Принцип действия МРТ основан на анализе излучения или поглощения электромагнитной энергии веществом. Магнитно-резонансный томограф излучает электромагнитные волны, которые создают магнитное поле. На него реагируют атомы водорода, а томограф фиксирует реакцию и интерпретирует ее в результат: изображение органа в нескольких срезах толщиной до 5 миллиметров.

Для чего проводят МРТ

Томограмму используют для диагностики различных заболеваний — от инфаркта до грыжи, переломов, кровоизлияний и других болезней, и патологий. МРТ назначают, когда другие, более дешевые методы диагностики малоинформативные.

Также магнитно-резонансную томографию используют для:

• оценки степени тяжести травм позвоночника, сухожилий, всего опорно-двигательного аппарата;
• правильной подготовки к хирургическому вмешательству;
• контроля эффективности хирургического лечения различных заболеваний.

Магнитно-резонансная томография позволяет выявить заболевания на ранней стадии, когда лечение более эффективно и требует меньших расходов и усилий. Рекомендуется в качестве профилактики онкологических заболеваний, для выявления злокачественных и доброкачественных новообразований на раннем сроке.

Преимущества МРТ

• Отсутствие лучевой нагрузки. Магнитное поле безвредно для организма и не влечет побочных эффектов. В отличие от рентгенографии, МРТ можно проходить любое количество раз за небольшой промежуток времени — чтобы контролировать динамику заболевания или эффективность лечения.
• Безболезненность. Во время исследования пациент не испытывает боли или неприятных ощущений.
• Высокая эффективность. Точность исследования достигает 97%. МРТ — один из самых эффективных методов диагностики.
• Приемлемая стоимость. Исследование одной области или одного органа стоит недорого — от 2 700 рублей.

Показания к МРТ

Исследование нужно сделать при подозрении на заболевания, при которых другие методы диагностики не дают точного результата. В зависимости от типа МРТ, показаниями могут служить головные боли, травмы головы и шеи, рассеянный склероз, подозрения на новообразования, уплотнения под кожей и многие другие симптомы.
Магнитно-резонансную томографию используют и в составе комплексного обследования, для своевременного выявления бессимптомных заболеваний. Если хотите точно оценить состояние своего здоровья, посетите открытое МРТ в Москве — найдите адреса недорогих центров на карте.

Противопоказания к МРТ

Небольшое количество противопоказаний — одно из преимуществ магнитно-резонансной томографии. Благодаря безопасности исследования, его можно проводить даже детям. Тем не менее, есть ряд факторов, при наличии которых стоит воздержаться от исследования или проконсультироваться с врачом.

• Первый триместр беременности
• Острые травмы
• Клаустрофобия
• Болезни, которые мешают сохранять неподвижность длительное время
• Наличие в организме электронных имплантов, кардиостимуляторов, водителей сердечного ритма, инфузионных насосов, инсулиновых помп
• Некоторые виды зубных протезов, штифтов, коронок
• Металлические осколки в теле
• Клипсы на аневризмах головного мозга.

Противопоказания к МРТ с введением контрастного вещества:

• Цирроз печени
• Бронхиальная астма в тяжелой форме
• Почечная недостаточность
• Аллергия на контрастное вещество
• Сахарный диабет и тиреотоксикоз в тяжелой форме

Прежде чем записываться на обследование при помощи магнитно-резонансной томографии, проконсультируйтесь со специалистом.

Как подготовиться к МРТ

Специальной подготовки требует только МРТ органов пищеварения — за несколько часов до диагностики нужно воздержаться от приема пищи. Во всех остальных случаях подготовка не требуется. Прежде чем пройти в кабинет, снимите с себя металлические украшения и одежду с включениями металла. Также выложите из карманов банковские и другие магнитные карты, мобильные телефоны и другие электронные приборы — магнитное поле может вывести их из строя.

Записаться на МРТ в Москве

Ищите лучшие МРТ-центры в Москве в каталоге Zoon — мы собрали для вас информацию о более, чем 400 медицинских центрах, и отметили центры МРТ на карте. Также мы создали рейтинг на основе отзывов, цен на услуги и ряда других параметров.
Выбирайте клинику и проходите качественное обследование. Мы указали адреса открытых томографов в Москве, актуальные цены, контактные данные медицинских центров. Оставляйте свои отзывы о клиниках или читайте отзывы других пользователей, чтобы сделать правильный выбор.

Astrei 17 июля 2017 в 06:52

Разбираем магнитно-резонансный томограф

• DIY или Сделай сам ,
• Электроника для начинающих

Квантовая физика, математика, биология, криогеника, химия и электроника сплелись единым узором, чтобы воплотиться в железе и показать настоящий внутренний мир человека, и даже, ни много ни мало, прочитать его мысли. Электроника таких аппаратов, по надежности и сложности может сравниться разве что с космической. Эта статья посвящается оборудованию и принципам работы магнитно-резонансных томографов.

В области современного томографостроения лидируют мастодонты электронного мира: Siemens, General Electric, Philips, Hitachi. Только такие крупные компании могут позволить себе разработку столь сложного оборудования, стоимость которого как правило составляет десятки (почти сотни) миллионов рублей. Разумеется, ремонт такой дорогущей техники у официального представителя влетает в огромную копеечку владельцу аппарата (а они к слову в основном частные, а не государственные). Но не стоит отчаиваться! Также как и сервис-центры по ремонту ноутбуков, телефонов, чпу-станков, да собственно любой электроники существуют фирмы, занимающиеся ремонтом медицинского оборудования. В одной из таких фирм я и работаю, поэтому продемонстрирую вам интересную электронику и постараюсь описать ее функционал понятными словами.

Магнитно-резонансный томограф фирмы GE Healthcare с полем 1.5 Тесла. Стол отсоединяется от томографа и может быть использован как обычная каталка.

