Лекция 3. Магнитно – резонансная томография. Эндоскопические методы визуализации

Магнитно-резонансная томография (МРТ) — способ получения томографических медицинских изображений для исследования внутренних органов и тканей с использованием явления ядерного магнитного резонанса. Способ основан на измерении электромагнитного отклика атомных ядер, чаще всего ядер атомов водорода, а именно, на возбуждении их определённым сочетанием электромагнитных волн в постоянном магнитном поле высокой напряжённости.
https://p0.zoon.ru/3/f/57e0b08340c0887d3c8c22c8_5a774a5943d7b.jpg

https://en.ppt-online.org/560116
СХЕМА МР-ТОМОГРАФА

Высокопольный томограф закрытого типа
Низкопольный томограф
открытого типа
Примеры МР-томографов
РЧ-катушки
Ложемент
РЧ-катушки
Магнит
https://ppt-online.org/155827

Магнитно-резонансная томография является одним из современных методов лучевой диагностики, позволяющим неинвазивно получать изображения внутренних структур тела человека.
Важнейшим преимуществом МРТ по сравнению с другими методами лучевой диагностики является отсутствие ионизирующего излучения и, как следствие, эффектов канцеро- и мутагенеза, с риском возникновения которых сопряжено воздействие рентгеновского излучения.
Устаревшее название метода «ядерно-магнитно резонансная томография» (ЯМРТ) в настоящее время не используется, чтобы избежать неправильных ассоциаций с ионизирующим излучением.
МРТ является единственным методом неинвазивной диагностики, обладающим высокой чувствительностью и специфичностью при выявлении отека и инфильтрации костной ткани.
Развитие МР-спектроскопии и диффузионной МРТ, а также создание новых органотропных контрастных препаратов является основой развития «молекулярной визуализации» и позволяет проводить гистохимические исследовании in vivo.

Достоинства МРТ
Неинвазивность
Отсутствие ионизирующего излучения
Трехмерный характер получения изображений
Высокий мягкотканый контраст
Естественный контраст от движущейся крови
Высокая диагностическая эффективность

МР-спектроскопия
Магнитно-резонансная спектроскопия (МРС) — метод, позволяющий определить биохимические изменения тканей при различных заболеваниях по концентрации определённых метаболитов
МР-спектры отражают относительное содержание биологически активных веществ в определённом участке ткани, что характеризует процессы метаболизма
Нарушения метаболизма возникают, как правило, до клинических проявлений заболевания, поэтому на основе данных МР-спектроскопии можно диагностировать заболевания на более ранних этапах развития

ФИЗИЧЕСКИЙ ПРИНЦИП МРТ
В основе МРТ лежит феномен ядерно-магнитного резонанса, открытый в 1946 году физиками Ф.Блохом и Э.Перселлом (Нобелевская премия по физике, 1952 г.)
Ядерный магнитный резонанс – избирательное поглощение электромагнитных волн определенной частоты веществом в постоянном магнитном поле, обусловленное переориентацией магнитных моментов ядер
Суть феномена ядерно-магнитного резонанса состоит в способности ядер некоторых элементов [H,C,O,P], находясь под воздействием статического магнитного поля, принимать энергию радиочастотного импульса и переходить на более высокий энергетический уровень. При переходе на нижний энергетический уровень ядра выделяют полученную энергию – МР-сигнал

Спектроскопия ЯМР основана на магнитных свойствах ядер, имеющих спиновое квантовое число I, отличное от нуля.
Не обладают магнитным моментом ядра с четным числом протонов и нейтронов (12С, 16О, 32 S и др)
Ядра с нечетным числом обладают магнитным моментом (1Н,13С 15N,31P и др.)
Спектроскопия протонного магнитного резонанса (ПМР) с использованием ядер 1Н (протонов)
Ядро атома водорода состоит из одного протона. Этот протон вращается вокруг своей оси и представляет собой магнит
https://en.ppt-online.org/110360

ЯМР (МР) спектроскопия основан на простых принципах. Ядра некоторых атомов действуют как магниты, которые в отсутствии магнитного поля ориентированы случайным образом
Ядра этих атомов в магнитном поле поворачиваются в направлении магнитного поля или против него
В ЯМР спектроскопии помещают образец одновременно в два магнитных поля – одно постоянное, а другое – радиочастотное. Исследуемое вещество помещают в датчик спектрометра между полюсами магнита
Образец подвергают воздействию электромагнитного излучения, частоту которого можно менять , так что ядра возбуждаются, когда накладываются соответствующие резонансные частоты
ЯМР - спектр получают при наложении двух магнитных полей: постоянного и переменного

