Магнитно-резонансная томография (МРТ) – одно из самых впечатляющих достижений современной медицины, позволяющее заглянуть внутрь человеческого тела с невероятной детализацией, без использования вредного ионизирующего излучения.
Но каждый, кто проходил это исследование, знает главное правило: НИЧЕГО МЕТАЛЛИЧЕСКОГО! Почему же этот запрет так строг? Чтобы понять это, нужно разобраться в принципах работы самого аппарата.
Этим мы сейчас и займемся.
КРАТКО◦ Как работает аппарат МРТ
◦ Почему металл и МРТ несовместимы
◦ Какие есть исключения из правил
◦ Заключение
Кто придумал МРТ и почему его раньше называли ЯМР
Феликс Блох — швейцарский и американский физик. Лауреат Нобелевской премии по физике за 1952 год. Член Национальной академии наук США.
История магнитно-резонансной томографии (МРТ) — это история открытий, сделанных множеством не связанных между собой ученых, чьи работы дополняли друг друга. Все началось с открытия ядерного магнитного резонанса (ЯМР) в 1946 году.
Феликс Блох из Стэнфордского университета и Эдвард Парселл из Гарварда независимо друг от друга пришли к этому важному открытию. За это достижение они получили Нобелевскую премию по физике в 1952 году.
Евгений Константинович Завойский — советский физик-экспериментатор. Герой Социалистического Труда. Лауреат Ленинской премии.
Однако еще в 1944 году советский физик-экспериментатор Евгений Завойский, участвовавший в создании атомной бомбы, открыл электронный парамагнитный резонанс (ЭПР).
Это открытие стало основой для развития ЯМР-спектроскопии. Но на Западе его работы долго не признавали из-за изоляции советской науки.
ЯМР-спектроскопия (спектроскопия ядерного магнитного резонанса) это такой метод исследования, который позволяет узнать, как атомы взаимодействуют друг с другом внутри молекул.
Вот так выглядит современный аппарат МРТ. Да, их производит в том числе фирма Canon.
Отправной точкой развития магнитно-резонансной томографии стала статья Пола Лотербура, опубликованная в журнале Nature в 1973 году. В ней он изложил метод получения трехмерных изображений с помощью градиентных магнитных полей.
Позже британский физик Питер Мэнсфилд, лауреат Нобелевской премии по медицине 2003 года, усовершенствовал математические алгоритмы обработки данных, ускорив создание изображений.
Реймонд Дамадьян и его первый аппарат МРТ
Первое сканирование человека с помощью МРТ провели в 1977 году. Для этого использовали сканер, разработанный американским ученым и биофизиком Реймондом Дамадьяном.
После аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 году термин «ядерно-магнитная резонансная томография» изменили на «магнитно-резонансная томография», чтобы избежать ассоциаций с радиацией.
С годами технологии не стоят на месте. Одно из главных улучшений — внедрение нейросетей в процесс изучения сигналов МРТ.
Искусственный интеллект оптимизирует параметры обследования, при проведении МРТ головного мозга помогает быстро распланировать срезы, ИИ уменьшает шум, артефакты и позволяет выдавать более информативные снимки.
МРТ-сканер Siemens MAGNETOM Altea 1.5T с интегрированным пакетом искусственного интеллекта, первый в Москве, между прочим.
А также, разумеется, за счет использования ИИ сокращается время, необходимое для анализа МРТ-изображений. По словам экспертов, разница между обычным МРТ и МРТ с искусственным интеллектом сопоставима с переходом от обычного телевизора к современному 4К-экрану.
Если на стандартном телевизоре вы видите общую картинку, то на 4К можете рассмотреть мельчайшие детали.
По сути МРТ – это огромный магнит. Разберем принципы его работы
Современный аппарат МРТ в разрезе.
Аппарат МРТ работает на принципах ядерного магнитного резонанса, используя магнитные поля и радиоволны для создания детальных изображений внутренних органов и тканей тела.
Если разделить процесс на этапе то получится следующая картина:
✔ Сердце аппарата — мощный сверхпроводящий магнит, создающий постоянное и очень сильное магнитное поле (обычно от 0,5 до 3 Тесла, что в десятки тысяч раз сильнее магнитного поля Земли).
✔ В теле человека много атомов водорода (в воде и жирах). Ядра атомов водорода (протоны) обладают собственным магнитным моментом (как крошечные магнитики). Под действием мощного поля МРТ эти протоны выстраиваются вдоль направления этого поля.
✔ Аппарат посылает короткий импульс радиоволн определенной частоты. Этот импульс «сбивает» выстроенные протоны с их положения.
