. , . , . - УДК 615.84 ББК 53.6 У97 У97 Уэстбрук К. Магнитно-резонансная томография : практическое руководство / К. Уэстбрук, К. Каут Рот, Дж. Тэлбот ; пер. с англ. — 4-е изд., электрон. — М. : Лаборатория знаний, 2022. — 451 с. — Систем. требования: Adobe Reader XI ; экран 10". — Загл. с титул. экрана. — Текст : электронный. ISBN 978-5-93208-581-3 В третьем английском издании книги авторами продолжена традиция создания фундаментального учебника, рассчитанного как на новичков, так и на опытных специалистов в области МРТ. Рассмотренные в нем вопросы охватывают основные положения физики МРТ, использующиеся импульсные последовательности, оценку деятельности сердца и состояния кровообращения, а также функциональные исследования с применением методов диффузии и спектроскопии. В книгу включен новый материал: метод получения параллельных изображений, методы функциональной МРТ, описание новых последовательностей, а также новые конструктивные разработки в области оборудования и катушек для МРТ. Для студентов медицинских вузов, ординаторов, врачей, специалистоврадиологов, технического персонала диагностических лабораторий. УДК 615.84 ББК 53.6 Деривативное издание на основе печатного аналога: Магнитнорезонансная томография : практическое руководство / К. Уэстбрук, К. Каут Рот, Дж. Тэлбот ; пер. с англ. — М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012. — 448 с. : ил. — ISBN 978-5-9963-0363-2. В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных техническими средствами защиты авторских прав, правообладатель вправе требовать от нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсации © 1993, 1998 by Blackwell Science Ltd, 2005 by Blackwell ISBN 978-5-93208-581-3 Publishing Ltd. Все права защищены. Авторизованный перевод издания на английском языке, опубликованного Blackwell Publishing Limited. Ответственность за точность перевода полностью возложена на издательство «Лаборатория знаний». Никакая часть данной книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме без письменного разрешения Blackwell Publishing Limited. All Rights Reserved. This EBook published under license with the original publisher John Wiley & Sons, Inc. © Лаборатория знаний, 2022 1 Основные понятия Введение 9 Строение атома 10 Движение атомных структур 12 МР-активные ядра атомов 12 Ядро атома водорода 13 Ориентация 14 Прецессия 17 Уравнение Лармора 19 Резонанс 20 МР-сигнал 25 Сигнал спада свободной индукции (FID) 25 Релаксация 26 Т1-восстановление 26 Время спада — Т2 26 Временные параметры импульса 29 Введение Основу для понимания сущности сложного метода магнитно-резонансной томографии (МРТ) составляют принципы формирования изображения. Важно хорошо усвоить эти принципы до ознакомления с более сложными вопросами. Для объяснения фундаментальных основ МРТ существуют два подхода: классический и основанный на понятиях квантовой физики. При обсуждении любого вопроса необходимо использовать оба подхода и поэтому мы попытались их объединить. В настоящей главе рассматриваются свойства атомов элементов и их взаимодействие с магнитным полем, а также процессы возбуждения и релаксации. 1 10 1 Магнитно-резонансная томография: практическое руководство Строение атома Все, что нас окружает, включая и наше тело, состоит из атомов. Атомы чрезвычайно малы. Если полмиллиона атомов расположить в виде цепочки, то длина ее окажется тоньше человеческого волоса. Два и более атома связанных вместе образуют молекулу. Больше всего в теле человека содержится атомов водорода. В основном они составляют молекулы воды (в которых два атома водорода связаны с одним атомом кислорода, Н2О) и жиров (в которых атомы водорода связаны с атомами углерода и кислорода; число их зависит от типа жиров). Атомы состоят из ядра, расположенного в центре, и электронов, находящихся на своих орбитах (рис. 1.1). Размеры ядра крайне малы, и по объему оно занимает одну миллионную или одну миллиардную от объема атома, однако в нем сосредоточена вся масса последнего. Масса атома определяется, главным образом, массой частиц, называемых нуклонами, которые подразделяются на протоны и нейтроны. Для характеристики атомов используют два показателя. Атомный номер представляет собой суммарное количество протонов в ядре. Он определяет химическую идентичность атома того или иного элемента. Массовое число определяется как сумма протонов и нейтронов в ядре. Обычно их содержание сбалансировано так, что этот показатель представлен четным числом. Однако у некоторых атомов количество нейтронов или меньше числа протонов, или превышает его. Такие атомы называются изотопы и характеризуются нечетным значением массового числа. Для МРТ важны именно изотопы (см. далее). Электроны представляют собой частицы, вращающиеся вокруг ядра. Традиционно их принято рассматривать как аналоги планет, вращающихся вокруг Солнца. В действительности электроны образуют облако вокруг ядра; внешние границы этого облака представляют собой границы атома. Положение электрона в