JAMR (676800), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

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 U_n :

S / N = x / U_n ,

где

U_n = (4kT_cRDn)^1/2 ;

T_c -– абсолютная температура катушки ; R – электрическое сопротивление ; Dn – 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

x @ (В₁)_ху М w₀ V_s » w₀ B₀(B₁)_xyV_s » w₀² V_s(B₁)_xy

при n_о ³ 5 МГц . В РЧ- катушке соленоидального вида поле В₁ для единичного тока равно

В₁⁰ = ´ n >> 1 ,

где а - радиус катушки ; 2b - ее высота ; m₀ - восприимчивость свободного пространства ; n - число витков в катушке. С учетом скин - эффекта электрическое сопротивление катушки

R 3/2* h * (r a n²) / (2d g) @ n >> 1,

6

где r - сопротивление катушки ; h » 3 - 6 - фактор близости ; d - толщина скин-слоя. В области частот n₀ £ 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 » 1W , а толщина скин- слоя составляет 80 мм при n₀ = 40 МГц . Из-за ослабления РЧ- поля угол нутации q становится функцией глубины z :

q p _{/ 2} = B₁⁰ t_p exp(- z/d ).

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 W , которое включено последовательно с электрическим сопротивлением соленоидальной РЧ- катушки , имеющей R = =1.56 W . При этом полное эффективное сопротивление равно R’ = R + Z = 3.43 W . Амплитуда шума U_n возрастает в = 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:

1. 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 .

Характеристики

Список файлов реферата