Современные виды томографии

частот, которые могут управлять как выбором среза, так и выборкой сигна-
ла. В МРТ короткие мощные импульсы используются для возбуждения ши-
рокого диапазона частот (широкая полоса пропускания), длинный мало-
мощный импульс возбуждает меньший диапазон частот (узкая полоса про-
пускания).

Импульс с точно определенными и ограниченными полосами пропуска-

ния используется вместе с градиентами поля для выбора среза. Шум на изо-
бражении связан с частотой выборки FID или эха: чем больше выборка, тем
больше  шум.  Уменьшение BW требует уменьшения амплитуды частотоко-
дирующего  градиента,  увеличивая  время  включения  градиента,  т.к.  гради-
ент это функция амплитуды от времени. Недостатки, связанные с использо-
ванием более низкой частоты выборки: увеличение артефактов химического
сдвига;  потеря  контрастности;  ограниченный  диапазон  времен TE. Для  со-
кращения  артефактов  химического  сдвига  можно  использовать  большую
полосу пропускания (меньше полоса - больше химический сдвиг – больше
время  задержки – выше SNR). Узкие  полосы  пропускания  приемника  под-
черкивают  сдвиг  между  водой  и  жиром,  задавая  меньше  частот  на  МР-
изображении (эффект сильнее в высоких полях).

Оценка работы МР-томографа и представление практических методов

тестирования производится с помощью специальных устройств для контро-
ля качества изображения, называемых фантомами [47].

В МРТ фантомом является стандартный искусственный объект, изобра-

жение которого получают для проверки качества работы и настройки пара-
метров МР-томографа. Чаще всего фантомы сделаны из стекла или пластика
и заполнены веществами, имеющими МР сигнал. Такими веществами явля-
ются водные парамагнитные растворы, чистые желатиновые гели, агар, гели
с органическими или парамагнитными добавками и др.

МР фантомы проектируются для исследования широкого диапазона ин-

струментальных  параметров,  и  позволяют  определять  геометрические  ис-
кажения  изображений,  пространственное  разрешение,  расстояние  между
срезами,  толщину  среза  и  его  смещение,  обусловленное  физическими  и
электронными  свойствами.  Также  фантомы  позволяют  обнаруживать  низ-
кую контрастность, оценивать однородность изображения и определять от-
ношение  сигнал/шум.  Каждый  конкретный  фантом  может  быть  предназна-
чен как для тестирования одной или нескольких вышеперечисленных функ-
ций,  что  становится  возможным  при  комбинировании  соответствующих
элементов фантома. Существует два основных вида фантомов: для контроля
однородности и для контроля разрешения.

Фантомы первой группы используются для контроля пространственной

однородности магнитного поля и РЧ полей и представляют собой пластико-
вую форму, полностью заполненную парамагнитным раствором. Для мини-
мизации времени сбора данных вещество, заполняющее такой фантом и

дающее опорный сигнал, должно иметь относительно короткое время

T .

При этом в используемой импульсной последовательности параметр TR вы-
бирается примерно равным

5T . Как правило, каждая из приемо-

передающих РЧ катушек имеет свой фантом для контроля однородности. В
идеальном случае, для большинства катушек поле должно быть пространст-
венно однородно при одинаковой чувствительности по всему отображаемо-
му объекту. Любая неоднородность получаемого изображения может быть
вызвана неоднородностью основного или РЧ поля, нелинейностью гради-
ентных полей или вихревыми токами и проявляется на изображениях в виде
затемнения в соответствующей области.

Алгоритм оценки однородности U сигнала выглядит следующим обра-

зом.  В  центре  изображения  определяют  отношение  сигнал/шум.  Затем,  из-
меняя  уровень  контрастности  и  яркости  изображения,  определяют  самый
яркий и самый темный участки в пределах области исследования, для кото-
рых  также  записывают  отношение  сигнал/шум  (

max

min

соответствен-

но). Однородность рассчитывается по формуле:

100

min

max

min

max

⋅

⎥⎦

⎤

⎢⎣

⎡

−

;

( )

Определение отношения сигнал/шум I производится по

T -

взвешенному изображению фантома. Для этого определяют среднее значе-
ние сигнала от раствора в центре области исследования