Вся магия МРТ начинается с квантовой физики, откуда берет свое начало термин «спин», применяемый к элементарным частицам. Можно встретить кучу определений, что такое спин, общепринято - это момент количества движения частицы, что бы это не значило. В моем понимании частицы как-бы постоянно вращаются (упрощенно) создавая при этом возмущения в магнитном поле. Так как элементарные частицы в свою очередь образуют ядра атомов, считается, что их спины при этом складываются и ядро обладает собственным спином. При этом, если мы хотим как-то взаимодействовать с ядрами атомов с помощью магнитного поля, нам будет очень важно, чтобы спин ядра был ненулевой. Совпадение или нет, но самый распространенный в нашей вселенной элемент - водород имеет ядро в виде одного единственного протона, который имеет спин равный 1/2.

Кстати

Спин может принимать только определенные значения, как целые например 0,1,2, так и полуцелые, вроде 1/2 как у протона. Для незнакомых с квантовой физикой это кажется противоестественным, но на квантовом уровне все делится на порции, и становится в некотором роде дискретным.

А это означает, что упрощенно, ядра водорода можно рассматривать как очень маленькие магниты, имеющие северный и южный полюс. И стоит ли упоминать, что в теле человека атомов водорода просто море (около 10^27), но так как мы не притягиваем к себе железки, становится очевидно, что все эти маленькое «магниты» уравновешиваются между собой и остальными частицами, и общий магнитный момент тела практически равен нулю.

Иллюстрация из книги Эверта Блинка «Основы МРТ». Протоны с черными стрелками, символизирующими стрелку компаса вращаются в направлении синей стрелки.

Приложив внешнее магнитное поле, можно вывести эту систему из равновесия и протоны (не все конечно) поменяют свою пространственную ориентацию в соответствии с направлением силовых линий поля.

Иллюстрация из книги Lars G. Hanson Introduction to Magnetic Resonance
Imaging Techniques. Спины протонов в теле человека показаны в виде векторов-стрелочек. Слева отражена ситуация когда все протоны находятся в магнитном равновесии. Справа - когда приложено внешнее магнитное поле. Нижние визуализации показывают тоже самое в трехмерном варианте, если построить все векторы из одной точки. При всем этом, происходит вращение (прецессия) вокруг силовых линий магнитного поля, которая показана круглой красной стрелкой.

Прежде чем протоны сориентируются в соответствии с внешним полем, они будут какое-то время колебаться (прецессировать) около положения равновесия, как и стрелка компаса, что колебалась бы возле отметки «север», если бы производитель предусмотрительно не добавил бы демпфирующую жидкость внутрь циферблата. Примечательно, что частота таких колебаний различается для разных атомов. На измерении этой частоты например, основаны методы резонансного определения состава исследуемого вещества.

Кстати

Частота эта не безымянная и носит имя ирландского физика Джозефа Лармора, называется соответственно Ларморовой частотой. Зависит от величины приложенного магнитного поля и специальной константы - гиромагнитного соотношения, которая зависит от типа вещества.

Для ядер атомов водорода в поле величиной 1 Тесла эта частота составляет 42,58 МГц, ну или простыми словами, колебания протонов вокруг силовых линия поля такой напряженности происходят около 42 миллионов раз в секунду. Если мы облучим протоны радиоволной с соответствующей частотой, то возникнет резонанс, и колебания усилятся, вектор общей намагниченности при этом сместится на определенный градус относительно линий внешнего поля.

Иллюстрация из книги Lars G. Hanson Introduction to Magnetic Resonance Imaging Techniques. Показано как смещается общий вектор намагниченности, после воздействия радиоволны с частотой, которая вызывает резонанс в системе. Не забываем, что все это продолжает вращаться относительно силовой линии магнитного поля (на рисунке она расположена вертикально).

Тут и начинается самое интересное - после взаимодействия радиоволны с протонами и резонансного усиления колебаний, частицы снова стремятся придти к равновесному состоянию, при этом, излучая фотоны (из которых и состоит радиоволна). Это и называется эффектом ядерного магнитного резонанса. По сути, все исследуемое тело превращается в огромный массив миниатюрных радиопередатчиков, сигнал с которых можно поймать, локализовать и построить картину распределения атомов водорода в веществе. Так что, как вы уже догадались, по сути МРТ показывает картину распределения воды в организме. Чем сильнее напряженность поля, тем большее число протонов можно использовать для получения сигналов, поэтому разрешающая способность сканера напрямую зависит от этого.

Сей эффект проявляется не только в сильных магнитных полях - каждый день, даже по пути в магазин за хлебом, протоны нашего тела испытывают влияние магнитного поля Земли. Исследователи из Словении например, построили экспериментальную систему МРТ, использующую лишь магнитное поле нашей планеты.


Иллюстрация из научной статьи «Magnetic Resonance Imaging System Based on
Earth’s Magnetic Field» Авторы: Ales Mohoric, Gorazd Planins и др. Демонстрирует снимки, полученные с использованием экспериментальной системы. Слева яблоко, справа - апельсин. Показательно не то, что получаются снимки с плохим качеством, а сама принципиальная возможность использования МР в слабых полях.

Разумеется, в коммерческих медицинских сканерах, напряженность магнитного поля многократно выше земного. Наиболее часто используют сканеры с полем 1, 1.5 и 3 Тесла, хотя есть как более слабые (0.2, 0.35 Тесла), так и суровые монстры в 7 и даже 10 тесла. Последние используют в основном для исследовательской деятельности, и в нашей стране насколько мне известно, таких нет.

Конструктивно поле в сканере может создаваться по разному - это и постоянные магниты, и электромагниты, и погруженные в кипящий гелий сверхпроводники по которым текут огромные токи. Последние широко распространены, и представляют наибольший интерес, так как позволяют добиться несравненно большей напряженности поля по сравнению с другими вариантами.

Типичная конструкция аппарата МРТ, поле в котором создается током, текущим через сверхпроводники. Источник - интернет.

Температура сверхпроводящих обмоток поддерживается благодаря постепенному испарению хладагента - жидкого гелия, кроме того в системе работает криокулер, на жаргоне медтехников называемый «холодной головой». Он издает характерные чавкающие звуки, которые вы наверняка слышали если хоть раз видели аппарат вблизи. Ток в сверхпроводниках течет постоянно, а не только во время работы аппарата, соответственно магнитное поле есть всегда. На незнании этого факта часто попадаются киношники (например в последнем сезоне сериала «Черное зеркало» был подобный ляп).

