Как работает МРТ: принцип магнитно-резонансной томографии простыми словами
МРТ видит не плотность ткани, как рентген и КТ, а то, как ведут себя ядра водорода в сильном магнитном поле. Аппарат выстраивает протоны полем магнита, на мгновение выводит их из равновесия радиоимпульсом и слушает, как они возвращаются обратно. Разные ткани возвращаются с разной скоростью, из этой разницы и складывается контраст снимка. Ионизирующего излучения нет.
Почему именно водород
Тело человека больше чем наполовину состоит из воды, а в каждой молекуле воды два атома водорода. Ядро водорода это один протон, и он ведёт себя как крошечный магнит: у него есть собственный магнитный момент (спин). Вне томографа эти магнитики развёрнуты хаотично и гасят друг друга. Внутри магнита МРТ немного больше половины из них выстраивается вдоль поля, и у тела появляется суммарная намагниченность, которую можно измерить.
Магнит, резонанс и частота Лармора
Выстроенные протоны не стоят на месте, а вращаются вокруг направления поля, как волчок вокруг вертикали. Частота этого вращения строго пропорциональна силе поля: для водорода 42,58 МГц на каждый тесла. В томографе 1,5 Тл это около 63,9 МГц, в 3 Тл около 127,7 МГц, то есть диапазон FM-радио. Если подать радиоимпульс ровно на этой частоте, протоны входят в резонанс и поглощают энергию. Отсюда и название: магнитный резонанс.
| Поле томографа | Частота резонанса водорода |
|---|---|
| 0,35 Тл | около 14,9 МГц |
| 1,5 Тл | около 63,9 МГц |
| 3 Тл | около 127,7 МГц |
Сигнал и релаксация: откуда берётся контраст
Радиоимпульс длится доли миллисекунды и отклоняет намагниченность от направления поля. После него протоны возвращаются в исходное состояние и при этом излучают слабый радиосигнал, который ловят приёмные катушки. Возвращение идёт двумя процессами:
- T1-релаксация: восстановление намагниченности вдоль поля. В жире она быстрая, в воде и ликворе медленная.
- T2-релаксация: распад согласованного вращения протонов. В жидкостях он идёт долго, в плотных тканях быстро.
Меняя время повторения импульсов (TR) и время, через которое снимается сигнал (TE), оператор подчёркивает то T1, то T2. На T1-взвешенных изображениях жир светлый, а вода тёмная: удобно смотреть анатомию и накопление контраста. На T2-взвешенных вода светлая: хорошо видны отёк, воспаление, кисты. FLAIR гасит сигнал свободной жидкости и выделяет очаги у стенок желудочков мозга, диффузия (DWI) показывает, где движение молекул воды ограничено, это ранний признак инсульта и плотных опухолей.
Как сигнал превращается в срез
Если бы поле было одинаковым везде, все протоны отвечали бы на одной частоте, и понять, откуда пришёл сигнал, было бы невозможно. Поэтому поверх основного поля включаются градиентные катушки: они делают поле чуть сильнее с одного края и чуть слабее с другого по трём осям. Тогда частота и фаза сигнала зависят от координаты точки. Компьютер раскладывает принятый сигнал на частоты преобразованием Фурье и собирает из него изображение среза, а из сотен срезов трёхмерную картину. Как устроены градиенты, радиочастотная система и катушки, рассказали отдельно: Из чего состоит аппарат МРТ: магнит, градиенты, РЧ-система и катушки.
Почему МРТ так громко стучит
Градиенты переключаются тысячи раз за исследование, а в сильном поле каждое переключение заставляет катушки механически вздрагивать. Отсюда стук и гул, громкость которых зависит от программы сканирования. Пациенту дают беруши или наушники, связь с оператором идёт через переговорное устройство.
Почему исследование длится 20-40 минут
Одно изображение собирается из многих повторов импульса, и на каждый уходит время, пока протоны восстанавливаются. Вдобавок врачу нужны несколько разных взвешиваний в нескольких плоскостях. Ускоряют работу многоканальные катушки и параллельная визуализация, compressed sensing и реконструкция на нейросети: как ИИ сокращает время исследования.
Чем МРТ отличается от КТ
| МРТ | КТ | |
|---|---|---|
| Что измеряет | поведение протонов водорода в магнитном поле | ослабление рентгеновского излучения |
| Излучение | нет ионизирующего излучения | есть, доза зависит от протокола |
| Сильные стороны | мягкие ткани, мозг, спинной мозг, суставы, малый таз | кости, лёгкие, острая травма, скорость |
| Время | обычно 15-40 минут | секунды-минуты |
| Ограничения | металл и часть имплантов, клаустрофобия, шум | лучевая нагрузка |
Сила поля и качество снимка
Чем сильнее поле, тем больше протонов выстраивается вдоль него и тем сильнее полезный сигнал. Поэтому высокопольные аппараты 1,5 и 3 Тл дают более чёткие изображения за то же время, чем низкопольные открытые. Но сила поля не единственный параметр: важны однородность магнита, градиенты, число каналов и программы. Разбор типов аппаратов: Виды аппаратов МРТ: открытые и закрытые, низкопольные и высокопольные.
Подберём МРТ под профиль клиники, проверим помещение по плану и пришлём КП с копией регистрационного удостоверения. Звоните 8 (800) 551-70-03 или оставьте заявку на сайте. Модели в каталоге: раздел МРТ аппараты.