Анализ развития МРТ и способов повышения качества результатов

Размещено на http://www.allbest.ru/

АНАЛИЗ РАЗВИТИЯ МРТ И СПОСОБОВ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА РЕЗУЛЬТАТОВ

Мироненко Елизавета Евгеньевна

бакалавр

Кубанский Государственный Университет

студент

Аннотация

Литературный анализ и систематизация статей, научных трудов и монографий в области МРТ и адаптации метода ЯМР к задачам и условиям МРТ и совершенствования технической (аппаратной) стороны метода.

Abstract

The literary analysis and systematization of articles, scientific works and monographs in the field of MRT and adaptation of the nuclear magnetic resonance method to tasks and conditions of MRT and perfecting of the technical (hardware) side of a method.

томография магнитный резонансный

Ключевые слова

МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНАЯ ТОМОГРАФИЯ, ЯДЕРНЫЙ МАГНИТНЫЙ РЕЗОНАНС, МЕТОДИКИ МРТ

Keywords

magnetic resonance, magnetic resonance imaging

Теория ядерного магнитного резонанса начала развиваться еще в 60-х годах 20 века. На явление ядерно-магнитного резонанса основан метод магнитно-резонансной томографии (МРТ), с помощью которого можно осуществлять интроскопию объектов непрозрачных для видимого света. Основоположником теории ЯМР является Пол Кристиан Лотербур, получивший в 2003 году Нобелевскую премию в области медицины [1].

К большим успехам в области развития МРТ привела адаптация метода ЯМР к его задачам и условиям и совершенствование технической (аппаратной) стороны метода. Целью данной работы было изучение и систематизация доступной информации по теме.

Метод МРТ предоставляет уникальную возможность исследовать физиологические процессы и строение живого организма.

По имеющимся на сегодняшний день данным многочисленных исследований и тестов, диагностику методом МРТ можно проводить без вреда и опасного влияния на здоровье обследуемого организма [2]. Немаловажным является то, что при этом возможно получить многоплановую информацию не только о физиологическом строение исследуемого организма, но и о процессах, протекающих в нем, а также его химическом составе.

Также отмечу, что очень важным фактором является создание таких условий при измерении, чтобы на измеряемый сигнал как можно больше влиял изучаемый процесс. Это необходимо для того, чтобы полученные данные имели наибольшую адекватность и достоверность, что позволит точнее их проанализировать и интерпретировать [3].

Известно: в настоящее время существует огромное множество МРТ установок, позволяющих проводить исследования объектов, различного строения и имеющих принципиально отличающиеся физические и химические свойства, но все МРТ томографы можно классифицировать по нескольким признакам. По типу источника основного магнитного поля они делятся на постоянные, резистивные, сверхпроводящие и гибридные.

Другим способом классификации МР-томографов является их распределение по напряженности основного магнитного поля. Таким образом они подразделяются на сверхнизкие (напряженность менее 0,1 Тл), низкопольные (0,1 - 0,4 Тл), среднепольные (0,5 Тл), высокопольные (1 - 2 Тл), сверхвысокопольные (свыше 2 Тл).

Большинство современных производителей томографов выпускают установки с низким и средним полем, так как они наиболее компактны, приемлемы по цене, по сравнению с высокопольными, и имеют оптимальное соотношение сигнал-шум. А высокопольные и сверхвысокопольные томографы, в свою очередь применяются в научных центрах для проведения точных исследований.

Немаловажным, а скорее, одним из важнейших параметров является качество получаемого изображения, поэтому на сегодняшний момент основным направлением развития физических методов магнитно-резонансной томографии для исследования живых организмов является развитие методов визуализации, позволяющих получить изображения с наилучшим пространственным и временным разрешением, с одной стороны, а с другой - оптимальное использовании многопланового характера информации, получаемой методом МРТ, чтобы разобраться в сложных физико- химических процессах, протекающих в живых организмах.

Применительно к измерениям на человеке, максимальная скорость изменения градиентов магнитного поля и тепловая нагрузка, создаваемая радиочастотными импульсами, ограничены физиологическими факторами. Возможно преодолеть эти ограничения путем использования более эффективных методов.

Например, увеличить чувствительность к какому-либо процессу и получить изображение с высоким соотношением сигнал-шум и желаемым контрастом помогает построение и последующая юстировка последовательности магнитно-резонансной томографии [4]. Путем такой оптимизации можно наблюдать и интерпретировать слабовыраженные эффекты, регистрация которых была неудовлетворительной из-за недостаточной чувствительности МРТ измерений.

Следует отметить, что более всего качество регистрируемого изображения зависит от соотношения сигнал-шум, которое в свою очередь зависит от множества параметров, таких как последовательность сканирования, область сканирования, количество срезов и т.д [5]. Исследование методом МРТ включает выполнение нескольких режимов сканирования. Для реализации этих режимов задаются параметры сканирующей импульсной последовательности (ИП). Выделяют несколько последовательностей сканирования: последовательность спин-эхо и быстрое спин-эхо, последовательность инверсия-восстановление, последовательность градиентное эхо и быстрое градиентное эхо, а также эхо-планарное отображение и магнитно-резонансная ангиография.

У каждой из приведенных последовательностей существуют свои преимущества и недостатки. Поэтому, зная их, можно попытаться выбрать наиболее подходящий тип сканирования для определенного случая.