На панели управления аппаратов такого типа есть большая красная кнопка, позволяющая отключить магнитное поле (Rundown magnet). Она не без иронии называется «Кнопка увольнения».

Одна из панелей управления томографом фирмы Siemens

Нажатие этой кнопки включает аварийные нагреватели в емкости с хладагентом, которые поднимают температуру обмоток до критической точки, после которой процесс идет лавинообразно: после приобретения обмотками сопротивления, ток через них моментально разогревает их и все вокруг, приводя к выбросу гелия через специальную трубу. Этот процесс называется «квенч», и это наверное самое грустное, что может случится с аппаратом, так как восстановление его работоспособности после такого занимает очень много времени и денег.

Томограф Siemens Espree, с полем 1.5. Тесла, обратите внимание на металлические ключи, которые спокойно лежат на столе - магнитного поля тут больше нет. Был закуплен для некоторых государственных клиник у компании Siemens. Имеет сравнительно малые размеры емкости и большой диаметр апертуры. Есть мнение, что подобное укорочение конструкции вылилось в то, что он любит часто пускать гелий на ветер сам по себе (по крайней мере аппарат на фото делает это с завидной регулярностью).

Тем временем после небольшого отступления, снова вернемся к теории. Если просто принимать радиоволны испускаемые протонами тела в ответ на резонансные радиоимпульсы, картинку не построить не выйдет. Как же локализовать сигнал, который идет сразу со всех частей тела? В свое время исследователи Пол Лотербур и Питер Мэнсфилд получили за решение этой проблемы нобелевскую премию по медицине. Если вкратце, их решение состоит в применении дополнительных обмоток в аппарате, создающих практически линейное изменение напряженности магнитного поля вдоль выбранного направления - градиент поля. Так как наше пространство вроде как трехмерное, то и обмоток используется три - оси X, Y и Z.

Иллюстрация из книги Эверта Блинка «Основы МРТ». Примерно так выглядят дополнительные градиентные обмотки внутри аппарата - реальные обмотки имеют конечно более сложную структуру.

Если напряженность магнитного поля изменяется по линейному закону, то при активации одного из градиентов протоны вдоль этого направления будут иметь различную резонансную частоту.

Иллюстрация с сайта howequipmentworks.com. Символически нарисованы градиентные обмотки (синим) и радиочастотная обмотка (зеленым). Показано что при создании градиента поля вдоль стола в точке А резонансная частота протонов будет отличатся от частоты в точке B

Использование градиентов позволяет манипулировать полем так, чтобы сигнал приходил только из конкретно определенных областей. В зависимости от амплитуды полученного сигнала выбирается яркость пикселя на картинке. Чем больше концентрация протонов в области - тем ярче результат.

Конечно...

Такое описание конечно сильно утрировано. Реально же сигнал локализуется комбинированием сразу всех трех градиентов, причем картинка строится не пиксель за пикселем, как можно подумать из этого описания, а сразу целой строкой. Не последнюю роль в этом играет и известное преобразование Фурье. Подробное описание можно прочитать в книге «Introduction to Magnetic Resonance Imaging Techniques» Lars G. Hanson. Данная статья увы все не вместит.

Чтобы создать градиент магнитного поля, нужно пропустить через градиентные обмотки большой ток, причем импульс должен быть довольно кратковременным, и с крутым фронтом, а для некоторых программ и вовсе требуется, чтобы направление тока в градиентной обмотке мгновенно менялось на противоположное для перемагничивания. Этим занимаются мощные импульсные преобразователи, они занимают целую стойку в аппаратной.

Градиентные усилители аппарата Siemens Harmony 1T. Рабочие характеристики - до 300 Ампер и до 800 Вольт, при использовании шести модулей - на фото представлено три модуля.

В аппаратах Siemens традиционно используется водяное охлаждение силовых компонентов - трубки видно на фото. Это нередко выливается (интересный каламбур) в хороший салют при любой течи. Несмотря на хваленое немецкое качество, никто не озаботился установкой датчиков протечки (в этом плане им стоило бы поучиться у GE). Но справедливости ради, конкретно градиентные блоки текут редко, чаще они выходят из строя без видимой причины.

Внутренности градиентного модуля от Siemens Harmony старого типа.

Модуль вроде тех, что показан на фото тяжело поддается ремонту - транзисторы приклеены к медной трубке на что-то вроде холодной сварки, и горят они там сразу десятками. Чтобы снять плату, требуется отпаять одновременно несколько десятков ножек! Лучше забудем этот кошмар, и посмотрим на более свежее решение от немецкого производителя.

Градиентный усилитель от Siemens Harmony. Более новая версия. Две симметричные платы прикручиваются болтами к очень мощным полевым транзисторам. Транзисторы работают группами по шесть штук параллельно, горят конечно тоже не по одному. Модель на фото уже слегка «отколхожена», вместо родных разъемов между платами впаяны медные пластины. Обратите внимание на верхний правый угол фото - это оптические кабели по которым идет сигнал на открытие ключей. Если перепутать их подключение - блок тут же сгорает с громким хлопком, никакой защиты «от дурака» в такой технике не предусмотрено.

Одной из главных проблем при ремонте является отсутствие какой-либо документации, тем более, оборудование весьма специализированное. Поэтому порой приходится набить немало шишек и пожечь довольно много недешевых компонентов, чтобы понять что же было не так. Конечно, за деньги можно купить и сервисные мануалы, но как правило, они весьма поверхностные. Крутые фирмы надежно хранят свои секреты.

Чем сильнее магнитное поле в аппарате, тем соответственно более мощными должны быть и градиентные преобразователи. В аппаратах с полем 1.5 Т и 3 Т куча параллельных полевых транзисторов, которые нужно набрать для обеспечения необходимой мощности, становится чересчур огромной, в дело вступают IGBT сборки, подобные тем, что ставят в промышленные преобразователи частоты для управления двигателями.

