Основы МРТ

 

Эта релаксация имеет название T1-релаксация или спин-решеточная релаксация, потому что энергия излучения распространяется в окружающие ткани (в решетку).

Ниже представлена кривая релаксации T1.

Рис.7

 

3.3. Спин-спиновая релаксация Т2

Процесс релаксации состоит их двух частей. Важно, что эти две части не зависят друг от друга. Но эти два процесса релаксации происходят одновременно. T1 релаксация описывает процессы, происходящие в направлении оси Z, в то время как T2 релаксация описывает процессы, происходящие в плоскости X-Y.

Суммарный вектор намагниченности – сумма всех маленьких магнитных полей протонов, направленных по Z-оси. Каждый отдельный протон вращается вокруг собственной оси. Хотя они могут вращаться с одинаковой скоростью, их вращение не в фазе или, другими словами, фазовая когерентность отсутствует. Но если применить 90º РЧ импульс, происходят интересные изменения. Помимо отклонения суммарного вектора намагниченности в плоскость X-Y, протоны начнут вращаться в фазе.

 

Рис.8 Поперечная релаксация

 

Итак, сразу после воздействия 90º РЧ импульсом суммарный вектор намагниченности начинает вращаться в плоскости X-Y вокруг оси Z (Рисунок A). Все векторы имеют одно и то же направление, потому что они

находятся в фазе. Однако они не сохраняют это состояние.

Каждый протон можно представить как крошечный стержневой магнит с

северным и южным полюсами. И два полюса одного знака отталкиваются друг от друга.

Поскольку магнитные поля каждого вектора влияют друг на друга, произойдет такая ситуация, когда один вектор замедлится, в то время как другой вектор может ускориться.

Векторы будут вращаться с разными скоростями, и поэтому не смогут иметь одинаковое направление: они начнут смещаться по фазе. Сначала количество дефазированных векторов будет небольшим (Рисунок B, C, D), но быстро увеличивающимся до момента, когда фазовая когерентность исчезнет: не будет ни одного вектора, совпадающего по направлению с другим (Рисунок E). Но, тем не менее, вся группа векторов все еще будет вращаться в плоскости X-Y перпендикулярно оси Z.

Этот процесс перехода из ситуации полного совпадения фаз к ситуации совершенного отсутствия фазы называется T2 релаксацией.

Кривая релаксации T2

Точно так же, как T1 релаксация, T2 релаксация не происходит мгновенно. T2 релаксация протекает гораздо быстрее T1 релаксации. T2 релаксация происходит за десятки миллисекунд, в то время как T1 релаксация может достигать секунд.

T2 релаксация также называется  спин-спиновой релаксацией, потому  что она описывает взаимодействия между протонами в их непосредственной среде (молекулах).

Рис.9 Спад поперечной намагниченности

 

Глава 4. Реконструкция МРТ-изображения

Метод двумерного преобразования Фурье.

Методом двумерного преобразования Фурье (two-dimensional Fourier transform - 2-DFT) является преобразование Фурье, произведенное над двумерным массивом данных. Рассмотрим двумерный массив данных, показанный на рисунке.

Рис.10 Массив данных

Эти данные имеют два измерения: t' и t". Преобразование Фурье над данными производится сначала в одном, а затем в другом направлениях. Первая часть преобразований Фурье проводится в t' измерении для получения f' на t" множества данных.

Рис.11 Преобразование Фурье по переменной t’

Вторая часть преобразований Фурье производится в t" измерении для получения f' на f" множества данных.

Рис.12 Преобразование Фурье по переменной t’’

 Двумерное преобразование Фурье необходимо для проведения МРТ на современном уровне. В МРТ, данные собираются в эквиваленте t' и t" измерениям, называемом К-пространстве. Эти исходные данные преобразуются для получения изображения, которое эквивалентно описанным ранее f' на f" данным.

