трусики женские украина

На головну

 Принципи томографії - Фізика

Московський Енергетичний Інститут

(Технічний Університет)

Реферат по курсу «Біофізика»

на тему: «Принципи томографії»

Виконала: А. О.

Група: ЕР-16-07

Викладач:

Лобов Г. Д.

Москва, 2010

Передмова

За останні роки метод магнітно-резонансної томографії (МРТ) став популярним методом формування пошарових зображень внутрішньої структури органів. Це не випадково; метод МРТ пройшов стрімкий поетапний цикл розвитку, починаючи з дня відкриття. Сьогодні майже кожна лікарня або клініка для діагностики патології має один або кілька МР сканерів, що дозволяють отримувати більш точні та чіткі зображення внутрішніх органів. В даний час метод продовжує активно розвиватися.

У поєднанні з чудовим контрастним здатністю зображення, МРТ безпечна для людини, в межах розумного, за рахунок використання радіохвиль і магнітного поля, на відміну від рентгенівських і КТ досліджень, які застосовують рентгенівське випромінювання.

У міру поширення МРТ підвищується потреба в більш кваліфікованому персоналі. З розробкою кожного нового програмного забезпечення управління МР сканером спрощується, але необхідність належного розуміння принципів роботи МРТ залишається. В МРТ використовуються такі сукупності параметрів, як час повторення, час відлуння, кут перевороту, фазовий кодування та ін. Розуміння цих параметрів важливо для отримання якісних МР зображень.

Зміст

томограф ядерний магнітний резонанс

Передмова

З історії МРТ

Чому МРТ?

Дослідження МР томографії та пристрій МР томографа.

Фізичні основи явища ЯМР

Енергетичні рівні

Переходи

Діаграми енергетичних рівнів

Стаціонарний МР метод

Статистика Больцмана

Спінові пакети

T1-процеси

T2-процеси

Обертається система координат

Імпульсні магнітні поля

Спінова релаксація

Рівняння Блоха

Збір даних

Обчислення і виведення на екран

Апаратне забезпечення

Типи магнітів

РЧ котушки

Висновок

Список літератури

З історії МРТ

Історія МРТ починається приблизно в 1946 році, коли Фелікс Блох відкрив нові властивості атомного ядра, за що йому була присуджена Нобелівська премія. Він встановив, що ядро ??поводиться подібно магніту, а заряджена частинка, така як протон, що обертається навколо власної осі, має магнітне поле, відоме як магнітний момент ядра. Відкриття було зведено їм у рівняння, назване рівнянням Блоха. Теоретичні дослідження були підтверджені експериментально на початку 1950-х років. У 1960 році були розроблені спектрометри ядерно-магнітного резонансу для аналітичних цілей. Протягом 1960 і 1970 років ЯМР спектрометри широко використовувалися в академічних та індустріальних дослідженнях. Спектрометрія використовується для аналізу молекулярної будови речовини, заснованого на його ЯМР спектрі.

Наприкінці 1960 років Раймонд Дамадіан виявив, що злоякісна тканина відрізняється від нормальної ЯМР параметрами. Він припустив, що на підставі цих відмінностей можна характеризувати тканини. Спираючись на це відкриття, в 1974 році він отримав перше ЯМР зображення пухлини у пацюка. У 1977 році Дамадіан і його помічники сконструювали перший надпровідний ЯМР сканер і отримали перше зображення тіла людини, сканування якого зайняло майже 5 годин.

Одночасно Пол Лаутербур проводив подібні дослідження в цій же області. Питання про те, хто ж є родоначальником МРТ спірне, хоча, слід визнати, що обидва вчених внесли свій вклад.

Роком заснування магнітно-резонансної томографії прийнято вважати 1973, коли професор хімії Пол Лотербур опублікував в журналі Nature статтю «Створення зображення за допомогою індукованого локального взаємодії; приклади на основі магнітного резонансу ». Пізніше Пітер Менсфілд вдосконалив математичні алгоритми отримання зображення.

Згодом на початку 1980 років майже кожен виробник обладнання для отримання медичних зображень розробляв і виробляв МР сканери. За винахід методу МРТ в 2003 Пітер Менсфілд і Пол Лотербур отримали Нобелівську премію в галузі медицини. Томографія дозволяє візуалізувати з високою якістю головний, спинний мозок та інші внутрішні органи. Сучасні методики МРТ роблять можливим неинвазивно (без втручання) досліджувати функцію органів - вимірювати швидкість кровотоку, струму спинномозкової рідини, визначати рівень дифузії в тканинах, бачити активацію кори головного мозку при функціонуванні органів, за які відповідає дана ділянка кори (функціональна МРТ).

Чому МРТ?

Зображення тіла пацієнта, отримане за допомогою рентгенівського випромінювання, малоинформативно, оскільки володіє низьким загальним контрастним дозволом. Щоб збільшити контраст зображення, можна змінювати контраст середовища, застосовуючи контрастні речовини на основі барію або йоду. За допомогою КТ сканерів можна отримати зображення з набагато більшим контрастом для виявлення уражень м'яких тканин.