Градиентный усилитель Quantum Cascade в разборе, ток до 500 Ампер, выходное напряжение до 2000 В. В его составе работают 20 мощных IGBT сборок. Здесь есть интересный момент - сама по себе сборка не выдержит 2 киловольта, это напряжение получается путем использования пяти независимых источников по 400В каждый. Моя мечта - собрать из этого агрегата катушку Тесла.

Что же творится с градиентными обмотками, когда по ним текут такие чудовищные токи, с учетом того что они еще и находятся в неслабом магнитном поле? Сила Ампера разумеется заставляет их деформироваться, но они накрепко залиты смолой по самое немогу. Тем не менее, даже это не спасает - так как градиенты работают в диапазоне звуковых частот, то возникающие при этом вибрации могут порождать довольно громкие звуки, по громкости напоминающие удар молотком по гвоздю (с той оговоркой, что вы слышали как стучат молотком около 5000 ударов в секунду). Поэтому практически в любом аппарате МРТ есть наушники, либо беруши. Софт и аппаратура постоянно контролируют уровень звука в помещении сканера, чтобы децибелы не выходили за допустимые пределы. Быстро изменяющееся при работе градиентов магнитное поле, вкупе с порождающими резонанс радиочастотными импульсами наводит вихревые токи в любой металлической поверхности рядом со сканером, что приводит к вибрации металла и небольшому нагреву, а на снимках даже от маленькой металлической пломбы появятся характерные артефакты. Именно по этой причине перед обследованием в МРТ требуют избавиться от всего металла (пломбы снимать не надо).

За создание радиочастотных импульсов нужной частоты отвечает блок синтезатора (в аппаратах Siemens) или же эксайтер (в случае аппаратов GE). Несмотря на разные названия, их функции примерно одинаковы. Эти блоки как правило надежны и редко требуют ремонта, если с ними аккуратно обращаться. Сигнал формируется путем цифро-аналогового синтеза, и представляет собой sinc-функцию.

Слева продемонстрированы два вида радиочастотных импульсов - гауссиан и sinc, он же так называемый кардинальный синус. Справа показан профиль возбуждения при их использовании в качестве радиочастотного возбуждающего сигнала - то есть примерно показана форма области, где протоны войдут в резонанс, вид сбоку. Разумеется нижняя версия более предпочтительна для создания изображений (слайсов), особенно когда они расположены близко друг к другу, чтобы уменьшить влияние сигналов за пределами выбранной области сканирования.

Наконец, мы подошли без преувеличения, к самому интересному по моему мнению блоку во всем томографе - радиочастотный усилитель мощности, который преобразует слабый сигнал с синтезатора в мощный, подаваемый на передающую антенну в аппарате.

Еще кстати

В иностранной литературе все антенны, относящиеся к томографу зовуться «Coil», по-русски прижилось название «катушка». Вы вряд ли где-либо еще услышите слово «антенна» применительно к МРТ. Body coil - или «Боди-катушка» на местном диалекте - основная приемо-передающая антенна томографа, но кроме нее есть и другие, но о них - далее.

Мощность усилителя для томографа с полем 1Т составляет 10кВт, для поля 1.5Т уже 15 кВт, соответственно для более высокопольных аппаратов требуются большие мощности в плане радиочастотного излучения. Это одна из причин, почему высокопольные аппараты еще прочно не вошли в клиническую практику. Но давайте без фанатизма - постоянно разговаривая по мобильнику вы пооблучаетесь побольше чем за один сеанс в аппарате МРТ.
Как правило этот блок совмещает в себе сложные запутанные схемы управления и защиты, радиочастотные фишки, большие напряжения, а также проблемы с охлаждением.

В томографах General Electric и Hitachi ставят усилители мощности, изготавливаемые фирмой Analogic. Отличаются красивой компоновкой компонентов на плате, высокой живучестью - как правило в их усилителях несколько транзисторных каскадов работают параллельно, причем выходной сумматор устроен так, что при отказе одного каскада усиления, блок продолжит работать, хоть и не на полную мощность.

Плата усилителя из аппарата GE. Красивая и эффектная конструкция!

Блок целиком

В аппарате с полем в 1.5Т стоят два таких красавца, по 8 кВт каждый. Верхняя девятислойная (!) плата - это хитрый импульсный блок питания, а сам усилитель размещен на нижней плате. К нам он попал по причине неисправности верхней платы. За отсутствием времени на разбирательства со схемой, успешно хакнули и собрали из двух серверных блоков питания замену. Кроме того путем подбора более крутых по характеристикам транзисторов смогли добиться усиления большего чем было изначально.

Усилитель мощности с томографа Hitachi

Этот малыш работает в системе с магнитным полем в 0.35Т, тем не менее легко угадывается похожесть на технику из GE - производитель один.

К сожалению, не могу сказать того же про продукцию Siemens. Очевидно, что перед инженерами, проектировавшими устройство радиочастотного усилителя поставили задачу во чтобы то ни стало использовать производимый компанией дешевый транзистор Buz103. Это хилый компонент в плане допустимой для него мощности, и чтобы выкрутится из положения, в итоговую конструкцию усилителя с красивым именем «Dora» вставили 177 транзисторов, все они стоят на двух огромных радиаторах, которые при работе находятся под высоким напряжением и контактируют через термопрокладку с радиатором водяного охлаждения, а тот уже в свою очередь постоянно течет, причем прямо на плату, что на фото далее.

Плата усилителя Siemens усилителя мощности 10кВт. Сплошные электротехнические понты: индуктивности из дорожек, идущие через несколько слоев, сложнейшая схема управления транзисторами на 10-слойной плате, резонаторы из полигонов и прочие малоприятные вещи.

Ремонтопригодность усилителя этой фирмы практически никакая. Имея в своем распоряжении производство транзисторов Siemens может позволить себе собрать близкие по параметрам детали из партии, путем отбора, а это очень критично когда параллельно работает сразу сотня транзисторов. И самое обидное, что даже если купить нужное количество на замену, то выяснится что то, что находятся в продаже оказывается не тем чем кажется.

Вскрытие транзисторов - снаружи все подписаны и выглядят одинаково, внутри - все разные. Оригинал - крайний справа. Те, что с меньшей площадью кристалла чем у оригинала - горят как спички, второй справа хоть и имеет близкую площадь, но отвратительно работает в режиме усиления.

