Основы магнитно-резонансной томографии

Магнитно-резонансная томография один из самых молодых методов лучевой диагностики. В основе его находится феномен ядерно-магнитного резонанса, который известен с 1946 года, когда F. Bloch и Е. Purcell показали, что некоторые ядра, находящиеся в магнитном поле, индуцируют электромагнитный сигнал, под воздействием радиочастотных импульсов. В 1952 году за это открытие явления магнитного резонанса им была вручена Нобелевская премия.

Затем в 2003 году Нобелевская премия по медицине была присуждена британскому ученому Питеру Мэнсфилду (Sir Peter Mansfield) и его американскому коллеге Полу Лотербуру (Paul Lauterbur) за исследования в области магнитно-резонансной томографии. В начале семидесятых годов Пол Лотербур открыл возможность получить двухмерное изображение благодаря созданию градиента в магнитном поле. Анализируя характеристики испускаемых радиоволн, он смог определить их происхождение. Это позволило создавать двухмерные изображения, которые нельзя было получить другими методами.

Доктор Мэнсфилд развил исследования Лотербура, установив, каким образом можно анализировать сигналы, которые подает в магнитном поле человеческий организм. Он создал математический аппарат, позволяющий в кратчайший срок преобразовывать эти сигналы в двухмерное изображение.

Споров по поводу приоритета открытия магнитно-резонансной томографии было много. Американский физик Рэймонд Дамадьян (Raymond Damadian) заявил, что именно он и есть настоящий изобретатель магнитно-резонансной томографии и создатель первого томографа, а премию получили совсем другие люди.

С другой точки зрения, принципы построения магнитно-резонансных изображений человеческого тела задолго до Рэймонда Дамадьяна разработал Владислав Иванов (в настоящее время заведующий кафедрой измерительных технологий и компьютерной томографии СПбГУ точной механики и оптики). Но главное, что исследования, которые в то время казались сугубо теоретическими, через десятки лет нашли широкое практическое применение в клинике (с 80-х годов XX века).

Для получения МР-сигнала и последующего изображения используются постоянное гомогенное магнитное поле и радиочастотный сигнал, который изменяет магнитное поле.

Поэтому основными компонентами любого МР-томографа являются:

• магнит, который создает внешнее постоянное магнитное поле с вектором магнитной индукции Во; в системе СИ единицей измерения магнитной индукции является 1 Тл(Тесла); для сравнения магнитное поле Земли составляет примерно 5x10^-5Тл; одним из основных требований предъявляемых к магнитному полю, является его однородность в центре тоннеля;
• градиентные катушки, которые создают слабое магнитное поле в трех направлениях в центре магнита и позволяют выбрать область исследования;
• радиочастотные катушки, которые используются для создания электромагнитного возбуждения протонов в теле пациента (передающие катушки) и для регистрации ответа сгенерированного возбуждения (приемные катушки). Иногда приемные и передающая катушки совмещены в одну при исследовании различных частей тела, например головы.

При выполнении МРТ происходит следующая цепочка событий.

1. Исследуемый объект помещается в сильное магнитное поле.
2. Подается радиочастотный импульс, после которого происходит изменение внутренней намагниченности с постепенным его возвращением к исходному уровню.
3. Эти изменения намагниченности считываются многократно для каждой точки исследуемого объекта.