У більшості випадків МРТ надає набагато ширші можливості для діагностики, ніж комп'ютерна томографія. Так, магнітно-резонансна томографія дозволяє отримати зображення високої точності структури головного і спинного мозку.

Також магнітно-резонансна томографія краще, ніж комп'ютерна діагностика, виконує аналіз стану м'яких тканин - м'язів, зв'язок, жирової тканини, і так далі. Захворювання і порушення внутрішніх органів, суглобів і кісток також прекрасно визначаються при МРТ діагностиці, але от стан порожнистих органів (легень, кишечника, шлунку і т.д.) краще перевіряти за допомогою комп'ютерної томографії. Принцип МРТ заснований на резонірованія атомів водню, а порожнини, таким чином, апарату практично непідвладні. Однак при використанні спеціальної рентгенівської плівки просторовий дозвіл рентгенівських зображень відмінне. Це особливо корисно при дослідженні структури кістки.

У цьому випадку просторовий дозвіл МРТ поступається рентгену.

Взагалі, рентген і КТ використовуються для візуалізації структури кістки, тоді як МРТ корисна для виявлення пошкоджень м'яких тканин.

Дослідження МР томографії та пристрій МР томографа

Перш за все, пацієнта поміщають всередину великого магніту, де є досить сильне постійне (статичне) магнітне поле, орієнтоване в більшості апаратів вздовж тіла пацієнта. Під впливом цього поля ядра атомів водню в тілі пацієнта, які представляють собою маленькі магнітики, кожен зі своїм слабким магнітним полем, орієнтуються певним чином щодо сильного поля магніту. Додаючи слабке змінне магнітне поле до статичного магнітного поля, вибирають область, зображення к. Треба отримати.

Потім пацієнта опромінюють радіохвилями, причому частоту радіохвиль підлаштовують таким чином, щоб протони в тілі пацієнта могли поглинути частину енергії радіохвиль і змінити орієнтацію своїх магнітних полів щодо направлення статичного магнітного поля. Відразу ж після припинення опромінення пацієнта радіохвилями протони стануть повертатися в свої початкові стану, випромінюючи отриману енергію, і це переизлучение буде викликати появу електричного струму в прийомних котушках томографа.

Зареєстровані струми є МР сигналами, к. Перетворюються комп'ютером і використовуються для побудови (реконструкції) МРТ.

Відповідно етапам дослідження основними компонентами якого МР томографа є:

- Магніт, який створює постійне (статичне), так зване зовнішнє,

- Магнітне поле, в яке поміщають пацієнта

- Градієнтні котушки, що створюють слабке змінне магнітне поле в центральній частині основного магніту, зване градієнтним, яке дозволяє вибрати область дослідження тіла пацієнт

- Радіочастотні котушки - передавальні, використовувані для створення збудження в тілі пацієнта, і прийомні - для реєстрації відповіді порушених ділянок

- Комп'ютер, який керує роботою градієнтної та радіочастотної котушок, реєструє виміряні сигнали, обробляє їх, записує в свою пам'ять і використовує для реконструкції МРТ.

Всяке магнітне поле характеризується індукцією магнітного поля, яку позначають В. ([B] = 1 Тл)

В МРТ залежно від величини постійного магнітного поля розрізняють кілька типів томографів:

- Зі хемілюмінесцентним полем 0,01 Тл - 0,1 Тл

- Зі слабким полем 0,1 - 0,5 Тл

- З середнім полем 0,5 - 1.0 Тл

- З сильним полем 1.0 - 2,0 Тл

- З надсильних полем> 2,0 Тл

Фізичні основи явища ЯМР

Водень - не єдиний елемент, який можна використовувати для формування МРТ зображень. Майже кожен елемент періодичної таблиці має ізотоп з ядерним спіном, відмінним від нуля.

ЯМР може бути представлений тільки на тих изотопах, чия зустрічальність в природі достатня велика для виявлення. Можна застосовувати будь-який елемент, який має непарне число часток в ядрі. Ось деякі елементи, які можуть використовуватися.

Підходящі елементи для МРТ.

 Ізотоп Позначення Спіновий квантове число гіромагнітного відношення (MГц / T)

 Водень

 1 H 1/2 42.6

 Вуглець

 13 C 1/2 10.7

 Кисень

 17 O 5/2 5.8

 Фтор

 19 F 1/2 40.0

 Натрій

 23 Na 3/2 11.3

 Магній

 25 Mg 5/2 2.6

 Фосфор

 31 P 1/2 17.2

 Сірка

 33 S 3/2 3.3

 Залізо

 57 Fe 1/2 1.4

 Енергетичні уровніДля розуміння того, як частки зі спіном поводяться в магнітному полі, уявімо протон. Цей протон має властивість, званим спіном. Уявімо, що спін цього протона, є вектором магнітного моменту, який змушує протон вести себе як дуже маленький магніт з північним і південним полюсами.

