- Ввведение. 3
- Магнітний Резонанс. 4
# 9702; Ядерний Магнітний Резонанс. 4
- Історія відкриття Ядерного Магнітного резонансу. 6
- ЯМР томографія (Визначення). 8
# 9702; Переваги та недоліки ЯМР томографії. 8
- Візуалізація внутрішніх органів за допомогою ЯМР. 9
- Робота тамогрофа. 11
- Висновок. 12
- Список літератури. 14
Історія показує, що кожне нове фізичне явище або метод проходить важкий шлях, що починається з моменту відкриття і проходить через кілька фаз. Спочатку майже нікому не спадає на думку про можливість застосування цього явища в повсякденному житті. Потім настає фаза розвитку, під час якої дані досліджень переконують всіх в його велику практичної значущості. Потім слід фаза стрімкого зльоту. Так сталося і з явищем ЯМР, відкритим Е.К.Завойскім в 1944 р в формі парамагнітного резонансу і незалежно відкритого Блохом і Парселла в 1946 р у вигляді резонансного явища магнітних моментів атомних ядер.
Дане відкриття дозволило зробити величезний прорив у розвитку медицини, біології та хіміі.Напрімер, в неврології МРТ не пов'язана з ризиком для здоров'я пацієнта і абсолютно безболісна.
Широке застосування МРТ в неврології обумовлено високою інформативністю, відносною доступністю і безпекою даного методу обстеження. Використання ядерно-магнітного резонансу в МР-томографах дозволяє отримувати зображення шарів або зрізів головного мозку, хребта і спинного мозку без рентгенівського опромінення пацієнта. Завдяки здатності відображати м'яко-ткані структури магнітно-резонансна томографія в неврології часто застосовується для візуалізації мозкової речовини, зв'язок хребта, міжхребцевих дисків і нервових волокон.
На даний момент, завдяки розвитку ЯМР, лікарі можуть проводити Магнітно-резонансна томографія головного мозку агнітно-резонансна томографія навколоносових пазух, томографія гіпофіза, всього хребта, головного мозку і ін.
Магнітний резонансне (виборче) - це поглинання радіочастотного випромінювання деякими атомними частинками, поміщеними в постійне магнітне поле. Більшість елементарних частинок, подібно дзиги, обертаються навколо власної осі. Якщо частка має електричним зарядом, то при її обертанні виникає магнітне поле, тобто вона поводиться подібно крихітному магніту. При взаємодії цього магнітика із зовнішнім магнітним полем відбуваються явища, що дозволяють отримати інформацію про ядрах, атомах або молекулах, до складу яких входить дана елементарна частинка. Розрізняють магнітні резонанси двох основних видів: електронний парамагнітний резонанс і ядерний магнітний резонанс.
Ядерний Магнітний Резонанс.
Розглянемо явище ЯМР на прикладі найпростішого ядра - водню. Ядро водню це протон, що має певне значення власного механічного моменту кількості руху (спина). Відповідно до квантовою механікою вектор спина протона може мати тільки два взаємно протилежні напрямки в просторі, умовно позначаються словами "вгору" і "вниз". Протон має також і магнітний момент, напрямок вектора якого жорстко прив'язане до напрямку вектора спина. Тому і вектор магнітного моменту протона може бути направлений або "вгору", або "вниз". Таким чином, протон можна уявити як мікроскопічний магнітик з двоякою можливої орієнтацією в просторі. Якщо помістити протон у зовнішнє постійне магнітне поле, то енергія протона в цьому полі буде залежати від того, куди спрямований його магнітний момент. Енергія протона буде більше в тому випадку, якщо його магнітний момент (і спин) спрямований в бік, протилежний полю. Якщо магнітний момент (спін) протона спрямований в ту ж сторону, що і поле, то енергія протона, що позначається. буде менше. Нехай протон виявився саме в цьому останньому стані. Якщо тепер протону додати енергію. то він зможе стрибком перейти в стан з більшою енергією, в якому його спін буде спрямований проти поля. Додати енергію протона можна, "опромінюючи" його квантами електромагнітних хвиль з частотою омега.