Вероятно у кого нибудь может возникнуть вопрос, почему в описанных усилителях применяют транзисторы, а как же лампы? Действительно, в старых агрегатах фирмы Siemens, а также во вполне современных аппаратах Philips с полем в 3Т применяют именно лампы. Увы, фото данного железа у меня нет, но могу сказать что срок службы у этих элементов составляет всего год-два, а цена у них немалая. Вообще, как то в статье обделил вниманием Philips, нехорошо вышло. Исправлюсь немного:

МРТ нового типа - Philips Panorama. Как правило аппараты открытого типа основаны на постоянных либо электромагнитах, что автоматом означает низкое поле и качество картинки. Но не в этом случае. Поле этого аппарата 1 Тесла, и здесь также применяется сверхпроводник. Огромное по сравнению с обычным томографом пространство позволяет проводить исследование крупных пациентов, либо тех кто боится замкнутого пространства, например детей.

Мощность радиочастотного сигнала контролируется в самом блоке усилителя мощности, в измерительном блоке, осуществляющем подстройку передающей антенны (катушки) и еще в приемнике. Таким образом, аппарат МРТ имеет троекратную защиту от превышения допустимых норм радиоизлучения. Так что не бойтесь, и смело проходите обследование.

Несмотря на всю мощь усилителей, описанную выше, сигнал, получаемый в ответ на резонансное возбуждение довольно мал. Поэтому передающую антенну (Body coil), описанную ранее и находящуюся в корпусе томографа редко используют в режиме приема сигнала. Вместо этого, существует большой набор катушек (coils) для любых частей тела - голова, спина, колено, плечи и.т.п. Они находятся гораздо ближе к объекту исследования и позволяют добиться лучшего качества изображения. Но я думаю вы уже устали от кучи информации, поэтому я просто засуну в томограф арбуз.

Арбуз готовится к исследованию. На нем сверху лежит катушка, предназначенная для грудной области, под ним - катушка для спинного отдела и позвоночника. Справа на полу - шар для предсказаний специальный объект для калибровки систем аппарата, так называемый «фантом»

Мало кто режет арбузы в поперечном направлении. Аппарат МРТ позволяет сделать это без ножа. Знали ли вы об интересной фрактальной структуре внутри? Обратите внимание, что верхняя часть, которая ближе к приемным элементам катушки светлее, так как амплитуда сигнала, получаемого из этой области выше, чем снизу ягоды.

Продольный разрез уже знаком всем. Думаю, арбуз спелый, можно брать.

Сигнал с катушек поступает в блок приемника в виде аналоговых сигналов, где перерабатываются в цифровую форму. В новейшем оборудовании на острие прогресса, приемник с аналогово-цифровым преобразователем встроен прямо внутрь катушки, а к компьютеру идет оптическая линия передачи данных. Это сделано для того чтобы максимально убрать помехи. Компьютер, занимающийся построением изображения из этих данных обычно стоит отдельно и называется реконструктором. Полученные изображения печатают на пленку, которая кстати хорошо подходит для фоторезиста.

В заключение еще хотел добавить, что в России прямо сейчас проводят интересные исследования по улучшению качества изображения в аппаратах МРТ. Этим занимается кафедра нанофотоники и метаматериалов университета ИТМО. Если простыми словами - метаматериалы это композиты, имеющие специальную структуру. Они позволяют создавать антенны и резонаторы, с очень малыми размерами по сравнению с длинной волны излучения, что идеально подходит для магнитно-резонансной томографии.

МРТ (магнитно-резонансную томографию) используют во многих областях медицины.

Этот метод диагностики является относительно безопасным и информативным способом исследования различной патологии. Рассмотрим, что представляет собой это исследование и когда его используют.

Что такое МРТ диагностика?

МРТ диагностика – это неинвазивный (без внутреннего вмешательства) метод исследования, который позволяет получить информацию о состоянии и структуре внутренних органов человека.

Способ диагностики основан на измерении электромагнитных полей от разных органов и тканей в организме человека. Эту информацию анализирует компьютер и выдает результат, который оценивает специалист.

Благодаря современной аппаратуре можно получить трёхмерную модель внутренних структур. Такой метод нашел широкое применение в современной медицине, особенно в случаях, когда инвазивные методы обследования противопоказаны пациенту.

Когда назначается врачом МРТ?

Диагностика не связана с ионизирующим излучением и относительно безопасна для пациента.

В некоторых случаях применяют МРТ с использованием контрастных средств для получения четкого детального изображения. В таких случаях возможен риск развития аллергических реакций.

Исследование можно выполнить по собственному желанию или на него направляет специалист при подозрении на опухоль, аневризму, травму, болезни позвоночника и другие проблемы в зависимости от жалоб пациента.

Какие заболевания можно обнаружить с помощью МРТ?

МРТ головного мозга, фото

Существует несколько разновидностей исследования, которые позволяют доктору уточнить диагноз:

Дает возможность определить опухоли, состояние зрительного и слухового нервов, а также выявить проблемы с сосудами и наличие аневризм.

2. МРТ позвоночника. Используют для выявления причины непонятных болей, а также после травм.

Диагностика не только дает информацию о состояние межпозвоночных дисков, наличии грыж и опухолей этой зоны, но и позволяет исследовать скорость тока спинномозговой жидкости и узнать о проблемах с кровоснабжением в этом районе.

3. МРТ суставов. Позволяет диагностировать застарелые травмы и деформации суставов, выявить особенности сращения переломов, уточнить структуру кости и наличие опухолей.

4. МРТ брюшной полости. Дает возможность визуализировать паренхиматозные органы, расположение и размеры лимфоузлов, состояние сосудов.

Используют для диагностики опухолевого процесса, уточняю его распространенность и проводят контроль после противоопухолевого лечения.

Этот способ неинформативен в диагностике заболеваний кишечника, а также при мочекаменной болезни и некоторых других патологиях из-за того, что отдельные структуры не визуализируются при таком исследовании.