Коли протон поміщений в зовнішнє магнітне поле, вектор спина розташовується як магніт, по відношенню до зовнішнього полю. Стан, коли полюса розташовані NSNS, є низькоенергетичним, а NNSS - високоенергетичним.

Переходи

Частка може піддаватися переходу між двома енергетичними станами, поглинаючи фотон. Частка на нижньому енергетичному рівні поглинає фотон і опиняється на верхньому енергетичному рівні. Енергія даного фотона повинна точно відповідати різниці між цими двома станами. Енергія протона, Е, пов'язана з його частотою,, через постійну Планка (h = 6.626x10-34 Дж с).

E = h

В ЯМР і МРТ величина називається резонансною або частотою Лармора. Діаграми енергетичних рівнів

Енергія двох станів спина може бути представлена ??за допомогою діаграми енергетичних рівнів.

Відомо, що = B і E = h, тому, для того, щоб викликати перехід між двома спіновими станами, фотон повинен мати енергію

E = h B

Коли енергія фотона відповідає різниці між двома станами спина, відбувається поглинання енергії. В ЯМР експериментах частота фотона відповідає радіочастотного (РЧ) діапазону. Для ядер водню в ЯМР-спектроскопії, знаходиться в межах 60 і 800 MГц. У клінічній МРТ, для відображення водню, як правило знаходиться між 15 і 80 MГц. Стаціонарний МР метод

Найпростішим ЯМР дослідженням є стаціонарний МР (або свип-МР) метод. Існують два шляхи проведення цього експерименту. При першому, безперервне РЧ опромінення з постійною частотою, досліджує енергетичні рівні, в той час як магнітне поле варіюється. Енергія цієї частоти представлена ??синьою лінією на діаграмі енергетичних рівнів.

Стаціонарний метод може також бути проведений з постійним магнітним полем, коли варіюється частота. Величина постійного магнітного поля представлена ??становищем вертикальної синьою лінією на діаграмі енергетичних уровней.Статістіка Больцмана

Коли кілька спинив поміщені в магнітне поле, кожен приймає одну з двох можливих орієнтацій.

При кімнатній температурі кількість спінів на нижньому енергетичному рівні, N +, незначно перевершує кількість на верхньому рівні N-. Статистика Больцмана показує, що

N- / N + = e-E / kT.

Е - різниця енергії між спіновими станами,

k - постійна Больцмана

(1.3805x10-23 Дж / К) і Т - абсолютна температура.

При зменшенні температури зменшується ставлення N- / N +. При збільшенні температури ставлення збільшується.

Сигнал в ЯМР-спектроскопії виходить з різниці між поглинутою енергією спинами, які піддалися переходу з більш низько енергетичного рівня на більш високий і енергією, испускаемой спинами, які одночасно перейшли з більш високого енергетичного рівня на більш низький. Сигнал пропорційний різниці в заселенні рівнів. ЯМР є досить чутливою спектроскопією, оскільки може розрізняти такі невеликі відмінності в заселенні. Резонанс або енергетичний обмін між спинами і спектрометром на певній частоті надають ЯМР таку чувствітельность.Спіновие пакети

Вельми обтяжливим є опис ЯМР на мікроскопічному рівні. Макроскопічна картина більш зручна. Першим кроком до створення макроскопічної картини визначимо спіновий пакет. Спіновий пакет - це група спинив зазнають на собі одну і ту ж силу магнітного поля. У цьому прикладі, спини всередині кожної секції грати являють собою спіновий пакет. У будь-який момент часу магнітне поле, відповідне спинах у кожному спиновому пакеті може бути представлено вектором намагніченості.

Величина кожного вектора пропорційна (N + - N-).

Сума всіх векторів намагніченості всіх спінових пакетів є сумарною (загальною) намагніченістю. Для опису імпульсного ЯМР необхідно користуватися терміном сумарної намагніченості.

Для перетворення в загальноприйняту ЯМР систему координат, зовнішнє магнітне поле і вектор загальної намагніченості направляються уздовж осі Z. T1-процеси

У стані рівноваги, вектор сумарної намагніченості паралельний напрямку застосованого магнітного поля Bo і називається рівноважної намагниченностью Mo. У цьому стані, Z-складова намагніченості MZ дорівнює Mo. Ще MZ називається поздовжньої намагниченностью. В даному випадку, поперечної (MX або MY) намагніченості немає.

Сумарну намагніченість можна змінити, піддавши ядерний спін впливу енергією частоти рівній різниці енергії між спіновими станами. Якщо в систему надійшло достатньо енергії, можна наситити спінову систему і зробити MZ = 0.

Тимчасова константа, що описує, як MZ повертається до рівноважного значення, називається часом спін-граткових релаксації (T1). Це явище описується рівнянням, що є функцією від часу t, яке після перетворення має вигляд:

Mz = Mo (1 - e-t / T1)

тому T1 визначається як час, необхідний для того, щоб змінити Z-складову намагніченості коефіцієнтом е.