Перейдемо від окремого протона до макроскопическому зразком водню, який містить велику кількість протонів. Ситуація буде виглядати так. У зразку через усереднення випадкових орієнтацій спінів приблизно рівні кількості протонів при накладенні постійного зовнішнього магнітного поля виявляться щодо цього поля зі спинами, спрямованими "вгору" і "вниз". Опромінення зразка електромагнітними хвилями з частотою = (-) /, викличе "масовий" переворот спинив (магнітних моментів) протонів, в результаті якого всі протони зразка опиняться в стані зі спинами, спрямованими проти поля. Такий масова зміна орієнтації протонів буде супроводжуватися різким (резонансним) поглинанням квантів (і енергії) облучающего електромагнітного поля. Це і є ЯМР. ЯМР можна спостерігати лише в зразках з великим числом ядер. використовуючи спеціальні методики і високочутливі прилади.
Історія відкриття Ядерного Магнітного Резонансу.
діагностиці та лікуванні ", - заявив офіційний представник Нобелівського комітету Ханс Йорнвалл. Метод отримання зображення за допомогою магнітного резонансу використовується зараз для діагностики десятків мільйонів пацієнтів у всьому світі. Магнітно-резонансна томографія є одним з провідних методів дослідження при різних захворюваннях і станах. Традиційно МРТ отримала широке застосування в неврології та онкології.
Магнітно-резонансна томографія (ядерно-магнітна резонансна томографія, МРТ, ЯМРТ, NMR, MRI) - нерентгенологіческій метод дослідження внутрішніх органів і тканин людини. Тут не використовуються Х-промені, що робить даний метод безпечним для більшості людей.
Переваги та недоліки ЯМР томографії.
Відкриття ЯМР томографії дало хід нового витка в розвитку медицини, але кожне відкриття має свої плюси і мінуси.Дальше яіх перерахую.
· Перша перевага - заміна рентгенівських променів радіохвилями. Це дозволяє усунути обмеження на контингент обстежуваних (дітей, вагітних), тому що знімається поняття променевого навантаження на пацієнта і лікаря. Крім того, відпадає необхідність в проведенні спеціальних заходів щодо захисту персоналу і навколишнього середовища від рентгенівського випромінювання.
· Друга перевага - чутливість методу до окремих життєво важливим ізотопів і особливо до водню, одному з найпоширеніших елементів м'яких тканин. При цьому контрастність зображення на томограмі забезпечується за рахунок різниці в концентраціях водню в різних ділянках органів і тканин. При цьому дослідженню не заважає фон від кісткових тканин, адже концентрація водню в них навіть нижче, ніж в оточуючих тканинах.
· Третя перевага полягає в чутливості до різних хімічних зв'язків у різних молекул, що підвищує контрастність картинки.
· Четверте перевага криється в зображенні судинного русла без додаткового контрастування і навіть з визначенням параметрів кровотоку.
· П'яте перевага полягає в більшій на сьогодні роздільної здатності дослідження - можна побачити об'єкти розміром в до міліметра.
· І, нарешті, шосте - МРТ дозволяє легко отримувати не тільки зображення поперечних зрізів, а й поздовжніх.
· Необхідність створення магнітного поля великої напруги, що вимагає величезних енерговитрат при роботі обладнання та / або використання дорогих технологій для забезпечення надпровідності. Радує те, що в науковій літературі немає даних про негативну вплив на здоров'я магнітів великої потужності.
· Низька, особливо в порівнянні з рентгенологічними, чутливість методу ЯМР-томографії, що вимагає збільшення часу просвічування. Це призводить до появи спотворень картинки від дихальних рухів (що особливо знижує ефективність дослідження легких, дослідженні серця).
· Неможливість надійного виявлення каменів, кальцификатов, деяких видів патології кісткових структур.
· Неможливість обстеження деяких хворих, наприклад з клаустрофобію (острахом закритих просторів), штучними водіями ритму, великими металевими імплантатами. Не слід забувати і про те, що відносне протипоказання для ЯМР-томографії - вагітність. Ну а кардіостимулятори - суворе протипоказання до дослідження.
Візуалізація внутрішніх органів за допомогою ЯМР.
До сих пір ми неявно припускали, що, в нехтуванні впливом слабких електронних струмів в котушках, магнітне поле, в яке поміщаються ядра, однорідне, т. Е. Має одну і ту ж величину у всіх точках. У 1973 році Пол Латербур запропонував проводити ЯМР-дослідження, поміщаючи зразок в магнітне поле, що міняється від точки до точки. Зрозуміло, що в цьому випадку і резонансна частота для досліджуваних ядер змінюється від точки до точки, що дозволяє судити про їх просторовому розташуванні. А оскільки інтенсивність сигналу від певної області простору пропорційна числу атомів водню в цій області, ми отримуємо інформацію про розподіл щільності речовини у просторі. Власне, в цьому і полягає принцип техніки ЯМР-дослідження. Як бачите, принцип простий, хоча для отримання реальних зображень внутрішніх органів на практиці слід отримати в розпорядження потужні комп'ютери для управління радіочастотними імпульсами і ще довго вдосконалювати методологію створення необхідних профілів магнітного поля і обробки сигналів ЯМР, одержуваних з котушок.