облаке не является строго определенным, поскольку зависит от энергии того или иного электрона в данный момент времени (физики говорят, что электроны подчиняются принципу неопределенности Гейзенберга). Обычно число электронов в атоме соответствует числу протонов в ядре. Протоны несут положительный электрический заряд, нейтроны представляют собой незаряженные частицы, а электроны заряжены отрицательно. Таким образом, если число отрицательно заряженных электронов соответствует числу положительно заряженных протонов, то атом в целом является электрически нейтральным. Иногда при приложении энергии извне электроны выбиваются из атома и равновесие нарушается. При этом возникает недостаток в количестве электронов по сравнению с протонами, что приводит к переходу атома в электрически неустойчивое состояние, сопровождающееся испусканием энергии. Это явление носит название радиоактивность. Атомы, для которых это характерно, называются ионы. 11 Основные понятия 1 Рис. 1.1. Строение атома 12 1 Магнитно-резонансная томография: практическое руководство Движение атомных структур Различают три типа движения атомных структур (см. рис. 1.1): l вращение электронов вокруг собственных осей; l вращение электронов вокруг ядра; l вращение самого ядра вокруг собственной оси. Принцип получения изображений в МРТ основан на существовании вращательного момента (спина) у специфических ядер элементов, составляющих биологические ткани. Этот спин возникает за счет наличия индивидуальных спинов протонов и нейтронов, входящих в атомное ядро. Каждая пара субатомных частиц обладает противоположно-направленными спинами, однако они имеют одинаковые скорости. Для ядер, характеризующихся четным значением массового номера, т. е. в которых число протонов равно числу нейтронов, половина субатомных частиц вращается в одном направлении, а половина — в противоположном. Само ядро не обладает спином. Однако ядра с нечетным массовым номером, при котором число нейтронов отличается от числа протонов, направления спинов не уравниваются и не являются противоположно-направленными, поэтому такие ядра обладают собственным спином или угловым моментом, и их называют МР-активными ядрами. МР-активные ядра Для этих ядер характерна способность ориентировать оси вращения в направлении приложенного магнитного поля. Обусловлено это тем, что такие ядра обладают угловым моментом или спином, и поскольку они содержат положительно заряженные протоны, то несут электрический заряд. Законы электромагнитной индукции приложимы к трем отдельным силам — движению, магнетизму и заряду — и постулируют, что при наличии двух сил происходит индукция третьей. МР-активные ядра, которые обладают собственным зарядом и спином (движением), приобретают магнитный момент и могут ориентироваться во внешнем магнитном поле. Ниже перечислены некоторые МР-активные ядра и приведены их массовые числа: Водород 1 Углерод 13 Азот 15 Кислород 17 Фтор 19 Натрий 23 Фосфор 31 Хотя нейтроны лишены собственного электрического заряда, их субатомные частицы неравномерно распределены на поверхности, и создающийся 13 Основные понятия дисбаланс обеспечивает МР-активность ядер при условии, что их массовое число представляет собой нечетную величину. Ориентация в магнитном поле определяется общей суммой ядерных магнитных моментов и выражается векторной величиной. Каждое ядро обладает своим магнитным моментом определенной силы, который определяет его чувствительность к магнитному резонансу. Ядра атомов водорода Ядра атомов водорода являются МР-активными и используются при получении изображений методом МРТ. Ядро атома водорода представляет собой единственный протон (атомный и массовый номер равен 1). Эти ядра используются в МРТ, поскольку водород входит в состав многих тканей организма, и его единственный протон обладает относительно высоким магнитным моментом. Эти особенности обеспечивают максимальное использование магнитного поля, создающегося вокруг тела человека при МРТ. Ядро атома водорода в качестве магнита Законы электромагнитной индукции постулируют, что при движении заряженной частицы возникает магнитное поле. Ядро атома водорода содержит одну положительно заряженную частицу — протон, которая находится в движении, т. е. обладает спином. Именно поэтому вокруг него создается магнитное поле, играющее роль небольшого магнита. Этот магнит имеет северный и южный полюса с одинаковой напряженностью. Ось каждого полюса в ядре представлена магнитным моментом, и это понятие используется в классической теории МРТ. Магнитный момент каждого ядра характеризуется векторными свойствами, т. е. величиной и направлением, и обозначается стрелкой. Направление вектора соответствует направлению магнитного момента, а его длина — величине момента (рис. 1.2). Рис. 1.2. Магнитный момент ядра атома водорода 1 14 1 Магнитно-резонансная томография: практическое руководство Ориентация В отсутствие приложенного магнитного поля магнитные моменты ядер водорода ориентированы беспорядочно. Однако при