Якщо сумарна намагніченість стала направлена ??уздовж негативного напрямку осі Z, вона поступово повернеться в стан свого рівноваги уздовж позитивного напрямку осі Z, зі швидкістю, яка визначається T1. Це явище описується рівнянням, що є функцією від часу t, яке після перетворення має вигляд:

Mz = Mo (1 - 2e-t / T1)

Час спін-граткових релаксації (T1) - це час, необхідний для зменшення різниці між поздовжньої намагниченностью (MZ) і її рівноважним значенням з коефіцієнтом е.

Якщо сумарна намагніченість розташована в площині XY, вона буде обертатися навколо осі Z з частотою, рівною частоті фотона, який викликає перехід між двома енергетичними рівнями спина. Ця частота називається частотою Лармора. T2-процеси

На додаток до обертання вектор сумарної намагніченості починає зрушуватися по фазі (расфазіровиваться) через те, що кожен спіновий пакет відчуває магнітне поле, трохи відмінне від магнітного поля, випробовується іншими пакетами, і обертається зі своєю власною частотою Лармора. Чим більше проходить часу, тим більше фазова різниця. В даному випадку, вектор сумарної намагніченості початку спрямований уздовж позитивного напрямку осі Y. Для цього прикладу й інших прикладів расфазіровок уявімо собі цей вектор, як кілька більш тонких перекриваються векторів від окремих спінових пакетів.

Тимчасова константа, що описує поведінку поперечної намагніченості, MXY, називається спін-спінові часом релаксації, T2.

MXY = MXYo e-t / T2

T2 завжди менше ніж T1. Сумарна намагніченість в площині XY прагне до нуля, і потім поздовжня намагніченість зростає до тих пір поки Mo НЕ БУДЕ уздовж Z.

Будь поперечна намагніченість поводиться таким же чином. Поперечний компонент обертається навколо напрямку намагніченості і расфазіровивается. Швидкість повернення поздовжньої намагніченості визначається T1.

Підводячи підсумки, час спін-спінової релаксації, T2, цей час необхідний для зменшення поперечної намагніченості з коефіцієнтом е. До цього, T2-й T1-процеси для простоти розглядалися окремо. Наприклад, перед зростанням уздовж осі Z, вектора намагніченості повністю заповнювали площину XY. Насправді ж, обидва процеси мають місце одночасно, лише з тим обмеженням, що T2 менше або дорівнює T1.

Два фактори призводять до зменшення поперечної намагніченості:

1) молекулярні взаємодії (призводять до чистого T2 молекулярному ефекту)

2) зміни в Bo (призводять ефекту неоднорідності T2).

Поєднання цих факторів призводить до зменшення поперечної намагніченості. Об'єднана тимчасова постійна носить назву T2 із зірочкою і позначається символом T2 *. Залежність T2 від молекулярних процесів і від неоднорідностей магнітного поля має наступний вигляд:

1 / T2 * = 1 / T2 + 1 / T2inhomo.Вращающаяся система координат

Ми тільки що побачили поведінку спинив в лабораторній системі координат. Зручніше було б використовувати обертову систему координат, яка оберталася б навколо осі Z з частотою Лармора. Ми будемо відрізняти цю систему координат від лабораторної системи за штрихами у позначень осей X і Y, X'Y '.

Вектор намагніченості, що обертається з частотою Лармора в лабораторній системі координат, виявиться нерухомим, в системі, що обертається навколо осі Z. Під обертається системі релаксація намагніченості MZ в її рівноважне значення буде виглядати також, як виглядало в лабораторній системі.

Вектор поперечної намагніченості, що обертається навколо осі Z з тією ж швидкістю, що і обертається система, виявиться нерухомим у ній. Вектор намагніченості, що рухається швидше, ніж обертається система, буде обертатися за годинниковою стрілкою навколо осі Z. Вектор намагніченості, що рухається повільніше, ніж обертається система, буде обертатися проти годинникової стрілки навколо осі Z. У досліджуваному об'єкті присутні спінові пакети, які рухаються як швидше, так і повільніше, ніж обертається система. Імпульсні магнітні поля

Котушка проводу, поміщена навколо осі X, при пропущенні по ній постійного електричного струму, створить магнітне поле уздовж осі X.

Змінний струм створить магнітне поле, яке змінюється за напрямком, зворотного стрілкою.

У системі координат, що обертається навколо осі Z з частотою рівною частоті того змінного струму, магнітне поле вздовж осі X 'буде постійним, як у випадку з постійним струмом в лабораторній системі.

Це те ж саме, що рух котушки навколо обертається системи з частотою Лармора. У магнітному резонансі, магнітне поле, створюване котушкою при пропущенні по ній змінного струму частоти Лармора, називається магнітним полем B1. Коли змінний струм в котушці вмикається і вимикається, він створює імпульсне магнітне поле B1 уздовж осі X '.

