Магнитно-резонансная томография (МРТ) — это современный и высокоточный метод медицинской визуализации, который широко применяется в клинической практике, хотя и остаётся относительно дорогостоящим. В отличие от рентгенографии и компьютерной томографии (КТ), основанных на ионизирующем излучении, МРТ позволяет получать детальные изображения мягких тканей, органов и структур головного и спинного мозга без лучевой нагрузки на пациента. Но как же устроен этот сложный диагностический инструмент?
Аппарат МРТ — сложный комплекс, создающий мощное магнитное поле.
Физическая основа: ядерный магнитный резонанс
В основе метода лежит явление ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Это физический процесс, при котором атомные ядра в сильном внешнем магнитном поле поглощают и затем повторно излучают электромагнитную энергию на определённой (резонансной) частоте. В организме человека главными «участниками» этого процесса являются ядра атомов водорода, поскольку они входят в состав молекул воды, которой в теле больше всего. Ядро водорода — это протон, обладающий собственным магнитным моментом, или спином. Упрощённо спин можно представить как вращение заряженной частицы вокруг своей оси, что создаёт вокруг неё крошечное магнитное поле. Таким образом, каждый атом водорода в нашем теле — это микроскопический магнит. Когда человека помещают в мощное магнитное поле томографа, спины этих протонов выстраиваются либо параллельно, либо антипараллельно направлению внешнего поля, причём во втором состоянии они обладают более высокой энергией.
Схематическое устройство томографа МРТ.
От возбуждения атомов к получению изображения
Чтобы получить диагностическую информацию, аппарат посылает в тело пациента дополнительный электромагнитный импульс в радиочастотном диапазоне. Согласно законам физики, протон может поглотить энергию такого импульса (фотон) и перейти в возбуждённое состояние с более высокой энергией, что часто сопровождается изменением ориентации его спина. Ключевой момент: частота импульса должна строго соответствовать напряжённости внешнего магнитного поля — это и есть условие резонанса. После прекращения радиочастотного импульса протоны возвращаются в исходное, равновесное состояние. Этот процесс называется релаксацией и сопровождается выделением поглощённой ранее энергии в виде электромагнитного сигнала. Именно этот сигнал улавливается чувствительными датчиками томографа.
Детальное изображение головного мозга, полученное с помощью МРТ.
Секрет высокой детализации и контраста
Почему же на выходе получается не просто шум, а чёткое анатомическое изображение? Всё дело в том, что атомы водорода в разных типах тканей (мышцы, жир, спинномозговая жидкость) находятся в разном молекулярном окружении и имеют различную прочность связей. Например, в молекулах жира протоны связаны крепче, чем в свободной воде. Скорость релаксации (возвращения в исходное состояние) напрямую зависит от этого окружения: протоны в «жёсткой» среде выделяют энергию быстрее, чем в «свободной». Поскольку каждый тип ткани имеет свою характерную скорость релаксации, компьютер томографа, анализируя принятые сигналы, может построить высококонтрастное изображение, чётко различающее эти ткани. Для получения изображений «срезов» тела на разной глубине используется сложная система градиентных катушек, которая позволяет изменять напряжённость магнитного поля в пространстве.
Итог: МРТ — это метод, основанный на регистрации сигналов от ядер атомов водорода, возбуждённых комбинацией мощного постоянного магнитного поля и радиочастотных импульсов. Разное время релаксации протонов в различных биологических средах позволяет создавать детальные и контрастные изображения внутренних структур. Несмотря на сложность физических принципов и высокую стоимость оборудования, МРТ является незаменимым и, что очень важно, безопасным (не использующим ионизирующее излучение) методом диагностики, превосходящим по информативности многие другие виды исследований.
Автор — Стобов
Ещё нас можно читать в ВК, телеге и Дзене
Подписывайтесь, чтобы не пропустить новые посты!
Больше интересных статей здесь: Производство.
Источник статьи: Как работает МРТ?.