приложении сильного внешнего статического магнитного поля (на рис. 1.3 показано большой белой стрелкой и обозначено В0) магнитные моменты ядер водорода ориентируются в направлении этого поля. Некоторые ядра ориентируются параллельно магнитному полю (т. е. в том же направлении), в то время как небольшое их количество располагается антипараллельно (в противоположном направлении), как показано на рис. 1.3. Рис. 1.3. Ориентация ядер водорода в магнитном поле по представлениям классической физики Квантовая теория (предложенная Максом Планком в 1900 г.), описывает свойства электромагнитного излучения, используя представление о дискретных порциях энергии, называемых квантами. Применительно к МРТ, энергия ядер водорода распределяется по двум различным популяциям, которые обозначаются как низко- и высокоэнергетические (рис. 1.4). У низкоэнергетических ядер магнитные моменты ориентируются параллельно приложенному полю (на рис. 1.4 выделены синим цветом), и такие ядра называются «спин-ап» ядрами. Высокоэнергетические ядра ориентированы антипараллельно, и они называются «спин-даун» ядрами (на рис. 1.4 выделены красным цветом). Основные понятия 15 1 Рис. 1.4. Ориентация ядер водорода в магнитном поле согласно представлениям квантовой теории Важное положение: магнитные моменты При наложении внешнего магнитного поля (В0) ориентируются не сами ядра атомов водорода, а их магнитные моменты. Они могут ориентироваться только в одном из двух направлений: параллельно или антипараллельно по отношению к В0. Это объясняется тем, что они представляют только два возможных энергетических состояния атомов водорода. Сами атомы водорода не изменяют направление, а вращаются вокруг своей оси. Направление ориентации ядер водорода зависит от напряженности внешнего магнитного поля и уровня тепловой энергии ядер. Для ядер с низким уровнем тепловой энергии ее недостаточно для того, чтобы противодействовать полю и ориентироваться в антипараллельном направлении. Однако для ядер с высоким уровнем тепловой энергии ее хватает для преодоления направления магнитного поля, и по мере увеличения его напряженности все меньшее количество ядер сохраняет эту способность. Тепловая энергия ядер зависит, главным образом, от температуры тела обследуемого. В клинике ее нельзя существенно изменить, и этот фактор играет незначительную роль. Такое состояние называется температурным равновесием. При этом именно напряженность внешнего магнитного поля определяет относительное количество ядер, ориентированных в параллельном и антипараллельном направлениях. 16 Магнитно-резонансная томография: практическое руководство 1 Рис. 1.5. Суммарный вектор намагниченности В состоянии температурного равновесия всегда существует меньше высокоэнергетических ядер по сравнению с низкоэнергетическими, в силу чего магнитные моменты ядер ориентированных в параллельном направлении, уравновешивают магнитные моменты сравнительно небольшого количества ядер, ориентированных антипараллельно. Поскольку большинство ядер ориентировано параллельно, всегда существует их небольшое избыточное количество, которое обеспечивает суммарный магнитный момент (рис. 1.5) Другие МР-активные ядра также ориентируются в магнитном поле, и формируют небольшие собственные суммарные магнитные моменты. Эти магнитные моменты не используются в МРТ-исследованиях, поскольку их слишком мало для того, чтобы формировать адекватное изображение органов и тканей, и суммарная величина вектора намагниченности крайне мала. Впрочем, при использовании радиочастотных катушек (РЧ-катушек), настраиваемых на соответствующую частоту и в однородном магнитном поле В0, можно получать сигнал и от других МР-активных ядер. Однако в МРТ используется суммарный магнитный момент атомов водорода, который представляет собой существенную векторную величину. Этот показатель называется суммарным вектором намагниченности (NMV) и отражает относительное равновесие, существующее между спин-ап и спиндаун ядрами. Основные понятия 17 Важное положение: связь между NMV и напряженностью поля Когда обследуемый помещается в полость магнита, магнитные моменты атомов водорода, входящие в состав тканей, ориентируются в магнитном поле в параллельном и антипараллельном направлении. Небольшое их избыточное количество ориентируется параллельно В0, за счет чего в теле обследуемого формируется NMV (см. рис. 1.5). Энергетические различия между двумя популяциями ядер увеличиваются по мере увеличения В0. При высокой напряженности магнитного поля меньшее количество ядер обладает уровнем энергии, достаточным для того, чтобы войти в состав их высокоэнергетической популяции и сориентировать свои магнитные моменты в направлении, противоположном направлению сильного поля В0. Это означает, что значение NMV оказывается большим при высокой, чем при низкой напряженности поля, что усиливает сигнал. Подробно это будет обсуждаться в главе 4. Выводы Суммарный магнитный момент атомов водорода называется суммарным вектором намагниченности (NMV). l Внешнее постоянное магнитное поле обозначается В0. l Основой метода МРТ служит взаимодействие между NMV и В0. l Величина напряженности В0 измеряется в единицах Тесла или Гаусс. 