Преимущества МРТ диагностики в медицине

анализ головного мозга

МРТ в медицине преимущественно используют для диагностики патологии мягких тканей. Метод нашел широкое применение в онкологии, диагностике патологии позвоночника и головного мозга, ангиологии и других областях медицины.

Ключевыми достоинствами являются:

• отсутствие лучевой нагрузки в отличие от КТ;
• высокоинформативный метод диагностики опухолей на ранних этапах;
• можно получить качественное изображение без использования контраста;
• позволяет уточнить не только структуру, но и некоторые функциональные параметры (скорость тока спинномозговой жидкости, активацию коры головного мозга, скорость кровотока и др.).

Важно! Это метод практически не применяют в диагностике патологии легких, желудка, костей и кишечника.

Как проходит процедура МРТ обследование?

процедура МРТ обследования, фото 2

В большинстве случаев специальной подготовки к проведению диагностики не требуется за исключением проведения МРТ брюшной полости.

Перед началом процедуры пациента просят снять с себя все металлические предметы (пуговицы, украшения и др.), поскольку они могут повлиять на качество и результаты исследования.

Пациента приглашают в комнату для МРТ-исследований, где он ложится в специальную трубу. Есть приборы, где пациент может стоять во время исследования, но они уступают по качеству изображения.

В течение всего исследования специалист наблюдает за пациентом при помощи видеоаппаратуры. При необходимости можно разговаривать с доктором при помощи переговорного устройства.

Основным требованием является максимальная неподвижность пациента - это важно для получения максимально качественного изображения.. Длится весь процесс относительно недолго 20-30 минут.

Если нужно, то перед исследованием пациенту вводят контраст, чтобы точнее рассмотреть нужные области.

Во время исследования пациента может беспокоить шум прибора, который является нормальным для работы аппарата. Чтобы шум не доставлял дискомфорта можно использовать специальные наушники.

Проблемой может стать узкое, замкнутое пространство, пугающее людей страдающим клаустрофобией. У новорожденных и детей при проведении исследования часто используют кратковременную анестезию, ведь маленьким пациентам сложно оставаться неподвижными так долго.

Несмотря на относительную безопасность исследования существует ряд противопоказаний для его проведения:

1. Наличие кардиостимулятора у пациента.
2. Некоторые виды имплантатов в среднем ухе.
3. Металлические пластины, осколки или аппарат Илизарова.
4. Первый триместр беременности, поскольку нет доказанных данных о влиянии магнитных полей на формирование плода.
5. Психически неустойчивые пациенты.
6. Пациенты в коме или с сопутствующими тяжелыми заболеваниями в стадии декомпенсации.
7. Наличие татуировок, в состав которых входят красители на основе металлических соединений.
8. Некоторые другие.

Если при МРТ применяют контраст, то в список противопоказаний добавляется аллергия на контраст, беременность и тяжелая почечная недостаточность.

Использование МРТ существенно расширило возможности медицины. Этот эффективный и относительно безопасный способ используют и у взрослых, и у детей.

Для получения качественного результата нужно выполнять все рекомендации доктора во время исследования.

Результаты должны быть проанализированы специалистом с учетом анамнеза и данных других клинических исследований.

Один из самых эффективных методов медицинского исследования - МРТ или магнитно-резонансная томография, позволяющая получить максимально точные сведения об анатомических особенностях организма пациента, обменных процессах, физиологии тканей и внутренних органов. С его появлением стало возможно детальное обследование головного мозга для диагностики заболеваний и дегенеративных поражений. Возможность определения локализации процесса и объема произошедших повреждений становится основным преимуществом данной процедуры при выявлении новообразований и исследовании сосудов.

Что такое МРТ

Магнитно-резонансная томография - это уникальная возможность получения высокоточных послойных изображений исследуемой области. Процедура проводится при помощи специального аппарат, действие которого на организм человека заключается в стимуляции радиоволн, создании сильного магнитного поля и регистрации ответного электромагнитного излучения организма. Результатом процесса становится построение изображения путем обработки поступающего сигнала на компьютере.

Что такое магнитно-резонансный томограф? Это устройство, позволяющее добиться эффективной диагностики, выявить изменения в работе организма и произвести высокоточную визуализацию исследуемых органов, которая значительно превосходит результаты других методик (рентгена, КТ, ультразвука). Такая процедура позволяет выявить онкологию и ряд других заболеваний и опасных патологий, измерить скорость кровотока и движения спинномозговой жидкости и т.д.

В основе работы аппарата лежит принцип ЯМР с последующей обработкой полученных сведений специальными программами. МРТ установка обеспечивает создание сильного магнитного поля. Немаловажным фактором, объясняющим принцип работы устройства, является наличие в человеческом организме протонов (в химическом смысле это ядро атома водорода) . Магнитно-резонансный томограф позволяет поддерживать стабильное состояние магнетизма в теле пациента, при помещении его в силовое поле. Аппарат производит:

стимуляцию организма при помощи радиоволн, способствуя смене стационарной ориентации заряженных частиц;

остановку радиоволн и регистрацию электромагнитных излучений организма;

обработку полученного сигнала и преобразование его в изображение.

Полученная картинка не является фотографическим снимком обследуемого отдела или органа. Специалист получает высококачественное детализированное отображение радиосигналов, испускаемых телом пациента. МРТ диагностика полностью превосходит метод компьютерной томографии, поскольку в данном случае при проведении процедуры не применяется ионизирующее излучение, а используются безопасные для человеческого организма электромагнитные волны.

История создания и принцип работы МРТ

Годом создания данного метода считается 1973, а одним из отцов-основателей магнитно-резонансной томографии - Пол Лотербур. В одном из журналов им была опубликована статья, в которой подробно описывался феномен визуализации структур и органов при помощи использования магнитных и радиоволн.

Это не единственный ученый, причастный к открытию МРТ - еще в 1946 году Феликс Блох и Ричард Пурселл, работающие в Гарварде, изучали физическое явление, в основе которого лежали свойства, присущие атомным ядрам (первичное поглощение получаемой энергии и последующее ее переизлучение. т.е. выделение с переходом к начальному состоянию). За это исследование ученые получили Нобелевскую премию (1952).

