Для того чтобы еще лучше понять, как проводится диагностика, давайте остановим наше внимание на устройстве магнитно-резонансного томографа.

Необходимое для магнитного резонанса оборудование включает в себя следующие элементы:

• магнит;
• градиентные катушки;
• приемник радиоимпульсов;
• передатчик (генератор) радиоимпульсов;
• фарадеевский экран;
• источник питания, охлаждающая система;
• система обработки данных.

На рисунке представлено изображение аппарата с указанием на основные его составляющие.

Рассмотрим детальнее каждый элемент МР-томографа.

Магнит

Для выполнения магнитного резонанса необходимо однородное, постоянное и стабильное магнитное поле. Величина напряженности поля измеряется в Теслах и является основной характеристикой мощности прибора, т.е. от нее зависит качество и скорость получения изображения. В соответствии с этим МРТ аппараты делятся на основные группы:

• ультранизкие (напряженностью ниже 0,1 Тл)
• низкопольные (0,1-0,5 Тл);
• среднепольные ( от 0,5 до 1 Тл);
• высокопольные  (от 1 до 2 Тл);
• сверхвысокопольные (напряженностью свыше 2 Тл).

Сам магнит в аппарате может быть постоянным, сверхпроводящим электрическим или резистивным электрическим.

Постоянные магниты выполнены из сплавов с ферромагнитными свойствами. Такие магниты обладают важным преимуществом – не требуют энергии для поддержания магнитного поля, и, следовательно, не требуют охлаждения. Эксплуатационные и капитальные затраты на такие магниты невелики. Кроме этого, достоинством является то, что по сравнению с двумя другими системами, они имеют небольшое поле рассеяния. Что касается недостатков, к ним можно отнести большой вес системы на основе постоянного магнита, небольшую напряженность создаваемого магнитного поля – 0,2-0,3 Тл, чувствительность к изменениям температуры и более низкую, однако не конкурентноспособную стоимость в сравнении с другими системами.

Интерес к постоянным магнитам в настоящее время связан с тем, что они легко конфигурируются в аппаратах открытого типа, что является важным для прохождения обследования пациентами, страдающими клаустрофобией или имеющим большие размеры тела.

Сверхпроводящий магнит представляет собой катушку из ниобий-титанового сплава, который теряет сопротивление к электрическому току при охлаждении жидким гелием до температуры -269°С. Таким образом, через такой магнит можно пропускать большие токи, которые создают высокостабильные магнитные поля высокой напряженности. В состав конструкции магнита входит двойная охлаждающая система с жидким азотом в первом термосе и жидким гелием во втором (т.н. дьюар, или криостат).

Сверхпроводящие магниты не потребляют электроэнергию, однако расходуют охлаждающую жидкость. Основными преимуществами такой системы являются высокое отношение сигнал/шум, высокие однородность и напряженность поля. Недостатками являются большие эксплуатационные расходы, необходимость экранирования в связи с создаваемыми большими полями рассеяния, высокая стоимость и необходимость охлаждения жидким гелием. Кроме того, бывают редкие случаи, когда при исчезновении магнитного поля такого магнита его катушка внезапно теряет свойства сверхпроводимости, что приводит к моментальному повышению температуры, вскипанию охлаждающей жидкости и выбрасыванию гелия из криостата. Такой процесс носит название квенча, против которого существуют меры предосторожности: система специальных предохранительных клапанов, с помощью которой можно вывести инертные газы из МРТ-помещения.

Резистивные, или электромагниты, создаются на основе одной или нескольких катушек, через которые проходит большой ток. При условии точного соблюдения определенной геометрии катушек создается гомогенное поле. Электромагниты потребляют большую мощность, поэтому для них необходима мощная система охлаждения. Диапазон создаваемой напряженности колеблется в пределах 0,3-0,7 Тл, а вес магнита равен около 5 тонн. Создаваемое поле рассеяния требует экранирования с помощью железного экрана, однако это еще больше повышает вес магнита. Преимуществами резистивных систем являются отсутствие криогенных жидкостей, выполнение сложных методов получения изображения, возможность выключения поля, к примеру, когда существует опасность или система не работает.