Судя по практике, данных режимов недостаточно для точной диагностики. Чтобы устранить этот недостаток, применяют дополнительные ИП, дающие более отчетливую ее визуализацию за счет подавления сигналов нормальной (непатологической) ткани. Это в свою очередь приводит к увеличению общего времени обследования, что не приемлемо при исследовании пациентов, находящихся в тяжелом состоянии. Поэтому актуальным является определение наиболее оптимального алгоритма проведения МРТ исследования и подбора параметров ИП с целью повышения информативности и минимизации общего времени обследования. Одним из путей реализации данного алгоритма является применение контрастных агентов, способствующих лучшей визуализации зоны поражения [6].

Также одним из важных направлений применения МРТ является измерение тепловых полей в живых организмах. Было установлено, что при нагреве до температуры приблизительно 43°С зоны, пораженной раком, злокачественные клетки начинают погибать. Такое тепловое воздействие не оказывает вреда здоровым клеткам. Так как имеются сложности в измерение температуры в живых организмах, реализация такого метода лечения была довольно затруднительной. Благодаря отсутствию травматического фактора измерение тепловых полей методом МРТ довольно привлекательно для лечения и диагностических обследований человека, но все еще требует разработки методик для регистрации эффекта.

Литературный анализ позволил выявить, что другим важным направлением в методических разработках МРТ является изучение структуры и строения живых тканей на основе измерения самодиффузии молекул воды, так как ЯМР - это уникальный метод, позволяющий изучать процессы самодиффузии воды, а живые организмы состоят из нее более чем на 90%. Но для этого важно решить аналогичную предыдущему методу проблему - измерить МРТ изображения с высоким отношением сигнал-шум, на основе которых возможно получение информации об организации, структуре и функционировании живых систем.

Еще одной методикой МРТ является ее совмещение с ультразвуком. F. Jolesz и K. Hynynen в 2001 г. Опубликовали результаты своего исследования по применимости неинвазивной процедуры ФУЗ-МРТ для лечения доброкачественных фиброаденом молочной железы. Операции с помощью ФУЗ под контролем магнитно-резонансной томографии (ФУЗ-МРТ) расширяют возможности метода и создают новую лечебную парадигму, фактически новую форму хирургии [7].

Неинвазивность не является единственной характеристикой данного метода. Использование МРТ в режиме реального времени для нацеливания луча, мониторинга хода процедуры и управления операцией обеспечивает возможность постоянного контроля над процедурой. По окончании процедуры врач точно знает, что именно было обработано, как и какие результаты были получены - такой уровень контроля за операцией ранее был недостижим.

После изучения информации по теме можно утверждать, что, несмотря на отсутствие действия ионизирующего излучения на исследуемый живой объект, необходимо учитывать влияние радиочастотного, градиентного и статистического магнитного полей. Вред их воздействие на организм можно оценить, принимая во внимание важность и качество полученной при исследовании информации.

Воздействие РЧ-излучения, например, не наносит большого вреда, так как оно проявляется как простой нагрев тканей, с которым справляется система терморегуляции. Переменные магнитные поля создают в организме человека индукционные токи, которые могут приводить к деполяризации мембран, а так как величина индукционного тока пропорциональна скорости изменения магнитного поля, максимальное изменение магнитного поля в единицу времени ограничивают до определенных пределов.

Вредное влияние статистического магнитного поля на молекулярном уровне в основном сказывается на молекулах, которые обладают дипольным магнитным моментом, так как в сильных магнитных полях липиды мембран ориентируются, что может привести к нарушениям их естественных функции, но зачастую такое воздействие нейтрализуется влиянием тепловой диффузии.

В качестве заключения подчеркну, что МРТ в России приобретает все большую популярность как среди врачей, так и среди населения. Этому способствует безвредность, неинвазивность и высокая информативность метода. Прогресс метода прежде всего зависит от скорости и качества разработки методик МРТ.

Библиографический список

1. Марусина М.Я. Современные виды томографии. Учебное пособие/ М.Я. Марусина, А.О. Казначеева. - СПб.: СПбГУ ИТМО, 2006. - 152 с.

2. Неронов Ю.И. Магнитный резонанс в томаграфии и в спектральных исследованиях тканей живого организма: [Учебное пособие] / Ю.И. Неронов. - Спб, 2007. - 125 с..

3. Ильясов К.А. Развитие методов магнитно-резонансной томографии в исследовании самодиффузии и температурных полей в живых системах: автореферат дис. докт. физ.-мат. наук: 01.04.11 / К.А. Ильясов; Казан. фед. ун-т. - Казань, 2011. - 34 с.

4. Гуляев М.В. Управление контрастом в магнитно-резонансной томографии в полях 0,5 и 7 Тесла: автореферат дис. канд. физ.-мат. наук: 03.01.02 / М.В. Гуляев; МГУ им. М.В. Ломоносова. - Москва, 2013. - 24 с.

5. Казначеева А.О. Влияние параметров сканирования на качество ЯМР-изображений / А.О. Казначеева // Вестник II межвузовской конференции молодых ученых: сб. науч. тр. - СПб.: ИТМО, 2005. - Т. 2. - С. 179-182.

6. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика: Учеб. Для вузов /А.Н. Ремизов, А.Г. Максина, А.Я. Потапенко. - 4-е изд., перераб. и дополн. - М.: Дрофа, 2003. - 560 с.

7. Максутова Д.Ж. Применение фокусированного ультразвука под контролем магнитно резонансной томографии (обзор литературы) / Д.Ж. Максутова// Проблемы репродукции. - 2009. - № 2. - С. 30-36.

8. Хауссер К.Х. ЯМР в медицине и биологии: структура молекул, томография, спектроскопия in-vivo /К.Х. Хауссер, Х.Р. Кальбитцер.; Пер. с нем. под ред. Рябченко С.М. с предисл. Рябченко С.М., Рожковой З.З.- Киев: Наукова думка, 1993. - 259 с.

Размещено на Allbest.ru