✔ Когда радиочастотный импульс выключается, протоны начинают возвращаться (релаксировать) в свое исходное положение, выровненное с основным магнитным полем. При этом они излучают слабый радиосигнал. Этот процесс называется ядерным магнитным резонансом.
✔ Чувствительные катушки-антенны внутри аппарата улавливают эти сигналы, испускаемые протонами.
POC MRI — это первая в мире мобильная установка МРТ. Ее впервые применили в разгар эпидемии Covid-19.
Катушки фиксируют сигналы, после чего компьютер начинает свою работу. Он анализирует несколько ключевых параметров:
✔ Скорость, с которой протоны возвращаются (релаксируют) в тканях разного типа — будь то жир, мышцы, опухоль, жидкость или другие.
✔ Количество протонов (плотность водорода) в различных участках.
✔ Местоположение источника сигнала. Это становится возможным благодаря градиентным катушкам, которые создают дополнительные, слабые и быстро меняющиеся магнитные поля. Они позволяют точно определить координаты сигнала в пространстве.
Пример готового снимка МРТ головного мозга.
На основе этого анализа формируются детальные послойные изображения внутренних структур тела в любой плоскости.
И теперь, когда мы детально выяснили как работает МРТ, пора наконец-то объяснить почему с металлическими предметами туда лучше не лезть.
Почему металл внутри МРТ смертельно опасен
Да, магнит настолько мощный.
В принципе, всё становится понятно в начале предыдущего раздела. Напоминаю: сердце аппарата — мощный сверхпроводящий магнит. К чему может привести попадание металлического предмета в зону сильного магнитного поля МРТ:
Во-первых, эффект снаряда. Магнитное поле притягивает ферромагнитные материалы (железо, никель, кобальт, сталь), и металлические имплантаты или осколки могут сдвинуться, повредив окружающие ткани, нервы и кровеносные сосуды.
Во-вторых, нагрев и вибрация. Во время сканирования радиочастотные импульсы вызывают нагрев металлических объектов вплоть до ожога. А еще переменное магнитное поле заставляет металлические объекты вибрировать. Ощущения неприятные.
В-третьих, изображение банально получается не совсем корректным. Металл создаёт сильные искажения в магнитном поле, что приводит к появлению артефактов на снимках.
Ситуация: отставной сотрудник полиции прибыл в качестве сопровождающего, привел на МРТ пожилого 80-летнего тестя. Совершенно забыв об оружии, он вошел в помещение и, когда помогал родственнику располагаться внутри аппарата, пистолет «вырвался» из-за пояса и намертво примагнитился к стенке установки. Курок у пистолета был взведен. К счастью, обошлось без жертв.
Казалось бы, этих аргументов вполне достаточно для очевидного вывода — в МРТ с металлом не лезем, но что вот, например, делать людям с зубными имплантами или спицами, которые ставят после сложных переломов?
Для некоторых металлических предметов есть исключения
Снимок МРТ пациента с кардиостимулятором.
Наличие металлических элементов в организме, включая спицы, является препятствием для проведения магнитно-резонансной томографии. Однако, есть нюансы.
Не все металлы одинаково вредны. Помимо ферромагнитных металлов, существуют также парамагнитные (алюминий, платина, титан в чистом виде) и диамагнитные (медь, золото, серебро). Они слабо притягиваются или отталкиваются, но всё равно могут нагреваться и создавать искажения на изображении.
Окончательное решение о проведении МРТ с использованием таких металлов принимает врач.
Обычно содержание металлов в искусственных зубах невелико и не мешает проведению МРТ. Если это не так, конструкцию придется снять или выбрать другой метод исследования тканей головы.
Но вообще стоит уточнить – обычно современные импланты изготавливают из титана — материала, который не намагничивается и не взаимодействует с магнитным полем МРТ. Также совместимы с процедурой циркониевые импланты, так как они полностью неметаллические и не вызывают искажений на снимках.
Без МРТ современная медицина была бы значительно менее точной, эффективной и безопасной
МРТ – это не просто диагностический инструмент, это окно в организм человека с беспрецедентной детализацией и безопасностью. Она обеспечивает информацию, недоступную другим методам, что делает ее незаменимой для ранней диагностики серьезных заболеваний.
И, возвращаясь к началу этого материала, под конец отмечу один, не очень приятный, факт: совокупно в создании метода и разработке аппаратов участвовали 7 не связанных между собой ученых. Но лишь четверо из них получили признание.
Реймонд Дамадьян, что создал первый коммерческий МРТ-сканер, так и не получил Нобелевскую премию.
С этой мыслью вас и оставляю. Хорошего дня!
11 комментариев