1 Тесла (Т) равна 10 000 Гаусс (G). l Прецессия Каждый атом водорода вращается вокруг собственной оси, как показано на рис. 1.6. Внешнее магнитное поле В0 вызывает появление дополнительного спина или биения магнитного момента атома вокруг направления поля. Этот дополнительный спин называется прецессией и обусловливает круговую траекторию магнитного момента вокруг направления В0. Эта траектория носит название путь прецессии, а скорость, с которой происходит биение магнитного момента, называется частотой прецессии. Этот показатель измеряется в мегагерцах (MГц), причем 1 Гц представляет собой 1 цикл в секунду, а 1 MГц — млн циклов в секунду. Комбинация процессов, иллюстрируемых рис. 1.6, с известными постулатами квантовой физики, дает представление о существовании двух популяций ядер водорода. Для одной популяции характерны высокоэнергетические спин-даун ядра, а для другой — преобладание низкоэнергетических спин-ап ядер. Магнитные моменты всех этих ядер прецессируют вокруг направления В0 по своим круговым траекториям (рис. 1.7). 1 18 Магнитно-резонансная томография: практическое руководство 1 Рис. 1.6. Прецессия Рис. 1.7. Прецессия групп спин-ап и спин-даун ядер Основные понятия 19 Уравнение Лармора Частота прецессии определяется уравнением Лармора. Согласно этому уравнению: w0 = В0 ´ l, где w0 — частота прецессии; В0 — напряженность постоянного магнитного поля; l — гиромагнитное соотношение. Гиромагнитное соотношение описывает взаимосвязь между угловым и магнитным моментами каждого из МР-активных ядер. Это постоянная величина, которая выражается как частота прецессии определенного МР-активного ядра при напряженности поля 1 Т, поэтому единица гиромагнитного соотношения имеет размерность MГц/T. Для ядра атома водорода величина гиромагнитного соотношения составляет 42,57 MГц/T. Прочие МР-активные ядра характеризуются другими соотношениями, имея различную частоту прецессии при одном и том же значении напряженности поля. Вместе с тем при разной напряженности поля ядра водорода обладают различной частотой прецессии. Например: При 1,5 Т частота прецессии атома водорода составляет 63,86 MГц (42,57 MГц ´ 1,5 Т). При 1,0 Т эта величина равна 42,57 MГц (42,57 MГц ´ 1,0 Т). При 0,5 Т — 21,28 MГц (42,57 MГц ´ 0,5 Т). Поскольку частота прецессии описывается уравнением Лармора, она часто называется частотой Лармора. Важное положение: уравнение Лармора Из уравнения Лармора вытекают два важных следствия: 1. Все МР-активные ядра обладают собственным постоянным гиромагнитным соотношением. Таким образом, когда они находятся под воздействием магнитного поля одинаковой напряженности, то прецессируют с различной частотой, т. е. водород прецессирует с частотой, отличной от частоты ядер фтора или углерода. Благодаря этому существует возможность визуализации сигналов от атомов водорода, без регистрации сигналов от других МР-активных ядер элементов, входящих в состав тканей организма. Далее будут обсуждаться способы реализации этой возможности. 2. Поскольку гиромагнитное соотношение является постоянной величиной, величина В0 пропорциональна частоте Лармора. Поэтому, если В0 возрастает, то возрастает и частота Лармора и наоборот. 1 20 1 Магнитно-резонансная томография: практическое руководство Резонанс Понятие резонанса описывает явление, происходящее, когда какой-либо объект подвергается колебательным воздействиям с частотой, близкой к частоте его собственных колебаний. При внешнем колебательном воздействии на ядро с частотой, близкой к собственной, оно поглощает энергию окружающей среды. Получая энергию, ядро резонирует, если энергия доставляется с частотой, соответствующей частоте прецессии. Если же энергия поступает с частотой, отличной от Ларморовой, последнее не вступает в резонанс. В МРТ энергия частоты прецессии ядер атомов водорода для всех значений напряженности магнитного поля соответствует полосе радиочастот (РЧ) электромагнитного спектра (рис. 1.8). Для того чтобы вызвать резонанс ядра атома водорода, необходимо приложить РЧ-импульс, в точности соответствующий Ларморовой частоте. Прочие МР-активные ядра, ориентированные в соответствии с В0, не резонируют, так как их собственные частоты прецессии отличаются от таковых для водорода. Приложение РЧ-импульса, вызывающего резонанс, называется возбуждением. Такое поглощение энергии увеличивает число спин-даун ядер водорода, поскольку некоторые из спин-ап ядер (помечены синим цветом на рис. 1.9) получают энергию резонанса и переходят в высокоэнергетическое состояние (помечены красным на рис. 1.9). Различие в энергии между двумя этими группами соответствует энергии, необходимой для проявления резонанса возбужденными ядрами. По мере роста напряженности поля разница в энергии между двумя группами ядер также увеличивается, так что для того, чтобы вызвать