устройства исходные данные поступают в форме слов из 4 бит в эквивалентный

интервал времени экспозиции . С этой целью табличные данные вводят в

запоминающее устройство только для считывания (ROM). Организация последнего

имеет вид 16 слов ( 8 бит, так что любое значение дискретного сигнала в

форме слова из 4 бит в случае 16 градаций яркости адресует одно слово из 8

бит в указанной таблице. Затем слова из 8 бит загружают в восьмиразрядный

счетчик импульсов, который управляется тактовыми импульсами таким образом,

что время необходимое для сброса показателей счетчика импульсов до нуля,

пропорционально логарифму значения дискретного сигнала в соответствии с

законом Вебера( Фехнера для зрения. В таком устройстве тактовая частота

равна 10 МГц , ширина полосы частот дисплея 5 МГц . Формирование ЯМР-

изображения на дисплее с растром 128(128 элементов занимает около 1/4 с.

Цифровой- аналоговый конвентор имеет десятиразрядные слова. Чтобы

отображать на дисплее данные, интенсивность которых превышает заданное

значение, используют параллельно программируемый ROM.

Псевдоцветное ЯМР- изображение найдет широкое применение в клинике,

так как оно облегчает установку точного диагноза и уменьшает напряжение, с

которым должен работать оператор. Псевдоцветное изображение формируют на

цветном телевизионном мониторе. Особый интерес для медицины имеет система

одновременного отображения спиновой плотности f (x) и времен спин-

решеточной релаксации Т1 (х). Вариации Т1 передаются в цветовой шкале, а

спиновая плотность f - в шкале интенсивности. Интерфейс дисплея

синхронизирует управляющие сигналы и постоянно в режиме быстрого обновления

изображения конвентирует цифровые значения интенсивности ЯМР- изображения в

видеосигнал.

5

Фотографические копии ЯМР- изображения можно получить либо непосредственно

с экрана цветного монитора, либо при помощи фотосканера, управляемого

компьютером. На фотобумаге получают как черно- белые, так и цветные копии

ЯМР- изображений. Устройство содержит традиционный графопостроитель,

соединенный через интерфейс с миникомпьютером. Цветная копия ЯМР-

изображения создается при помощи трех источников света различного

спектрального состава, при этом свет доходит до фотографической бумаги

размером 20 ( 20 см через волоконно- оптический кабель. Время получения

монохромной копии ЯМР- изображения составляет 3 минуты , а цветного 12

минут . Имеется возможность уменьшить это время в 3 раза .

ПРИМЕНЕНИЕ ЯМР - ИНТРОСКОПИИ В МЕДИЦИНЕ

При сопоставлении различных методов получения ЯМР- изображений обычно

указывают три характеристических параметра (

1. Отношение сигнала к шуму .

2. Время получения ЯМР- изображения .

3. Пространственное разрешение .

Отношение сигнала к шуму равно отношению ЭДС , индуцированной в приемной РЧ-

катушке , к средней квадратической амплитуде тепловых шумов Un :

S / N = ( / Un ,

где

Un = (4kTcR(()1/2 ;

Tc (( абсолютная температура катушки ; R ( электрическое сопротивление ;

(( ( ширина полосы частот всей приемной системы . Так как ЯМР- сигналы

регистрируют фазово- чувствительным детектором, то в формулу для отношения

S / N входит отношение амплитуд сигналов , а не энергий . ЭДС равна

( ( (В1)ху М (0 Vs ( (0 B0(B1)xyVs ( (02 Vs(B1)xy

при (о ( 5 МГц . В РЧ- катушке соленоидального вида поле В1 для единичного

тока равно

В10 = [pic]( [pic] n (( 1 ,

где а - радиус катушки ; 2b - ее высота ; (0 - восприимчивость свободного

пространства ; n - число витков в катушке. С учетом скин - эффекта

электрическое сопротивление катушки [pic]

R 3/2( ( ( (( a n2) / (2( g) ( n (( 1,

6

где ( - сопротивление катушки ; ( ( 3 - 6 - фактор близости ; ( - толщина

скин-слоя. В области частот (0 ( 1МГц отношение сигнала к шуму измеряется

как степень 7/4 от лармовой частоты . При высоких частотах , когда основные

потери РЧ- мощности происходят в образце , это соотношение переходит в

линейное . Для объектов больших размеров , например для тела человека ,

необходимо учесть скин- эффект и электрическое сопротивление тканей ,

которое равно ( 1( , а толщина скин- слоя составляет 80 мм при (0 = 40 МГц

. Из-за ослабления РЧ- поля угол нутации ( становится функцией глубины z :

( ( / 2 = B10 tp exp(- z/( ).