Глава 5. Артефакты изображения

Артефактом изображения является любая черта, не присутствующая в отображаемом объекте, но присутствующая на изображении. Артефакт изображения иногда является результатом неправильного действия при использовании томографа, а, иногда, является следствием естественных процессов или свойств человеческого организма. Обычно артефакты классифицируются в соответствии с их источником. Следующая таблица обобщает некоторые из них.

Артефакт	Причина
РЧ квадратурный артефакт	Неисправность в схеме РЧ детекции
Артефакты негомогенности поля Bo	Искажение поля Bo металлическим объектом
Артефакты градиентов	Неисправен градиент магнитного поля
RF Inhomogeneity	Неисправность РЧ катушки
Motion	Движение отображаемого объекта во время последовательности
Артефакты потока	Движение жидкостей организма во время последовательности
Артефакты химического сдвига	Большие Bo и химический сдвиг между тканями
Артефакты частичного объема	Большой размер воксела
Артефакты заворота	Неправильный выбор поля обзора

 

5.1. РЧ квадратурный артефакт

РЧ квадратурные артефакты являются следствиями проблем схемы РЧ детекции. Если быть более точным, РЧ квадратурные артефакты обычно связаны с описанным в главе об аппаратуре фазочувствительным детектором. Эти проблемы возникают из-за неправильных действий над двумя каналами детектора. Например, если на выходе одного из усилителей будет присутствовать смещение постоянной составляющей, подвергнутые преобразованию Фурье данные могут отобразить яркое пятно в центре изображения. Если один канал детектора имеет больший коэффициент усиления, это приведет к появлению ложных изображений диагонально на изображении. Этот артефакт является результатом технической неисправности и должен быть адресован к представителю сервиса.

Рис.13

5.2. Артефакты негомогенности поля Bo

Вся магнитно-резонансная томография предполагает гомогенность магнитного поля Bo. Негомогенное поле Bo будет искажать изображения. Искажение может быть пространственным, интенсивностным или оба одновременно. Интенсивностные искажения являются результатом локальной негомогенности поля, которое может быть больше или меньше, чем остальные части отображаемого объекта. T2* в этой области отличается и, поэтому, сигнал может отличаться. Например, если гомогенность ниже, T2* будет короче, и сигнал будет меньше. Пространственное искажение является результатом протяженных градиентов поля в Bo, которые постоянны. Они заставляют спины резонировать с частотами Лармора, отличными от предписанных отображающей последовательностью.

На изображении представлены четыре прямых, заполненных водой трубы, расположенных в виде квадрата. На МР-изображении видно сильное искривление одной из труб, связанное с неоднородности магнитного поля Bo.

Рис.14

5.3. Артефакты градиентов

Артефакты, возникающие из-за проблем в системе градиентов иногда очень похожи на те, что связаны с негомогенностью поля Bo. Градиент, непостоянный по направлению градиента будет искажать изображение. Обычно, это является возможным только при повреждении градиентной катушки. Другие, артефакты, связанные с градиентом, являются результатом неправильных токов, проходящих по градиентным катушкам. На следующем изображении частотно-кодирующий градиент (кодирование лево/право) функционирует лишь наполовину от ожидаемого значения.

Рис.15

5.4. Артефакты РЧ негомогенности

Проблемой РЧ негомогенности является изменение интенсивности поперек изображения. Причинами этого могут являться либо неоднородность поля B1, либо неоднородность чувствительности в только-принимающей катушке. Некоторые РЧ катушки, как, например, поверхностные, исходно имеют неоднородность в чувствительности и всегда будут приводить к этому артефакту. Наличие этого артефакта при использовании других катушек говорит или о неисправности какого-либо элемента РЧ катушки, или о наличии неферромагнитного материала в отражаемом объекте. Например, металлический объект, препятствующий проходу РЧ поля в ткань, будет приводить к занулению сигнала в изображении.

