Учебно-методическое пособие

РЧ-катушки

Необходимы для создания переменного магнитного поля, которое поворачивает суммарную намагниченность в импульсной последовательности. В большинстве магнитов основное поле направлено вдоль отверстия магнита, поэтому катушка создает переменное магнитное поле, которое перпендикулярно отверстию.


Объемные РЧ катушки
Конструкция объемной катушки имеет седловидную форму, которая гарантирует однородность РЧ поля внутри катушки. Объект исследования помещается внутрь объемной катушки.

Поверхностные РЧ катушки
Поверхностные катушки помещаются над областью исследования, такой как височно-нижнечелюстной сустав, орбита или плечо. Катушка состоит из отдельного или двойного кольца медного провода. Они имеют высокое отношение сигнал - шум (SNR) и обеспечивают формирование изображения с очень высоким разрешением. Недостатком таких катушек является быстрая потеря однородности сигнала по мере удаления от катушки. В случае круглой поверхностной катушки, глубина проникновения равняется приблизительно половине ее диаметра.


Квадратурные катушки
Квадратурные катушки или катушки с круговой поляризацией могут быть седловиднойформы или относиться к поверхностным катушкам. Общей чертой этих катушек является
содержание не менее двух проводов, помещенных под определенными углами друг кдругу. Преимущество этой конструкции состоит в том, что они формируют сигнал в √2 раз больший по сравнению с катушками с одним проводом.

Катушки с фазовой решеткой
Катушки с фазовой решеткой состоят из многочисленных поверхностных катушек.
Поверхностные катушки обладают самым высоким отношением сигнал - шум, но имеют
ограниченную область чувствительности. Путем объединения 4 или 6 поверхностных
катушек можно создать катушку с большой областью чувствительности.


Другие аппаратные средства

Передатчик

Для возбуждения ядер используют радиочастотный импульс с частотой, близкой к ларморовой. РЧ-колебания и импульсы формируются передатчиком, а необходимая частота колебаний создается синтезатором частоты, сигнал с которого впоследствии модулируется для создания требуемой для РЧ-возбуждения формы импульса, которая в свою очередь влияет на контраст получаемого изображения. Импульсы бывают прямоугольными и сложной формы. Первые имеют широкий спектр и являются полезными в аналитических применениях. Однако для создания тонкого среза используется специальная форма импульса, с помощью которой создается почти прямоугольный профиль слоя.

Приемник

В качестве этого элемента используется высокочувствительный малошумящий усилитель сигнала, который работает в области сверхвысоких и высоких частот. Снимаемый ЯМР-сигнал с амплитудой несколько микровольт в приемнике усиливается от 500 до 1000 раз, после чего преобразуется из высокой частоты (МГц) в низкую (кГц).

Система сбора данных

Полученный сигнал должен быть преобразован в цифровой код, который является удобным для обработки на компьютере. Такая оцифровка выполняется с помощью аналого-цифрового преобразователя, и на выходе получают цифровую версию FID, которая после оцифровки запоминается на устройстве памяти компьютера.

Частотный диапазон, применяемый в МРТ – тот же самый, который используется для передач радиоволн. Именно поэтому МРТ сканеры помещаются в клетку Фарадея, чтобы предотвратить проникновение радиоволн в помещение сканера, вызывающих артефакты в МРТ изображениях.

Клетка Фарадея 

Устройство, изобретённое английским физиком и химиком Майклом Фарадеем в 1836 году для экранирования аппаратуры от внешних электромагнитных полей. Обычно представляет собой клетку, выполненную из хорошо токопроводящего материала.

Принцип работы клетки Фарадея очень простой — при попадании замкнутой электропроводящей оболочки в электрическое поле свободные электроны оболочки начинают двигаться под воздействием этого поля. В результате противоположные стороны клетки приобретают заряды, поле которых компенсирует внешнее поле.

Клетка Фарадея защищает только от электрического поля. Статическое магнитное поле будет проникать внутрь. Изменяющееся электрическое поле создаёт изменяющееся магнитное, которое, в свою очередь, порождает изменяющееся электрическое. Поэтому если с помощью клетки Фарадея блокируется изменяющееся электрическое поле, то изменяющееся магнитное поле генерироваться также не будет.

Способность клетки Фарадея экранировать электромагнитное излучение определяется:

1. 
   толщиной материала, из которого она изготовлена;
   
2. 
   глубиной скин-эффекта;
   
3. 
   соотношением размеров проёмов в ней с длиной волны внешнего излучения.
   

