Реферат: Диагностика с помощью ядерного магнитного резонанса

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">    1    <img src="/cache/referats/1917/image002.gif" v:shapes="_x0000_i1025"><img src="/cache/referats/1917/image002.gif" v:shapes="_x0000_i1026">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">ПРЕДИСЛОВИЕ

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Работапосвящена методам интроскопии непрозрачных для видимого света объектов припомощи ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Чтобы наблюдать это явление, объект помещают в постоянное магнитноеполе и подвергают действию радиочастотных и градиентных магнитных полей. Вкатушке индуктивности, окружающей исследуемый объект, возникает переменнаяэлектродвижущая сила (ЭДС), амплитудно-частотный спектр которой и переходныево времени характеристики несут информацию о пространственной плотностирезонирующих атомных ядер, а также о других параметрах, специфических толькодля ядерного магнитного резонанса . После обработки на ЭВМ эта информация переходит в ЯМР-изображение, котороехарактеризует плотность химически эквивалентных ядер, времена релаксацииядерного магнитного резонанса, распределение скоростей потока жидкости, диффузиюмолекул и биохимические процессы обмена веществ в живых тканях.

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">КонтрастЯМР-изображений можно увеличить, вводя в организм различные парамагнитныевещества. Методы ЯМР-интроскопии позволяют следить за процессами поступления ворганизм и удаления из него атомных ядер, например фтора-19, которые внормальных условиях либо отсутствуют в организме, либо содержатся в ничтожныхконцентрациях. Благодаря указанным свойствам ЯМР-интроскопия стала самыммощным и многогранным методом диагностики в медицине, вытеснив на второй планреконструктивную рентгеновскую томографию, а также акустоскопию .

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">ЯМР-интроскопия развивается стремительными темпами. Этому,в частности, способствует то, что данный метод диагностики безвреден дляздоровья человека. В отличие от рентгеновских методов диагностикиЯМР-интроскопия дает возможность получать как отдельные ЯМР-изображения, так икинокадры, содержащие большое число ЯМР-изображений. Было зафиксированонесколько случаев, когда злокачественная опухоль в мозгу человека своевременнообнаруживалась при помощи ЯМР-интроскопии, в то время как рентгеновские методыдиагностики выявляли эту болезнь на более поздней стадии, и лечениестановилось невозможным. Есть все основания предполагать, что методомЯМР-интроскопии будет решена проблема ранней диагностики рака, а также многихдругих болезней человека .

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">РАДИОЧАСТОТНЫЕ   КАТУШКИ

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Радиочастотные(РЧ) катушки ЯМР-спектрометров и ЯМР-интроскопов предназначены для подводаРЧ-поля к образцу и  для съема РЧ-отклика системы спинов. Эти функции разделены в скрещенных РЧ- катушках,которые перпендикулярны друг к другу. Обе указанные функции может выполнятьодна РЧ- катушка, если в передающей приемной системе имеется дуплексер илиэквивалентная развязывающая цепь. В ЯМР- интроскопах используют как соленоидальные, так и седловидные РЧ- катушки. Амплитуда РЧ- поля в однородном соленоиде     

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">В1=300(W· Q·

n<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">с<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Arial">·<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Vc)[ГАсГ1] <span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">1/2<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»"> ,

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">где В1 выражено в

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">мк<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Тл, РЧ — мощность W в Вт, объём РЧ — катушки V<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">c<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">в см3. Постоянная времени нарастания напряжения в такомсоленоиде   

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">      

<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">t

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">H<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">=2Q/ pn<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">o<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»"> ,                       

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">2

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">где   Q — добротность РЧ — катушки. Одиночная РЧ — катушка создает самую большую амплитуду В1 РЧ — поля в образце заданного объемаV

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">c<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">.

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»"> Отношение сигнала к шуму S/N в цепинастроенной РЧ — катушки изменяется как корень квадратный из Q, и поэтому целесообразно иметь более высокое Q.Однако время, затрачиваемое на разделение двух соседних циклов облучения,пропорционально добротности. Поэтому в ЯМР- интроскопах, в которых используютимпульсные методы формирования ЯМР — изображений ,  добротность ограничена.