Спини у відповідь на цей імпульс змушують реагують так, що вектор сумарної намагніченості починає обертатися навколо напрямку застосованого поля B1. Кут обертання залежить від тривалості наявності поля і його величини B1.

 = 2 B1.

У наступних прикладах передбачатиметься, що значно більше, ніж T1 і T2.

90o-імпульс - це такий імпульс, який обертає вектор намагніченості на 90o за годинниковою стрілкою навколо осі X '. 90o-імпульс переміщує рівноважну намагніченість на вісь Y '. У лабораторній системі, рівноважна намагніченість по спіралі рухається навколо осі Z на площину XY.

180o-імпульс у 180o буде обертати вектор намагніченості на 180 градусів. Цей імпульс переміщує рівноважну намагніченість вздовж негативного напрямку осі Z.

Сумарна намагніченість будь-якого напрямку буде підкорятися рівнянню обертання. Наприклад, вектор сумарної намагніченості спрямований уздовж осі Y ', після впливу 180o-імпульсом B1 уздовж осі X' стане спрямований вздовж негативного напрямку осі Y '.

Вектор сумарної намагніченості між осями X 'і Y' залишиться між ними після впливу 180o-імпульсу B1 уздовж осі X '.

Матриця обертання, може бути також використана для обчислення результату обертання. - Кут обертання навколо осі X ', [X', Y ', Z] - початкове положення вектора і [X ", Y", Z "] - положення вектора після обертання.

Спінова релаксація

Руху в розчині, викликані змінюються в часі магнітними полями, призводять до спінової релаксації.

Поля, змінювані в часі з частотою Лармора, викликають переходи між спіновими станами і, отже, змінюють MZ. Ця діаграма показує поле для зеленого атома водню в молекулі води під час його обертання в зовнішньому полі Bo і магнітному полі синього атома водню.

Зауважимо, що поле, що випробовується зеленим атомом водню, являє собою синусоїду.

У досліджуваному об'єкті з молекул, існує розподіл частот обертання. На T1вліяют тільки частоти, які дорівнюють частоті Лармора. Так як частота Лармора пропорційна Bo, то T1 буде змінюватися як функція від напруженості магнітного поля. Загалом, T1 обернено пропорційно числу молекулярних рухів з частотою Лармора.

Розподіл частот обертання залежить від температури і в'язкості розчину. Тому T1 буде змінюватися як функція від температури.

На частоті Лармора, що позначається o, T1 (280 K) Флуктуючі поля, які обурюють енергетичні рівні спінових станів, викликають расфазіровку поперечної намагніченості. Це можна побачити на графіку Bo, випробовується червоними атомами водню на молекулі води.

Число молекулярних рухів з частотою меншою або рівною частоті Лармора, обернено пропорційно T2.

Загалом, через зменшення у випадкових рухах молекул компонентів частот, що впливають на релаксацію, зі збільшенням Bo час релаксації растет.Уравненія Блоха

Рівняннями Блоха є система здвоєних диференціальних рівнянь, яка використовується для опису поведінки вектора намагніченості в будь-яких умовах.

Правильне інтегрування, рівняння Блоха дає X ', Y', і Z-складові намагніченості, як функції від часу.

Збір даних

Під час процесів релаксації протони випромінюють надлишкову енергію, отриману від 90? РЧ імпульсу, у вигляді радіохвиль. Для створення зображення необхідно зібрати ці хвилі перш, ніж вони зникнуть в просторі.

Це можна здійснити за допомогою приймальні котушки. Приймальна котушка може бути як передавальної, так і тільки приймальні.

Цікавий і надзвичайно важливий факт позиціонування приймальні котушки.

Приймальна котушка повинна бути поміщена під певними кутами до головного магнітному полю (B0). Неправильне розташування призведе до формування зображення без сигналу. І ось чому: якщо ми відкриємо котушку, ми по суті нічого не побачимо, крім петлі мідного дроту. При проходженні магнітного поля через петлю, в ній індукується струм. петлю, в ній індукується струм. B0- дуже сильне магнітне поле; набагато сильніше, ніж РЧ сигнал, який ми хочемо отримати. Це означає, що про приміщенні котушки певним чином, B0, проходячи крізь котушку, індукує величезний струм, а невеликий струм, викликаний РЧ хвилею, пригнічується. На зображенні ми побачимо тільки багато зерен (званих шумом).

Тому ми повинні переконатися, що приймальна котушка розташована таким чином, що B0не проходить крізь неї. Єдиний спосіб виконати цю вимогу полягає в приміщенні приймальні котушки під правильними кутами до B0как показано на малюнку.

Розташування котушки під правильними кутами до B0преследует мета отримання сигналів тільки від тих процесів, які відбуваються під певними кутами до B0. Це не що інше, як T2 релаксація. T2 релаксація - загасаючий процес, який означає високу фазову когерентність на початку процесу, але швидко зменшується до повного зникнення когерентності в кінці.