Разброс угла нутации по глубине компенсируют , выбирая для каждой глубины z

соответствующую амплитуду РЧ- поля.

Моделирующие расчеты эффектов ослабления и сдвига по фазе

электромагнитного поля в различных тканях человека показывают , что в ЯМР-

интроскопах , предназначенных для получения ЯМР- изображений человека ,

частота Лармона не должна быть более 10 МГц .

Тело человека , помещенное в РЧ- катушку ЯМР- интроскопа , можно

рассматривать как электрическое сопротивление с Z = 1.87 ( , которое

включено последовательно с электрическим сопротивлением соленоидальной РЧ-

катушки , имеющей R = =1.56 ( . При этом полное эффективное сопротивление

равно R’ = R + Z = 3.43 ( . Амплитуда шума Un возрастает в [pic] = [pic]

раза . Именно во столько раз (и не больше!) возрастает отношение сигнала к

шуму , если охладить РЧ- катушку до сверхпроводящего состояния .

Приведенная выше оценка отношения сигнала к шуму верна для прямого метода

сканирования , и во всех интегральных и многопланарных методах получения

ЯМР- изображений отношение сигнала к шуму в эквивалентных условиях

значительно выше . Указанный фактор позволяет снизить требуемое время

получения ЯМР- изображения вплоть до 1с.

Важное преимущество методов интроскопии при помощи ядерного

магнитного резонанса в том , что здесь нет ионизирующего излучения . Этот

факт стал решающим стимулом быстрого распространения ЯМР- интроскопов в

клиниках . В процессе съема данных о ЯМР- изображении тело человека

подвергается действию трех агентов : статического магнитного поля ,

переключаемых или осцилирующих градиентных магнитных полей , а также

импульсных радиочастотных полей . Статическое магнитное поле может вызвать

генетические или биохимические эффекты , а также эффекты на клеточном

уровне . Вплоть до индукции магнитного поля 2 Тл указанных эффектов не

наблюдалось . Статическое магнитное поле может изменять скорость

распространения импульсов электрического поля по нервам . Согласно

теоретическим оценкам , изменение указанного фактора на 10% должно

наступить в полях с индукцией 24 Тл и более . В экспериментах ,

проведенных в магнитном поле 2 Тл в течение 4ч никаких изменений в скорости

проводимости нервов обнаружено не было . Искомое явление маскирует эффект

изменения температуры тела . Повышение температуры тела на 0.1( С приводило

к вариациям рассматриваемого фактора на 2 - 4 %.

В сильных магнитных полях наблюдают аномалии в электрокардиограмме сердца .

При движении крови в магнитном поле возникает дополнительная ЭДС .

Наблюдаемый эффект , который растет линейно с индукцией магнитного поля

вплоть до 2 Тл и исчезает сразу же после выключения статического магнитного

поля , используют для изучения потока крови в сердце . При этом не

возникают ни аритмия , ни изменения в

7

частоте сокращения сердца , ни изменения в давлении крови и не происходит

никаких химических изменений .

Исследование поведения бактерий и генетические исследования

лимфоцитов крови человека при помощи методики , очень чувствительной к

слабым примесям токсических веществ и к ультрафиолетовому облучению , не

позволили обнаружить какие- либо вредные эффекты вплоть до индукции

магнитного поля ( 1 Тл.

Переключаемые и осцилирующие градиентные магнитные поля могут создать

недопустимо высокие значения внутренней ЭДС . При скорости переключения 3

Тл/с возникают электрические токи с плотностью около 3 мкА/см2 , которые

могут вызвать нетепловые биологические эффекты . Количественный анализ

показал , что для градиентной катушки диаметром 20 см допустимое значение

скорости переключения магнитного поля равно dB/dt = 1 Тл/с . Это значение

лежит ниже порога возбуждения нервов (( 3(103 мкА/см2), порога свертывания

крови в сердце (102 - 103 мкА/см2), порога наблюдения вспышек света в

глазах человека под действием электродов на голове человека (( 17 мкА/см2),

а также порога эффекта магнитных фосфенов (( 5 мкА/см2). Специальные

эксперименты показали , что патологические изменения в крови отсутствуют

при скорости переключения магнитного поля ( 500 Тл/с . Было замечено , что

порог указанных эффектов зависит также от формы функции , описывающей

вариации магнитного поля во времени . Синусоидальные сигналы не создают

практического вреда в интервале частот 30 - 65 Гц и только асимметричные

формы сигналов дают заметные изменения этих факторов на пациентах .