S , затем регистри-

руют среднее значения сигнала фона вне изображения фантома

S . Стан-

дартное отклонение этого значения отражает шум, свойственный системе:

−

( )

Фантомы второй группы используются для тестирования целого ряда

характеристик  пространственного  разрешения  томографа,  включая  плоско-
стную  разрешающую  способность,  толщину  срезов,  линейность  и  отноше-
ние  сигнал/шум  в  зависимости  от  положения  исследуемой  области.  Такие
фантомы  обычно  делаются  из  пластмассы,  участки  внутри  фантома  удаля-
ются  для  формирования  тестового  рисунка,  а  фантом  заполняется  водным
раствором.  МР-томографом  регистрируется  сигнал  от  воды  в  тех  областях
фантома, где удален пластик. Кроме того, некоторые фантомы имеют стан-
дартные элементы с известными значениями

T ,

T и протонной плотности,

что позволяет использовать их для проверки соотношений контраст-шум.
Часто бывает необходимо настраивать времена спин-решеточной

T и спин-

спиновой

T релаксации так, чтобы можно было получать изображения за

подходящие периоды времени (например, короткое время повторения

TR).

Для настройки времени релаксации протонов в воде обычно используются

водные растворы таких парамагнитных веществ как никель, марганец, на-
трий, кислород.

На рис. 33 представлен фантом для тестирования разрешающей способ-

ности,  созданный  фирмой General Electric [25].  Он  состоит  из  целого  ряда
элементов, предназначенных для контроля соответствующих характеристик.
Ряды одинаковых по размеру квадратов в центре фантома используются для
контроля  пространственной  линейности  и  геометрических  искажений.  Для
обнаружения геометрических искажений часто достаточно визуального ос-
мотра, при котором заметна деформация или растяжение такой сетки. Нали-
чие  геометрических  искажений  вызывается  неоднородностью  магнитного
поля, магнитной восприимчивостью или нелинейностью градиентов. Функ-
ция  вычисления  расстояний  на

изображении такого фантома позволяет

проверить точность измерения внутреннего диаметра поперек, по вертикали
и по каждой диагонали фантома в соответствии с выражением:

100

⋅

−

изм

геом

( )

где

геом

геометрическое искажение, измеренное в процентах;

дейст-

вительное значение диаметра;

изм

измеренное значение диаметра.

Рис. 33. Фантом для контроля характеристик МР-томографа

Угол между сторонами ячеек сетки должен быть 90

°. Эти же расстояния

можно измерить непосредственно на плёнке в случае необходимости обна-
ружения искажений, возникающих в матричной или лазерной камере.

Для тестирования пространственного разрешения, зависящего от вели-

чины градиентов и алгоритма реконструкции, в фантомах используется сек-
ция, состоящая из ряда отверстий различного диаметра (например, от 0,5 до

2 мм). Отверстия могут быть как квадратной, так и круглой формы, и распо-
лагаться в двух ортогональных направлениях, что позволяет обеспечить од-
новременную оценку разрешения в направлениях фазового и частотного ко-
дирования. Этот тест должен проводиться без применения каких-либо
фильтров формирования данных.

Обнаружение низкой контрастности производится с помощью элементов

цилиндрической формы, заполненных растворами с различными значения-
ми параметров

Такие элементы будут давать на изображении сигна-

лы различной интенсивностями, что, в свою очередь, позволит визуально
оценить способность сканера различать низко контрастные объекты на изо-
бражениях.

Важным параметром в МР-томографии является толщина среза, зави-

сящая от однородности полей, величины и линейности градиентов и ис-
пользуемой импульсной последовательности. Для контроля толщины среза
используется два метода. Первый метод заключается в использовании в од-
ной из секций фантома клиновидного выреза в пластике, оптимальное соот-
ношение длин боковых граней которого примерно 1:10. На изображении
сигнал будет в том месте, где пластик удален, а ширина клиновидного выре-
за будет увеличиваться по мере увеличения толщины среза (рис. 34). Второй
метод состоит в измерении профиля среза путём непосредственного исполь-
зования срезоселективных и частотных градиентов.

Плоскостная разрешающая способность чаще всего определяется с по-

мощью группы тонких областей, поглощающих сигнал.