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">   Чтобы получить однородное РЧ — поле пообъему образца, были построены седловидные РЧ- катушки взамен однородныхсоленоидальных. Вариации амплитуды магнитного поля по объему образца минимальны, если h/D=1.6554, c=120.76°,(рис 1), и магнитное поле перпендикулярно оси цилиндра. В оптимальнойконфигурации седловидной РЧ- катушки производные от центрального поля второгопорядка по координате обращаются в нуль для любого направления. Заметим, чтоседловидную геометрию с противоположными направлениями электрических токовиспользуют также в градиентных катушках магнитного поля.

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Однако оптимальныезначения h/D и µ будутдругими. Оптимизацию геометрии в этом случае определяет некоторая комбинацияпроизводных от центрального магнитного поля по координате третьего порядка.

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">        Для расширения области однородного РЧ-поля в соленоидальной катушке вводят переменный шаг между витками. Анализпоказал, что радиальная неоднородность сравнима с аксиальной неоднородностьюили меньше ее, и обе указанные неоднородности улучшаются, если оптимальноуменьшать шаг намотки к краям соленоида. Геометрия такого соленоида фиксируетсяпри помощи четырех гребенок, изготовленных из нитрида бора. Таким образом, былополучено двукратное увеличение однородности РЧ- поля  на частоте v

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">o<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">=270 MГц.

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">        Сравнительный анализ соленоидальной иседловидной РЧ- катушек для ЯМР- интроскопов, в которых используют импульсныеметоды формирования ЯМР- изображений, показывает, что отношение сигнала к шумув соленоидальной РЧ- катушке примерно в 3 раза, а добротность Q примерно в 2раза больше, чем в седловидной РЧ- катушке на частотах 20 МГц. Причина этого втом, что магнитная энергия в седловидной РЧ- катушке концентрируется вблизипроводников и не проходит через образец, который находится в центре РЧ-катушки.

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">        В импульсных ЯМР- интроскопах образецвозбуждается импульсами РЧ- поля с пиковой мощностью порядка 102—103Вт при среднем квадратическом напряжении 100 В. Между тем мощностьрегистрируемого сигнала равна всего 10 — 6 Вт. Чтобы подавитьостаточные осцилляции тока на 180 dВв скрещенных РЧ- катушках, требуется время восстановления около 14

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">t<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">d,где <span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">t<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">d– постоянная времени спада резонансной цепи, равная 2Q/w<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">o<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">,а в случае одной РЧ- катушки это время возрастает до 21<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">t<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">d.Блокирование полезной информации в течение времени восстановления приводит камплитудным и фазовым искажениям в регистрируемом сигнале ССИ.

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Передающе-приемная РЧ- катушка ЯМР- интроскопа для объектов большого размера показана нарисунке 2. Это седловидная катушка Гельмгольца, содержащая всего два виткамедной полоски, намотанных на цилиндр диаметром 30 см. специальные соленоидальныеРЧ- катушки для головы человека были созданы в Абердине. Статическое магнитноеполе абердинского ЯМР- интроскопа ориентировано вертикально, а магнитное РЧ-поле горизонтально вдоль оси ложа, на котором лежит пациент(рис.3). Двасоленоида с шагом обмотки 1.1 см и диаметром 27.6 см имеют участок

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">3

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">длиной5.5 см, свободный от витков. Вариации амплитуды РЧ- поля в описанной конструкциисдвоенного соленоида составляют около 9% на длине 14 см, что в 4.4 раза меньше вариации воднородном соленоиде тех же размеров. Чтобы не допустить расстройки РЧ- катушкипосле помещения пациента, между головой пациента и РЧ- катушкой помещался экранФарадея, который одновременно уменьшал диэлектрические потери в теле пациента.Экран состоял из 90 медных проводников диаметром 1.8 мм, равномерно уложенныхпараллельно оси РЧ- катушки. Чтобы центральная трансаксиальная плоскость былаэквипотенциальной под нулевым потенциалом, РЧ- катушка для головы человекаработала в электрически сбалансированном режиме. Поэтому не было необходимостизаземлять проводники экрана Фарадея, и каждый проводник мог быть электрически изолирован.Резонансная частота РЧ- катушки равна 1.7 МГц, добротность Q