резонанс, необходимо приложить большую энергию (более высокую частоту). - - - Рис. 1.8. Электромагнитные колебания Основные понятия 21 1 Рис. 1.9. Перенос энергии в процессе возбуждения Последствия резонанса Одним из следствий резонанса служит потеря ориентации NMV в магнитном поле В0. Это происходит вследствие того, что часть низкоэнергетических ядер приобретает достаточное количество резонансной энергии и переходит в группу ядер с высокой энергией. Поскольку NMV отражает состояние равновесия между группами ядер с низкой и высокой энергией, резонанс приводит к тому, что NMV располагается не параллельно направлению В0, а под некоторым углом к нему. Этот угол называется углом переворота (рис. 1.10). Величина угла переворота зависит от амплитуды и продолжительности РЧ-импульса. Обычно он составляет 90°, т. е. NMV получает достаточное количество энергии РЧ-импульса для того, чтобы развернуться на 90° по отношению к направлению В0. Однако, поскольку NMV является векторной величиной, даже если углы переворота отличаются от 90°, в плоскости, перпендикулярной направлению В0, всегда существует некоторый компонент намагниченности. l Теперь В0 называется продольной осью/плоскостью. l Плоскость, расположенная под углом 90° относительно В0, называется поперечной плоскостью. 22 Магнитно-резонансная томография: практическое руководство 1 Рис. 1.10. Угол переворота При угле переворота, равном 90°, ядра пробретают достаточное количество энергии для того, чтобы продольно-ориентированный NMV стал поперечным. Такой поперечный вектор вращается в поперечной плоскости с Ларморовой частотой. При использовании углов переворота менее 90°, лишь часть NMV начинает ориентироваться в поперечной плоскости. Это является следствием того, что небольшая часть низкоэнергетических ядер переходит в высокоэнергетическое состояние в результате возбуждения. При использовании углов переворота, превышающих 90°, это отражает большее содержание высокоэнергетических спинов по сравнению с низкоэнергетическими. NMV всего лишь отражает равновесие между группами спин-ап и спин-даун. Еще одно следствие резонанса состоит в том, что магнитные моменты ядер водорода попадают в одну фазу. Фаза определяется как положение каждого магнитного момента на прецессионной траектории вокруг оси направления В0. В каждый момент времени магнитные моменты, находящиеся в фазе (когерентные), занимают одно и то же место на траектории вокруг оси В0. Не совпадающие по фазе моменты (некогерентные) не занимают на траектории одно и то же место. При наступлении резонанса все магнитные моменты смещаются на траектории в одно и то же положение и совпадают по фазе (рис. 1.11). Важное положение: аналогия с часами В данном учебнике постоянно используются термины «частота» и «фаза», и поэтому важно представлять себе какие различия и связи существуют между ними. В качестве простой аналогии воспользуемся часовой стрелкой. Частоту можно представить как промежуток времени, в течение которого часовая стрелка делает полный оборот на циферблате, т. е. равный 12 ч. Единицей частоты является Герц (Гц), причем Оглавление Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 Предисловие к третьему изданию . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Благодарности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 Глава 1 Основные понятия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Строение атома . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Движение атомных структур . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 МР-активные ядра. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Ядра атомов водорода. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Ориентация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 Прецессия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 Уравнение Лармора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 Резонанс . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 МР-сигнал . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 Сигнал спада свободной индукции (FID) . . . . . . . . . . . . . 25 Релаксация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 Т1-восстановление . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 Время спада — Т2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 Временные параметры импульса. . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 Глава 2 Взвешенность и контраст изображения . . . . . . . . . . . 31 Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 Контраст изображения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 Механизмы контраста. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 Релаксация в различных тканях . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 Т1-контраст . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 Т2-контраст . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 Контраст протонной плотности . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 Взвешенность контраста изображения . . . . . . . . . . . . . . 