Опишите физическиеосновыМРТ.

• Атомы состоят из положительно заряженных частиц — протонов, отрицательно заряженных частиц — электронов и незаряженных нейтронов. В сильном магнитном поле атомы ведут себя как маленькие магниты, выстраиваясь параллельно вектору внешнего магнитного поля. Слабые радиочастотные импульсы строго определенной частоты меняют ориентацию отдельных атомов. Возвращаясь в исходное состояние, эти атомы в свою очередь испускают импульсы, которые улавливаются приемной катушкой. Водород ('Н) — самый распространенный атом в живом организме, поэтому клиническая МРТ основана на свойствах именно этого атома.

• Импульсы, испускаемые атомами при переходе из возбужденного состояния в исходное, улавливаются приемными катушками. Эти импульсы представляют собой колебания магнитного поля, амплитуда которых постепенно затухает. Приемные катушки располагаются перпендикулярно основному магнитному полю.

• Контрастность тканей при МРТ достигается за счет разницы во временах релаксации (T1, Т2 и Т2*) у протонов в составе различных тканей. Контрастные вещества позволяют усилить естественную контрастность тканей.

• Расположение структур в плоскости исследования определяется за счет варьирования частотной и фазовой кодировки радиочастотных импульсов, испускаемых градиентными катушками.

10.Опишите основные этапы получения и обработки информации в МРТ.

Первый этап ЯМР диагностики заключается в намагничивании тела пациента или его части в постоянном магнитном поле с индукцией . Для объекта, находящегося магнита, магнитные диполи, которые при качественном описании можно считать магнитной стрелкой (аналогичной стрелке компаса), ориентированы хаотически. Для объекта в постоянном магнитном поле происходит ориентация диполей по полю (точнее, вдоль его магнитных силовых линий) или против поля. Ориентированные вдоль направления поля ядра обладают меньшим запасом энергий, чем ядра, ориентированные против поля. В результате в каждой точке возникает ненулевой вектор намагниченности , параллельный вектору .

Второй этап диагностики заключается в повороте вектора на некоторый угол , обычно равный или . Данный поворот осуществляется при помощи катушек возбуждения, помеченных на Рис.1 буквами GHF. Именно на этом этапе и используется эффект ядерного магнитного резонанса, основанный на том, что каждый диполь, помимо магнитного момента, обладает собственным вращением и, соответственно, моментом количества движения. Катушка возбуждения GHF генерирует магнитное поле, поляризованное по кругу и вращающееся в плоскости Оху. Напряженность этого поля равна . Если частота вращения вектора индукции поляризованного поля совпадает с частотой собственного вращения спина, то возникает резонанс, который приводит к повороту вектора намагниченности — отклонению от оси Oz на угол , зависящий от длительности и амплитуды сигнала возбуждения. Частота вращения атомов различных химических элементов различна, что позволяет производить селекцию нужных элементов путем изменения частоты возбуждающего поля — поворачивать диполи, например, только водорода, или кислорода, или кремния и т.д. Резонансная частота зависит также от напряженности поля в данной точке тела. Следовательно, создавая неоднородность поля в материале, можно вращать диполи только в заданной плоскости, или на прямой или в точке. Неоднородность поля по координатам создается при помощи трех пар градиентных катушек. На Рис.1 показана пара градиентных катушек (два прямоугольника из светлых цилиндров), создающих неоднородность поля по переменной х. Две другие пары не показаны — они получаются из пары, показанной на Рис.1, путем поворота пары для оси Ох на угол около осей Oz и Оу соответственно.

Третий этап диагностики состоит в регистрации сигнала ядерного магнитного резонанса, возникающего после отключения катушек возбуждения, с использованием антенны А. Данный процесс заключается в том, что, после отключения возбуждения, снова начинается ориентация диполей по полю — их движение к вектору . Однако теперь, в отличие от процесса первичной ориентации (намагничивания) все диполи, движущиеся к вектору , вращаются с одной и той же частотой около оси Oz, пересекая магнитные силовые линии поля . При этом в приемной антенне А возникает электрический ток, который усиливается и преобразуется в цифровой сигнал, подвергаемый специальной обработке.

Конечным результатом данной обработки является Фурье-образ распределения плотности атомов выбранного элемента по объему тела пациента или по некоторым его сечениям. Для визуализации и анализа производится вычисление обратного преобразования Фурье и использование средств компьютерной графики.

Для построения математической модели описанного процесса диагностики необходимо иметь определение магнитной индукции и намагниченности , и получить уравнения, описывающие намагничивание, вращение вектора намагниченности и сигнал ядерного магнитного резонанса. Необходимо также дать способ обработки сигнала, в результате которого получится образ Фурье искомого распределения плотности.