Для того чтобы клетка Фарадея эффективно работала, размер ячейки сетки должен быть значительно меньше длины волны излучения, защиту от которого требуется обеспечить.

В заключение необходимо отметить, что современные томографы обладают магнитным щитом, который предупреждает распространение магнитного поля далеко по территории клиники.

Артефакты

Любое МР изображение пронизано артефактами.

Наиболее часто возникающие (на самом деле их куда больше):
• Артефакты, связанные с движением
• Парамагнитные артефакты
• Артефакты циклического возврата фазы
• Частотные артефакты
• Артефакты неоднородности магнитного поля.
• Артефакт отсечения
• Пиковый артефакт
• Артефакт “зебра”

Артефакты движения


Артефакты движения вызываютсянеправильным картированием фазпротонов.Вследствие наличия промежуткавремени между сигналами возбуждения и выборки, протоны могут
перемещаться в магнитном полеградиента в результате дыхания,пульсации или движения, такимобразом, приобретая дополнительное смещение фазы. Существуютметоды, такие как 'компенсацияпотока' или синхронизация с ЭКГ'для минимизации или устраненияартефактов движения.


Парамагнитные артефакты
Причиной парамагнитных артефактов служит металл (~ железо).Металл отклоняет магнитное поле, переводя резонансную частоту из используемого в МРТдиапазона. Протоны не будут реагировать на РЧ импульс возбуждения, и поэтому не будутвыводиться на экран Данный эффект зависит от количества
железа.

Артефакты циклического возврата фазы
Вызываются неправильным картированием фазы.Циклический возврат фазы происходит,
когда поле наблюдения меньше объекта.Часть тела вне FOV будет 'обернута вокруг'
изображения.Включением функций 'отсутствиециклического возврата фазы ' или 'удвоениематрицы' можно отменить этот артефакт засчет временных потерь.
Частотные артефакты
Вызываютсяэлектронными компонентами. Неисправная электроника, внешние
передатчики, утечка РЧ-клетки,неэкранированное оборудование впомещении для сканирования, металлв пациенте, или открытая дверь впомещение сканера могут производить частотные артефакты, представляющие собой электронный шум.





Артефакты неоднородности магнитного поля.
Различные способности протоновводорода образовывать химическиесвязи в жировой и мышечной тканяхвызывают местную неоднородностьмагнитного поля на границах тканей.
Поэтому резонансная частота награницах меняется, и находящиеся вэтой зоне протоны на экранвыводиться не будут.



Артефакт отсечения

Ограничение сигнала происходит, когда установлен слишкомвысокий коэффициент усиленияприемника во время предварительного сканирования.Избыточный сигнал отсекается, инвертируется и выводится на экран с различными оттенками серого.


Пиковый артефакт
Вызывается одним плохим набором данных в k-пространстве.




Артефакт "зебра"

Может происходить при касании пациентом катушки, или в результатециклического возврата фазы.

Преимущества/недостатки МРТ

Принципиальное преимущество МРТ – превосходное контрастное разрешение. МРТ
позволяет выявлять незначительные различия контраста (мягких) тканей и даже лучше,
чем при КТ исследованиях. Изменяя параметры МР, можно оптимизировать импульсную
последовательность для определенной патологии.
Другое преимущество МРТ – возможность строить изображения в любых мыслимых
плоскостях, что невозможно выполнить с рентгеновскими или КТ данными. (КТ позволяет
реконструировать другие проекции из аксиально полученных данных).

К прочим достоинствам МРТ относятся:

• 
  хорошее пространственное разрешение (по сравнению с КТ)
  
• 
  неинвазивность,
  
• 
  относительная безопасность (отсутствие лучевой нагрузки),
  

• 
  естественный контраст от движущейся крови,
  
• 
  отсутствие артефактов от костных тканей,
  
• 
  возможность выполнения МР – спектроскопиидля прижизненного изучения метаболизма тканей.
  

 

К основным недостаткам обычно относят:

• 
  достаточно большое время, необходимое для исследования
  
• 
  невозможность надежного выявления камней, кальцификатов, некоторых видов патологии костных структур
  
• 
  достаточно высокая стоимость оборудования и его эксплуатации,
  
• 
  специальные требования к помещениям, в которых находятся приборы
  
• 
  невозможность обследования больных с клаустрофобией, искусственными водителями ритма и др. электрическими приборами, металлическими имплантатами/клипсами и инородными телами
  

Показания/противопоказания к использованию методики

Как и любой метод диагностики, магнитно резонансная терапия имеет свои, многочисленные, точки применения, но может быть не столь информативной при других. Вообще, рентген и КТ используются для визуализации структуры кости, тогда как МРТ
полезна для обнаружения повреждений мягких тканей.