магнітне поле не залежить від х, то виникає одиночний сигнал (див. рис. а). Далі припустимо, що за допомогою додаткових котушок (по відношенню до тієї, яка створює основне, спрямоване по осі z, магнітне поле) ми створюємо додаткове, мінливий уздовж осі х, магнітне поле B0, причому його величина зростає зліва направо. При цьому зрозуміло, що для сфер з різними координатами сигнал ЯМР тепер буде відповідати різним частотам і вимірюваний спектр буде містити в собі п'ять характерних піків (див. Рис. Б). Висота цих піків буде пропорційна кількості сфер (т. Е. Масі води), що мають відповідну координату, і, таким чином, в даному випадку інтенсивності піків будуть ставитися як 3: 1: 3: 1: 1. Знаючи величину градієнта магнітного поля (т. Е. Швидкість його зміни вздовж осі х), можна уявити вимірюваний частотний спектр у вигляді залежності щільності атомів водню від координати х. При цьому можна буде сказати, що там де піки вище, число атомів водню більше: в нашому прикладі числа атомів водню, що відповідають положенням сфер, дійсно співвідносяться як 3: 1: 3: 1: 1.
Розташуємо тепер в постійному магнітному полі B0 деяку складнішу конфігурацію маленьких заповнених водою сфер і накладемо додаткове магнітне поле, яке змінюється уздовж всіх трьох осей координат. Вимірюючи радіочастотні спектри ЯМР і знаючи величини градієнтів магнітного поля уздовж координат, можна створити тривимірну карту розподілу сфер (а отже, і щільності водню) в досліджуваній конфігурації. Зробити це набагато складніше, ніж в розглянутому вище одновимірному випадку, однак інтуїтивно зрозуміло, в чому цей процес полягає.
Робота ЯМР томогрофа.
Технологія МРТ досить складна: використовується ефект резонансного поглинання атомами електро-магнітних хвиль. Людину поміщають в магнітне поле, яке створює апарат. Молекули в організмі при цьому розгортаються відповідно до направлення магнітного поля. Після цього радіохвилею проводять сканування. Зміна стану молекул фіксується на спеціальній матриці і передається в комп'ютер, де проводиться обробка отриманих даних. На відміну від комп'ютерної томографії МРТ дозволяє отримати зображення патологічного процесу в різних площинах. Магнітно-резонансний томограф за своїм зовнішнім виглядом схожий на комп'ютерний. Дослідження проходить так само, як і комп'ютерна томографія. Стіл поступово просувається уздовж сканера. МРТ вимагає більше часу, ніж КТ, і зазвичай займає не менше 1 години (діагностика одного розділу хребта займає 20-40 хвилин).
МРТ отримала початок як метод томографічного відображення, дає зображення ЯМР-сигналу з тонких зрізів, що проходять через людське тіло. МРТ розвивалася від методу томографічного відображення до методу об'ємного відображення.
Метод особливо ефективний для вивчення динамічних процесів (наприклад, стану кровотоку і результатів його порушення) в органах і тканинах.
Під час магнітно-резонансної томографії в неврології може виникнути необхідність більш точно і детально вивчити окремі області головного мозку або хребетного стовпа. Тоді в вену пацієнта вводять контрастний препарат. В основі більшості контрастних засобів для МРТ використовується гадолиний. Як правило, введення контрасту не викликає у пацієнта ніякого дискомфорту і не супроводжується ускладненнями.
З давніх-давен лікарі намагалися винайти методи оцінки функціонального стану внутрішніх органів людини найбільш інформативним способом. Останні кілька десятиліть відзначається бурхливий розвиток діагностичного напряму медицини. Одним з найяскравіших подій минулого століття без перебільшення можна назвати відкриття явища ядерного магнітного резонансу і виникнення діагностичних методик, заснованих на цьому явищі. Досить сказати, що шведська королівська академія наук присудила як мінімум шість Нобелівських премій, безпосередньо пов'язаних з даними відкриттям.
Сьогодні самий інформативний і нешкідливий для здоров'я метод діагностики проводиться за допомогою магнітно-резонансної томографії (МРТ).