Рис. 34. МР-изображение фантома, производства General Electric

На рис. 34 представлено МР-изображение фантома производства General

Electric, предназначенного для контроля ряда характеристик томографа. В
центре изображения расположен клиновидный элемент для контроля тощи-
ны среза. Группа параллельных линий в левом верхнем углу предназначена
для контроля плоскостной разрешающей способности. Цилиндрическая
форма, известный внутренний диаметр и расстояния между элементами по-
зволяют контролировать наличие геометрических искажений.

2.9. Артефакты МР-изображений

Сразу после появления МР-томографии как ее приветствовали за отсут-

ствие артефактов, свойственных компьютерной томографии. Однако вскоре
стало понятно, что сложная природа магнитного резонанса приводит к воз-
никновению целого ряда новых артефактов.

Артефактом изображения является любая черта, присутствующая на

изображении и отсутствующая в отображаемом объекте. Иногда артефакты
возникают в результате неверных действий сканера, иногда являются след-
ствием естественных процессов или свойств человеческого тела [42].

В МРТ артефакты могут иметь форму вариаций интенсивности сигналов

или их ошибочного позиционирования. В ряде случаев артефакты имити-
руют патологию для исключения которой приходится заново проводить об-
следование или применять другие методы диагностики.

Обычно в зависимости от источника возникновения артефакты в МРТ

подразделяют на:

- физиологические;
- вызванные физическими явлениями (химический сдвиг, восприим-

чивость, металл).

- вызванные неисправностью оборудования;
- неправильные действия оператора.

Обычно зная причины возникновения артефактов, их можно легко рас-

познать и устранить. Рассмотрим наиболее часто встречающиеся артефакты
МР-изображений.

2.9.1. Физиологические артефакты

Физиологические артефакты вызваны естественными процессами, про-

исходящими в теле пациента. На томограмме они проявляются в виде пятен
и изображений-призраков вдоль оси кодирования фазы, независимо от на-
правления движения. Чаще они вызваны движением жидкостей, дыханием,
пульсацией сердца (рис. 35). Уменьшить артефакты можно используя кар-
диологическую и респираторную синхронизацию.

Рис. 35. Артефакт от пульсации аорты (а) и дыхания (б)

Артефакт от пульсации спинномозговой жидкости проявляется в виде

появления на изображении темных полос. Для устранения этого артефакта
используют компенсацию потока, заключающуюся в подаче дополнитель-

Удалено: <sp><sp>

ного градиента для устранения разницы фаз стационарных и движущихся
спинов за интервал

TE. Если артефакты остаются, дополнительно исполь-

зуют кардио-триггер.

Рис. 36. Изображение с (а) и без (б) артефакта пульсации СМЖ

Часто на изображении возникают артефакты, вызванные движением па-

циента,  которые  проявляются  в  виде  пятен  и  ложных  изображений  в  на-
правлении  фазового  кодирования  вне  зависимости  от  направления  движе-
ния.  Их  интенсивность  зависит  от  того,  в  какой  момент  заполнения

пространства возникло движение. Когда движение возникает в последние
секунды сканирования при заполнение внешних краев

k-пространства, то

артефакт не сильно затрагивает изображение. Избежать появления этих ар-
тефактов можно используя быстрые методы сканирования.

Рис. 37. Артефакт, вызванный движением пациента

2.9.2. Артефакты, вызванные физическими явлениями

Артефакт черной границы (Black Boundary Artifact) проявляется в виде

черной линии на границе раздела двух сред (вода/жир, мышца/жир). Чаще
возникновение артефакта это результат неверного выбора TE, когда спины
воды и жира находятся в противофазе, компенсируя друг друга (рис. 38).

Рис. 38. Один срез GRE ИП в фазе (a) и противофазе (б)

Удалено: <sp><sp>

Артефакты химического сдвига (Chemical Shift Artifact) вызваны разно-

стью химических сдвигов между тканями. МР томографы используют час-
тоту сигнала для отображения пространственного положения. При кодиро-
вании  частоты  сигнала,  протоны  жира  прецессируют  медленнее  протонов
воды. Сигнал  протонов жира  неправильно  кодируется, в результате вода  и
жир  одного  воксела  отображаются  в  разных  вокселах  и  сдвинуты  по  оси
частот относительно истинного положения. Эта неверная регистрация сдви-
га даст выделение границ вода/жир по оси частот. Протоны молекул воды и
жира  разделены  химическим  сдвигом  около 3,5 ppm. Истинный  сдвиг  час-
тот в герцах зависит от силы магнитного поля. Артефакт сильнее в сильных
полях и слабее при больших градиентных силах. Для 0,3 Тл (на 12,8 МГц)
сдвиг будет 44,8 Гц по сравнению со сдвигом 223,6 Гц для 1,5 Тл МРТ (на
63,9 МГц).