Отже, отриманий сигнал на початку сильний, але швидко слабшає за рахунок T2 релаксації.

Сигнал називається спадом магнітної індукції (FID - Free Induction Decay). FID- сигнал, отриманий у відсутності магнітного поля. При дії магнітного поля спад T2 відбувається швидше за рахунок локальної (мікроскопічної) неоднорідності магнітного поля та хімічного зсуву, відомі як T2 * ефекти. Отриманий сигнал набагато коротше T2. Фактичний сигнал слабшає дуже швидко; за ± 40 мілісекунд він зменшується майже до нуля.

Обчислення і виведення на екран

Отриманий сигнал надходить в комп'ютер і, через чверть секунди зображення з'являється на екрані. Малюнок ілюструє весь процес графічно.

Апаратне забезпечення

МРТ сканери дуже різноманітні. Можна вибрати постійний, резистивний, надпровідний магніт, відкритого або наскрізного типу, з гелієм або без нього, з низькою або високою напруженістю поля. Вибір магніту головним чином залежить від того, для чого планується його використовувати і скільки грошей у розпорядженні. Можливе використання високопольних і низькопольних магнітів.

Перші МР-системи були низькопідлоговими - їх магніти мали силу поля 0,02-0,35 Тесла (Тл). Потім, намагаючись отримати більш сильний сигнал, виробники зробили крен у бік високопольних (1,0-1,5 Тл) систем. У першу половину 90-х років ХХ століття якість зображень більш економічних низько- і середньопольні систем вдалося істотно поліпшити і їх частка в числі встановлених приладів стала збільшуватися. Аналіз розвитку МРТ показує, що в західних країнах МРТ досягала третини від числа встановлених систем, а в Росії перевищувала 90%.

Однак, з другої половини 90-х років ХХ століття стало очевидним, що повний спектр можливостей МРТ (МР-ангіографія, дослідження серця, швидка томографія, дослідження швидкості кровотоку, спектроскопія) найбільшою мірою можуть бути реалізовані тільки на високопольних системах. Тому, в західних країнах більшість нових МР-систем знову стали складати томографи з високим полем (більше 90% ринку). У Росії також в останні роки було встановлено значну кількість високопольних МР-систем. Істотно, що зростає популярність систем з полем в 3 Тл (більше 10% від числа нових систем), хоча їх переваги в клінічній практиці перед системами в 1,5 Тл поки не доведені. Гідності 3-тесловий МРТ (більш дорогих, ніж моделі з меншим полем) при дослідженнях органів тіла (серця, печінки, нирок та інших органів) поки не очевидні.

Конструктивно 3-тесловий МР-системи за своїми габаритами зараз порівняти з 1-1,5 Тл апаратами. Але гідності цих приладів не визначаються лінійною функцією сили магнітного поля. На сьогоднішній день стало очевидним, що 3-тесловий МРТ мають певні переваги при дослідженнях головного мозку, виконанні спектроскопії, функціональної МРТ, трактографіі, МР-ангіографії церебральних судин і при деяких інших видах спеціальних досліджень. З цієї причини більшість західних університетських центрів купують дорожчі 3-тесловий МРТ як другі або треті системи, на яких виконуються різні наукові дослідження. Для цілей клінічної діагностики високого рівня «флагманами» як і раніше залишаються 1,5-тесловий томографи.

Типи магнітів

Постійні магніти.

Постійний магніт складається з матеріалу, який намагнічений таким чином, що магнітне поле не слабшає (подібно магніту для нотаток, який ви приклеюєте на холодильник). Напруженість поля зазвичай дуже низька і коливається між 0.064T ~ 0.3T (одиниця напруженості магнітного поля - Тесла. 1 Тесла = 10000 Гаусс). Постійні магніти мають звичайно відкриту конструкцію, більш зручну для пацієнта.

На малюнку представлений томограф Access від Toshiba з полем 0.064 Т.

Access був першим у світі МРТ сканером відкритого типу.

 ПЕРЕВАГИ НЕДОЛІКИ

 Низьке енергоспоживання

 Низькі експлуатаційні витрати

 Маленьке поле невпевненого прийому

 Без Кріогена

 Обмежена напруженість поля (<0.3T)

 Дуже важкий

 Немає швидкого охолодження

 Ні аварійного зниження магнітного поля

Резистивні магніти

Резистивні магніти - дуже великі електромагніти, подібні тим, які використовуються на автомобільних звалищах для перенесення корпусів. Магнітне поле породжується струмом, який тече по обмотках проводів. Резистивні магніти існують у двох варіантах: з повітряним і зі сталевим серцевиною. Напруженість поля може досягати 0.3 Т. Ці магніти виділяють багато тепла, що вимагає водяного охолодження. До того ж вони споживають велику кількість електроенергії, і в цілях її економії їх зазвичай вимикають в перервах між дослідженнями. Їх, як правило, відкрита конструкція знижує проблему клаустрофобії.

