Представьте себе аппарат, называемый магнитно-резонансной томографией (МРТ), который может посмотреть внутрь нашего тела без использования рентгеновских лучей или хирургических инструментов. Удивительно, что эта технология появилась почти случайно в результате исследований ядерного магнитного резонанса в середине прошлого века.
Сердце томографа — огромный и чрезвычайно мощный магнит, который создает сильнейшее магнитное поле вокруг пациента. Когда магнит воздействует на крошечные частицы в нашем теле, протоны, похожие на маленькие компасы, выстраиваются в определенном порядке. Затем аппарат посылает радиоволны, которые «сбивают» протоны с их мест.
Когда радиоволна выключается, протоны возвращаются на место и выделяют слабый сигнал. Разные ткани тела, такие как мышцы, мозг и связки, делают это с разной скоростью. Эти сигналы улавливаются томографом, а затем мощный компьютер преобразует их в детализированное объемное изображение.
Что касается металла, то важно снять все украшения и сообщить врачу о любых металлических конструкциях в организме, от пирсинга до кардиостимулятора. Это потому, что мощное магнитное поле не влияет на ферромагнитные предметы, а металлические скрепки или импланты могут сильно нагреться или сместиться внутри тела.
Кто придумал МРТ и почему его раньше называли ЯМР
Феликс Блох — американский и швейцарский физик, лауреат Нобелевской премии по физике за 1952 год. Он член Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки.
История магнитно-резонансной томографии (МРТ) начинается с открытия ядерного магнитного резонанса (ЯМР) в 1946 году.
Независимо друг от друга, Филикс Блох из Стэнфордского университета и Эдвард Парселл из Гарварда получили Нобелевскую премию по физике в 1952 году за это важное открытие.
Советский физик-экспериментатор Евгений Константинович Завойский был Героем Социалистического Труда и лауреатом Ленинской премии.
Тем не менее, еще в 1944 году советский экспериментатор-физик Евгений Завойский, который участвовал в разработке атомной бомбы, открыл электронный парамагнитный резонанс (ЭПП).
Это открытие послужило основой для развития ЯМР-спектроскопии. Однако из-за изоляции советской науки его работы долго не признавали на Западе.
Спекроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР), метод исследования, позволяет изучить взаимодействие атомов внутри молекул.
Этот образец современного аппарата МРТ. Да, фирма Canon производит их.
Пол Лотербур опубликовал статью в журнале Nature в 1973 году, которая привела к развитию магнитно-резонансной томографии. В ней он объяснил способ создания трехмерных изображений с использованием градиентных магнитных полей.
После этого британский физик Питер Мэнсфилд, лауреат Нобелевской премии по медицине 2003 года, улучшил математические алгоритмы обработки данных, что позволило быстрее создавать изображения.
Реймонд Дамадьян и его первое устройство МРТ
Американский ученый и биофизик Реймонд Дамадьян разработал сканер, с помощью которого в 1977 году провели первое сканирование человека с помощью магнитно-резонансной томографии (МРТ).
Чтобы избежать связи с радиацией после аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 году, термин «ядерно-магнитная резонансная томография» заменили на «магнитно-резонансная томография».
Технологии не стоят на месте, и внедрение нейросетей в процесс изучения сигналов МРT является одним из больших улучшений.
При проведении магнитно-резонансной томографии (МРТ) искусственный интеллект уменьшает шум и артефакты, помогает быстро планировать срезы и позволяет создавать более информативные снимки.
МРТ-сканер Siemens MAGNETOM Altea 1.5T с интегрированным пакетом искусственного интеллекта, первый в Москве, между прочим.
Кроме того, ожидается, что время, необходимое для анализа изображений МРТ, сократится за счет использования ИИ, по словам экспертов. Разница между традиционным МРТ и МРТ с искусственным интеллектом сравнима с переходом от обычного телевизора к современному 4K-экрану.
Когда вы видите общую картину на стандартном телевизоре, 4К позволяет увидеть мельчайшие детали.
Аппарат магнитно-резонансной томографии (МРТ) — это огромный магнит, созданный почти случайно в результате экспериментов ученых с магнитами и радиоволнами. Внутри аппарата магнитное поле заставляет атомы водорода в организме выстраиваться в определенном порядке, а радиоимпульсы слегка «тормошат» их, создавая изображение. Из-за этого нельзя лезть в тело с металлом (например, железо или другие магнитные материалы).
По сути МРТ – это огромный магнит. Разберем принципы его работы
Современный аппарат МРТ в разрезе.
Благодаря принципам ядерного магнитного резонанса аппарат аппаратного магнитного резонанса (МРТ) использует магнитные поля и радиоволны для создания тщательных изображений тканей и внутренних органов тела.
Если разделить процесс на шаги, мы получим следующее изображение:
Магнитное поле, создаваемое сердцем устройства, является постоянным и очень сильным, в среднем от 0,5 до 3 Тесла, что в десятки тысяч раз сильнее магнитного поля Земли.
