58. Магнито-резонансна томография

Магнитно-резонансната томография, наричана още ядрен магнитен резонанс (ЯМР) е вид томография, основана на физичното явление ядрен магнитен резонанс. При поставяне на ядра на някои атоми, които имат нечетен брой нуклони, като ¹H, ¹³C, ¹⁹F и др. в магнитно поле, се наблюдава разцепване на спинови ядрени нива. Ако едновременно с магнитното поле ядрата се облъчват и с електромагнитно лъчение с енергия на кванта hν, равна на разликата между двете нива, се наблюдава резонансно поглъщане на електромагнитното лъчение.

Най-разпространено в биологичните системи е ядрото на водорода ¹H. Водород се съдържа във водата, но и в липиди, протеини и др. биомолекули. Чрез регистрация на ЯМР сигналите от ядрата на водорода, включени в различни биомолекули на живи същества, може да се получи визуална представа за техните тъкани и органи, за пространственото им разположение и състояние.

Ядрено-магнитният резонанс е относително нова технология, изпробвана върху човешко тяло през 1977 г. Сигналите, получени от едно сечение на изследвания обект, с помощта на компютър се обработват и преобразуват в образи с контраст, съответстващ на концентрацията на ¹H в различните точки от сечението. ЯМР дава възможност за силно контрастни изображения между различните меки тъкани, които съставляват изследваното тяло.

Фиг.58.1. Принципна схема и снимка на ЯМР томограф.

Принципната схема и снимка на ЯМР томограф са представени на фиг.58.1. ЯМР томографа се състои от магнит (постоянен или електромагнит), който създава силно магнитно поле и източник на електромагнитно лъчение в радиодиапазона. Когато магнитното поле е постоянно, се получава само един пик на поглъщане, тъй като условието за резонанс зависи от големината на магнитното поле (Фиг. 58.2).

Фиг. 58.2. ЯМР сигнал при постоянно магнитно поле.

За определяне на източника на сигнала в пространството, освен постоянното магнитно поле, се създава и градиент на полето от въртящи се намотки. По този начин се получава условие за резонансно поглъщане и селективно възбуждане на протоните в дадена област (Фиг. 58.3). Това позволява да се изгражда поредица от изображения както на цялото тяло, така и на отделни негови части. От мощността и скоростта на действието на градиентните ускорители зависи бързодействието и разделителната способност на томографа.

Фиг. 58.3. ЯМР сигнал при променливо магнитно поле.

За да се получи изображение на цялата глава например, се получават сигнали при различни посоки и градиенти на магнитното поле, които след като се регистрират позволяват компютърно възстановяване на изображението (фиг. 58.4).

Фиг. 58.4. Начин на получаване на изображение.

Пространствената разделителна способност в съвременните ЯМР системи конкурира тази при СТ и се определя от големината на зрителното поле, от размера на матрицата, който е обикновено 512 х 512 или 1024 × 512 и от градиента на магнитните полета. Най-голямото предимство на ЯМР е възможността за разграничаване на малки разлики в контраста между тъканите, благодарение на което методът е много ефективен за ранна дианостика на заболявания на меките тъкани. Той е категорично предпочитан за изследвания на меки тъкани, разположени в костни “кутии”, като главния и гръбначния мозък.

Този метод за диагностика може да се прилага за получаване на детайлни образи на нервната система, мозъка, гръбначния стълб, меките тъкани (които са затворени или заобиколени от костите), скелета, мускулите, ставите, сърдечно-съдовата система, органите в малкия таз, гърдите, мастната тъкан и др. ЯМР се използва и за диагностициране на мозъчни тумори, инсулти, сърдечни дефекти. Приложим е често при налични травми и разкъвания – примерно на спортуващи, при проблеми с кости, хрущяли, сухожилия.

ЯМР на главата може да се направи, за да се изследват мозъка, черепно-мозъчните нерви, очите и оптичните нерви, ушите и аудиторните нерви, хипофизната жлеза. Също може да послужи за откриване на кръвоизливи в черепната кухина. Чрез ЯМР на главата могат да се открият мозъчни тумори, мозъчни кръвоизливи, наранявания на нервите, поражения на мозъка след инсулт, както и да се изследва структурата на мозъчните кръвоносни съдове (Фиг. 58.5).

  

Фиг. 58.5. ЯМР изображения на глава и напречен разрез на гръден кош и сърце.

Чрез ЯМР ангиография могат да бъдат открити съдови проблеми, които намаляват кръвния поток през съдовете. Методът позволява едновременно да се видят структурата на кръвоносния съд и кръвния поток. Изследването често се използва, за да се изследва кръвоснабдяването на жизненоважни органи, като мозъка и бъбреците, или на крайниците (Фиг. 58.6). Основава се на разликата между сигнала, който се получава от неподвижни и движещи се обекти (кръв). Позволява да се получат изображения на кръвоносните съдове без използването на контрастни вещества.

Фиг. 58.6. Примери за изображения от ЯМР ангиография

Друго приложение е функционалната ЯМР томография. Това е метод за картиране на кората на главния мозък, позволяващи да се определят областите на мозъка, отговарящи за движение, говор, зрение, памет и др. функции (фиг. 58.7). Това е един от най-активно развиващ се вид невровизуализация.

Фиг. 58.7. Пример за функционалната ЯМР томография. Изображението показва активиране на зрителната кора в резултат на движещ се стимул.

Най-прилаганият начин за контрастиране BOLD (Blood Oxygenation Level Dependent) използва разликата в магнитните свойства на оксихемоглобина, който е диамагнетик и деоксихемоглобина, който е парамагнетик. При стимулиране на определен тип мозъчен нерв настъпва локално увеличаване в кръвния ток, вследствие на което нараства окисляването, и намалява относителната концентрация на деоксихемоглобин.  По този начин функционалният ЯМР се използва за изучаване на двигателните и сензорните центрове в мозъка и множество негови функции.