Для уменьшения артефакта можно увеличить полосу пропускания, уве-

личить матрицу, TE в фазе или SE методы. Если по оси считывания имеется
неверная регистрация, можно повторить сканирование с осью, параллель-
ной взаимодействию жир/вода. Наилучший способ устранить артефакт –
использовать методы подавления жира.

Изображение на рис. 39а получено с максимальным сдвигом вода/жир;

артефакт на нём проявляется в виде темной/яркой границы на стыке кости,
жира и мышц. Затем тот же самый срез получен с минимальным сдвигом
вода/жир (рис. 39б). На рис. 39в артефакт виден справа и слева от почки в
направлении частоты, а на рис. 39г - спереди от кости в виде яркой линии.

Рис. 39. Артефакт химического сдвига

Артефакты магнитной восприимчивости проявляются в виде ярких пя-

тен  или  пространственных  искажений  и  возникают  от  микроскопических
градиентов  или  изменений  силы  поля  вблизи  поверхностей  веществ  с  раз-
ной магнитной восприимчивостью. Они могут быть вызваны медицинскими
устройствами вблизи или внутри отображаемой области. Сильные артефак-
ты  обычно  видны  вокруг  ферромагнитных  объектов  внутри  диамагнитных
материалов  (например,  металл  в  теле  человека).  Эти  градиенты  вызывают
сдвиг фаз спинов и частот окружающих тканей, что в конечном итоге при-
водит  к  появлению  вокруг  тканей  ярких  и  темных  областей  с  пространст-
венными  искажениями  (рис. 40). Артефакты  сильнее  при  сканировании  с

Удалено: <sp><sp><sp><sp>

длинным

TE и при использовании GRE ИП.

Рис. 40. Артефакт восприимчивости (а) от металла, (б) на границе тканей

Артефакт неоднородности поля (Field Inhomogeneity) проявляется при

нарушении  однородности  поля  из-за  магнитных  материалов  (внутри  или
снаружи  пациента),  технических  проблемах,  сканировании  по  краю  поля.
Когда изображения получают двигаясь от центра к краю катушки, однород-
ность поля в  отображаемом  объеме меняется  с  увеличением расстояния от
центра. Та же проблема возникает при сканировании на расстоянии от изо-
центра [38].

Есть разные виды некачественных изображений: шумные, искаженные

или с частичным подавлением сигнала жира. Например, в IR ИП время

релаксации тканей изменяется внутри отображаемого объема и выбранное
TI в центре отображаемого объема соответствует подавлению жира, а на
краю катушки оно же соответствует подавлению воды.

Ферромагнитные металлы также приводят к появление артефактов, т.к.

вызывают неоднородность магнитного поля, которая дает местную потерю
сигнала,  часто  сопровождаемую  областью  с  высокой  интенсивностью  сиг-
нала  и  искажением  изображения  (рис. 41). Они  создают  собственное  маг-
нитное поле и сильно меняют частоту прецессии протонов смежных тканей.
На  смежные  ткани  влияет  индуцированное  металлом  и  исходное  поля;  по-
этому прецессия отсутствует или имеет отличную частоту, не дающую по-
лезного сигнала.

Рис. 41. Артефакт от металла

Проявления артефактов от металла зависит от его типа и формы: при

отображении сплав титана менее ферромагнитен, чем кобальт и сталь, и да-
ет меньший артефакт восприимчивости и меньшее ухудшение изображения.

Удалено: <sp><sp>

Снизить артефакт можно используя SE последовательности, которые менее
чувствительны к неоднородностям магнитного поля, или используя методы
коррекции [44].