40 Т2*-спад . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 Импульсные последовательности . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 Последовательность спиновое эхо. . . . . . . . . . . . . . . . . 50 Глава 3 Кодирование сигнала и формирование изображения . . . 75 Кодирование сигнала . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 Градиенты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 446 Глава 4 Глава 5 Глава 6 Оглавление Выбор среза . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 Частотное кодирование . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 Фазовое кодирование . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 Сбор данных . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 Сбор данных и формирование изображения. . . . . . . . . . . . 96 Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 Описание К-пространства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 Заполнение К-пространства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 Быстрое преобразование Фурье (FFT) . . . . . . . . . . . . . . 103 Основные характеристики К-пространства . . . . . . . . . . . 107 Прохождение К-пространства и градиенты . . . . . . . . . . . 114 Способы заполнения К-пространства . . . . . . . . . . . . . . 116 Методы сбора данных . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 Параметры и компромиссы выбора . . . . . . . . . . . . . 122 Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 Соотношение сигнал/шум (SNR) . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 Отношение контраст/шум (CNR) . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 Пространственное разрешение . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 Время сканирования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 Компромиссы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 Принятие решения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 Объемные изображения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158 Импульсные последовательности . . . . . . . . . . . . . . 161 Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 Последовательности спинового эха . . . . . . . . . . . . . . . 163 Обычное спиновое эхо. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163 Быстрое или турбо-спиновое эхо . . . . . . . . . . . . . . . . . 164 Инверсия — восстановление . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176 Быстрая «инверсия — восстановление» . . . . . . . . . . . . . 181 STIR (последовательность инверсия — восстановление с коротким tau) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181 FLAIR (инверсия — восстановление с подавлением сигнала от воды) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 Импульсные последовательности градиентного эха . . . . . . 186 Обычное градиентное эхо . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186 Стационарное состояние и генерация сигнала эхо. . . . . . . . 189 Когерентное градиентное эхо . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193 Некогерентное градиентное эхо (спойлерное) . . . . . . . . . . 195 Свободное прецессирование в равновесном состоянии (SSFP) . . . . . . . . . . . . . . . . . 198 Сбалансированное градиентное эхо . . . . . . . . . . . . . . . 204 Быстрое градиентное эхо . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 Эхо-планарные изображения (EPI) . . . . . . . . . . . . . . . . 210 Метод получения параллельных изображений . . . . . . . . . 219 Феномены потока . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224 Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224 Оглавление Глава 7 Глава 8 Глава 9 447 Механика потока . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225 Феномены потока . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225 Время пролета . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225 Втекание в срез. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229 Расфазировка внутри воксела . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234 Компенсация феноменов потока . . . . . . . . . . . . . . . . . 235 Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235 Перефазировка четных сигналов эха . . . . . . . . . . . . . . . 235 Перефазировка момента градиента (обнуление). . . . . . . . . 236 Пространственное преднасыщение . . . . . . . . . . . . . . . . 239 Артефакты и пути их устранения . . . . . . . . . . . . . . . 252 Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252 Неправильное фазовое позиционирование . . . . . . . . . . . . 252 Наложение сигналов (алайсинг) или скручивание изображения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262 Артефакт химического сдвига . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270 Артефакт черной границы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274 Артефакт усечения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276 Артефакт магнитной восприимчиваости . . . . . . . . . . . . . 