Магнитно-резонансная томография тепловых эффектов в модельных средах (1103556)
Текст из файла
На правах рукописиВОЛКОВ Александр АлександровичМАГНИТНО-РЕЗОНАНСНАЯ ТОМОГРАФИЯТЕПЛОВЫХ ЭФФЕКТОВ В МОДЕЛЬНЫХ СРЕДАХАвторефератдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукСпециальность01.04.03 – радиофизика, 01.04.01 – приборы и методыэкспериментальной физикиМОСКВА 20121Работа выполнена в Институте общей физики имени А.М. Прохорова РАНи лаборатории магнитной томографии и спектроскопии факультета фундаментальноймедицины МГУ имени М.В. ЛомоносоваНаучные руководителиОфициальные оппонентыВедущая организация-доктор физико-математических наук,главный научный сотрудникА.С.
Прохоров-доктор физико-математических наук,профессор Ю.А. Пирогов-доктор физико-математических наукА.В. Корженевский-кандидат физико-математических наукД.А. Куприянов-Физический институтимени П.Н. Лебедева РАНЗащита состоится 10 мая 2012 года в 16 часов на заседании диссертационного советаД 501.001.67 в Московском государственном университете имени М.В. Ломоносова поадресу: 119991 ГСП-1, Москва, Ленинские горы, МГУ, Физический факультет,аудитория имени Р.В. Хохлова.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультета МГУимени М.В. Ломоносова.Автореферат разослан «» апреля 2012 г.Ученый секретарьдиссертационного совета,кандидат физико-математических наук, доцентА.Ф.
Королев2ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы.Диссертация посвящена проблеме регистрациитемпературных полей внутрибиоорганических сред методом магнитно-резонансной томографии. Тема актуальна своеймедицинской направленностью. Магнитно-резонансная томография (МРТ) сегодня массововнедряется в медицинскую практику и становится все более доступным и эффективнымдиагностическимметодом.ВременнымнедостаткомостаетсядороговизнаМРТ-оборудования и сложность его обслуживания. Потенциальные возможности МРТ в медицинеобширны и далеко не все реализованы.
В частности, в отличие от других томографическихметодов (акустического и рентгеновского), метод МРТ на принципиальном уровнечувствителен к температуре и допускает наблюдение наряду с плотностным контрастомтканей их теплового контраста. Обогащение МРТ-диагностики бесконтактными методамивизуализациитемпературныхполейвнутриисследуемыхобъектовпозволилобымногократно сократить временные, трудовые и финансовые затраты МРТ-исследований.Попытки решить эту задачу проводятся во всем мире.
По той причине, что МР-томографынаполняют, в основном, медицинские учреждения и приспособлены для медицинских целей,МРТ-исследования тепловых процессов проводятся в лечебных условиях на такихсложнейших объектах, как человеческие органы. Установление общих закономерностейпроявлениятемпературныхбиомедицинскихполейисследованийвпутемМРТ-изображенияхмедленногопроисходитнакопленияврамкахопытныхфактов,регистрируемых на разных томографах в разных условиях.
Получаемые экспериментальныеданные при этом специфичны и трудно сопоставимы. Несмотря на многолетнее успешноеиспользование ядер 1Н в качестве ЯМР-активных зондов, до сих пор не вполне ясенмеханизм ЯМР-отклика водосодержащих сред, каковыми в подавляющем большинствеявляются биоорганические ткани.В настоящей работе предпринята попытка на базе МР-томографов с магнитнымиполями 0.5 и 7 Тл лаборатории магнитной томографии и спектроскопии факультетафундаментальной медицины МГУ имени М.В.
Ломоносова осуществить целенаправленноеМРТ-термометрическое исследование физическими методами на модельных объектах иполучить экспериментальный материал, доступный для количественного анализа.3Цели и задачи исследования:1) создание аппаратуры и методик для проведения модельных МРТ-экспериментов вобласти термометрии;2) оптимизацияМРТ-методоваппаратныхикомпьютерныхдлянаблюдениятемпературных полей;3) разработка моделей описания наблюдаемых МРТ-методом тепловых полей;4) наблюдение ЯМР-отклика водосодержащего раствора и оценка парциального вкладав ЯМР-сигнал молекул воды.Защищаемые положения:1) Проведениефизическихмодельныхэкспериментовявляетсянеобходимойсоставляющей работ по продвижению МРТ-методов контроля температурных полейв гипертермию.2) В модельных гипертермических экспериментах на МР-томографах возможноприменениетрадиционныхметодовпроизводстватепласпомощьюметаллосодержащих электронагревателей.3) Подборпараметровимпульсныхпоследовательностейиконфигурациейэксперимента позволяет осуществлять радикальное подавление и полное устранениеартефактов.4) Наиболее удобными параметрами МРТ-контроля температурных полей на ядрах 1Н вобласти комнатных температур являются линейно зависящие от температуры времярелаксации Т1 и химический сдвиг.5) Вклад в величину ЯМР-сигнала водосодержащих объектов вносят продуктыавтоионизации молекул Н2О - ионы Н3О+ и ОН-.Новизна и практическая значимость результатовВсе результаты диссертации по постановке и реализации модельных МРтермометрических экспериментов, разработке методов наблюдения артефактов и созданиюМРТ-совместимыхтепловыхустройств,модельномуописаниюМРТ-наблюдаемыхтемпературных полей и выяснению природы ЯМР-отклика протонов в воде являютсяновыми.
