Томограф

Пример современного томографа

Открытый МР-томограф

Магни́тно-резона́нсный томо́граф (МРТ), ядерно магнитно-резонансный томограф (ЯМРТ) или магнитно-резонансная томография (МРТ), является основным инструментом медицинской техники для создания изображений, используемых в радиологии для подробной визуализации внутренних структур и органов человека. Томограф обеспечивает хороший контраст между различными мягкими тканями тела, что делает его особенно полезным при исследованиях мозга, мышц, сердца и диагностики рака по сравнению с другими медицинскими методами визуализации, такими, как рентгеновская компьютерная томография (КТ) или рентгенография. В отличие от компьютерного томографа или традиционного рентгеновского аппарата в магнитно-резонансном томографе не используются ионизирующие излучения. Вместо этого он использует мощные магнитные поля, чтобы выровнять намагниченность некоторых атомов в теле, а затем использует радиочастотные поля чтобы систематически изменять направление этой намагниченности. Это приводит к появлению вращающегося магнитного поля, регистрируемого сканером и позволяет построить образ сканируемой области тела. Магнитно-резонансный томограф использует относительно новую технологию. Первые изображения томографов были опубликованы в 1973 году, а первый снимок поперечного сечения живой мыши — в январе 1974 года. Первые исследования, проведенные на людях, были опубликованы в 1977 году. Для сравнения, первый рентгеновский снимок человека был сделан в 1895 году.

Принцип действия

Тело состоит в основном из молекул воды. Каждая молекула воды состоит из двух ядер водорода или протонов. Когда человек находится внутри мощного магнитного поля сканера, магнитные моменты некоторых из этих протонов изменяются и выравниваются по направлению прилагаемого поля. В томографе включается на небольшой промежуток времени радиочастотный генератор, создавая электромагнитное поле. Энергия фотонов этого поля, известная как резонансная частота, достаточная чтобы повернуть спины протонов в теле. По мере нарастания интенсивности и длительности поля увеличивается количество повернувшихся спинов. После выключения поля, спины протонов возвращаются в первоначальное состояние, а разница в энергии между двумя состояниями высвобождается в виде фотона. Именно эти производящие электромагнитные сигналы фотоны обнаруживает сканер в томографе. Количество резонировавших протонов зависит от силы магнитного поля.

Связь между напряженностью приложенного поля и частотой позволяет использовать томограф ядерно-магнитного резонанса для работы с изображениями внутренних тканей человека. Для изменения позиции томографического среза внутри пациента применяются дополнительные магнитные поля, применяемые в ходе работы томографа. Информация о позиции может быть получена из результирующего сигнала с помощью преобразования Фурье. Эти поля создаются путем пропускания электрического тока через специальные соленоиды, известные как градиентные катушки. Поскольку эти катушки находятся внутри туннеля сканера, существуют большие силы взаимодействия между ними и основным полем, создавая большую часть шума во время работы. Если не ослаблять этот шум, он может доходить до 130 децибел (дБ) при сильных полях.

Изображение может быть построено, поскольку протоны в различных тканях возвращаются в свои равновесные состояния с различной скоростью, которая и является той разницей, которая может быть обнаружена и использована для построения изображения. Пять различных параметров – плотность спина, времена T1 и T2 релаксации, поток и спектральные сдвиги также используются для построения изображения. При изменении параметров сканера, этот эффект используется для создания контраста между различными типами тканей тела или между другими свойствами, как и в обычных, так и диффузионных магнитно-резонансных томографах.

Контрастные вещества могут быть введены внутривенно, чтобы улучшить визуализацию кровеносных сосудов, опухоли или воспаления. Контрастные агенты также могут быть непосредственно введены в сустав в случае артрограмм, при томографии суставов. В отличие от КТ, МРТ не использует ионизирующего излучения и, как правило, очень безопасная процедура. Тем не менее сильные магнитные поля и радиоимпульсы могут повлиять на металлические имплантаты, в том числе кохлеарные имплантаты и кардиостимуляторы. В случае кохлеарных имплантатов, США FDA одобрило некоторые имплантаты для совместимости с аппаратами МРТ. В случае кардиостимуляторов результаты могут иногда привести к летальному исходу; так пациентам с такими имплантатами, как правило, МРТ противопоказана.

МРТ используется для исследования любых частей тела и особенно эффективна для тканей с высоким содержанием ядер водорода и малым контрастом плотности, таких как мозг, мышцы, соединительная ткань и большинство опухолей.