277 Кросс-возбуждение и перекрестные помехи . . . . . . . . . . . 280 Артефакт молнии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282 Артефакт затенения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283 Муар . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284 Артефакт «магического угла». . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285 МРТ сердца и сосудов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289 Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289 ОбычныеметодыМРТсосудов. . . . . . . . . . . . . . . . . . 289 Магнитно-резонансная ангиография (MPA) . . . . . . . . . . . 295 Получение перфузионных и диффузионных изображений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312 Кардиосинхронизация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313 Метод периферического отведения. . . . . . . . . . . . . . . . 320 Псевдосинхронизация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323 Получение мультифазных изображений сердца . . . . . . . . . 323 Получение кинематографических изображений . . . . . . . . . 323 SPAMM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327 Аппаратура и оборудование для МРТ . . . . . . . . . . . . 330 Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330 Представление о магнетизме . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332 Постоянные магниты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335 Электромагниты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337 Сверхпроводящие электромагниты. . . . . . . . . . . . . . . . 339 Окаймляющее поле . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342 Шиммирующие катушки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343 Градиентные катушки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 344 Радиочастотные катушки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352 448 Глава 10 Глава 11 Глава 12 Оглавление Блок контроля импульсных сигналов. . . . . . . . . . . . . . . 357 Приспособления для размещения больного в полости магнита . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 358 Пульт оператора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 358 Техника безопасности в МРТ . . . . . . . . . . . . . . . . . 360 Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 360 Основное магнитное поле . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 361 О «летательных снарядах» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 368 Реанимационные процедуры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 369 Имплантанты и протезы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 369 Водители ритма . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 376 Градиентные магнитные поля. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 376 Радиочастотные поля . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 378 Клаустрофобия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 380 Сброс охлаждения магнита . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381 Инструктаж персонала. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 382 Наблюдение за больным. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 382 Мониторы и прочее оборудование, используемое в МРТ . . . . 384 Выбор места для установки томографа . . . . . . . . . . . . . . 384 Использование контрастирующих агентов в МРТ . . . . . 387 Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 387 Взвешенные изображения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 388 Механизм действия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390 Диполь-дипольные взаимодействия . . . . . . . . . . . . . . . 391 Магнитная восприимчивость . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 392 Релаксирующая способность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394 Вопросы безопасности препаратов гадолиния . . . . . . . . . . 395 Вопросы безопасности препаратов на основе оксида железа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 398 Применение контрастирующих агентов . . . . . . . . . . . . . 398 Выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 408 Получение функциональных изображений . . . . . . . . . 409 Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 409 Получение диффузионно-взвешенных изображений (DWI) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 410 Перфузионные изображения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 416 Функциональные изображения (fMRI) . . . . . . . . . . . . . . 418 Инвазивная МРТ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 420 МР-спектроскопия (MRS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422 Получение изображений всего туловища . . . . . . . . . . . . 425 МР-микроскопия (MRM) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 426 Ответы на вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 428 Словарь терминов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433