Практическая значимость работы состоит в возможности использовать результатыпроведенныхэкспериментоввкачествеориентировгипертермических методов для практических применений.приразработкемедицинских4Личный вклад автораАвторупринадлежатполностьюразработкаивключениевэкспериментоборудования для модельных МРТ-опытов по термометрии. Им лично выполнены всетомографические эксперименты представленной работы, проведена обработка результатовизмерений и в коллективе соавторов, представленных вместе с диссертантом в публикациях,выработаны модели адекватного описания наблюдаемых тепловых процессов.АпробацияРезультаты диссертационных исследований докладывались на всероссийских имеждународных конференциях: 3-ем Евразийском конгрессе по медицинской физике иинженерии «Медицинская физика – 2010» (г. Москва, 21-25 июня 2010 г.); международныхнаучных конференциях студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов-2010»,«Ломоносов-2011» и «Ломоносов-2012» (г.
Москва); 8ой Всероссийской школе-семинаре«Физика и применение микроволн», (г. Звенигород, 23-28 мая 2011 г.); научно-практическойконференции «Инновационный проект 2011» (г. Москва, 11 октября 2011 г.); и прошлиапробацию на семинарах Института общей физики имени А.М. Прохорова в 2010-2011 г., нанаучном семинаре в томографическом центре университета штата Вашингтон (Сиэтл, 2008).ПубликацииРезультаты диссертации отражены в 12 публикациях – 5- в рецензируемыхжурналах, входящих в список ВАК, и 7 тезисах и трудах конференций.Структура и объем работыДиссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы.Работа изложена на 130 страницах, содержит 90 рисунков.
Список цитируемой литературывключает 110 наименований5СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обосновывается актуальность темы диссертации, формулируются еецели, научная новизна, практическая значимость результатов и положения, выносимые назащиту.Первая глава«Проблема применения МРТ в гипертермии» - обзорная, в нейизлагаются физические принципы метода МРТ основанного на явлении ядерного магнитногорезонанса (ЯМР). Обсуждаются базовые параметры ЯМР, зависящие от температуры иопределяющие термочувствительность МРТ-метода.
Описывается текущее состояниемедицинской термотерапии и существующие МРТ-методики, как инструменты обратнойсвязи при проведении температурного мониторинга процессов гипертермии и термоабляции.Ставится вопрос о происхождении сигнала ЯМР в водосодержащих объектах с учетомсвойства спиновой изомерии молекулы воды - способности существовать в магнитной ортои немагнитной пара-форме. На основании изложенного материала формулируетсядиссертационная задача.В первой части приводятся сведения о заложенных в основу МРТ принципах [1].Описываются главные характеристики ЯМР - спин-решеточное и спин-спиновое временарелаксации, Т1 и Т2, классические методы регистрации ЯМР, методы пространственноселективного возбуждения спинов, методы построения МРТ-изображений.
Обсуждаютсясравнительные особенности стационарного и импульсного методов измерений на МРтомографах.МРТ как метод исследования вещества – это практическая реализация идеи о том, чтофундаментальный эффект ЯМР можно использовать для глубинного зондирования объектови построения пространственных изображений их внутреннего строения. ЯМР-сигналспособны производить ядра с ненулевым спином, помещенные в постоянное магнитное полеB. В поле В спины ориентируются дискретным образом с интервалом энергий E ~ B так, чтопри дополнительном наложении переменного электромагнитного поля с частотой ω ~ B онирезонансно поглощают/переизлучают электромагнитное излучение. Характеристикой ядер вотношении ЯМР является их магнитный момент µ, типичные величины которого длянаиболее используемых в медицине ядер составляют µ= 2.7·10-8 рад/(Тл·с) для 1H, и µ =0.67·10-8 рад/(Тл·с) для13C.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