Радиочастотное поле ЯМР- интроскопа создает нагрев тканей .

Установленный верхний порог равен 4 Вт/кг при времени воздействия менее 10

мин. и 1.5 Вт/кг при длительном облучении. Основной обогрев происходит на

поверхности тела . Тело теряет тепло за счет излучения и прямого охлаждения

. При низкой влажности воздуха и мощности облучения 4 Вт/кг в течение 10

мин. температура тела повышается на 0.7( С .

Тепло , выделяемое в тканях человека во время сеанса облучения РЧ-

полем , измеряют по добротности системы с пациентом и без пациента .

Наблюдения за поведением отдельных клеток , поиск генетических

повреждений и аберраций в хромосомах показали , что комплекс факторов ,

характерных для ЯМР- интроскопии , не создает вредных эффектов .

ЯМР- изображения несут важную информацию о химии физиологических

процессов , о структуре и динамике тканей на молекулярном уровне и как

следствие этого дают принципиально новые возможности для медицинской

диагностики . Это свойство и безвредность ЯМР- интроскопии стали решающим

стимулом быстрого внедрения ЯМР- интроскопии в медицинские клиники .

Современные ЯМР- интроскопы дают пространственное разрешение 1( 1( 4 мм при

времени получения изображения около 100 с, позволяют одновременно получать

локализованные спектры химических сдвигов ядер 31Р и 13С в естественной

концентрации . Одновременно или с небольшим разрывом во времени можно

получить как анатомическую информацию , так и данные об обмене веществ в

тканях (метоболизме) . Время получения спектра 31Р равно 10 и 16 мин. для

спектра 13С . Положение и относительные интенсивности пиков в спектре 31Р

указывают на отклонения от нормы в тканях под действием ишемии ,

злокачественной опухоли , нарушения обмена и демонстрируют результаты

терапии . Спектры 13С содержат информацию об уровне триглицерида и

гликогена . На ЯМР- изображениях можно отобразить:

Время спин- решеточной релаксации Т1 ;

8

2.Время спин- спиновой релаксации Т2 ;

3.Коэффициент диффузии молекул ;

Особенно ценную информацию несут ЯМР- изображения сосудистой системы ,

спинового мозга , головного мозга , легких и средостения . Все случаи

злокачественных опухолей , обнаруживаемых при помощи реконструктивной

рентгеновской томографии , идентифицируются на ЯМР- изображениях ядра

водорода . Накоплен большой опыт клинического исследования головного мозга

человека при помощи ЯМР- интроскопии . Всего было обследовано 140 пациентов

с широким спектром неврологических заболеваний . Преимущество ЯМР-

изображений в том , что на них серое вещество мозга отображается с высоким

контрастом , который недоступен для рентгеновской реконструктивной

томографии . Отсутствуют артефакты , создаваемые костными тканями в

рентгеновской реконструктивной томографии , отображаются параметры о потоке

жидкостей.

Большой набор параметров на ЯМР- изображениях позволяет с высокой

достоверностью обнаружить такие патологические процессы , как эдема ,

инфекции , злокачественные опухоли и перерождения ткани . Особенно высокую

чувствительность к мозговой эдеме дают сигналы спинового эха . Главный

недостаток ЯМР- интроскопии в том , что на ЯМР- изображениях нет информации

о структуре костей . Для этой цели необходимо использовать реконструктивную

рентгеновскую томографию .

ЯМР- интроскопия дает уникальную возможность своевременно обнаружить

образование миелита в развивающемся плоде и при оценке мозговых нагноений у

детей.

Результаты первого опыта использования ЯМР- интроскопии в педиатрии

являются обнадеживающим . При помощи планарного метода получения ЯМР-

изображений с регистрацией эхо- сигнала за малые доли секунды получают

изображения легких , сердца , и средостение без артефактов движения . Иначе

говоря , съем данных ведут в реальном масштабе времени . Время получения

изображения с разрешением 6 мм и толщиной 8 мм равно 35 мс . Сигналом -

монитором является электрокардиограмма . За 4.5 минуты получают 512 ЯМР-

изображений ( 32 среза с 16 кинокадрами на каждый срез . Таким образом ,

регистрируемые данные имеют четырехмерную структуру . С помощью ядерного

магнитного резонанса получены результаты обследования детей в возрасте от 3

до 14 месяцев и сняты изображения левого желудочного сердца . Методы

ангиографии были в этих случаях бессильны .

