Российская медицинская академия последипломного образования Минздрава России Кафедра

Российская медицинская академия последипломного образования Минздрава России Кафедра фундаментальной и клинической неврологии МБФ РНИМУ им. Н. И. Пирогова Физические принципы и основы магнитно-резонансной томографии Аспирант кафедры рентгенологии и радиологии РМАПО Татьяна Александровна Логунова Logunova. tatiana@gmail. com Москва 2016 1

Что почитать? http: //www. ozon. ru/context/detail/id/2 191131/ https: //www. amazon. com/MRI-Ray -Hashman-Hashemi 2 Ph. D/dp/1608311155

Что посмотреть? https: //www. youtube. com/watch? v=MNnso. LSbwc. Y https: //www. youtube. com/watch? v=Hm. OI 8 Ds. Zb 0 o https: //www. youtube. com/watch? v=0 RMiv 71 bjrs !!! http: //www. slideshare. net/drpsdeb/mri-basics !!! 3

Основные методы лучевой диагностики в медицинской визуализации, используемые в клинической практике в настоящий момент - Рентгенологические методы: рентгенография, рентгеноскопия, МСКТ - Радиоизотопные методы: ПЭТ, ОФЭКТ, сцинтиграфия - Магнитно-резонансные методы: томография, спектроскопия - Ультразвуковые методы: УЗИ, УЗДГ, УЗ-эластография Специальности клинической ординатуры, позволяющие заниматься отдельными видами диагностики: - Рентгенология - Радиология (первичная переподготовка) - Ультразвуковая диагностика Специальность аспирантуры: клиническая медицина, 14. 01. 13 – Лучевая диагностика, лучевая терапия 4

История развития магнитного резонанса - 1895 – открытие рентгеновского излучения, В. К. Рентген, Нобелевская премия в 1901 - 1896 – открытие явления естественной радиоактивности, А. Беккерель - 1924 – гипотеза В. Э. Паули о существовании спина атомного ядра - 1938 – открытие ядерного магнитного резонанса в пучке атомов, И. А. Раби, Нобелевская премия в 1944 - 1944 – открытие электронного-парамагнитного резонанса, Казань, Е. К. Завойский - 1946 – открытие ядерного магнитного резонанса в веществе и жидкостях, Ф. Блох, Э. М. Парселл, Нобелевская премия в 1952 - 1959 -1960 – работы по визуализации внутренней структуры объектов на 1959 -1960 основе прецессии ядер атомов – ЯМР-томография, В. А. Иванов [1] - 1973 – основание магнитно-резонансной томографии, статья в “Nature” П. Лотербур, П. Мэнсфиод, Нобелевская премия в 2003 1. В. А. Иванов: Как это было: история изобретения магниторезонансных изображений. //Научно-технический 5 вестник информационных технологий, механики и оптики 2001(3): 161 -163

Томография – направление в области обработки информации, предметом которого является визуализация внутренней структуры объекта на макроскопическом уровне в результате проведения специального эксперимента, содержащая информацию о структуре в неявном виде. эксперимента виде Томограмма – послойное изображение, при котором единице объема реального объекта (воксель) соответствует единица изображения в двумерном пространстве (пиксель). 6

Принцип работы МР-томографа 7

Типы и устройство МР-томографов Закрытая система Открытая система на постоянном магните Siemens Magnetom Skyra 3 T сверхпроводящий соленоид Hitachi Aperto 0. 4 T Открытая система на электромагните Hitachi Oasis 1. 2 T HFO постоянный магнит http: //mriquestions. com/types-of-magnets. html электромагнит 8

Состав МР-системы Комната магнита Техническая комната Операторская МАГНИТ 1) 2) 3) Power injector; Table; Cart with coils http: //mriquestions. com/mr-systemlayout. html 1) 2) 3) 4) Gradient /RF cabinet; Power supply; Chiller; helium pump. Чиллер – компоненты снаружи 9

Что находится внутри магнита? Градиентная система 10

Градиентное магнитное поле Магнитная индукция В = F / (I * l) Тесла = Н / (А м) 1 Тл = 10000 Гаусс 11

Катушки 12

Что мы видим при МРТ? Ядро 1 Н 13

Что мы видим при МРТ? Магнитные свойства протонов водорода используются для получения изображений 14

Магнитные свойства протонов Основная характеристика ядра при ЯМР – СПИН – угловой момент частицы, квантовая характеристика, не связанная с перемещением в пространстве. Магнитный момент частицы определяет энергию взаимодействия с магнитным полем и определяется СПИНОМ и орбитальным моментом. Ф. Блох: любая вращающаяся заряженная частица создает вокруг себя электромагнитное поле, превращаясь в магнит – локальное магнитное поле. 15

Магнитные свойства протонов Ра сп ре де л ен и е. Б ол ьц ма н а 16

Взаимодействие спинов с внешним магнитным полем Внешнее магнитное поле отсутствует Протоны помещены во внешнее магнитное поле В 0 17

Взаимодействие спинов с внешним магнитным полем. Распределение Больцмана Δ ΔE = h ω ΔE = 2μ B 0 18

Взаимодействие спинов с внешним магнитным полем Вектор макроскопической намагниченности Разница в заселенности энергетических уровней - количество спинов на 2 млн 50 Величина вектора зависит от разницы заселенности энергетических уровней. 40 30 20 Уровень сигнала зависит от величины вектора макроскопической намагниченности. 10 0 0 1 2 3 4 5 6 Индукция внешнего магнитного поля В 0 7 19