Заболевания головного мозга:

• 
  Верификация ишемического и геморрагических инсультов (для определения возможности и доступности хирургического устранения внутримозговой гематомы).
  
• 
  Диагностика опухолей головного мозга, контроль после их лечения, диагностика рецидивов.
  
• 
  Диагностика дегенеративных заболеваний головного мозга, контроль изменений при лечении.
  
• 
  Диагностирование воспалительных заболеваний головного мозга любого происхождения (часть изменений, характерных для вирусных и прионовых заболеваний, в том числе и ВИЧ, выставляется с высокой долей достоверности); Аномалии черепно-позвоночных сочленений.
  
• 
  Судорожные приступы, внезапно возникшая эпилепсия.
  
• 
  Дисциркуляторная энцефалопатия.
  
• 
  Вторичная артериальная гипертензия.
  
• 
  Свежая (до 3 суток) черепно-мозговая травма, обязательно после предшествующей КТ).
  
• 
  Поиск метастазов других опухолей в головной мозг.
  

Диагностика заболеваний сосудов головного мозга и шеи:

• 
  Аномалии и различные варианты нормального развития сосудов этой локализации.
  
• 
  Диагностика изменений в строении стенки сосудов (артерио-венозныемальформации, аневризмы).
  
• 
  Симптоматика ухудшения кровоснабжения головного мозга (вертебро-базилярная недостаточность).
  
• 
  Функциональная оценка степени недостаточности кровоснабжения головного мозга через позвоночные артерии, внутримозговые сосуды при их сужении с оценкой полноценности венозного оттока.
  
• 
  Наблюдение в динамике послеоперационных изменений в сосудах (используется контраст из соединений химического элемента гадолиния).
  
• 
  Изменения сосудов при клинических проявленях гипертонической болезни, мигрени.
  

Глаза и другие органы, располагающиеся в орбитах:

• 
  Опухоли мягких тканей орбиты (глазодвигательные мышцы, зрительный нерв, сосуды, жировая клетчатка).
  
• 
  Травмы и воспалительные изменения органов, заполняющих орбиту.
  
• 
  Заболевания слёзных желез различного происхождения.
  

Внутричерепные воздушные пазухи и органы ротоглотки:

• 
  Предположения о наличии опухоли в этой области.
  
• 
  Планируемая пластическая операция в этой области.
  

Мягкие ткани шеи:

• 
  Опухоли щитовидной железы и мягких тканей для получения информации о степени прорастания в соседние структуры.
  
• 
  Беспричинное увеличение и/или болезненность региональных лимфоузлов.
  

Спинной мозг и позвоночный столб:

• 
  Оценка дегенеративных изменений позвоночника (остеохондроз, остеопороз).
  
• 
  Определение степени защемления спинного мозга и спинномозговых нервов в местах их выхода в межпозвоночных каналах.
  
• 
  Врожденные и приобретённые аномалии развития спинного мозга и костей позвоночника.
  
• 
  Диагностика и верификация между собой демиелинизирующих, воспалительных и опухолевых заболеваний спинного мозга.
  
• 
  Оценка сохранности анатомических структур и функциональной дееспособности спинного мозга после перенесённых позвоночных травм.
  
• 
  Верификация первичных опухолей позвоночного столба с возможным метастазированием.
  

Другие кости и суставы:

• 
  Диагностика и верификация травматических, воспалительных и опухолевых изменений в костях и мягких тканях, входящих в состав суставов.
  
• 
  Определение степени травматического повреждения мышц и сухожилий.
  
• 
  Сложные вывихи плечевого сустава.
  
• 
  Предположение некроза головки бедренной кости при её переломе.
  
• 
  Исследование и оценка функционального состояния любого их костно-сухожильных сочленений при подозрении на объёмный процесс для определения его причины.
  
• 
  Костно-суставные проявления системных заболеваний внутренних органов;
  
• 
  Спортивные травмы суставов.
  

Исследование органов забрюшинного пространства и брюшной полости:

• 
  Заболевания печени, внутрипеченочных и внепеченочных желчных протоков, желчного пузыря.
  