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">= 460 без пациента и Q<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»"> = 330 спациентом. Из этих значений следует, что индуктивные потери составляют 1/3полных потерь в процессе формирования ЯМР- изображений головы человека.

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Чтобыуменьшить размер РЧ- катушки и тем самым увеличить отношение сигнала к шуму,была разработана РЧ- катушка в форме скрещенных элипсов рис.4. Обмотка состоялаиз двух витков медной проволоки, намотанных на цилиндрический каркас либопоследовательно, либо параллельно. РЧ- поле в ней могло быть направлено какпараллельно оси цилиндрического каркаса, так и перпендикулярно. Если генераторРЧ- поля подсоединен к клеммам ab, то возбуждается поперечное В1(a,b) поле, аесли к генератору подсоединены клеммы cd, то возбуждается продольное В1(c,d)поле. РЧ- катушка с параллельной обмоткой характеризуется тем, что РЧ-напряжение, приложенное к клеммам ab, практически не создает напряжения наклеммах cd, и наоборот. Поэтому РЧ- мощность можно передавать через одну паруклемм. Возможна также схема, в которой переключатель- дуплексор соединен скаждой парой клемм, так что можно одновременно регистрировать ЯМР- сигналы отдвух различных ядер, гиромагнитные отношения которых не сильно отличаются другот друга, например, ядра 1Н и 19F. Известно, что в этом случае статическоемагнитное поле должно быть ориентировано вдоль оси х (рис.4) перпендикулярновекторам

<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">В<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">1, АВ <span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">и<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">В<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">1,CD <span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">одновременно.

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">        Конструкция РЧ- катушек, используемых вметоде ЯМР- интроскопии с градиентом РЧ- поля по объему образца, показана нарисунке 5. Передающая РЧ- катушка, которая формирует градиент РЧ- поля, состоитиз четырех витков в верхней части и одного витка в нижней части. приемнаяРЧ-катушка выполнена в форме соленоида. Основной недостаток такой конструкцииРЧ- катушек в том, что для образцов, длина которых соизмерима с длинойпередающей РЧ- катушки, возникают артефакты на ЯМР- изображениях. Причинойвозникновения этих атерфактов в том, что фазы сигналов, идущих от различныхчастей образца, различаются.

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">СЪЕМ   И  ОБРАБОТКА   ДАННЫХ

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">        Отсчитываниеаналоговых ЯМР- сигналов ведут на регулярной последовательности дискретныхмоментов времени, идущих с тактовым периодом, который удовлетворяетклассической теореме отсчетов. Перед каждым очередным отсчитыванием производятинтегрирование ЯМР- сигнала практически в течение всего тактового периода.Накопленный сигнал сбрасывают перед началом очередного цикла накопления.Тактовая частота может достигать 107 Гц, а диапазон измеряемых частотоколо 10 кГц. Проинтегрированные сигналы обрабатывались в аналогово- цифро

<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">4

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">вомпреобразователе, которые принимают вид набора двоичных знаков от 5 до 14 разрядов.Чтобы зафиксировать цепочку цифр, используют быстрое устройство накопленияцифровой информаци.

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">Компьютер процессор в ЯМР- интроскопии используют длявыполнения дискретного преобразования Фурье большого массива данных, а такжедля выполнения других математических операций, которые возникают в процессеполучения ЯМР- изображений. Только в ЯМР- интроскопах прямого сканирования либопри использовании топического метода искомые данные получают при помощи простойперетасовки данных в заданном формате. Наибольший объём вычислений выполняютпри использовании проекционно- реконструктивного метода ЯМР- интроскопии.Большой объём промежуточных данных хранят в больших системах памяти и возвращаютобратно в память после проведения соответствующих вычислительных операций.

