Медицинская лицензия
№ ЛО-50-01-008370
Нормативные документы →
Предварительная запись:
Мы ждём Вас по адресу:
Московская обл., г. Домодедово,
мкрн. Центральный, Школьный проезд, д. 1
схема проезда
  • 800-2000
  • пн-пт
  • 800-1700
  • сб
  • 900-1600
  • вс

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.

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.