В качестве источника возбуждающего излучения используется радиочастотный генератор, или передатчик, а поглощение ядрами энергии передатчика можно зарегистрировать с помощью радиочастотного моста
При определенном сочетании полей образец поглощает энергию, что приводит к получению ЯМР- сигнала на выходе высокочастотного усилителя. Сигнал, выделенный мостом, усиливается и записывается самописцем
С помощью высокочастотного электромагнитного излучения можно вызвать переходы между собственными состояниями на диаграмме энергетических уровней
При переходе с нижнего уровня на верхний происходит поглощение энергии. Поглощение энергии можно обнаружить, усилить и записать как спектральную линию, или так называемый резонансный сигнал

Зависимость поглощенной энергии от частоты и представляет собой ЯМР-спектр
http://dislib.ru/images2/8803/img60.png

Применение МР-спектроскопии в визуализации опухолевого метаболизма
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-642-40412-2. Functional imaging in oncology. Vol. 1. Editors: Antonio Luna Joan C. Vilanova L. Celso Hygino da Cruz Jr. Santiago E. Rossi. ISBN 978-3-642-40412-2 (eBook). Springer Heidelberg New York Dordrecht London. 2014. 549 p.

DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-642-40412-2. Functional imaging in oncology. Vol. 1. Editors: Antonio Luna Joan C. Vilanova L. Celso Hygino da Cruz Jr. Santiago E. Rossi. ISBN 978-3-642-40412-2 (eBook). Springer Heidelberg New York Dordrecht London. 2014. 549 p.

Анализ, расшифровка и интерпретация Н ЯМР спектров
В пределе спектр ЯМР каждого соединения может содержать столько разных сигналов, сколько в нем типов неэквивалентных магнитных ядер
Пики на картинке спектра ПМР – это сигналы поглощения энергии внешнего прикладываемого магнитного поля протонами вещества
Число групп сигналов говорит о том, сколько протонов разных видов в молекуле. Химически эквивалентные протоны (с одинаковым окружением) поглощают энергию в одной области спектра
Число групп сигналов говорит о том, сколько протонов разных видов в молекуле. Химически эквивалентные протоны (с одинаковым окружением) поглощают энергию в одной области спектра.
Химическим cдвигом (d) называют смещение сигнала спектра на шкале в зависимости от химического окружения протона. Электроноакцепторные атомы и группы атомов вблизи поглощающего протона (через одну-две химические связи) сдвигают поглощение в область слабого поля (большие значения d).

В качестве эталона, относительно которого измеряют химические сдвиги, используют тетраметилсилан (СН3)4Si (ТМС). Сигналы ПМР исследуемого вещества в спектре проявляются слева от сигнала ТМС.
Значения химических сдвигов выражают в специальных единицах – миллионных долях (м. д.). На шкале химических сдвигов, или d-шкале, место положения сигнала ТМС принимают за 0 м. д. и обозначают его в правой части шкалы
Относительно большим значениям величины d соответствует область слабого магнитного поля, и наоборот, малым значениям этой величины – область сильного магнитного поля.
Площадь пика сигнала (очерченная самописцем) – интенсивность сигнала – показывает относительное содержание протонов каждого вида в молекуле.
Расщепление сигнала на несколько пиков свидетельствует о взаимодействии рассматриваемого протона с другими неэквивалентными протонами (с разным окружением) или некоторыми другими ядрами с нечетными массовыми числами (19F, 31P и др.)

Часто в спектрах ПМР сигнал от эквивалентных протонов проявляется не отдельным пиком (синглет), а их набором. Сигнал может расщепляться на два (дублет), три (триплет), четыре (квартет) и большее число пиков. Подобное расщепление сигналов обусловлено взаимодействием неэквивалентных ядер водорода (протонов). Это спин-спиновое взаимодействие, которое осуществляется через электроны химических связей, соединяющих ядра атомов.
Число пиков, на которые расщепляется сигнал от эквивалентных протонов, называют мультиплетностью. В простых случаях пользуются правилом: мультиплетность сигнала от эквивалентных протонов равна n + 1, где n – число протонов, находящихся при соседних атомах углерода. Такие протоны вида Н–С–С–Н, разделенные тремя связями, называют вицинальными протонами. По мультиплетности сигнала можно судить о числе протонов, вицинальных по отношению к протонам, ответственным за конкретный сигнал.

http://jamesmungall.co.uk/tuition/a-level-chemistry-resources/#Proton-Nuclear-Magnetic-Resonance

http://jamesmungall.co.uk/tuition/a-level-chemistry-resources/#Proton-Nuclear-Magnetic-Resonance

2
2
1
1
http://jamesmungall.co.uk/tuition/a-level-chemistry-resources/#Proton-Nuclear-Magnetic-Resonance

http://jamesmungall.co.uk/tuition/a-level-chemistry-resources/#Proton-Nuclear-Magnetic-Resonance

https://him.1sept.ru/2002/14/no14_06.gif
https://him.1sept.ru/2002/14/no14_05.gif

https://him.1sept.ru/2002/14/no14_06.gif
https://him.1sept.ru/2002/14/no14_07.gif

?
https://him.1sept.ru/2002/14/no14_20.gif