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">        ЯМР- изображения, поступившие из ЯМР-интроскопа, могут быть подвергнуты апостериорной обработке в целях повышенияконтраста и качества изображения, а также для распознавания образов,корреляционного и других методов диагностики. Подробный анализ методов цифровойобработки ЯМР- изображений выходит за рамки данной работы.

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">СИСТЕМЫ   ОТОБРАЖЕНИЯ  ДАННЫХ

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">ЯМР-изображения в своем первичном виде отображаются на экране катодно- лучевойтрубки или растрового дисплея, управляемого компьютером. Изображение на экранекатодно- лучевой трубки формируют модуляцией во времени интенсивностиэлектронного пучка. Чтобы повысить число различных градаций, используют методмодуляции времени экспозиции. На вход такого устройства исходные данные поступаютв форме слов из 4 бит в эквивалентный интервал времени экспозиции. С этойцелью табличные данные вводят в запоминающее устройство только для считывания(ROM). Организация последнего имеет вид 16 слов

´<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»"> 8 бит, так чтолюбое значение дискретного сигнала в форме слова из 4 бит в случае 16 градацийяркости адресует одно слово из 8 бит в указанной таблице. Затем слова из 8 битзагружают в восьмиразрядный счетчик импульсов, который управляется тактовымиимпульсами таким образом, что время необходимое для сброса показателей счетчикаимпульсов до нуля, пропорционально логарифму значения дискретного сигнала всоответствии с законом Вебера–Фехнера для зрения. В таком  устройстветактовая частота равна 10 МГц  , ширинаполосы частот дисплея 5 МГц. Формирование ЯМР- изображения на дисплее срастром 128´<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">128 элементов занимает около 1/4 с.Цифровой- аналоговый конвентор имеет десятиразрядные слова. Чтобы отображать надисплее данные, интенсивность которых превышает заданное значение, используютпараллельно программируемый ROM.

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">ПсевдоцветноеЯМР- изображение найдет широкое применение в клинике, так как оно облегчаетустановку точного диагноза и уменьшает напряжение, с которым должен работатьоператор. Псевдоцветное изображение формируют на цветном телевизионном мониторе.Особый интерес для медицины имеет система одновременного отображения спиновойплотности

<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">f (<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">x<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">)<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">и времен спин- решеточной релаксации <span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Т1<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»"> <span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">(<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">х<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">)<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">.Вариации <span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Т1 <span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">передаютсяв цветовой шкале, а спиновая плотность <span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">f<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">-  в шкале интенсивности. Интерфейсдисплея синхронизирует управляющие сигналы и постоянно в режиме быстрогообновления изображения конвентирует цифровые значения интенсивности ЯМР-изображения в видеосигнал.

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">5

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Фотографическиекопии ЯМР- изображения можно получить либо непосредственно с экрана цветногомонитора, либо при помощи фотосканера, управляемого компьютером. На фотобумагеполучают как черно- белые, так и цветные копии ЯМР- изображений. Устройствосодержит традиционный графопостроитель, соединенный через интерфейс сминикомпьютером. Цветная копия ЯМР- изображения создается при помощи трехисточников света различного спектрального состава, при этом свет доходит дофотографической бумаги размером 20

´<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»"> 20 см черезволоконно- оптический кабель. Время получения монохромной копии ЯМР-изображения составляет 3 минуты, а цветного 12 минут. Имеется возможностьуменьшить это время в 3 раза .

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">ПРИМЕНЕНИЕ   ЯМР — ИНТРОСКОПИИ В МЕДИЦИНЕ

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Присопоставлении различных методов получения ЯМР- изображений обычно указывают трихарактеристических параметра :

<span Arial",«sans-serif»;mso-fareast-font-family:Arial">1.<span Times New Roman""> 

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Отношениесигнала к шуму .

