Магнитно-резонансная томография. Методика МРТ головного мозга
Описанный Bloch и Putec в 1946 г эффект ядерно-магнитного резонанса составляет физическую основу МРТ. Ее объектом являются протоны ядер водорода, которые широко представлены во всех водосодержаших тканях, белках, ли-пидах и других макромолекулах организма.
Магнитное поле. Так как протоны не только имеют определенный заряд, но и спин (вращаясь вокруг своей оси), каждый прогон обладает собственным маленьким магнитным полем. Он ведет себя как стрелка компаса. Попадая в зону действия магнитного поля, протон ориентируется в большинстве случаев параллельно направлению магнитною поля, значительно реже -в противоположном направлении.
Частота. Когда протоны подвергаются действию электромагнитной энергии виде радиоволн определенной частоты, то при определенной их частоте (частоте резонанса, или частоте Лармора) они могут поглощать энергию и менять ориентацию в магнитном иоле с параллельной на энергетически более затратную противоположную ориентацию («антипараллельную»).
Релаксация. В процессе последующей релаксации протоны высвобождают поглощенную энергию и вновь приобретают прежнее направление вращения, заданное им магнитным полем. Время релаксации характеризуется двумя ткане-специфичными временными константами T1- и Т2.
Компоненты ядерно-магнитного резонанса и действие на них радиоизлучения.
(А) Протон ядра водорода находится в состоянии постоянного вращения (аналогично гироскопу).
(Б) В состоянии покоя ориентация осей вращения произвольна.
(В) При включении внешнего магнита все оси ориентируются вдоль продольной z-оси. Большинство осей параллельны, некоторые (незначительное количество) не параллельны.
(Г) Одновременно сразу происходит прецессинг магнитных моментов вокруг этой оси (аналогично колебательным движениям гироскопа, ориентированного в промежуточном положении между z-осью магнитного поля и перпендикулярной к ней осью х-у).
(Д) Возбуждающий высокочастотный импульс, расположенный перпендикулярно оси внешнего магнита, направляет магнитные моменты по спирали в плоскость х-у.
(Е) При включении радиочастотного передатчика ядра осуществляют прецессинг синфазно.
(Ж) При выключении передатчика происходит немедленный выход ядер из фазы за короткий постоянный промежуток времени Т2.
(З) Конический прецессинг возобновляется под действием внешнего магнита за более продолжительный постоянный промежуток времени Т1.
MP-сигнал. Во время релаксации протоны, которые вращаются в плоскости, поперечной направлению внешнего магнитного тюля, излучают электромагнитные волны, которые можно зарегистрировать и измерить с помощью радиоантенны или катушки как MP-сигнал. Время релаксации Т1 и Т2 значительно более вариабельно, чем различия в рентгеновской плотности тканей. В силу этого МРТ позволяет получить более контрастное изображение тканей и является более чувствительным методом исследования, чем КТ или обычная рентгенография.
МРТ-изображение представляет собой картографическое распределение МР-сигнала, интенсивность которого зависит от физических свойств тканей. Магнитно-резонансные изображения могут быть Т1 -, Т2-взвешенными или полученными в режиме протонной плотности. Это зависит от выбранной импульсной последовательности, времени между повторами (TR — интервал между повторами импульсной последовательности), а также времени эхо (ТЕ — интервал между стимуляцией радиоволнами и измерением MP-си гнала).
Опухоли и другие ткани с высоким содержанием свободной воды выглядят темными на Т1-взвешенных изображениях и светлыми на Т2-взвешенных изображениях или изображениях, полученных в режиме протонной плотности. ЦСЖ с очень высоким содержанием свободной поды выглядит очень темной в режиме Т1 и очень светлой - в режимах Т2 и протонной плотности. В Т 1 -режиме получаются более четкие изображения некрозов и кист внутри опухоли, а также кровоизлияний в подостром периоде, чем с помощью Т2-режима.
Градиенты. Для того чтобы построить МР-изображение, необходимо локализовать источник МР-сигнала. Это осуществляется с помощью градиентов — линейно нарастающих в пространстве магнитных полей, перекрывающих гомогенное главное магнитное поле в трех измерениях. Чтобы получить качест венное изображение, предпочтительно применять приборы с напряжением магнитного поля в 1,0-1,5 Тл.
Пространственное разрешение зависит от выбранного поля зрения (FOV — field ofview, для изображения головы, как правило, около 25 см), матрицы (обычно 256x256—51 2x51 2) и толщины среза. Величина поля зрения, разделенная на размер матрицы, представляет собой длину стороны двухмерного элемента изображения — пиксела. В свою очередь, размер пиксела, умноженный на толщину среза, образует воксел — трехмерный элемент МР-изображения.
Время исследования головного мозга с помощью последовательностей спин-эхо составляет 10—20 мин. С помощью модифицированных последовательностей продолжительность исследования значительно сокращается, а применение новых методов, таких как эхопланарная технология, позволяет получить изображение в течение нескольких секунд.
