Ядерная магнитно – резонансная томография.

 

Сущность явления ядерно- магнитного резонанса можно пояснить таким образом: Известно, что если взять проводник, по которому течет ток, то протекание тока вызывает появление магнитного поля. Вектор этого поля направлен перпендикулярно плоскости проводника магнитного момента.

Аналогичное явление имеет место при вращении электронов в атоме водорода, т.е. каждый атом водорода обладает магнитным моментом. В отсутствии магнитного поля (рис а) магнитные моменты атомов водорода располагаются случайным образом. Если же образец с атомами водорода поместить в однородное магнитное поле (рис б), то магнитные моменты атомов водорода совершают вращательные движения – прецессию вокруг магнитных силовых линий, причем частота прецессии описывается выражением 1, где f - постоянный коэффициент, а Н – напряженность магнитного поля.

 

 

f_п = γ H

f_г = f_п

 

 

 

 

Если на образец воздействовать электромагнитными колебаниями, посылаемыми от генератора с помехами излучательной катушки К, то при равенстве частоты колебаний генератора f_г и частоты прецессии f_п магнитные моменты атомов поворачиваются так, как показано на рис. в и совершают прецессию под углом 90⁰ к магнитным силовым линиям. Если убрать излучение от генератора, то атомы возвращаются в прежнее состояние (рис. г), однако, предварительно излучая электромагнитную энергию. (рис. е)

Таким образом, условие f_г = f_п это условие ядерного магнитного резонанса. По интенсивности сигнала Е, который создается в катушке и воспринимается приемником, судят о количестве атомов водорода в исследуемом образце. При этом измеряется время затухания сигнала Е, его амплитуда, постоянная времени.

Для получения информации по содержанию атомов водорода в некотором слое образца используют неоднородные магнитные поля.

Если расположить образец, содержащий атомы водорода, в неоднородное магнитное поле, неоднородность которого можно измерить, то можно, измеряя значение напряжения магнитного поля, выделить только тот слой (Слой В), для которого соблюдается условие ЯМР.

f_п= γ H_вв

В слое В все атомы водорода будут находиться в резонансе. Если необходимо исследовать слой, например, лежащий ниже слоя В, то необходимо увеличить значение напряженности магнитного поля, и тогда, например, слой А будет находиться в резонансе, а слой В уже не будет содержать условия для появления резонанса.

Если создать еще одно магнитное поле, перпендикулярное плоскости листа, то можно получить информацию об одной условной точке, находящейся в резонансe . Также можно получить и трехмерное распределение точек

 

 

Магнит без сердечника. Он создает неоднородные поля.

3 – градиентные катушки для создания неоднородных электромагнитных полей по 3 координатам объекта исследования;

4 – блок электрического питания электромагнита;

5 – блок охлаждения электромагнита;

6 – блок, для создания и приема высокочастотных колебаний;

7 – блок управления магнитными полями градиентных обмоток;

8 – компьютер.

 

f_п = γ H_∑ (1)

 

H_∑ = Н_общ+ Н_х1+Н_y+Н_z (2)

 

Магнитный резонанс возникает при условии, что напряженности магнитного поля соответствуют формулам 1 и 2, где:

 

Н_общ –напряженность однородного магнитного поля, создаваемого магнитом 2;

 

Н_х1,Н_y,Н_z - напряженности неоднородностей магнитных полей, создаваемые градиентными обмотками 3.

Задавая некоторое значение Н_z выделяют исследуемый слой и в процессе исследования данного слоя Н_z не изменяется. (рис ж)

 

 

Выделяем некоторый слой, находящийся в удалении y_i от оси х (рис в). При этом ЯМР еще не возникает.

Затем изменяют значение Н_х, создавая неоднородность перемещенного поля вдоль оси , причем., это поле должно иметь такое значение, чтобы суммарное магнитное поле H_∑ соответствовало условию возникновения ЯМР.

В этом случае только одна точка выделенной полоски (рис б) удовлетворяет условию ЯМР. (т. А)

Для исследования распределения плотности упаковки водорода в самом слое по точкам измеряют значение поля Н_х и для каждой полоски получают сигнал, который воспринимается последовательно для каждой точки приемной катушкой 1.

Таким образом получаем информацию об одном сканированном слое. Затем осуществляем сканирование под несколькими различными углами, задавая напряженность магнитного поля градиентными катушками ( как в компьютерной томографии). Из нее заимствованы процедуры обработки информации, получаемой при сканировании под разными углами. Это увеличивает разрашающую способность ядерной магнитной томограммы.

При необходимости сканирования другого слоя изменяют напряженность Н_z и все процедуры повторяют.

ЯМР – томограмма позволяет получать не только поперечные слои изображения, но и продольные. Достаточно зафиксировать значение поля Н_х , а изменять в плоскости y_z.

Известны ЯМР- томограммы в которых получены продольные изображения слоев всего человека.

Преимуществом ЯМР является безопасность, отсутствие подвижных элементов и возможность получения как поперечных, так и продольных изображений.