Диагностика с помощью ядерного магнитного резонанса

| Категория реферата: Рефераты по медицине
| Теги реферата: мировая экономика, оформление доклада титульный лист
| Добавил(а) на сайт: Martjushev.

ЯМР- изображения в своем первичном виде отображаются на экране катодно- лучевой трубки или растрового дисплея, управляемого компьютером.
Изображение на экране катодно- лучевой трубки формируют модуляцией во времени интенсивности электронного пучка. Чтобы повысить число различных градаций, используют метод модуляции времени экспозиции. На вход такого устройства исходные данные поступают в форме слов из 4 бит в эквивалентный интервал времени экспозиции . С этой целью табличные данные вводят в запоминающее устройство только для считывания (ROM). Организация последнего имеет вид 16 слов ( 8 бит, так что любое значение дискретного сигнала в форме слова из 4 бит в случае 16 градаций яркости адресует одно слово из 8 бит в указанной таблице. Затем слова из 8 бит загружают в восьмиразрядный счетчик импульсов, который управляется тактовыми импульсами таким образом, что время необходимое для сброса показателей счетчика импульсов до нуля, пропорционально логарифму значения дискретного сигнала в соответствии с законом Вебера( Фехнера для зрения. В таком устройстве тактовая частота равна 10 МГц , ширина полосы частот дисплея 5 МГц . Формирование ЯМР- изображения на дисплее с растром 128(128 элементов занимает около 1/4 с.
Цифровой- аналоговый конвентор имеет десятиразрядные слова. Чтобы отображать на дисплее данные, интенсивность которых превышает заданное значение, используют параллельно программируемый ROM.

Псевдоцветное ЯМР- изображение найдет широкое применение в клинике, так как оно облегчает установку точного диагноза и уменьшает напряжение, с которым должен работать оператор. Псевдоцветное изображение формируют на цветном телевизионном мониторе. Особый интерес для медицины имеет система одновременного отображения спиновой плотности f (x) и времен спин- решеточной релаксации Т1 (х). Вариации Т1 передаются в цветовой шкале, а спиновая плотность f - в шкале интенсивности. Интерфейс дисплея синхронизирует управляющие сигналы и постоянно в режиме быстрого обновления изображения конвентирует цифровые значения интенсивности ЯМР- изображения в видеосигнал.

5
Фотографические копии ЯМР- изображения можно получить либо непосредственно с экрана цветного монитора, либо при помощи фотосканера, управляемого компьютером. На фотобумаге получают как черно- белые, так и цветные копии
ЯМР- изображений. Устройство содержит традиционный графопостроитель, соединенный через интерфейс с миникомпьютером. Цветная копия ЯМР- изображения создается при помощи трех источников света различного спектрального состава, при этом свет доходит до фотографической бумаги размером 20 ( 20 см через волоконно- оптический кабель. Время получения монохромной копии ЯМР- изображения составляет 3 минуты , а цветного 12 минут . Имеется возможность уменьшить это время в 3 раза .

ПРИМЕНЕНИЕ ЯМР - ИНТРОСКОПИИ В МЕДИЦИНЕ

При сопоставлении различных методов получения ЯМР- изображений обычно указывают три характеристических параметра (
1. Отношение сигнала к шуму .
2. Время получения ЯМР- изображения .
3. Пространственное разрешение .
Отношение сигнала к шуму равно отношению ЭДС , индуцированной в приемной РЧ- катушке , к средней квадратической амплитуде тепловых шумов Un :

S / N = ( / Un , где

Un = (4kTcR(()1/2 ;

Tc (( абсолютная температура катушки ; R ( электрическое сопротивление ;
(( ( ширина полосы частот всей приемной системы . Так как ЯМР- сигналы регистрируют фазово- чувствительным детектором, то в формулу для отношения
S / N входит отношение амплитуд сигналов , а не энергий . ЭДС равна

( ( (В1)ху М (0 Vs ( (0 B0(B1)xyVs ( (02 Vs(B1)xy

при (о ( 5 МГц . В РЧ- катушке соленоидального вида поле В1 для единичного тока равно

В10 = [pic]( [pic] n (( 1 ,

где а - радиус катушки ; 2b - ее высота ; (0 - восприимчивость свободного пространства ; n - число витков в катушке. С учетом скин - эффекта электрическое сопротивление катушки [pic]

R 3/2( ( ( (( a n2) / (2( g) ( n (( 1,

6 где ( - сопротивление катушки ; ( ( 3 - 6 - фактор близости ; ( - толщина скин-слоя. В области частот (0 ( 1МГц отношение сигнала к шуму измеряется как степень 7/4 от лармовой частоты . При высоких частотах , когда основные потери РЧ- мощности происходят в образце , это соотношение переходит в линейное . Для объектов больших размеров , например для тела человека , необходимо учесть скин- эффект и электрическое сопротивление тканей , которое равно ( 1( , а толщина скин- слоя составляет 80 мм при (0 = 40 МГц
. Из-за ослабления РЧ- поля угол нутации ( становится функцией глубины z :

( ( / 2 = B10 tp exp(- z/( ).