Применение

В клинической практике, томограф используется, чтобы отличать патологические ткани (например, опухоль головного мозга) от нормальных тканей. Одно из преимуществ магнитно-резонансной томографии в том, что процедура сканирования является практически безвредной для пациента. МР-томограф использует сильные магнитные поля и не ионизирующие излучения в РЧ диапазоне, что выгодно отличает его от компьютерной томографии и традиционной рентгенографии.

Стиль этого раздела неэнциклопедичен или нарушает нормы русского языка. Следует исправить раздел согласно стилистическим правилам Википедии.

Хотя КТ обеспечивает хорошее пространственное разрешение (способность различать две области отдельных структур на достаточно малом расстоянии друг от друга), МРТ обеспечивает хорошее контрастное разрешение (способность выделять различия между двумя похожими, но не идентичными тканями). В основе этой возможности лежит комплекс импульсных последовательностей, которые включают в себя современные медицинские МРТ сканеры, каждый из которых оптимизирован для конкретного контраста и изображения, основанный на химической чувствительности МРТ.

В обычном томографе используется до 20 различных последовательностей, каждая из которых выбирается для получения определенного типа информации.

Типы томографических исследований

• Т1-взвешенная МРТ
• Т2-взвешенная МРТ
• T* 2-взвешенная МРТ
• МРТ спиновой плотности
• Диффузионная МРТ
• МРТ передачи намагниченности
• FLAIR (Инверсия-восстановление с подавлением сигнала от воды)
• Магнитно-резонансная ангиография
• Магнитный резонанс закрытой внутричерепного динамики CSF (MR-GILD)
• Магнитно-резонансная спектроскопия
• Функциональная МРТ
• МРТ в режиме реального времени
• Интервенционная МРТ
• Лучевая терапия моделирования
• Изображения текущей плотности

Производители томографов

• Siemens (Германия - Китай 48% выпускаемого оборудования)
• Basda (Китай)
• GE Healthcare (США - Китай 84% выпускаемого оборудования)
• Toshiba( Япония 100%)
• Phillips ( Евросоюз )
• AILab Inc., (Южная Корея)(с 2011 года SciMedix Co.Ltd)
• НПФ Аз, (Российская Федерация)

См также

• A. C. Kak, M. Slaney Principles of Computerized Tomographic imaging. (IEEE Press, NY 1988)
• Хорнак Дж. П. Основы МРТ (1996—1999)
• Cormack A.M. Early two-dimensional reconstruction and recent topics stemming from it // Nobel Lectures in Physiology or Medicine 1971—1980. — World Scientific Publishing Co., 1992. — p. 551—563
• Hounsfield G.N. Computed Medical Imaging // Nobel Lectures in Physiology or Medicine 1971—1980. — World Scientific Publishing Co., 1992. — p. 568—586
• Lauterbur P.C. All science is interdisciplinary — from magnetic moments to molecules to men // Les Prix Nobel. The Nobel Prizes 2003. — Nobel Foundation, 2004. — p. 245—251
• Mansfield P. Snap-shot MRI // Les Prix Nobel. The Nobel Prizes 2003. — Nobel Foundation, 2004. — p. 266—283
• [1] Магнитно-резонансные томографы Basda
• [2] Магнитно-резонансные томографы Toshiba
• [3] Магнитно-резонансные томографы GE Healthcare
• [4] Магнитно-резонансные томографы Аз
• Мэнсфилд П. Быстрая магнитно-резонансная томография // Успехи физических наук, 2005, т. 175, № 10, с. 1044—1052 (перевод на русский)
• Дьячкова С. Я., Николаевский В. А. Рентгеноконтрастные средства. — Воронеж, 2006.
• Важенин А. В., Ваганов Н. В. Медицинско-физическое обеспечение лучевой терапии. — Челябинск, 2007.
• Левин Г. Г., Вишняков Г. Н. Оптическая томография. — М.: Радио и связь, 1989. — 224 с.
• Тихонов А. Н., Арсенин В. Я., Тимонов А. А. Математические задачи компьютерной томографии. — М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987. — 160 с.
• Тихонов А. Н., Гончарский А. В., Степанов В. В., Ягола А. Г. Численные методы решения некорректных задач. — М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1990. — 232 с.
• Наттерер Ф. Математические аспекты компьютерной томографии. — М.: Мир, 1990. — 288 с.
• Васильев М. Н., Горшков А. В. Аппаратно-программный комплекс GEMMA и томографический метод измерения многомерных функций распределения в траекторном и фазовом пространствах при диагностике пучков заряженных частиц. // Приборы и техника эксперимента. — 1994. № 5. — С.79-94. // Перевод на англ.: Instruments and Experimental Techniques. — V.37. № 5. Part 1. 1994. -P.581-591.