МРТ, магнитно-резонансная томография читать ~6 мин.
Магнитно-резонансная томография – метод медицинской визуализации, который произвёл революцию в области диагностики. Его изобретение, разработка и последующее влияние на здравоохранение являются свидетельством неустанного стремления к научному пониманию и технологическим инновациям. Современные модели томографов в крупных клиниках, таких как ЦМРТ (филиалы есть в нескольких крупных городах России), помогают пациентам точно диагностировать, а во многих случаях и избегать серьёзных нарушений в организме.
История
Истоки методики уходят корнями в начало XX века, когда учёные начали изучать фундаментальные принципы ядерного магнитного резонанса. В 1946 году Феликс Блох и Эдвард Перселл независимо друг от друга открыли явление ядерно-магнитного резонанса (ЯМР). Их новаторская работа принесла им Нобелевскую премию по физике в 1952 году. ЯМР заложил основу того, что впоследствии станет МРТ, поскольку обнаружил возможность взаимодействия тканей и сред с магнитными свойствами атомных ядер.
Однако только в 1970-х годах врач и учёный Раймонд Дамадьян разработал первый действующий аппарат МРТ. Его изобретение было направлено в первую очередь на выявление патологий в тканях человека путём измерения времени релаксации ядер водорода. Прототип аппарата, известный под названием Indomitable («Неукротимый»), стал важной вехой в истории медицинской техники, продемонстрировав его возможности в области медицинской визуализации.
Сравнительный анализ
МРТ, КТ и рентгенография представляют собой три различных метода визуализации, каждый из которых имеет свои достоинства и ограничения. Рассмотрим основные отличия МРТ от других методов.
❶ Контрастность и разрешение мягких тканей
МРТ превосходно визуализирует мягкие ткани, что делает её предпочтительным выбором для визуализации головного и спинного мозга, оценки состояния суставов и выявления рака. КТ и рентгенография лучше визуализируют кости и более плотные ткани, но с трудом дифференцируют мягкие ткани.
❷ Радиационное облучение
В отличие от рентгенографии и КТ, при МРТ не используется ионизирующее излучение. Это является существенным преимуществом, так как устраняет потенциальный риск, связанный с лучевой нагрузкой, особенно у детей и беременных женщин.
❸ Мультипланарная визуализация
МРТ позволяет получать изображения в объёме, что даёт врачам возможность рассматривать анатомические структуры под разными углами, что способствует точной диагностике и планированию хирургических вмешательств. КТ и рентгенография, напротив, более ограничены в этом отношении.
❹ Функциональная визуализация
Уникальность МРТ заключается в возможности проведения функциональной визуализации, например, функциональной МРТ (фМРТ), позволяющей отображать активность мозга, или диффузионно-взвешенной визуализации (ДВВИ), позволяющей оценить микроструктуру тканей. Эти возможности недоступны при рентгенографии и ограничены при КТ.
❺ Безопасность и контрастные вещества
МРТ считается более безопасной процедурой для пациентов с аллергией на контрастные вещества, применяемые при КТ и рентгенографии, поскольку при ней обычно используются контрастные вещества на основе гадолиния, которые имеют меньший риск развития аллергических реакций.
Принцип работы
МРТ основана на принципах ЯМР и использует магнитные свойства атомных ядер, в первую очередь водорода, который в изобилии присутствует в организме человека благодаря наличию в молекулах воды. Процесс начинается с воздействия на пациента мощного магнитного поля. Это поле выравнивает ядра водорода в организме вдоль своего направления. Затем подаются радиочастотные импульсы, которые на короткое время нарушают это выравнивание. После выключения магнитного поля ядра водорода возвращаются в исходное состояние, излучая при этом радиочастотные сигналы. Эти сигналы улавливаются специальными антеннами и преобразуются в детальные изображения.