Взаимодействие спинов с внешним магнитным полем. Прецессия Основные характеристики прецессии: - Частота - Фаза Частота Лармора ω = γ В 0 Всегда известные величины Для водорода γ = 42, 58 Мгц в поле 1, 0 Тл ω = 42, 5 МГц в поле 1, 5 Тл ω = 63, 4 МГц Частота прецессии всех спинов во внешнем поле одинакова, разная фаза 20

Подача радиочастотного импульса Спины прецессируют с разной фазой. Суммарный вектор продольной намагниченности выделен красным – макроскопическая намагниченность = 21

Подача радиочастотного импульса. Резонанс Резона нс — явление, при котором амплитуда вынужденных колебаний имеет максимум при некотором значении частоты вынуждающей силы. Часто это значение близко к частоте собственных колебаний, фактически может совпадать, но это не всегда так и не является причиной резонанса. - Фазировка спинов. - Вектор суммарной намагниченности отклоняется. - Появление вектора поперечной намагниченности ХУ. Для эффективного поглощения спинами энергии частота РЧИ должна быть равна частоте прецессии спинов – частоте Лармора (подборка частоты импульса – adjusting frequency) 22

Подача радиочастотного импульса. Резонанс Протоны поглощают энергию, и параллельного состояния перепрыгивают в антипараллельное 900 = 1800 - Вектор продольной намагниченности равен 0 - Вектор поперечной намагниченности максимален 23

Отключение радиочастотного импульса. Релаксация - Расфазировка спинов - Протоны «антипараллельные» теряют энергию и возвращаются обратно - Вектор продольной намагниченности увеличивается - Вектор поперечной намагниченности уменьшается 24

Релаксация Т 1 Продольная намагниченность Т 2 Поперечная намагниченность

Релаксация Т 1 - релаксация Спин-решетчатая Т 2 -релаксация Спин-спиновая Температура Индукция внешнего магнитного поля Подвижность системы Наличие пара-/супер-/ферромагнетиков Энергия Не энергозависима Время релаксации Неоднородность локального магнитного поля Т 1 Т 2 Ларморова частота подвижность (внутренняя частота) 26

Времена релаксации различных тканей 27

Времена релаксации различных тканей Т 1 Т 2 28

Спад свободной индукции Free induction decay Интенсивность сигнала Т 2* Затухающие колебания с постоянной частотой. Т 2*-эффект вызван неоднородностью магнитного поля 29

Регистрация МР-сигнала 30

Кодировка сигнала 1 -ое направление Срез выбирающий градиент 31

Кодировка сигнала 2 -ое направление Частотное кодирование 32

Кодировка сигнала 3 -е направление Фазовое кодирование

Фурье преобразование Преобразование функции от времени в функцию от частоты получение и частотной, и амплитудной характеристик сигнала (гармонического колебания) Повторение фазового градиента столько раз, сколько необходимо ля получения разрешения (128 х128 или 1256 х256) 34

k-Пространство Заполняется «сырыми» данными для последующего Фурье-преобразования Фильтр низких частот Фурье-преобразование Фильтр высоких частот Резкость снижена Контраст сохранен Резкость сохранена Контраст снижен 35

k-Пространство Заполняется «сырыми» данными для последующего Фурье-преобразования Фурье-преобразование Фильтр в считывающем Фильтр в фазовом направлении Gx направлении Gy Резкость снижена Контраст сохранен Резкость сохранена Контраст снижен 36

Как добраться до городского центра радиологии? Филиал Научно-практического центра медицинской радиологии Москвы Ул. Марины Расковой, д. 16/26, с. 1 От м. Динамо, Южный выход в сторону Боткинской б-цы и театра Ромэн, прямо по аллее до большой развязки с тоннелем и мостом, перейти 2 подземных перехода, выйти на ул. Новая Башиловка, идти прямо до шлагбаума и Альфа-Банка, повернуть направо – выйти на ул. М. Расковой (ориентир – здание Отеля Советский), повернуть налево по ул. Расковой, до магазина Пятерочка. Повернуть направо, затем первый поворот налево (напротив Почты), пройти мимо шлагбаума во двор. Через 100 м по правую руку проходная 37 и двухэтажное розовое здание позади кирпичного помещения СМ-Клиники.

Как добраться до городского центра радиологии? Филиал Научно-практического центра медицинской радиологии Москвы Ул. Марины Расковой, д. 16/26, с. 1 От м. Белорусская, радиальная. Выход один. Выйти из метро, повернуть направо, пройти 20 метров до входа в переход (вывести «переход на ленинградский проспект» , «выход к аэроэкспрессу» ). Выйти из перехода, пройти прямо вдоль дороги. Дойти до остановки наземного транспорта. Сесть на него. Проехать до остановки «Гостиница Советская. Театр Ромэн» . Пройти назад 50 м, выйти на улицу М. Расковой (ориентир - гостиница и ресторан «Яръ» ). Налево по улице до магазина Пятерочка. Повернуть направо в переулок Расковой. Первый поворот налево, напротив Почты. Пройти мимо шлагбаума во двор. Через 100 м по правую руку проходная и двухэтажное розовое здание позади кирпичного помещения СМ 38 Клиники.

Спасибо за внимание! 39