Явление ядерного магнитного резонанса, схема и работа ЯМР-томографа

Явление ЯМР было открыто в 44 и в 46 в СССР и США соответственно. Сущность явления состоит в излучении ЭМ колебаний веществом, расположенным в магнитном поле после облучения этого вещества внешним источником ЭМ колебаний.

Возможность получения изображений с помощью ЯМР.

Известно, что все атомы помимо вращающегося вокруг ядра электронов обладают еще очень важным параметром – спином. Спин –вращение. Наилучшим образом это можнопояснить на примере атома водорода. Более того, водород входит в состав воды, а последняя составляет 70-80 % тканей человека. Поэтому в настоящее время с помощью ЯМР определяется именно плотность распределения атомов водорода в различных органах человека.

Подобно тому как виток, покоторому течет ток и возникает магнитное поле, определяемое вектором М, точно также ядро атома водорода, состоящее из 1 протона при своем вращении создает некоторое магнитное поле, которое можно обозначить как вектор М.

Когда на образец ткани, содержащий атомы водорода, не действует магнитное поле, то их магнитные моменты располагаются случайным образом. Если ткань расположить в магнитном поле, то атомы водорода располагаются вдоль магнитных силовых линий (рис.а) причем магнитные моменты совершают вращательные движения вокруг магнитных силовых линий этого поля (рис.б).

Причем ядра атомов, расположенные в МП, движутся так, что вектор магнитной индукции описывает в пространстве окружность, показанный на рисунке б. это явление называются прецессией. Частота прецессии описывается формулой, где f- частота, В-магнитная индукция, гамма – постоянный коэф, гиромагнитный коэффициент. Как видно из формулы, при увеличении В частота прецессии увеличивается.

Если на атом Н воздействовать внешним ЭМ полем радиочастотного диапазона, то атомы поворачиваются и магнитный момент начинает вращаться так, как показано на рис в.

Если, как показано на рисунке, от передатчика П- послать радиочастотный сигнал, соответствующий частоте f, то магнитные моменты атомов поворачиваются перпендикулярно магнитно-силовым линиям и совершают вращения в плоскости, перпендикулярной, вокруг силовых линий. Когда сигнал от передатчика исчезает, то магнитные моменты атомов постепенно поворачиваются и занимают положение, показанное на рисунке а. при этом во внешнюю среду излучается ЭМ энергия на такой же частоте f, которая была использована для возбуждения атомов. Эта ЭМ энергия воспринимается радиоприемником (ПР). в зависимости от количества атомов водорода сигнал получаемого от образца будет изменяться. Необходимо отметить, что это явление очень сложно и приведенное исследование приведено в рамках классической механики. На рисунке г показан возбуждающий сигнал, посылающий передатчиком, а на рисунке д – сигнал, который принимается приемником.

Поведение атомов водорода в неоднородном МП отличается от рассмотренных выше в однородном МП.

Если предположить, что в слой А и в слое С исследуемой ткани расположенные в неоднородном магнитном поле магнитная индукция больше или меньше той, которая соответствует магнитному резонансу, то при облучении ткани ЭМ излучением, находящиеся в этих слоях атомы водорода не способны реагировать на внешнее ЭМ излучение и только слой В магнитная индукция в котором соответствует резонансной частоте колебаний атомов водорода возникает ЯМР. Т. обр. можно получать информацию о плотности упаковки атомов водорода в слое В. Если изменить частоту облучения, то можно добиться получения сигнала магнитного резонанса от слоя А или слоя С. Аналогичного эффекта можно достичь, изменяя значение магнитной индукции. Только в этом случае нужно использовать магнит с переменным значением индукции (электромагнит).

МРТ содержит магнит 1, градиентные катушки – 2. 1- создают основное поле. Градиентные катушки дополнительные поля вдоль трех координат. Катушки управляются от ПК 9 блоком создание градиентов 5. Для питания магнита используют источник питания 3, если магнит электрический. Он охлаждается с помощью системы охлаждения 4. Перемещение стола вместе с пациентом осуществляется посигналу ПК. На пациента(или на отдельно исследуемые органы надеваются радиочастотные катушки 8 (антенны). Информация о результатах исследования выводится на монитор 13, печатается на принтере 15 а все операции выполняют с клавиатуры 12. При работе МРТ томографа делается предварительное исследование пациента, затем намечаются требуемые срезы отдельных органов и после их подробного исследования информация выводится на монитор и распечатывается.