Открытие Блоха и Пурселла стало своеобразным толчком к развитию теории по ЯМР. Необычное явление изучалось как химиками, так и физиками. Демонстрация первого компьютерного томографа, включающая в себя ряд испытаний, произошла в 1972 году. Результатом проведенного исследования стало обнаружение принципиально нового способа диагностики, позволяющего детально визуализировать важнейшие структуры организма.

Далее Лотербуром был частично сформулирован принцип работы аппарата МРТ - работа ученого легла в основу исследований, проводимых до наших дней. В частности, в статье содержались следующие утверждения:

Трехмерные проекции объектов получаются по спектрам ЯМР протонов воды из обследуемых структур, органов и т.д.

Особое внимание уделялось наблюдению за злокачественными новообразованиями. Опыты, проведенные Лотербуром, показали: они существенно отличаются от здоровых клеток. Разница заключается в характеристиках полученного сигнала.

В 70-е годы XX века началась новая эра развития МРТ-диагностики. В это время Ричардом Эрнстом было предложено проведение магнитно-резонансной томографии с использованием особого метода - кодирования (как частотного, так и фазового). Именно этим способом визуализации исследуемых областей и пользуются врачи в наши дни. В 1980 году был продемонстрирован снимок, на получение которого ушло около 5 минут. Уже через шесть лет длительность отображения снизилась - до пяти секунд. При этом качество картинки оставалось неизменным.

В 1988 году был усовершенствован и метод ангиографии, позволяющий отобразить кровоток пациента без дополнительного ввода в кровь препаратов, выполняющих роль контраста.

Развитие МРТ стало новой вехой в современной медицине. Эта процедура применяется в диагностике заболеваний:

позвоночника;

суставов;

мозга (головного и спинного);

гипофиза;

внутренних органов;

молочных желез и т.д.

Возможности открытого метода позволяют обнаруживать заболевания на ранних стадиях и выявлять патологии, требующие своевременного лечения или же немедленного операционного вмешательства. Томография, проведенная на современном оборудовании, дает возможность получить точное изображение органов, обследуемых структур и тканей, а также:

собрать необходимую информацию о циркуляции спинномозговой жидкости;

определять уровень активации областей коры головного мозга;

проследить за газообменом в тканях.

Метод МРТ выгодно отличается от других способов диагностики:

Он не предполагает воздействия, осуществляемого при помощи хирургических инструментов.

Магнитно-резонансная томография безопасна и высокоэффективна.

Данная процедура относительно широко доступна и востребована при исследовании наиболее сложных случаев, требующих детальной визуализации происходящих в организме изменений.

На видео ниже демонстрируются основные этапы функционирования современного томографа:

Принцип работы МРТ (видео)

Принцип работы магнитно-резонансного сканера (МРТ)

Как проходит процедура? Человека помещают в специальный узкий тоннель, в котором он должен находиться в горизонтальном положении. В трубе на него воздействует сильное магнитное поле прибора. Исследование длится от 15 до 20 минут.

После пациенту выдается изображение. Оно создается благодаря методу ЯМР - физическому явлению магнитно-ядерного резонанса, связанному со свойствами протонов.При помощи радиочастотного импульса в созданном устройством электромагнитном поле вырабатывается излучение, преобразующееся в сигнал. После он регистрируется и обрабатывается компьютерной программой.

Каждый обследуемый и выводимый на экран в виде изображения срез имеет свою толщину. Рассматриваемый способ отображения схож с технологией удаления всего, что располагается над слоем и под ним. При этом большую роль играют отдельные элементы объема и плоскости - части среза и структурные компоненты получаемого магнитно-резонансного снимка.

Поскольку человеческое тело на 90% состоит из воды, происходит стимуляция протонов атомов водорода. Этот метод воздействия позволяет заглянуть в организм и диагностировать серьезные заболевания без физического вмешательства.

Устройство аппарата МРТ

Рассматриваемое современное оборудование состоит из следующих частей:

магнит;

катушки;

прибор, генерирующий радиоимпульсы;

клетка Фарадея;

источник питания;

система охлаждения;

системы, служащие для обработки поступающих данных.

Магнит

Создает стабильное поле, характеризующееся однородностью и высокой напряженностью. Именно по последнему показателю оценивается мощность прибора. Напомним о том, что именно от нее зависит качество получаемого изображения и скорость проведения процедуры.

В зависимости от напряженности все аппараты разделяются на следующие группы:

Низкопольные - оборудование начального уровня, открытые, сила поля < 0.5 Tл.

Среднепольные - показатели от 0,5-1 Тл.

Высокопольные - отличаются высокой скоростью исследования, четким изображением даже при движении пациента во время обследования. Напряженность магнитного поля этих установок - 1-2 Тл.

Сверхвысокопольные - более 2 Тл. Используются для исследовательских целей.

Также выделяются следующие виды используемых магнитов:

Постоянные - изготавливаются из сплавов, обладающих ферромагнитными свойствами. Преимущество таких элементов - их не нужно охлаждать, поскольку они не требуют энергии для поддержания однородного поля. Среди недостатков - большой вес используемой системы, низкая напряженность. Также подобные магниты чувствительны к температурным изменениям.

Сверхпроводящие - катушка, изготовленная из специального сплава. Через нее могут пропускать большие токи. Результатом работы такого устройства становится создание сильного магнитного поля. Дополнением к конструкции идет система охлаждения. Минусы данного вида - повышенное потребление жидкого гелия при низких энергозатратах, большие расходы на эксплуатацию прибора, обязательное экранирование. Также велик риск выбрасывания охлаждающей жидкости из криостата при потере свойств сверхпроводимости.

• Резистивные - электромагниты не требуют использования специальных охлаждающих систем, способны создавать относительно гомогенное поле для проведения сложных исследований. Недостаток - большой вес (примерно 5 тонн, повышается в процессе экранирования)

Принцип работы катушки в МРТ

Эти элементы предназначены для повышения однородности магнитного поля. Пропуская через себя ток, они корректируют характеристики, компенсируя недостаточную гомогенность. Такие детали либо размещаются непосредственно в жидком гелии, либо не требуют охлаждения.