<span Arial",«sans-serif»;mso-fareast-font-family:Arial">2.<span Times New Roman""> 

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Времяполучения ЯМР- изображения .

<span Arial",«sans-serif»;mso-fareast-font-family:Arial">3.<span Times New Roman""> 

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Пространственноеразрешение .

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Отношение сигналак шуму равно отношению ЭДС, индуцированной в приемной РЧ- катушке, к среднейквадратической амплитуде тепловых шумов Un :

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">S / N =

x<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»"> / Un ,

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">где

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">Un = (4kTcR

Dn<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">)1/2 ;

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Tc

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">-<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Arial">–<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">  абсолютная температура катушки ;  <span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">R <span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Arial">–<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">  электрическое сопротивление; Dn<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">–ширина полосы частот всей приемной системы. Так как ЯМР- сигналы регистрируютфазово- чувствительным детектором, то в формулу для отношения S / N входит отношениеамплитуд сигналов, а не энергий. ЭДС равна

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">

x<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">

@<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»"> (В1)ху М w<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">0 <span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Vs»<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»"> w<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0 <span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">B0(B1)xyVs»<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»"> w<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">2 <span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Vs(B1)xy

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">                                  

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">при

n<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">о ³<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»"> <span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">5 МГ<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">ц<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»"> <span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">. В РЧ- катушкесоленоидального вида поле В1 для единичного тока равно

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">В10 = <img src="/cache/referats/1917/image004.gif" v:shapes="_x0000_i1027">

´<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»"> <img src="/cache/referats/1917/image006.gif" v:shapes="_x0000_i1028"> n >><span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»"> 1 ,

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">где а — радиускатушки; 2b — ее высота;

m<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0 <span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">- восприимчивостьсвободного пространства; n — число витков в катушке. С учетом скин — эффектаэлектрическое сопротивление катушки <img src="/cache/referats/1917/image002.gif" v:shapes="_x0000_i1029">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">R 3/2

*<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»"> h<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»"> *<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»"> (r<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»"> a n2) / (2d<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">  g) @<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»"> n >><span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»"> 1,

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">6

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">где

r<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">- сопротивление катушки; h<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»"> »<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»"> 3 — 6 — факторблизости; d<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»"> — толщина скин-слоя. В области частот n<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">0<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»"> £<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»"> 1МГц  отношение сигнала к шуму измеряется какстепень 7/4 от лармовой частоты. При высоких частотах, когда основные потериРЧ- мощности происходят в образце, это соотношение переходит в линейное. Дляобъектов больших размеров, например для тела человека, необходимо учестьскин- эффект и электрическое сопротивление тканей, которое равно »<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">1W<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">, а толщина скин- слоя составляет 80 мм при n<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">0<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">= 40 МГц  . Из-за ослабления РЧ- поляугол нутации q<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»"> становится функцией глубины z:

q<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">

p<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»"> / 2 <span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">= B10 tpexp(- z/d<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»"> ).

<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Разбросугла нутации по глубине компенсируют, выбирая для каждой глубины z соответствующуюамплитуду РЧ- поля.

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">Моделирующие расчеты эффектов ослабления и сдвига по фазеэлектромагнитного поля в различных тканях человека показывают, что в ЯМР-интроскопах, предназначенных для получения ЯМР- изображений человека, частотаЛармона не должна быть более 10 МГц .

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">Тело человека, помещенное в РЧ- катушку ЯМР- интроскопа,можно рассматривать как электрическое сопротивление с Z = 1.87

W<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">, которое включено последовательно с электрическим сопротивлениемсоленоидальной РЧ- катушки, имеющей R = =1.56 W<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">. При этом полноеэффективное сопротивление равно R’ = R + Z = 3.43 W<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">. Амплитуда шума Un возрастает в <img src="/cache/referats/1917/image008.gif" v:shapes="_x0000_i1030"> = <img src="/cache/referats/1917/image010.gif" v:shapes="_x0000_i1031"> раза. Именно востолько раз (и не больше!) возрастает отношение сигнала к шуму, если охладитьРЧ- катушку до сверхпроводящего состояния. Приведенная выше оценка отношениясигнала к шуму верна для прямого метода сканирования, и во всех интегральных имногопланарных методах получения ЯМР- изображений отношение сигнала к шуму вэквивалентных условиях значительно выше. Указанный фактор позволяет снизитьтребуемое время получения ЯМР- изображения вплоть до 1с.

