Принципы магнитно-резонансной томографии головного мозга
МРТ широко используют для выявления опухолей и других объемных новообразований ЦНС. При правильном применении это исследование относительно безопасно даже для детей и беременных. Далее будет показано, что МРТ можно адаптировать для изучения нормальной физиологии мозга у здоровых добровольцев.
Изначально это исследование называли «ядерно-магнитный резонанс», поскольку принцип его действия заключался в изменении состояния ядер атомов под воздействием магнитных полей. Атомное ядро водорода имеет наиболее простое строение, в нем содержится один протон; этот элемент присутствует во многих средах тела человека (например, в воде).
Ядро характеризуется способностью к вращению; можно провести аналогию этого процесса и вращения гироскопа. В норме направление вращения (оси гироскопа в нашем случае) для любого ядра произвольно. Вращение создает вектор магнитного движения, и ядро становится похожим на небольшой диполь (с разно заряженными полюсами). При отсутствии воздействия внешнего магнитного поля диполи расположены бессистемно.
Однако при воздействии внешнего магнитного поля диполи ориентируются в одном направлении вдоль z-линии вертикальной проекции магнитного поля.
Внешний магнит цилиндрической формы магнитно-резонансного томографа настолько мощный, что способен поднять одновременно вес равный массе нескольких автомобилей. При включении магнита индивидуальные ядерные магнитные моменты совершают процесс, который называют прецессией (этот процесс аналогичен колебаниям гироскопа), в результате которого они начинают воронкообразно вращаться вокруг z-оси внешнего магнитного поля.
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.
Возбуждающая пульсация передается от радиочастотной катушки, расположенной под прямым углом к z-оси внешнего магнитного поля. Результатом этого становится столкновение сети ядерных магнитных моментов, расположенных по оси х-у с ядрами, осуществляющими прецессинг «в фазе». При выключении радиочастотной катушки ядра «выходят из фазы», оставаясь на оси х-у, и затем возвращаются на вертикальную линию. Эту временную константу называют Т2. Далее внешний магнит восстанавливает коническую прецессию вокруг z-оси; временная константа в этом случае больше по значению, ее называют Т1.
Ядра, осуществляющие прецессинг, вследствие колебательных движений становятся похожими на магниты; если окружить их катушкой провода, они будут индуцировать ток в эту катушку, который можно измерить. Катушка радиопередатчика может воспринимать и измерять этот ток.
В этом заключается главный принцип ядерно-магнитного резонанса. Однако для того, чтобы создать реальное изображение, необходим анализ полученного сигнала в пространственном отношении. Это становится возможным при применении градиентных катушек. Наложение второго магнитного поля, установленного под прямым углом по отношению к первому, приводит к нарушению резонансной частоты по оси нового магнитного поля; при этом с одной стороны вращение протонов происходит быстрее, чем с другой. На практике в магнитно-резонансном томографе используют три градиентные катушки, каждая из которых расположена в разных плоскостях пространства. Активация катушек происходит последовательно, в результате чего сигналы от тканей получаются трехмерными. Таким образом, становится возможным получить «срезы» тела пациента, фиксируя сигналы, полученные от различных структур в пределах выбранной плоскости, и тем самым воссоздать изображение по частям.
Магнитно-резонансный томограф.
Снаружи расположен магнит, внутри — высокочастотный радиопередатчик, посередине—градиентные катушки.
Разные плотности изображений, полученных при помощи магнитного резонанса, отражают различные параметры дефазирования и релаксации протонов разной локализации. Например, протоны спинномозговой жидкости способны резонировать на максимальных частотах, тогда как протоны белого вещества во многом схожи с молекулами липидов, а протоны серого вещества характеризуются средними показателями, поскольку молекулы серого вещества связаны с белками. С учетом этих особенностей высокочастотные импульсы могут различаться. Практически все изображения в учебниках (включая этот) являются Т1-взвешенными со слабым поддерживающим сигналом, полученным от свободных протонов в период релаксации. Это объясняют разной плотностью спинномозговой жидкости, серого и белого вещества (последнее обладает большей плотностью).
Для Т2-взвешенных изображений характерно обратное. Т2-взвешенные изображения чаще всего применяют для диагностики поражений белого вещества. Например, они могут показать увеличение числа свободных протонов в результате потери липидов миелиновой оболочкой при рассеянном склерозе или локальный отек ткани мозга в результате инсульта.
Стандартные направления коронарных и аксиальных срезов показаны на рисунке ниже.
Стандартная ориентация МР-томограмм. Коронарные срезы, вид спереди. Аксиальные срезы, вид снизу.
Видео урок различий КТ и МРТ, показаний и прототивопоказаний к ним