• 
  Верификация между первичным раком печени и метастазами в неё с использованием дополнительных контрастов и без них.
  
• 
  Некоторые заболевания тонкой и толстой кишки.
  
• 
  Оценка функционального состояния поджелудочной железы и диагностика её заболеваний любого происхождения.
  
• 
  Диагностика изменений в селезенке при кистах, травмах, опухолевой и гематологической патологии.
  
• 
  Дифференциальная диагностика заболеваний почек и мочеточников.
  
• 
  Оценка изменений в лимфоузлах брюшной полости и забрюшинного пространства.
  

Исследование органов малого таза женщины:

• 
  Аномалии и патология развития влагалища, матки и придатков.
  
• 
  Доброкачественные заболевания шейки и тела матки, придатков.
  
• 
  Диагностика эндометриоза.
  
• 
  Злокачественные и герминогенные опухоли тела шейки и тела матки, придатков.
  
• 
  Воспалительные и спаечные процессы в полости малого таза.
  
• 
  Изменения в лимфоузлах.
  
• 
  Выявление варикозно измененных вен в стенках малого таза с тромбофлебитом и без него.
  
• 
  Опухоли прямой кишки.
  
• 
  Определения степени распространения опухолевых процессов с образованием абсцессов и свищей между органами малого таза.
  

Исследование органов малого таза мужчины:

• 
  Различные заболевания предстательной железы.
  
• 
  Аномалии развития яичек.
  
• 
  Диагностика заболеваний мочевого пузыря.
  
• 
  Аномалии развития сосудов яичка и семенного канальца (варикоцеле и др.).
  
• 
  Воспалительные, опухолевые заболевания яичек.
  
• 
  Заболевания мошонки.
  
• 
  Опухоли прямой кишки с определением степени её прорастания на соседние органы.
  
• 
  Паховые и бедренные грыжи.
  

Исследование молочных желез:

• 
  Верификация воспалительных, опухолеподобных и опухолевых процессов в железе.
  
• 
  Определение степени инвазии опухоли в соседние ткани и поражение ею лимфоузлов.
  
• 
  Контроль послеоперационного лечения, посттравматических изменений.
  

Заболевания органов грудной полости:

• 
  Верификация выпотных процессов в плевральную полость.
  
• 
  Опухоли средостения.
  

Заболевания сердца:

• 
  Проведение коронарографии.
  
• 
  Оценка сохранности сократительной функции миокарда при хронической ишемии и при острых инфарктах миокарда.
  
• 
  Оценка клапанного аппарата при наличии пороков.
  

Абсолютные противопоказания

• 
  установленный кардиостимулятор (и др. электрические приборы: ферромагнитные или электронные имплантаты среднего уха)
  
• 
  большие металлические имплантаты либо инородные тела, ферромагнитные осколки;
  
• 
  кровоостанавливающие клипсы сосудов головного мозга (риск развития внутримозгового или субарахноидального кровотечения).
  

Относительные противопоказания

• 
  инсулиновые насосы;
  
• 
  нервные стимуляторы, неферромагнитные импланты внутреннего уха;
  
• 
  протезы клапанов сердца (в высоких полях, при подозрении на дисфункцию);
  
• 
  кровоостанавливающие клипсы (кроме сосудов мозга);
  
• 
  декомпенсированная сердечная недостаточность;
  
• 
  беременность;
  
• 
  клаустрофобия (панические приступы во время нахождения в тоннеле аппарата могут не позволить провести исследование);
  
• 
  необходимость в физиологическом мониторинге;
  
• 
  наличие татуировок, выполненных с помощью красителей с содержанием металлических соединений (или время обследования должно быть значительно сокращено); исключение — наличие татуировок, выполненных с помощью красителей на основе соединений титана;
  
• 
  наличие кохлеарногоимпланта (содержит металлические части) — протезов внутреннего уха.
  

Библиографическийсписок

1. 
   Hashemu, Ray H. MRI The Basics, 3^rd edition/LW&W-2010
   
2. 
   Bushberg, Jerrold T. The Essential Physics of Medical Imaging, 3^rd edition/LW&W-2012
   
3. 
   Schild H.H. MRI made easy/Shering-2010
   
4. 
   Э.Й.Руммени Магнитно-резонансная томография тела
   
5. 
   Шимановский Н.Л. Контрастные средства/Москва-2009
   
6. 
   Труфанов Г.Е. Магнитно-резонансная томография (руководство для врачей). / Санкт-Петербург - 2007