Студопедия

Главная страница Случайная страница

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Ядерно-магнитно-резонансные томографы




ЯМР- томографы в качестве источника сигнала используют водород (организм почти на 80% состоит из воды). В обычном состоянии (при отсутствии внешнего магнитного поля) все ядра водорода ориентированы в пространстве человеческого тела случайно, случайно ориентированы и их оси вращения, вследствие чего суммарный магнитный момент отсутствует (=0). При помещении объекта внутри внешнего постоянного магнитного поля В0. магнитные моменты протонов ориентируются по направлению силовых линий этого поля (часть из них ориентируется в направлении внешнего магнитного поля, а частъ - в противоположном). Протоны, магнитные поля которых сонаправлены с напряженностью внешнего магнитного поля находятся на энергетически более низком уровне по сравнению с протонами антипараллельной ориентации. Этот энергетический процесс обеспечивает возникновение и существование собственного магнитного момента исследуемой ткани. Направление, параллельное силовым линиям внешнего магнитного поля, определим как продольное (ось Z).

Прецессия протона- пространственное движение спинов протонов в виде конуса

Частота прецессии ядра атома водорода зависит только от напряженности магнитного поля. Группы протонов, находящихся под действием постоянною магнитного поля, прецессируют с одинаковой частотой. но в разных направлениях (параллельно антипараллельно внешнему полю). Так как движение спиновой системы можно рассматривать как колебательное, то ей присущи резонансные свойства, причем резонанса можно достичь. если применить внешнее возбуждение с частотой, сонаправленной с собственной частотой системы. При магнитном резонансе это – ларморова частота (42,5659 МГц). Для возбуждения спиновой системы, находящейся в постоянном магнитном поле, обычно используют импульсное электромагнитное поле радиочастотного метрового диапазона с частотой близкой к ларморовой частоте ядер. Результатом такого воздействия является то. что протоны переходят в состояние равновесия на более высоком энергетическом уровне и происходит их переориентация. После прекращения радиоимпульса ядра быстро возвращаются на нижний энергетический уровень, а избыток энергии теряется ими в виде э/м импульса излучения той же частоты (процесс релаксации). Это «поглощение-излучение» получило название ядерно-магнитного резонанса.

Выделяют два времени релаксации (Т1 и Т2) - восстановление 63% и 37% от первоначального значения продольной намагниченности.

Оба времени релаксации (Т1 и Т2) содержат информацию о вязкости, концентрации парамагнитных ионов и изменяются с изменением температуры исследуемой среды и внешнего магнитного поля.

Яркость (или почериение) каждого элемента ЯМР - изображения определяется интенсивностью радиочастотного импульса, испускаемого возбужденной тканью соответствующего объема.



Если регистрировать сигналы от ансамблей ядер водорода. образующихся в результате ЯМР, можно получить интегральную картину распределения этих ядер на интересующих участках биообъекта и синтезировать соответствующие плоские и объемные изображения искомых объектов по распределению в них молекул воды. Различные ткани человеческого организма (жировая, мышечная. костная, кровь) имеют различную протонную плотность, причем более мягкие ткани имеют большее содержание протонов, что, в отличие от рентгеновского излучения, позволяет получать более контрастные изображения липидов, клеточной воды и т.д. Изменяя амплитуду импульсов и межимпульсные промежутки, можно достичь оптимальной контрастности изображения органов и тканей, как здоровых. так и патологических.

Сформировать плоскость (срез), в которую попадают изображения, позволяет использование специальных магнитных градиентов, усиливающих или ослабляющих магнитное поле, создаваемое основным постоянным магнитом в определенном месте МР-системы. Дополнительные магнитные градиенты создаются посредством трех наборов градиентных катушек, которые формируют магнитное поле, направленное вдоль оси Z и линейно изменяются по величине вдоль осей Х. Y, Z. Градиентные поля всегда складываются с основным или вычитаются из него. Три градиента (GZ GX GY). Градиент магнитного поля позволяет скорректировать величину поля лишь в выбранной плоскости. Протоны. лежащие вдоль оси этого градиента, подвергаются более-сильному воздействию внешнего магнитного поля, что способствует достижению максимальной частоты прецессии протонов в точке своей наибольшей напряженности. При воздействии радиочастотного импульса соответствующей частоты лишь протоны в этой точке будут иметь подходящую частоту и испускать ЯМР- сигнал, а по обеим сторонам выбранной плоскости изображения сила поля будет слишком мала, чтобы достичь ЯМ- резонанса. GZ- перемещение плоскости среза. Путем градиентов GX и GY можно получать ЯМР и во фронтальной, и в сагиттальной плоскостях.