Муар появляется на изображениях из-за не идеальной однородности

главного магнитного поля в сечении тела, приводящей к наложению сигна-
лов с разными фазами (разное время

TE), переменно складываемых и вычи-

таемых (рис. 42). Артефакт проявляется в виде полос на изображении, рас-
стояние между которыми обратно пропорционально разнице

TE. Этот арте-

факт чувствителен к шиммированию или градиентам восприимчивости, по-
этому для его устранения можно использовать SE последовательности или
поверхностные катушки.

Рис. 42. Муар

2.9.3. Артефакты, вызванные неисправностью оборудования

Вихревые токи вызывают сильные искажения изображения (рис. 41) и

могут серьезно ухудшить работу магнита. Общий путь снижения влияния
вихревых токов на градиентные поля это компенсация вихревых токов и эк-
ранирование градиентных катушек (активное или пассивное).

Рис. 43. Артефакт, вызванный наличием вихревых токов

Аудиочастотные артефакты (Audio Frequency Artifact) возникают по

двум причинам:

1. модуляция МР-сигнала в аудио диапазоне - на изображении появля-

ются призраки, слабые копии изображения, распространяющиеся в направ-
лении фазы, число и интенсивность которых зависит от отношения между
периодом аудио модуляции и временем

TR.

2. компоненты аудио сигнала на входе АЦП - проявляется в виде линий

или пятен в направлении кодирования частоты, что вызвано отсутствием
корреляции между аудио периодом и TR.

В обоих случаях артефакт снижают использованием AC-синхронизации

(линейный триггер).

Артефакты, вызванные неполадками градиентной системы, иногда по-

хожи на описанные для неоднородности

B . Градиент, непостоянный по

направлению, исказит изображение. Обычно возникает при повреждении
градиентной катушки или из-за неверных токов, протекающих по градиент-
ным катушкам (рис. 44) и проявляется в виде появления ложных изображе-
ний, полос и шума.

Рис. 44. Неполадки градиентной системы

Появление на изображении статического РЧ шума может быть вызвано

наличием медицинских устройств в процедурной и являться результатом
сильного электромагнитного выброса из устройства (рис. 45). Интерферен-
ция ослабляется и совмещается в направлении частотного кодирования.

Рис. 45. Артефакт, вызванный РЧ шумом

При наличии проблем в схеме регистрации РЧ сигнала и неверными

действиями  над  двумя  каналами  квадратурного  детектора  на  изображении
появляется  РЧ-квадратурный  артефакт.  Например,  если  один  усилитель
имеет  смещение DC на  выходе,  преобразование  Фурье  данных  даст  яркое
пятно в центре изображения. Если один канал детектора имеет больший ко-
эффициент усиления, чем другой, то диагонально на изображении появятся
призраки объекта.

Артефакты подвыборки (Sample Imperfection) появляются в виде сдвигов

сигнала  в  направлении  кодирования  фазы  и  вызваны  искажением  траекто-
рии  k-пространства  (дефект  шиммирования)  или  узкой  полосой  пропуска-
ния  в  направлении  кодирования  фазы.  При  сканировании  с  узкой  полосой
пропускания даже малое смещение частоты может дать значительные сдви-
ги  сигнала  в  фазокодирующем  направлении.  При  существенном  различии

амплитуды и фазы сигнала, сегментация может вызвать появление изобра-
жений-«призраков». Уменьшить артефакт может выбор иных схем сбора
данных и/или последующая коррекция.

Рис. 46. Проявление артефакта подвыборки

2.9.4. Неправильные действия оператора

Возникает в случае, если выбранная оператором область сканирования

(FOV) меньше, чем отображаемая часть тела возникает артефакт наложения
(aliasing). Тогда часть тела, лежащая вне FOV проецируется на противопо-
ложную  сторону  изображения  в  направлении  фазового  кодирования.  Это
вызвано тем, что градиенты кодирования фазы масштабируются только для
области сканирования, поэтому ткани вне FOV не кодируются по фазе в со-
ответствии  с  их  положением  и  дублируют  фазы  внутри FOV, появляясь  с
противоположной  стороны  изображения.  Для  устранения  артефакта  требу-
ется увеличить область сканирования, использовать импульсы преднасыще-
ния для нежелательной ткани, увеличить число шагов кодирования фазы.