Описаны случаи , когда злокачественные опухоли в головном мозге на

раннем этапе развития были обнаружены только на ЯМР- изображениях и были

едва заметны на рентгеновских томограммах .Эти и другие исследования

убедительно свидетельствуют о том , что в нейрологической диагностике

наступает новая эра .

В других работах было показано экспериментально , что анатомическая

информация и данные о метаболизме в головном мозгу человека могут быть

получены на одной установке . Вопреки общепринятым представлениям , был

построен ЯМР- интроскоп для головного мозга человека на очень высокой

резонансной частоте 63.9 МГц при индукции магнитного поля 1.5 Тл и щелевом

резонаторе РЧ- поля . Было достигнуто повышение отношения сигнала к шуму в

11 раз по сравнению с системой , работающей в магнитном поле с индукцией

0.12 Тл . Локализованные ЯМР- спектры высокого разрешения 31Р , 13С и 1Н

были получены при помощи поверхностной катушки . Таким образом , метод

получения совместных данных об анатомии и о биохимии тканей в мозгу

человека становится традиционным .

9

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

История науки учит нас , что каждое новое физическое явление или

новый метод проходит трудный путь , начинающийся в момент открытия данного

явления и проходящий через несколько фаз . Сначала почти никому не приходит

мысль о возможности , даже весьма отдаленной , применения этого явления в

повседневной жизни , в науке или технике . Затем наступает фаза развития ,

во время которой данные экспериментов убеждают всех в большой практической

значимости данного явления. Наконец , следует фаза стремительного взлета .

Новые инструменты входят в моду , становятся высокопродуктивными , приносят

большую прибыль и превращаются в решающий фактор научно- технического

прогресса . Приборы , основанные на когда-то давно открытом явлении ,

заполняют физику , химию , промышленность и медицину.

Наиболее ярким примером изложенной выше несколько упрощенной схемы

эволюции служит явление магнитного резонанса , открытое Е. К. Завойским в

1944 г. в форме парамагнитного резонанса и независимо открытого Блохом и

Парселлом в 1946 г. в виде резонансного явления магнитных моментов атомных

ядер . Сложная эволюция ЯМР часто толкала скептиков к пессимистическим

заключениям . Говорили, что “ ЯМР мертв “ , что “ ЯМР себя полностью

исчерпал “ . Однако вопреки и наперекор этим заклинаниям ЯМР продолжал идти

вперед и постоянно доказывал свою жизнеспособность . Много раз эта область

науки оборачивалась к нам новой , часто совсем неожиданной стороной и

давала жизнь новому направлению . Последние революционизирующие изобретения

в области ЯМР , включая удивительные методы получения ЯМР- изображений ,

убедительно свидетельствуют о том , что границы возможного в ЯМР

действительно безграничны . Замечательные преимущества ЯМР- интроскопии ,

которые будут высоко оценены человечеством и которые сейчас являются мощным

стимулом стремительного развития ЯМР- интроскопии и широкого применения в

медицине , заключаются в очень малой вредности для здоровья человека ,

свойственной этому новому методу.

[pic][pic]

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО

ОБРАЗОВАНИЯ

РФ

ВЛАДИМИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА РТ и РС

РЕФЕРАТ

НА ТЕМУ :

“ ДИАГНОСТИКА С ПОМОЩЬЮ

ЯДЕРНОГО МАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА “

ВЫПОЛНИЛ :

СТ - Т ГР. МИД - 194

ШАБАНОВ Р. В.

ПРИНЯЛ:

СОХНО О. Н.

ВЛАДИМИР , 1997

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие...............................................................

.........................................1

Радиочастотные

катушки.....................................................................

.......1

Съем и обработка

данных......................................................................

........3

Системы отображения

данных...................................................................4

Применение ЯМР- интроскопии в

медицине............................................5

Заключение................................................................

..........................................9

10

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Сороко Л. М. Интроскопия на основе ядеоного магнитного резонанса - М:

Энергоатомиздат ,1986

2. Абрагам А. Ядерный магнетизм : пер. с англ. / Под ред. Г. В.

Скроцкого. - М. : Изд- во ионостр. лит., 1963. - 551с.

3. Феррар Т. , Беккер Э. Импульсная и фурье - спектроскопия ЯМР : пер. с

англ. / Под ред. Э. И. Федина . - М. : Мир , 1973. - 164с.

Страницы: 1, 2