В теле человека есть много атомов водорода, как в воде, так и в жирах. Протоны, или ядра атомов водорода, имеют собственный магнитный момент, поэтому они выстраиваются вдоль направления магнитного поля МРТ.
✔ Устройство посылает короткий импульс радиоволн определенной частоты, который «сбивает» закрепленные протоны.
Ядерный магнитный резонанс происходит, когда радиочастотный импульс выключается. Протоны релаксируют или возвращаются в свое первоначальное положение и излучают слабый радиосигнал.
Эти сигналы, испускаемые протонами, улавливаются чувствительными антеннами внутри устройства.
Первая мобильная установка магнитно-резонансной томографии (МРТ) в мире называется POC MRI. Впервые ее использовали во время пандемии COVID-19.
После того, как катушки фиксируют сигналы, компьютер начинает работать и проверяет несколько важных параметров:
✔ Скорость, с которой протоны возвращаются (рeлаксируют) в различных тканях, таких как жидкость, мышцы, жир, опухоль или другие.
✔ Количество протонов, или плотность водорода, на разных местах
Градиентные катушки создают дополнительные, слабые и быстро меняющиеся магнитные поля, которые позволяют точно определить координаты сигнала в пространстве.
Пример готовой магнитно-резонансной томографии головного мозга.
Основываясь на этом анализе, мы можем получить четкие послойные изображения внутренних структур каждой плоскости тела.
После того, как мы подробно изучили принцип работы МРТ, пришло время объяснить, почему лучше избегать вмешательства с металлическими предметами.
Почему металл внутри МРТ смертельно опасен
Да, магнит очень мощный.
В принципе, все понятно в начале предыдущего раздела. Напомню, что сердце устройства является мощным сверхпроводящим магнитом, что может привести к попаданию металлического предмета в зону сильного магнитного поля магнитного резонанса (МРТ):
Во-первых, эффект снаряда. Магнитное поле притягивает ферромагнитные материалы, такие как сталь, железо, никель, кобальт и другие металлы; в результате металлические имплантаты или осколки могут сдвинуться, что может причинить вред окружающим тканям, нервам и кровеносным сосудам.
Во-вторых, в процессе сканирования металлические объекты нагреваются до такой степени, что они становятся горячими, а также вибрируют из-за переменного магнитного поля.
В-третьих, из-за того, что металл создает сильные искажения магнитного поля, на фотографиях видны артефакты.
Ситуация: отставной сотрудник полиции прибыл в качестве сопровождающего и привел на МРТ пожилого 80-летнего тестя. Когда он помогал родственнику расположиться внутри аппарата, он забыв об оружии, выпустил пистолет из-за пояса и намертво примагнитился к стенке аппарата. К счастью, жертв не было.
Казалось бы, эти аргументы вполне достаточно, чтобы прийти к очевидному выводу: мы не принимаем участия в МРТ с металлом. Однако что делать людям, которые получают спицы или зубные импланты после сложных переломов?
Для некоторых металлических предметов есть исключения
Снимoк МРТ пациента с кардиостимулятором.
Проведение магнитно-резонансной томографии невозможно из-за наличия металличеcких элементов в организме, таких как спицы. Однако есть некоторые детали.
Не каждый металл является таким же вредным, как ферромагнитные. Помимо ферромагнитных, существуют также парамагнитные металлы, такие как платина, титан и алюминий в чистом виде, а также диамагнитные металлы, такие как медь, золото и серебро. Несмотря на их слабую притягиваемость или отталкивание, эти металлы могут нагреваться, что приводит к искажениям изображения.
Врач принимает окончательное решение о проведении МРТ с использованием этих металлов.
В большинстве случаев содержание металла в искусственных зубах незначительно и не мешает проведению МРТ. В противном случае конструкцию необходимо снять или использовать другой метод исследования тканей головы.
Тем не менее, следует отметить, что современные импланты обычно изготавливаются из титана, материала, который не намагничивается и не взаимодействует с магнитным полем МРТ. Циркониевые импланты, в свою очередь, также совместимы с процедурой МРТ, поскольку они полностью неметаллические и не вызывают искажений на снимках.
И правда, удивительно, что такая мощная технология, способная увидеть все внутри нашего тела без каких-либо повреждений, появилась практически из случайного наблюдения. Это напоминает о том, что в науке часто делаются великие открытия, когда любопытный ум замечает скрытые связи.
В основе работы томографа лежит использование сильнейшего магнита и радиоволн, которые на время «строят» атомы водорода в нашем теле в один ряд, а радиоволны мягко «постукивают» по ним, создавая более детальное изображение. Металл может сильно нагреться, сместиться или исказить изображение до неузнаваемости, что делает исследование бессмысленным.
Таким образом, правило про металл — это не просто требование врачей, а жизненно важное решение для безопасности и обеспечения точного результата. Когда вы проходите мимо этой большой «белой трубы», вы можете вспомнить, что внутри происходит почти магический разговор магнитного поля с нашим собственным телом.