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">Важное преимущество методов интроскопии при помощи ядерногомагнитного резонанса в том, что здесь нет ионизирующего излучения. Этот фактстал решающим стимулом быстрого распространения ЯМР- интроскопов в клиниках. Впроцессе съема данных о ЯМР- изображении тело человека подвергается действиютрех агентов: статического магнитного поля, переключаемых или осцилирующихградиентных магнитных полей, а также импульсных радиочастотных полей.Статическое магнитное поле может вызвать генетические или биохимические эффекты, а также эффекты на клеточном уровне. Вплоть до индукции магнитного поля 2 Тлуказанных эффектов не наблюдалось. Статическое магнитное поле может изменятьскорость распространения импульсов электрического поля по нервам. Согласнотеоретическим оценкам, изменение указанного фактора на 10%  должно наступить  в полях с индукцией 24 Тл и более. Вэкспериментах, проведенных в магнитном поле 2 Тл в течение 4ч никакихизменений в скорости проводимости нервов обнаружено не было. Искомое явлениемаскирует эффект изменения температуры тела. Повышение температуры тела на 0.1

°<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">С приводило к вариациям рассматриваемого фактора на 2 — 4 %.

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Всильных магнитных полях наблюдают аномалии в электрокардиограмме сердца. Придвижении крови в магнитном поле возникает дополнительная ЭДС. Наблюдаемыйэффект, который растет линейно с индукцией магнитного поля вплоть до 2 Тл и исчезаетсразу же после выключения статического магнитного поля, используют дляизучения потока крови в сердце. При этом не возникают ни аритмия, ниизменения в

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">7

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">частотесокращения сердца, ни изменения в давлении крови и не происходит никаких химическихизменений .

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">Исследование поведения бактерий и генетические исследованиялимфоцитов крови человека при помощи методики, очень чувствительной к слабымпримесям токсических веществ и к ультрафиолетовому облучению, не позволилиобнаружить какие- либо вредные эффекты вплоть до индукции магнитного поля

»<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">1 Тл.

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">Переключаемые и осцилирующие градиентные магнитные полямогут создать недопустимо высокие значения внутренней ЭДС. При скоростипереключения 3 Тл/с возникают электрические токи с плотностью около 3 мкА/см2, которые могут вызвать нетепловые биологические эффекты. Количественныйанализ показал, что для градиентной катушки диаметром 20 см допустимоезначение скорости переключения магнитного поля равно dB/dt = 1 Тл/с. Этозначение лежит ниже порога возбуждения нервов (

»<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»"> 3*<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">103мкА/см2), порога свертывания крови в сердце (102 — 103мкА/см2), порога наблюдения вспышек света в глазах человека поддействием электродов на голове человека (»<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»"> 17 мкА/см2),а также порога эффекта магнитных фосфенов (»<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»"> 5 мкА/см2).Специальные эксперименты показали, что патологические изменения в крови отсутствуютпри скорости переключения магнитного поля »<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»"> 500 Тл/с. Былозамечено, что порог указанных эффектов зависит также от формы функции,описывающей вариации магнитного поля во времени. Синусоидальные сигналы несоздают практического вреда в интервале частот 30 — 65 Гц и толькоасимметричные формы сигналов дают заметные изменения этих факторов на пациентах.

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">Радиочастотное поле ЯМР- интроскопа создает нагрев тканей.Установленный верхний порог равен 4 Вт/кг при времени воздействия менее 10 мин.и 1.5 Вт/кг при длительном облучении. Основной обогрев происходит наповерхности тела. Тело теряет тепло за счет излучения и прямого охлаждения.При низкой влажности воздуха и мощности облучения 4 Вт/кг в течение 10 мин.температура тела повышается на 0.7

°<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»"> С .