Также редко используются гибридные магниты – промежуточные между резистивными и постоянными, которые обладают большей напряженностью, чем последние, но уступающие по качествам сверхпроводящим.

Следует отметить, что ни один из перечисленных магнитов не создает абсолютно однородного магнитного поля. Поэтому для улучшения характеристик последнего используются шиммирующие катушки, при пропускании тока через которые происходит  коррекция поля, что компенсирует изначальную его неоднородность. Катушки для шиммирования могут размещаться в жидком гелии, так и быть без охлаждения.

Подобный эффект можно создать при размещении небольших кусков ферромагнетика внутри или снаружи апертуры поля. Каждый из кусочков будет влиять на магнитное поле, и при сохранении его симметрии, можно добиться высокой однородности. Такой способ называется пассивным шиммированием.

Градиентные катушки

Из-за своей конфигурации катушки создают однородное линейное и управляемое изменение поля в конкретном направлении. Главное значение катушек заключается в создании изображения за счет добавления к общему однородному магнитному полю градиентного магнитного возмущения, что обеспечивает локализацию ЯМР-сигнала и точное соотношение полученных данных и исследуемой области. Градиент обеспечивает выборочное возбуждение протонов в нужной области. От мощности и скорости действия катушек зависит быстродействие, отношение сигнал/шум, разрешающая способность томографа.

Градиентные катушки обладают различными конфигурациями и бывают следующих типов:

• катушка Голея (создает градиенты магнитного поля перпендикулярно главному полю);
• катушка в форме восьмерки;
• катушка Гельмгольца (две катушки с током, которые создают однородное магнитное поле в центре между ними);
• сдвоенная седлообразная катушка;
• катушка Максвелла (градиенты поля по направлению главного магнитного поля).

Передатчик

Для возбуждения ядер используют радиочастотный импульс с частотой, близкой к ларморовой. РЧ-колебания и импульсы формируются передатчиком, а необходимая частота колебаний создается синтезатором частоты, сигнал с которого в последствии модулируется для создания требуемой для РЧ-возбуждения формы импульса, которая в свою очередь влияет на контраст получаемого изображения. Импульсы бывают прямоугольными и сложной формы. Первые имеют широкий спектр и являются полезными в аналитических применениях. Однако для создания тонкого среза используется специальная форма импульса, с помощью которой создается почти прямоугольный профиль слоя. Более подробно про физику МРТ можно прочитать здесь.

На этом этапе также выбирается фаза импульса для поворота вектора намагниченности на 0º, 90º, 180º, 270º.

Приемник

В качестве этого элемента используется высокочувствительный малошумящий усилитель сигнала, который работает в области сверхвысоких и высоких частот. Снимаемый ЯМР-сигнал с амплитудой несколько микровольт в приемнике усиливается от 500 до 1000 раз, после чего преобразуется из высокой частоты (МГц) в низкую (кГц).

РЧ-катушки

Необходимы для создания переменного магнитного поля, которое поворачивает суммарную намагниченность в импульсной последовательности. В большинстве магнитов основное поле направлено вдоль отверстия магнита, поэтому катушка создает переменное магнитное поле, которое перпендикулярно отверстию. Наиболее часто встречаются катушки «птичья клетка», седловидной, соленоидальной (создает поле вдоль своей оси), поверхностной (имеют хорошее соотношение сигнал/шум для близлежащих к ней тканей) геометрии.

Система сбора данных

Полученный сигнал должен быть преобразован в цифровой код, который является удобным для обработки на компьютере. Такая оцифровка выполняется с помощью аналого-цифрового преобразователя, и на выходе получают цифровую версию FID, которая после оцифровки запоминается на устройстве памяти компьютера.

В заключение необходимо отметить, что комната сканирования окружена экраном, который не пропускает РЧ-излучение с большой энергией за пределы клиники. А также выполняет роль защиты томографа от сигналов теле- и радиостанций. Кроме того, современные томографы обладают магнитным щитом, который предупреждает распространение магнитного поля далеко по территории клиники.

На нашем сайте Вы также можете подробнее узнать про историю развития МРТ, историю развития компьютерной томографии.