Обобщенная структурная схема ЯМР- томографа: КДс- компьютер с дисплеем; ГрУ- градиентный усилитель; ВЧГУ и ВЧК- высокочастотные генератор-усилитель и катушка; ЯМР-С- формирователь ЯМР- сигнала; ФГрXYZ- формирователь магнитного градиента по координатам X,Y,Z; ЯМР-З- зонд регистрации ЯМР; М- магнит; СОх и СЭСб- системы охлаждения и энергосбережения

Постоянный магнит генерирует мощное однородное и стабильное магнитное поле, с которым суммируются переменные градиентные поля, создаваемые градиентными катушками. Протоны исследуемого объекта возбуждаются радиочастотными импульсами, генерируемыми ВЧ- генератором и излучаемыми ВЧ- катушками (с раздельными или совместными функциями генерации и приема), воспринимающими испускаемые протонами сигналы. которые кодируются и оцифровываются с помощью компьютера. Компьютер выполняет функции контроля, сбора, обработки и архивации данных, а также формирования конечного изображения.

Одной из самых дорогих частей ЯМР-томографа - магнит, создающий постоянное магнитное поле. Существуют три типа магнитов: резистивные (или электромагнитные), постоянные (перманентные) и сверхпроводящие (криогенные). Резистивный магнит обычно состоит из четырех катушек кольцевидной формы. Электрический ток постоянно проходит рез катушки, генерируя магнитное поле в плоскости. перпендикулярной плоскости колец магнита. Резистивные магниты создают поля с максимальной индукцией до 0,3 Тл (если выше- много затрат энергии и выделение тепла). Сверхпроводящие магниты (ниобий-титановые сплавы) - для создания магнитных полей с индукцией выше 0,2 Тл. При температуре -2400С они теряют сопротивление и становятся сверхпроводимыми. Такие магниты не требуют постоянного источника энергии. После создания необходимой разницы потенциалов источники питания отключаются, катушки замыкаются, и по ним начинает циркулировать ток, создающий стабильное магнитное поле напряженности до 2 и более тесла, чтобы не нарушался эффект сверхпроводимости, магнит охлаждают жидким гелием с температурой кипения -2690С. Повышение напряженности магнитного поля улучшает качество изображения, но требует усложнения оборудования.

На работу ЯМРТ влияют предметы из магнитных материалов, а сами ЯМРТ влияет на работу приборов, чувствительных к магнитному полю. Для этого используют системы экранирования (например, решетки Фарадея из медной проволоки). Радиопередатчики ЯМР-томографов должны обеспечивать достаточную мощность на рабочих частотах. Радиопередатчик и радиоприемник работают посредством отдельных или общих антенных катушек. Важно, чтобы передающая катушка не имела высокой дробности, иначе она будет долго «звенеть» после окончания действия ВЧ-импульса. Наоборот, приемная катушка должна иметь высокую дробность и располагаться как можно ближе к объекту (качество изображения). В современных МР-томографах для получения изображений чаще всего используется комбинации фазовой и частотной кодировки пространственной информации. (Включается один, например, Y-градиент (фазового кодирования) и спины достигают состояния дефазировки. По истечении определенного времени Y -градиент выключается и регистрируется сигнал свободной индукции или спиновое эхо при наличии Х-градиента (частотное кодирование), который прилагается по оси Х. Далее система ревозбуждается при изменении времени действия градиентов или силы Y-градиента. Весь процесс повторяется N раз, где N - число отсчетов фиксации изображеиия в направлении Y.Т.о., Y-градиент является фазокодирующим (градиент "подготовки"), а Х-градиент кодирует частотную информацию (считывающий градиент)).

Преимущества ЯМРТ: 1) отсутствие всякого ионизирующего излучения (снижение требований к защите пациентов от него и снятие проблемы ограничений процедуры для отдельных категории больных); 2) возможность получения изображений в различных плоскостях без механических перемещений пациента: 3) хорошая контрастность изображений и относительно высокое пространственное разрешение; 4) не требуется специальной подготовки пациентов.

Структурная схема ЯМР- томографа "Образ-1": 1- воздушный электромагнит; 2- система водяного охлаждения; 3- градиентно-корректирующий модуль; 4- блок формирования радиочастотных импульсов; 5- стол пациента; 6- консоль оператора; 7- источник питания градиентно-корректирующего модуля; 8- источник питания воздушного электромагнита; 9- вычислительный комплекс с системой управления и отображения; 10- модуль сопряжения; 11- приемопередатчик

При подаче питания на томограф в исследуемой области с помощью электромагнита 1 создается постоянное магнитное поле. Градиенты магнитного поля и его коррекция в заданном направлении обеспечиваются градиентно-корректирующим модулем 3. Сканирование и переориентация градиентов осуществляются программно от ПЭВМ 9 и реализуются через блок формирования радиочастотных импульсов (РЧ) 4 и систему питания градиентных катушек 7. Требуемая для возбуждения магнитного резонанса последовательность импульсов формируется ПЭВМ. которая задает форму огибающих для РЧ-импульсов в приемопередатчик: 11 и блокирует усилитель на время излучения импульсов РЧ- катушкой. Обработка МР- сигнала и реконструкция изображения осуществляются с помощью ПЭВМ. Охлаждение электромагнитов 1 осуществляется системой 2 водяного охлаждения.



mylektsii.ru - Мои Лекции - 2015-2017 год. (0.083 сек.)