Магнитно-резонансная томография

После того, как в начале 70-х гг. П.Лаутербуром (P.Lauterbur) и П.Мэнсфилдом (P.Mansfield) была показана возможность применения ЯМР для получения изображений внутренних тканей человека, принципы ядерно-магнитного резонанса стали использоваться в магнитно-резонансной томографии (МРТ) с диагностической целью .

Возможность использования методов ядерного магнитного резонанса в МРТ обуславливается тем, что человеческое тело на две трети состоит из воды и при помещении человека в скрещенные магнитные поля — сильное постоянное и слабое переменное — наблюдается явление ядерного магнитного резонанса, основной вклад в который вносят ядра атомов водорода, входящие в состав молекул воды. Процентное содержание водорода в организме человека составляет ~ 63 %, кислорода ~ 25 %, углерода ~ 10 %, однако, т.к. наиболее распространенные изотопы кислорода О¹⁶ и углерода С¹² обладют нулевым спином, ядерно-магнитный резонанс для этих атомов не наблюдается.

Под воздействием магнитных полей ядра атомов водорода поглощают электромагнитное излучение и переходят в состояние с большей энергией . После прекращения действия переменного магнитного поля ядра атомов водорода возвращаются в исходное состояние излучая на частоте ЯМР, характерной для протонов. Это излучение регистрируется датчиками ЯМР-томографа, а обработка сигналов с помощью современного программного обеспечения дает возможность восстановить двумерную или трехмерную картину пространственного распределения плотности атомов водорода. При этом скорость затухания и амплитуда испускаемых сигналов напрямую зависят от свойств ткани: плотности, содержания воды, однородности.

Высокое разрешение (1-3 мм) ЯМР-изображений достигается следующим способом. Поскольку частота резонанса, зависит от напряженности постоянного магнитного поля, то, если человека поместить в магнитное поле постоянное по времени, но изменяющееся в пространстве (возрастающее или убывающее в одном из трех направлений), получится, что каждая плоскость, перпендикулярная направлению изменения магнитного поля, характеризуется своим значением напряженности и, следовательно, для каждого значения частоты переменного магнитного поля ЯМР сигнал будет регистрироваться только с узкого слоя. Таким образом можно получить послойные изображения внутренних тканей.

В настоящее время магнитно-резонансная томография наиболее широко используется для исследования кровообращения человеческого мозга, диагностики злокачественных опухолей, воспалительных процессов, рассеянного склероза, болезни Альцгеймера и т.д.