Малюнок демонструє систему Airis (з повітряним сердечником) фірми Hitachi з полем 0.3т.

 ПЕРЕВАГИ НЕДОЛІКИ

 Низька вартість

 Легка вага

 Може бути відключений

 Високе енергоспоживання

 Обмежена напруженість поля (<0.2T)

 Потрібно водяне охолодження

 Велике поле невпевненого прийому

Надпровідні магніти.

В даний час найбільш широко використовуються надпровідні магніти. Магнітне поле породжується струмом, який тече по обмотках проводів. Провід оточений холодоагентом, таким як рідкий гелій, для зменшення електричного опору.

При температурі 4 Кельвіна (-269 ° C) електричний дріт "втрачає" електричний опір. Одного разу збуджений в надпровідний кільці струм дозволяє підтримувати магнітне поле. Надпровідність використовується в системах з дуже високою напруженістю поля до 12 Т. Найбільш часто в клінічній практиці застосовуються системи з напруженістю поля до 1.5 Т. Більшість надпровідних магнітів - магніти наскрізного типу.

На малюнку представлена ??структура надпровідного магніту. Вакуумний шар, що оточує кільце, діє як термоизоляционная захист. Цей захист запобігає занадто швидке википання гелію.

Малюнок показує кілька прикладів магнітів наскрізного типу різних виробників.

 ПЕРЕВАГИ НЕДОЛІКИ

 Висока напруженість поля

 Висока однорідність поля

 Низьке енергоспоживання

 Високе відношення сигнал / шум

 Швидке сканування

 Висока вартість

 Високі витрати на кріогенне забезпечення

 Акустичний шум

 Артефакти руху

 Технічна складність

У 1997 році фірма Toshiba представила перший у світі надпровідний магніт відкритого типу. У системі використовується спеціальний металевий сплав, який проводить низьку температуру, необхідну для надпровідності. Перевага цього полягає в тому, що система не потребує заправці гелію, тому різко скорочуються експлуатаційні витрати. Відкрита конструкція зменшує занепокоєння і клаустрофобію пацієнта.

На малюнку представлена ??система OPART фірми Toshiba з полем 0.35 T, яка поєднує відкриту конструкцію з перевагами, властивими надпровідних магнітів.

Іншою перевагою відкритої конструкції магніту є можливість проведення інтервенційних процедур під час сканування.

Малюнок ілюструє надпровідну систему "подвійного кільця" фірми General Electric з полем 0.5 T. Хірург стоїть між двома полюсами магніту. Хоча така конструкція максимально зручна для проведення інтервенційних процедур за рахунок вільного доступу до пацієнта, застосування двох систем з полем 1.5 T значно підвищує вартість установки.

РЧ котушки

РЧ котушки необхідні для передачі і прийому радіочастотних хвиль, використовуваних в МР сканерах. РЧ котушки - один з найбільш важливих компонентів, що впливають на якість зображення. Сучасні МРТ сканери мають ряд РЧ котушок, що дозволяють отримувати зображення всіх частин тіла. Існує два типи РЧ котушок: об'ємні і поверхневі.

Об'ємні РЧ котушки.

Конструкція об'ємної котушки має сідловидну форму, яка гарантує однорідність РЧ поля всередині котушки. Об'єкт дослідження поміщається всередину об'ємної котушки. Вони використовуються для передачі і прийому сигналу, хоча іноді котушки застосовуються тільки для прийому сигналу.

 На малюнках представлені дві об'ємні котушки.

 Котушка для голови

 передавальна / приймаюча Колінна котушка тільки приймаюча сигнал

Поверхневі котушки.

З назви випливає, що поверхневі котушки поміщаються над областю дослідження, такий як скронево-нижньощелепний суглоб, орбіта або плече. Котушка складається з окремого або подвійного кільця мідного дроту. Вони мають високе відношення сигнал - шум (SNR) і забезпечують формування зображення з дуже високою роздільною здатністю. Недоліком таких котушок є швидка втрата однорідності сигналу в міру віддалення від котушки. У разі круглої поверхневої котушки, глибина проникнення дорівнює приблизно половині її діаметра.

На малюнках представлено кілька прикладів поверхневих котушок:

 Поверхневі котушки Плечова котушка

 Котушка для шиї Котушка для хребта

Квадратурні котушки.

Квадратурні котушки або котушки з круговою поляризацією можуть бути сідлоподібної форми або ставитися до поверхневих котушок. Спільною рисою цих котушок є вміст не менше двох проводів, поміщених під певними кутами один до одного. Перевага цієї конструкції полягає в тому, що вони формують сигнал в v2 разів більший порівняно з котушками з одним проводом. В даний час, більшість об'ємних котушок - квадратурні котушки. Представлені на малюнку раніше об'ємні котушки - квадратурні.

Котушки з фазовою гратами.