Разброс угла нутации по глубине компенсируют , выбирая для каждой глубины z соответствующую амплитуду РЧ- поля.

Моделирующие расчеты эффектов ослабления и сдвига по фазе электромагнитного поля в различных тканях человека показывают , что в ЯМР- интроскопах , предназначенных для получения ЯМР- изображений человека , частота Лармона не должна быть более 10 МГц .

Тело человека , помещенное в РЧ- катушку ЯМР- интроскопа , можно рассматривать как электрическое сопротивление с Z = 1.87 ( , которое включено последовательно с электрическим сопротивлением соленоидальной РЧ- катушки , имеющей R = =1.56 ( . При этом полное эффективное сопротивление равно R’ = R + Z = 3.43 ( . Амплитуда шума Un возрастает в [pic] = [pic] раза . Именно во столько раз (и не больше!) возрастает отношение сигнала к шуму , если охладить РЧ- катушку до сверхпроводящего состояния .
Приведенная выше оценка отношения сигнала к шуму верна для прямого метода сканирования , и во всех интегральных и многопланарных методах получения
ЯМР- изображений отношение сигнала к шуму в эквивалентных условиях значительно выше . Указанный фактор позволяет снизить требуемое время получения ЯМР- изображения вплоть до 1с.

Важное преимущество методов интроскопии при помощи ядерного магнитного резонанса в том , что здесь нет ионизирующего излучения . Этот факт стал решающим стимулом быстрого распространения ЯМР- интроскопов в клиниках . В процессе съема данных о ЯМР- изображении тело человека подвергается действию трех агентов : статического магнитного поля , переключаемых или осцилирующих градиентных магнитных полей , а также импульсных радиочастотных полей . Статическое магнитное поле может вызвать генетические или биохимические эффекты , а также эффекты на клеточном уровне . Вплоть до индукции магнитного поля 2 Тл указанных эффектов не наблюдалось . Статическое магнитное поле может изменять скорость распространения импульсов электрического поля по нервам . Согласно теоретическим оценкам , изменение указанного фактора на 10% должно наступить в полях с индукцией 24 Тл и более . В экспериментах , проведенных в магнитном поле 2 Тл в течение 4ч никаких изменений в скорости проводимости нервов обнаружено не было . Искомое явление маскирует эффект изменения температуры тела . Повышение температуры тела на 0.1( С приводило к вариациям рассматриваемого фактора на 2 - 4 %.
В сильных магнитных полях наблюдают аномалии в электрокардиограмме сердца .
При движении крови в магнитном поле возникает дополнительная ЭДС .
Наблюдаемый эффект , который растет линейно с индукцией магнитного поля вплоть до 2 Тл и исчезает сразу же после выключения статического магнитного поля , используют для изучения потока крови в сердце . При этом не возникают ни аритмия , ни изменения в

7 частоте сокращения сердца , ни изменения в давлении крови и не происходит никаких химических изменений .

Исследование поведения бактерий и генетические исследования лимфоцитов крови человека при помощи методики , очень чувствительной к слабым примесям токсических веществ и к ультрафиолетовому облучению , не позволили обнаружить какие- либо вредные эффекты вплоть до индукции магнитного поля ( 1 Тл.

Переключаемые и осцилирующие градиентные магнитные поля могут создать недопустимо высокие значения внутренней ЭДС . При скорости переключения 3
Тл/с возникают электрические токи с плотностью около 3 мкА/см2 , которые могут вызвать нетепловые биологические эффекты . Количественный анализ показал , что для градиентной катушки диаметром 20 см допустимое значение скорости переключения магнитного поля равно dB/dt = 1 Тл/с . Это значение лежит ниже порога возбуждения нервов (( 3(103 мкА/см2), порога свертывания крови в сердце (102 - 103 мкА/см2), порога наблюдения вспышек света в глазах человека под действием электродов на голове человека (( 17 мкА/см2), а также порога эффекта магнитных фосфенов (( 5 мкА/см2). Специальные эксперименты показали , что патологические изменения в крови отсутствуют при скорости переключения магнитного поля ( 500 Тл/с . Было замечено , что порог указанных эффектов зависит также от формы функции , описывающей вариации магнитного поля во времени . Синусоидальные сигналы не создают практического вреда в интервале частот 30 - 65 Гц и только асимметричные формы сигналов дают заметные изменения этих факторов на пациентах .

Радиочастотное поле ЯМР- интроскопа создает нагрев тканей .
Установленный верхний порог равен 4 Вт/кг при времени воздействия менее 10 мин. и 1.5 Вт/кг при длительном облучении. Основной обогрев происходит на поверхности тела . Тело теряет тепло за счет излучения и прямого охлаждения
. При низкой влажности воздуха и мощности облучения 4 Вт/кг в течение 10 мин. температура тела повышается на 0.7( С .

Тепло , выделяемое в тканях человека во время сеанса облучения РЧ- полем , измеряют по добротности системы с пациентом и без пациента .

Наблюдения за поведением отдельных клеток , поиск генетических повреждений и аберраций в хромосомах показали , что комплекс факторов , характерных для ЯМР- интроскопии , не создает вредных эффектов .