Ключевое преимущество МРТ заключается в способности обеспечить непревзойдённый контраст мягких тканей. В отличие от рентгеновского излучения, которое поглощается в основном плотными материалами, такими как кости, МРТ позволяет различать различные мягкие ткани, что делает его неоценимым для диагностики заболеваний головного и спинного мозга, внутренних органов, а также опорно-двигательного аппарата. Кроме того, в отличие от рентгена и компьютерной томографии, МРТ не сопровождается ионизирующим излучением, что обеспечивает безопасность пациентов в долгосрочной перспективе.
Как устроен манитно-резонансный томограф?
Магнитно-резонансный томограф работает на принципах ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и позволяет создавать детальные изображения внутренних органов человека. Ниже приводится пошаговое объяснение работы МРТ-аппарата:
❶ Генерация магнитного поля
Процесс начинается с генерации мощного и однородного магнитного поля внутри аппарата МРТ. Это магнитное поле создаётся сверхпроводящим магнитом, который обычно представляет собой большой цилиндрический магнит с отверстием, через которое может проходить пациент. Напряжённость магнитного поля обычно измеряется в единицах Тёсла (Т) и может составлять от 1, 5 Т до 7 Т и даже выше в исследовательских установках. Чем сильнее магнитное поле, тем выше разрешение изображения.
❷ Выравнивание ядер водорода
Человеческое тело состоит из большого количества воды, которая содержит ядра водорода (протоны). Когда пациент помещается в аппарат МРТ, магнитное поле выравнивает ядра водорода внутри тела вдоль своего направления. Это выравнивание имеет решающее значение для последующих этапов.
❸ Возбуждение радиочастотными (РЧ) импульсами
Для получения изображений аппарат МРТ использует радиочастотные импульсы. Эти импульсы излучаются катушкой, которая окружает визуализируемую часть тела. Когда подаётся радиочастотный импульс, он временно нарушает центровку ядер водорода, заставляя их менять свои магнитные моменты.
❹ Релаксация и излучение сигнала
После выключения радиоимпульса ядра водорода начинают релаксировать, возвращаясь к исходному положению относительно магнитного поля. В процессе релаксации они излучают радиочастотные сигналы. Скорость релаксации ядер водорода характеризуется двумя постоянными времени: T1 (продольная релаксация) и T2 (поперечная релаксация). Различное время релаксации тканей в организме способствует контрастности изображения при МРТ.
❺ Обнаружение сигнала
Для регистрации излучаемых радиочастотных сигналов в аппарате МРТ используются специализированные радиочастотные катушки. Эти катушки работают как антенны и улавливают сигналы, генерируемые релаксирующими ядрами водорода.
❻ Обработка сигналов
Обнаруженные сигналы поступают в компьютер, который обрабатывает полученные данные. Для преобразования сигналов в осмысленные изображения применяются сложные алгоритмы и математические преобразования. Эти алгоритмы учитывают вариации времени релаксации и пространственного положения ядер водорода.
❼ Реконструкция изображения
На основе обработанных данных строятся детальные изображения поперечного сечения тела. Эти изображения могут быть представлены в различных плоскостях, таких как аксиальная, сагиттальная и корональная, что позволяет получить полное представление о внутренних структурах. Контрастность и детализация изображений зависят от свойств тканей и времени релаксации.
❽ Дополнительные методы визуализации
Кроме базовой анатомической визуализации, МРТ может использовать различные методики для получения функциональной и физиологической информации. Функциональная МРТ (фМРТ) позволяет картировать активность мозга, диффузионно-взвешенная томография – оценить микроструктуру тканей, магнитно-резонансная ангиография (МРА) – визуализировать кровеносные сосуды и т. д.
❾ Интерпретация изображений
Конечные изображения МРТ интерпретируются радиологами и медицинскими работниками для диагностики и мониторинга широкого спектра заболеваний, включая заболевания головного мозга, травмы опорно-двигательного аппарата, опухоли и др. Исключительная контрастность мягких тканей делает МРТ ценным инструментом в клинической практике.
Способность МРТ получать высококачественные неинвазивные изображения с отличной контрастностью мягких тканей сделала его неоценимым инструментом в современной медицине для диагностики, планирования лечения и медицинских исследований.