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">Тепло, выделяемое в тканях человека во время сеансаоблучения РЧ- полем, измеряют по добротности системы с пациентом и безпациента .

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">Наблюдения за поведением отдельных клеток, поискгенетических повреждений и аберраций в хромосомах показали, что комплексфакторов, характерных для ЯМР- интроскопии, не создает вредных эффектов .

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">ЯМР-изображения несут важную информацию о химии физиологических процессов, оструктуре и динамике тканей на молекулярном уровне и как следствие этого даютпринципиально новые возможности для медицинской диагностики. Это свойство ибезвредность ЯМР- интроскопии стали решающим стимулом быстрого внедрения ЯМР-интроскопии в медицинские клиники. Современные ЯМР- интроскопы дают пространственноеразрешение 1

´<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»"> 1´<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»"> 4 мм при времениполучения изображения около 100 с, позволяют одновременно получать локализованныеспектры химических сдвигов ядер 31Р и 13С в естественнойконцентрации. Одновременно или с небольшим разрывом во времени можно получитькак анатомическую информацию, так и данные об обмене веществ в тканях(метоболизме). Время получения спектра 31Р равно 10 и 16 мин. дляспектра 13С. Положение и относительные интенсивности пиков вспектре 31Р указывают на отклонения от нормы в тканях под действиемишемии, злокачественной опухоли, нарушения обмена и демонстрируют результатытерапии. Спектры 13С содержат информацию об уровне триглицерида игликогена. На ЯМР- изображениях можно отобразить:

<span Arial",«sans-serif»; mso-fareast-font-family:Arial">1.

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Времяспин- решеточной релаксации Т1 ;

<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">8

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">2.Времяспин- спиновой релаксации Т2 ;

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">              3.Коэффициент диффузии молекул ;

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">Особенноценную информацию несут ЯМР- изображения сосудистой системы, спинового мозга,головного мозга, легких и средостения. Все случаи злокачественных опухолей,обнаруживаемых при помощи реконструктивной рентгеновской томографии,идентифицируются  на ЯМР- изображенияхядра водорода. Накоплен большой опыт клинического исследования головного мозгачеловека при помощи ЯМР- интроскопии. Всего было обследовано 140 пациентов сшироким спектром неврологических заболеваний. Преимущество ЯМР- изображений втом, что на них серое вещество мозга отображается с высоким контрастом,который недоступен для рентгеновской реконструктивной томографии. Отсутствуютартефакты, создаваемые костными тканями в рентгеновской реконструктивнойтомографии, отображаются параметры о потоке жидкостей.

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">Большой набор параметров на ЯМР- изображениях позволяет свысокой достоверностью обнаружить такие патологические процессы, как эдема,инфекции, злокачественные опухоли и перерождения ткани. Особенно высокуючувствительность к мозговой эдеме дают сигналы спинового эха. Главныйнедостаток ЯМР- интроскопии в том, что на ЯМР- изображениях нет информации оструктуре костей. Для этой цели необходимо использовать реконструктивнуюрентгеновскую томографию .

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">ЯМР- интроскопия дает уникальную возможность своевременнообнаружить образование миелита в развивающемся плоде и при оценке мозговыхнагноений у детей.

<span Arial",«sans-serif»;mso-bidi-font-family: «Times New Roman»">Результаты первого опыта использования ЯМР- интроскопии впедиатрии являются обнадеживающим. При помощи планарного метода получения ЯМР-изображений с регистрацией эхо- сигнала за малые доли секунды получаютизображения легких, сердца, и средостение без артефактов движения. Иначеговоря, съем данных ведут в реальном масштабе времени. Время полученияизображения с разрешением 6 мм и толщиной 8 мм равно 35 мс. Сигналом — монитор

еще рефераты
Еще работы по медицине