содержание .. 18 19 20 21 ..

Современные виды томографии - часть 20

поле, испытываемое другими ядрами и т.о. изменять их резонансные часто-
ты. Сила взаимодействия выражается в единицах скалярной константы
сдваивания

J , измеряемой в герцах. Константы сдваивания спинов не зави-

сят от силы приложенного поля и способности последнего создавать ло-
кальные поля

Это прямое спин-спиновое взаимодействие используется в ЯМР спек-

трах твердых тел для измерения межатомных расстояний. Когда рассматри-
ваются жидкости или газообразные образцы, прямой механизм спинового
сцепления не применяется, потому что случайные молекулярные движения
внутри образца непрерывно изменяют ориентацию молекул в приложенном
поле и среднее сцепление стремится к нулю.

2.11. Безопасность при проведении МРТ

Процесс получение ЯМР сигнала состоит из нескольких шагов, первый

из которых - обеспечение безопасности людей. Хотя в МРТ не используется
ионизирующее  излучение,  существуют  важные  положения  о  безопасности,
которые  необходимо  знать.  К  ним  относятся  использования  сильных  маг-
нитных  полей,  РЧ  излучения,  переменных  магнитных  полей,  криогенных
жидкостей и градиентов магнитного поля [22].

В принципе не каждый человек может подвергаться МРТ исследованию.

Поскольку магнитное поле может отрицательно повлиять на здоровье чело-
века, необходимо соблюдать ряд требований [23]. Нельзя допускать нахож-
дение людей с кардиостимуляторами, ферромагнитными или электронными
имплантами  в  магнитном  поле,  превышающем 5 Гс.  Этот  предел  в 10 раз
выше,  чем  среднее  магнитное  поле  Земли,  но  ниже  чем  магнитное  поле  в
электроустройствах  (например,  на  поверхности  приемника  телефона  поле
составляет 35 Гс, в аудио наушниках 100 Гс, в метро – 7 Гс). Магнитное по-
ле,  действующее  на  человека  с  кардиостимулятором,  может  индуцировать
токи  в  цепях  кардиостимулятора,  которые,  в  свою  очередь,  могут  вызвать
его отказ и смерть пациента. Металлические имплантаты могут сместиться
под действием поля и привести к тяжелой травме пациента [24].

В комнату с магнитом не должны попадать никакие ферромагнитные

объекты (кислородные баллоны, аппараты искусственной вентиляции и т.д.)
[15]. Магнитные поля сильных магнитов могут буквально поднимать и при-
тягивать большие ферромагнитные предметы в отверстие магнита. Присут-
ствие ферромагнитных предметов вблизи магнита недопустимо по двум
причинам. Во-первых, они могут ранить или убить человека, находящегося
внутри отверстия магнита. Во-вторых, они могут серьезно повредить магнит
и концентрические криогенные сосуды Дьюара внутри него, а также ото-
бражающие РЧ катушки.

Нельзя допускать попадания магнитных носителей в магнитные поля,

т.к поля, превышающие 50 Гс, затирают хранящуюся на них информацию.

Положения о безопасности United States Food and Drug Administration

(USFDA) утверждают, что поля, сила которых не превышает 2 Тл, могут ис-
пользоваться в обычном порядке при клинических исследованиях [19]. Для
научных исследований ограничения силы магнитных полей установлены на
уровне 4 Тл для головы и тела, и 5 Тл для конечностей.

На не ферромагнитные объекты (алюминий, бериллий, медь, свинец,

магний, никель, золото, серебро, титан) магнитные силы действовать не бу-
дут, но эти объекты могут вызвать искажения изображений и незначительно
нагреться во время исследования. Кроме того, в зоне расположения метал-
лических имплантатов будут возникать наведенные электрические токи.

Невозможно проведение МРТ при клаустрофобии или других подобных

заболеваний,  которыми  страдает 20% людей.  Сильный  акустический  шум,
создаваемый взаимодействиями магнитного поля, создаваемого импульсами
тока в градиентной катушке, с главным магнитным полем, и подчас превы-
шающий 99 дБ также может сделать невозможным проведение ЯМР иссле-
дования.  Поскольку  уровень  шума  МР-системы  растет  с  увеличение  силы
поля, при использовании эхо-планарного отображения и быстрых трехмер-
ных  алгоритмов,  в  высокопольных  МРТ  используются  системы  компенса-
ции акустического шума, снижающие его до допустимых значений.

Влияние используемых полей на пациента описывается поглощенной

дозой, скорость изменения поля, коэффициентом поглощенного излучения.

Поглощенная доза (absorbed dose) показывает РЧ мощность, поглощен-

ную единицей массы объекта, и измеряется в ваттах на килограмм (Вт/кг).
Поскольку РЧ импульсы, используемые в МРТ, поглощаются тканями, при
определенных условиях может привести к их нагреву, степень которого за-
висит от силы поля, РЧ мощности, типа передающей катушки, используе-
мой импульсной последовательности.

Скорость изменения магнитного поля dB/dt (Тл/с) вычисляется как от-

ношение  количественного  изменения  амплитуды  магнитного  поля (dB) ко
времени,  необходимому  для  этого  изменения (dt). Быстроменяющиеся  гра-
диентные  поля  могут  вызвать  дискомфорт  и  стимуляцию  периферических
нервов (60 Тл/с), ощущение покалывания [13]. Обычно в современных МР-
томографах  скорость  изменения  магнитного  поля  при  клинических  иссле-
дованиях не превышает 45 Тл/с.