Результатом работы градиентных катушек становится создание четкого изображения путем локализации сигнала и сохранения точного соответствия данных, полученных во время процедуры, и области, исследуемой врачом.

Большое значение имеют мощность и скорость действия деталей - от этих показателей зависит разрешающая способность прибора, уровень шума в соотношении с сигналом и быстрота действия.

Передатчик в МРТ: принцип работы элемента в системе томографа

Данный прибор формирует радиочастотные колебания и импульсы (прямоугольной и сложной формы). Подобное преобразование позволяет добиться возбуждения ядер, повлиять на контраст изображения, выводимого на снимок. Сигнал от элемента поступает на переключатель, который, в свою очередь, воздействует на катушку, генерируя РЧ магнитное поле, влияющее на спиновую систему.

Приемник

Представляет собой отличающийся высокой чувствительностью и низким уровнем шума усилитель сигнала, работа которого происходит на сверхвысоких частотах. Регистрируемый отклик претерпевает изменения - преобразование из МГц в кГц (от высоких частот к низким).

Запчасти для томографов

За получение точного детализированного изображения отвечают и регистрирующие датчики, которые располагаются вокруг исследуемого органа пациента. Подобная процедура абсолютно безопасна: произведя излучение сообщенной энергии, протоны возвращаются в прежнее состояние.

За получение точного детализированного изображения отвечают и регистрирующие датчики, которые располагаются вокруг исследуемого органа пациента. Подобная процедура абсолютно безопасна: произведя излучение сообщенной энергии, протоны возвращаются в прежнее состояние. Для улучшения качества изображения и большей детализации изображения пациенту могут ввести контрастное вещество на основе гадолиния, не вызывающее побочных реакций. Специальный препарат помещается в шприц или инъектор, автоматически рассчитывающий дозировку и скорость ввода. Подача средства полностью синхронизирована с ходом сканирования.

Качество проведенного обследования зависит не только от напряженности магнитного поля, но и от используемой катушки, применения контрастного вещества, особенностей диагностики и опыта специалиста, проводящего томографию.

Преимущества подобной процедуры:

возможность получения максимально точного изображения осматриваемого органа;

повышение качества диагностики;
безопасность для пациента.

Томографы отличаются по силе создаваемого ими поля и «открытости» магнита. Чем больше мощность поля, тем быстрее проходит процедура сканирования и выше качество получаемого трехмерного изображения.

Открытые аппараты МРТ имеют C-образную форму и являются оптимальным вариантом для обследования людей, страдающих выраженной клаустрофобией. Они создавались для проведения дополнительных процедур внутри магнита. Такой тип установок гораздо слабее закрытых томографов.

Обследование с применением МРТ является одним из самых эффективных и безопасных способов диагностики и наиболее информативным методом для детального исследования спинного и головного мозга, позвоночника, органов брюшной полости и малого таза.

Эффективное лечение заболеваний головного мозга основано на точной и информативной диагностике. Симптоматика таких заболеваний, как правило, мало информативна - это могут быть головные боли, нарушения зрения, тошнота и головокружения и тому подбные признаки. Для того, чтобы врач мог своевременно назначить необходимое лечение, нужно подробное исследование головного мозга. В этом случае МРТ головного мозга - это один из самых надежных методов получения исчерпывающих данных для врача.

Иногда симптомам можно не придавать большого значения и думать, что все пройдет само. Или пойти на МРТ самостоятельно, хотя на самом деле это вовсе не требовалось. Зачастую это деньги, выброшенные на ветер. Только врач сможет определить необходимость проведения МРТ и назначить тот вид диагностики, который действительно вам нужен.

Симптомы, на которые нужно обратить внимание:

Часто болит или кружится голова, двоится в глазах

Стали падать в обмороки

Беспокоят боли в суставах и спине

Получили травму (вывих, перелом, повреждение суставов или мышц)

Получили черепно-мозговую травму

Пережили инсульт или есть подозрение на него

Испытываете боли в нижней части живота

Имеете или имели родственников с онкологическими заболеваниями

Если у вас есть что-либо из перечисленного, обратитесь к врачу, чтобы он назначил вам необходимое МРТ обследование.

С помощью магнитно-резонансной томографии диагностируются такие заболевания как: опухоли и кисты, внутримозговые аневризмы, острые ишемические инсульты и т. д. Зачастую там где УЗИ и КТ-диагностика являются малоинформативными методами, МРТ - это единственный способ получить необходимый уровень детализации и качества снимков.

Запрещается проведение МРТ при наличии в организме: кардиостимуляторов, металлических или ферромагнитных имплантов среднего уха.

Возможность проведения МРТ определяется врачом индивидуально при наличии:

металлических имплантов, ферромагнитных осколков;

внутрисосудистых стентов, кава-фильтров, сосудистых клипс;

эндопротезов и конструкций из ферромагнитных сплавов;

неферромагнитных имплантов среднего уха;

нервных стимуляторов;

инсулиновых помп.

Не проводится МРТ при тяжелых заболеваниях, например, декомпенсации сердечной недостаточности.

МРТ аппарат позволяет провести исследование пациентам с массой тела до 130 кг.

В зависимости от обследуемого органа, есть разные рекомендации по подготовке к проведению МРТ обследования. Обычно до процедуры возможен умеренный прием пищи (за исключением МРТ органов брюшной полости, почек и надпочечников, органов малого таза, исследования с контрастированием). О подготовке к конкретному виду обследование вы можете прочесть по каждому виду МРТ.

Процедура проходит следующим образом:

• Вы лежите на столе томографа и в течение всего исследования сохраняет неподвижность.
• Процедура не вызывает никаких неприятных ощущений, продолжается от 10-15 до 40-50 минут, в зависимости от исследуемой области.
• В ходе обследования слышен шум работающего томографа, возможно прослушивание музыки вместо типичных шумов МР-сканера.
• В руке у вас находится сигнальное устройство, обеспечивающее постоянную связь медперсоналом. Некоторые исследования проводятся с контролем пульса и ЭКГ, с синхронизацией по дыханию, применением специальных поверхностных датчиков, фиксирующих эти показатели.