Котушки з фазовою гратами складаються з численних поверхневих котушок. Поверхневі котушки володіють найвищим відношенням сигнал - шум, але мають обмежену область чутливості. Шляхом об'єднання 4 або 6 поверхневих котушок можна створити котушку з великою областю чутливості.

 Квадратурна котушка

 з гратами для всього тіла

 Квадратурна котушка

 з гратами для хребта

Квадратурна котушка з гратами для всього тіла відноситься до об'ємним котушкам, тоді як котушка з гратами для хребта - до поверхневого типу. Котушки з фазовою гратами формують сигнал майже в v2 разів більший порівняно з квадратурними котушками. Сучасні системи МРТ поставляються з квадратурними котушками і котушками з фазовою гратами.

Інші апаратні засоби

Для функціонування системи МРТ потрібна велика кількість апаратних засобів. Дуже важливу роль відіграє радіочастота ланцюг (РЧ), яка генерує РЧ сигнал, що зондує пацієнта, і приймає РЧ сигнал від пацієнта. Фактично, приймальня котушка є частиною РЧ ланцюга. Частотний діапазон, застосовуваний в МРТ - той же самий, який використовується для передач радіо хвиль. Саме тому МРТ сканери поміщаються в клітку Фарадея, щоб запобігти проникненню радіохвиль в приміщення сканера, що викликають артефакти в МРТ зображеннях. Хтось одного разу сказав: "МРТ - подібно перегляду телевізора з радіо".

Крім того, потрібно процесор для обробки отриманого сигналу та управління складною операцією сканування.

Градієнтні котушки представляють собою набір проводів в магніті, які дозволяють створювати додаткові магнітні поля, в деякому відношенні, що накладаються на головне магнітне поле B0.

Висновок

Основою прогресу сучасної променевої діагностики (у тому числі і МРТ) є розвиток цифрових технологій, що забезпечують можливість математичної обробки зображень (наприклад, створення багатоплощинних і тривимірних реконструкцій), комп'ютерного моделювання хірургічних втручань, отримання функціональної інформації (наприклад, картування кори головного мозку). Основне технологічне вдосконалення сучасної МРТ полягає в постійному збільшенні швидкості томографії, подальшої спеціалізації обстежень та розвитку програм комп'ютерної обробки зображень.

У значній частині випадків МРТ використовується як метод уточнюючої діагностики у пацієнтів, раніше обстежених за допомогою рентгенографії, УЗД, КТ, сцинтиграфії. При цьому МРТ забезпечила перехід в променевій діагностиці від принципу "від простого до складного" до принципу "найбільшої інформативності", замінивши собою цілий ряд раніше використовувалися методик. Незважаючи на високу вартість МР-обстеження, властиві цьому методу оптимальне співвідношення вартість / ефективність і висока клінічна значимість - при правильно обраних показаннях до дослідження - визначають триваюче бурхливий розвиток і поширення МРТ.

Список літератури.1. Еверт Блинк. Основи магнітно-резонансної томографії: Фізика. (Можна скачати за адресою http://www.twirpx.com/file/84209/)

2. Хорнак Дж. П. Основи МРТ (1996-1999) http://www.cis.rit.edu/htbooks/mri/inside-r.htm

3. Історія МРТ. http://www.medsyst.ru/publications/mrt-history.html

Авіація і космонавтика
Автоматизація та управління
Архітектура
Астрологія
Астрономія
Банківська справа
Безпека життєдіяльності
Біографії
Біологія
Біологія і хімія
Біржова справа
Ботаніка та сільське господарство
Валютні відносини
Ветеринарія
Військова кафедра
Географія
Геодезія
Геологія
Діловодство
Гроші та кредит
Природознавство
Журналістика
Зарубіжна література
Зоологія
Видавнича справа та поліграфія
Інвестиції
Інформатика
Історія
Історія техніки
Комунікації і зв'язок
Косметологія
Короткий зміст творів
Криміналістика
Кримінологія
Криптологія
Кулінарія
Культура і мистецтво
Культурологія
Логіка
Логістика
Маркетинг
Математика
Медицина, здоров'я
Медичні науки
Менеджмент
Металургія
Музика
Наука і техніка
Нарисна геометрія
Фільми онлайн
Педагогіка
Підприємництво
Промисловість, виробництво
Психологія
Психологія, педагогіка
Радіоелектроніка
Реклама
Релігія і міфологія
Риторика
Різне
Сексологія
Соціологія
Статистика
Страхування
Будівельні науки
Будівництво
Схемотехніка
Теорія організації
Теплотехніка
Технологія
Товарознавство
Транспорт
Туризм
Управління
Керуючі науки
Фізика
Фізкультура і спорт
Філософія
Фінансові науки
Фінанси
Фотографія
Хімія
Цифрові пристрої
Екологія
Економіка
Економіко-математичне моделювання
Економічна географія
Економічна теорія
Етика

8ref.com

© 8ref.com - українські реферати


енциклопедія  бефстроганов  рагу  оселедець  солянка