Коэффициент поглощенного излучения (Specific Absorbtion Rate, SAR) -

РЧ мощность, поглощенная единицей массы объекта (Вт/кг); описывает по-
тенциальный нагрев тканей пациента под действием РЧ энергии, необходи-
мой для получения МР-сигнала. SAR растет с силой поля, РЧ мощностью и
цикличностью, типом передающей катушки и размером тела. В сильных по-
лях, некоторые ИП могут давать более высокий SAR, чем рекомендовано.
Но обычно угрожающее повышение температуры не достигается: даже в
сильных полях и местный нагрев тканей не превышает (1–2,1)°C.

2.12. Перспективы развития МРТ

Перспективы развития МР-томографии связаны с совершенствованием

как аппаратуры, так и алгоритмов обработки и анализа данных. Создание
сильных магнитных полей позволяет повысить чувствительность метода, а
использование мощных градиентов позволяет сократить время TE и снизить
потери сигнала вызванные расфазированием спинов.

В области материаловедения МРС твердых тел можно использовать для

исследования новых материалов большой технологической важности - сте-
кол, керамики, полимеров, синтетических мембран, сверхпроводников, а
также для исследования реакций в каталитических поверхностях.

В пищевой химии МРТ может использоваться для проверки старения

вина и его подлинности, для идентификации масел. Она может внести вклад
в неразрушающее исследование механизмов, ответственных за разложение
пищи. ЯМР методы высокого разрешения применяются в анализе сложных
смесей различных экстрактов натуральных продуктов.

Рис. 51. Томограммы продуктов: помидор (а), лимон (б), яйцо (в)

В области клинических исследований развитие МРТ связано с создани-

ем алгоритмов быстрого сбора данных, совершенствованием методов обра-
ботки данных. МРС может применяется в локализации и характеристике
метаболитов в биологических жидкостях, в диагностике заболеваний и как
неразрушающая процедура для идентификации тканей [16].

Для химиков, физиков и биологов МР-микроскопия возможно самый

мощный инструмент изучения веществ на молекулярном уровне, т.к. реги-
стрируемые сигналы изменяются согласно ядерной плотности и свойствам
ядерного окружения. Поэтому можно локализовать в 3D объеме магнитные
ядра, позволяющие получать изображения и наблюдать объекты с разреше-
нием, достигающим 10

-6

м. ЯМР микроскопия применяется для обнаруже-

ния микродефектов в пластмассовых трубах, алмазной локализации (чтобы
избежать нарушений при процедурах, следующих за раскопками), даёт ин-
формацию о созревании плодов, лучших условиях обработки и температу-
рах приготовления продуктов.

Удалено: <sp><sp><sp>

ГЛАВА 3. ПОЗИТРОННО-ЭМИССИОННАЯ ТОМОГРАФИЯ

В медицинской диагностике проходит много времени, прежде чем новая

технология визуализации становится пригодной для клинической практики.
Для правильной интерпретации изображения необходимо немало дополни-
тельных исследований. На этом этапе сейчас находится позитронно-
эмиссионная томография (ПЭТ).

В клинической практике ПЭТ используется с начала 1990-ых и в отли-

чие  от  классических  методов  (таких  как  компьютерная  и  магнитно-
резонансная томография), позволяющих получать только изображения ана-
томических структур и изменений в них, ПЭТ позволяет проводить количе-
ственный  анализ  биохимических  или  физиологических  функций  [17].  Эта
информация часто позволяет выявить функциональные изменения, вызван-
ные  заболеванием,  задолго  до  появления  каких-либо  морфологических  из-
менений. В частности ПЭТ - единственный аппарат, позволяющий диагно-
стировать опухоль на "нулевой" стадии.

3.1. Историческая справка

Методика ПЭТ отображения является комбинацией двух изобретений,

представленных к Нобелевской премии - радиоактивного индикатора и
принципов томографии.

В период с середины 40-х до начала 1950-х интерес к радиактивным ин-

дикаторам был небольшим. Возможно, причиной стало открытие в 1940
Каменом и Рубеном

С, более универсального и эффективного атома, чем

С.

История ПЭТ началась в 1950-ых, когда появилась возможность ото-

бражения позитрона, испускающего нуклиды: фотоны с высокой энергией,
произведенные при уничтожении позитрона, можно использовать для опи-
сания физиологического 3D распределения химического состава. В середи-
не 1950-ых, Терпогосян выдвинул идею, что, несмотря на короткое время
полураспада этих радионуклидов, они пригодны для изучения регионально-
го метаболизма.

Первый прототип ПЭТ сканера появился в 1952 году Массачусетском

госпитале  после 6 месяцев  разработки  конструкции.  Он  имел  всего  лишь
два  детектора  на  основе  йодистого  натрия  расположенных  друг  напротив
друга  и  позволял  получать  изображения,  основанные  как  на  обнаружении
совпадения событий, так и на дисбалансе. Дисбаланс одноканальных детек-
торов использовался для создания изображения на основе регистрации лю-
бого дисбаланса между каналами детекторов. Разрешение было низким, но
чувствительность  устройства  все  же  позволяла  обнаружить  опухоль  и  ее
пространственное положение относительно срединной линии мозга [2].

С середины 1950-ых до начала 1970-ых радионуклиды использовались

содержание .. 18 19 20 21 ..