням пацієнта

МРТ-сканер відкритого типу

МРТ-сканер закритого типу

Дифузійно-тензорна МРТ.Цей метод визначає напрямок і тензор (силу) дифузії молекул води у тканинах: клітинах, судинах, нервових волокнах. Метод не вимагає використання контрастної речовини і тому є абсолютно безпечним. На основі отриманих під час томографії даних будують карти дифузії. Даний метод добре підходить для дослідження ЦНС, дозволяє добре візуалізувати провідні структури мозку. Тензорну МРТ іноді називають трактографією.

Зображення провідних шляхів мозку отримано за допомогою дифузійно-тензорної МРТ

МР-ангіографія.Метод візуалізації кровоносних судин, заснований на відмінності сигналу протонів, що рухаються в крові від сигналу протонів навколишніх нерухомих тканин.

МР-ангіографія судин голови

Функціональна МРТ.Метод заснований на реєстрації кровообігу ділянок мозку, що активно працюють. Цьому методу на порталі буде присвячено окремий матеріал.

МР-спектроскопія.Метод дозволяє визначити наявність певних метаболітів (лактату, креатиніну, N-ацетилапартату та багатьох інших) у тканинах, органах та порожнинах, що дозволяє робити висновки про наявність захворювання, його динаміку.

Застосування МРТ

МРТ дозволяє побачити будь-які внутрішні органи людини, не завдаючи їй шкоди. Висока роздільна здатність, безпека роблять МРТ дуже популярним і перспективним методом дослідження в клінічній практиці, незважаючи на досить високу вартість.

Крім дослідження великих об'єктів — людини, тварин, для дослідників є інші способи використання магнітного резонансу. Наприклад, МР-мікроскопія. Для хіміків, фізиків та біологів МР-мікроскопія можливий найпотужніший інструмент вивчення речовин на молекулярному рівні. Можна локалізувати в 3D об'ємі магнітні ядра, що дозволяють отримувати зображення і спостерігати об'єкти з роздільною здатністю 10 -6 м.

ЯМР-мікроскопія сьогодні вже застосовується виявлення мікродефектів у різних об'єктах. Для хіміків метод дозволяє ідентифікувати склад складних сумішей.

Джерела:

1. Хорнак Дж. П. Основи МРТ. 2005

2. Марусіна М.Я., Казначєєва А.О. Сучасні типи томографії. Навчальний посібник. – СПб: СПбДУ ІТМО, 2006. – 132 с.

3. McRobbie D. W. et al. MRI від Picture to Proton. – Cambridge university press, 2006.

4. http://www.fonar.com/nobel.htm

5. Олександр Грек. Мізки на просвіт: Кольорові думки. Популярна механіка // 2008 - № 2 (64) - стор 54-58

6. http://www.bakuprightmri.com

7. http://mri-center.ru/mrt-otkritogo-tipa

8. Окользін А. В. Магнітно-резонансна спектроскопія водню в характеристиці пухлин головного мозку // Онкологія. – 2007. – Т. 8.

Дар'я Прокудіна