Рис.16

5.5. Артефакты движения

Как и следует из названия, артефакты движения вызываются движениями отображаемого объекта во время отображающей последовательности. Движение всего объекта во время отображающей последовательности в общем приводит к размыванию всего изображения с наличием посторонних изображений по направлению фазового кодирования. Движение небольшой части отображаемого объекта приводит к размыванию небольшой части объекта на изображении.

5.6. Артефакты частичного объема

Артефактом частичного объема является любой артефакт, вызываемый размером воксела изображения. Например, если воксел очень маленький, он может содержать только сигнал жира или воды. Воксел большего размера может содержать комбинацию из двух и, следовательно, обладать интенсивностью сигнала равной взешенному среднему значению от процентного содержания воды и жира в вокселе. Другим проявлением этого типа артефакта является потеря разрешения, вызванная множественными признаками, представленными в вокселе изображения.

Здесь представлено сравнение двух аксиальных срезов через одно и то же место головы. Одно сделано с толщиной среза равной 3 мм, а другое - с 10 мм. Заметим утрату разрешения в изображении с толщиной среза 10 мм.

Рис.17

Решением проблемы артефакта частичного объема является меньший размер воксела, что, впрочем, может привести к ухудшению соотношения сигнал-шум в изображении.

Звон Гиббса проявляется сериями линий параллельных краю с резкой интенсивностью на изображении. Звон вызывается недостаточной оцифровкой эхо. Это означает, что в конце окна сбора сигнал не спал до нуля, и эхо не было полностью оцифровано. (Читателю предлагается доказать это с использованием теоремы о свертке). Этот артефакт проявляется на изображениях с малой матрицой сбора. Поэтому, артефакт проявляется лучше в 128 ранге 512x128 матрицы сбора.

Глава 6. Применение МРТ

6.1. Особенности применения медицинского оборудования в помещениях, где проводится МРТ

Сочетание интенсивного магнитного поля, применяемого при МРТ сканировании, и интенсивного радиочастотного поля предъявляет экстремальные требования к медицинскому оборудованию, используемому во время исследований. Аппараты ИВЛ, специально сконструированные для применения в МРТ помещениях, имеют ограниченные возможности по высоким потокам и давлению в дыхательных путях, ограничения касаются также и некоторых функциональных возможностей использования ряда современных режимов вентиляции, мониторинга и системы тревожной сигнализации.

Вместе с тем, использование в последнее время аппарата ИВЛ повышает безопасность пациентов во время проведения МРТ. Тяжелые пациенты обеспечиваются респираторной поддержкой как на этапе транспортировки, так и во время проведения исследования на МРТ. Использование как в палатах интенсивной терапии, так и во время МРТ также снижает риск ошибки при переходе с одного типа аппарата ИВЛ на другой, разрешенный для применения при проведении МРТ.

Треугольный символ MR означает, что аппарат ИВЛ разрешён для использования в помещениях для МРТ при следующих условиях:

1. МР сканер мощностью 1, 1,5 и 3 Тесла;

2. расположение ИВЛ — только за пределами линии безопасности:

• для туннельных сканеров 20 мТ (200 gauss);

• для открытых сканеров 10 мТ (100 gauss);

3. соблюдение ограничений по использованию дополнительных аксессуаров;

4. использование только разрешенных монтажных решений для МРТ;

6.2. Противопоказания

Существуют как относительные противопоказания, при которых проведение исследования возможно при определённых условиях, так и абсолютные, при которых исследование недопустимо.

Абсолютные противопоказания

• установленный кардиостимулятор (изменения магнитного поля могут имитировать сердечный ритм).

• ферромагнитные или электронные имплантаты среднего уха.

• большие металлические имплантаты, ферромагнитные осколки.

• ферромагнитные аппараты Илизарова.

Относительные противопоказания

• инсулиновые насосы

• нервные стимуляторы

• неферромагнитные имплантаты внутреннего уха,

• протезы клапанов сердца (в высоких полях, при подозрении на дисфункцию)