Рис. 47. Артефакт наложения

Звона Гиббса проявляется в виде серий ярких или темных линий парал-

лельных и прилегающих к границам резкого изменения сигнала. Появление
артефакта вызвано низкой выборкой на высоких частотах, связанной с ко-
нечным числом шагов кодирования, используемым преобразованием Фурье
для реконструкции изображения. Это приводит к неполной оцифровке эхо-
сигнала. При прямоугольной матрице изображения артефакт более заметен
в направлении с меньшим числом шагов кодирования (например, при мат-

рице изображения 512

×256, артефакт распространяется в направлении фа-

зы). Увеличение числа шагов фазового кодирования позволяет уменьшить
интенсивность и сузить артефакты.

Рис. 48. Звон Гиббса

Артефакт перекрытия срезов проявляется в виде областей потери сигна-

ла при получении изображений срезов, заложенных под разными углами
(рис. 49). Причиной появления артефакта является присутствие насыщен-
ных спинов в отображаемом срезе. Если два среза или блока пересекаются,
то второй получаемый срез включает уже насыщенные спины и на изобра-
жении возникают параллельные полосы отсутствия сигнала.

Рис. 49. Артефакт перекрытия срезов

Артефакт «магического угла» часто виден на изображениях связок и су-

хожилий, ориентированных под углом 55° к полю. Сигнал от молекул воды
в волокнах сухожилий обычно не виден из-за дипольных взаимодействий,
дающих очень короткое время

T . Под углом около 55° к основному маг-

нитному полю дипольные взаимодействия обнуляются, давая рост времени

T . При других углах ориентации артефакт не появляется.

2.10. ЯМР спектроскопия

Совершенствование ЯМР-томографов и создание высокопольных сис-

тем (1,5-2 Тл)  позволило  в  клинических  условиях  производить  магнитно-
резонансную  спектроскопию  (МРС),  позволяющую  с  высокой  точностью
измерять  спектры  различных  химических  элементов  [9].  Благодаря  этому,
МРС  даёт  возможность  проследить  за  регионарными  метаболическими  из-
менениями. ЯМР спектры имеют следующие основные черты:

- ядра в различных химических группах имеют разные константы эк-

ранирования и условие резонанса выполняется на разных

частотах;

-  число сигналов на спектре показывает число видов протонов;
-  площадь пика поглощения пропорциональна числу ядер;
-  расщепление сигнала позволяет рассчитать спин-спиновое сдваива-

ние между ядрами с не нулевыми спинами.

Измерения химического сдвига (

) проводятся относительно положения

спектральной линии эталонного ядра, не имеющего никакого окружения.
Т.к. это невыполнимый стандарт, сдвиги обычно указываются относительно
протонов некоторого стандартного вещества. Для

H МРС это - тетраметил-

силан Si(CH

)

(TMS), который расщепляется на эквивалентные протоны,

для

P МРС - фосфорная кислота, хотя на практике как вторичные эталоны

используются вода и PCr, соответственно. Эталонный состав может нахо-
диться в капсуле вне объекта или внутри; внутренние эталоны предпочти-
тельны, т.к. на внешние эталоны могут влиять разные условия.

Значения

δ положительны, если образец поглощает энергию на более

высокой частоте, чем частота эталона в постоянном поле:

TMS

образца

−

)

(

(30)

где

образца

- частота сигнала от исследуемого образца,

TMS

- частота сиг-

нала от тетраметилсилана.

Множитель 10

просто масштабирует численное значение

δ в более

удобный размер: значения

указаны в

миллионных долях или ppm.

Диапазоны химических сдвигов различны для каждого типа ядер. Для

спектров он составляет от 0 до 10 ppm, а для

C спектров диапазон сдвигов

уже от 0 до примерно 250 ppm. Ядра

F имеют большие диапа-

зоны химического сдвига. Так

O ядра показывают диапазон экранирования

более 2000 ppm. Переходные ядра металлов показывают еще большие диа-
пазоны экранирования. Так ядро

Fe дает диапазон более 8000 ppm, кото-

рый делает его чрезвычайно чувствительным для электронных и структур-
ных исследований.

На спектрах мы можем заметить расщепление резонансных линий, кото-

рые имеют различные интенсивности. Расщепление резонансов на отдель-
ные линии возникает, потому что каждое ядро может влиять на локальное

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.

Современные виды томографии - часть 5