Магнитно-резонансная томография

Магнитно-резонансная томография (МРТ) является методом отображения, который используется, главным образом, в медицинских установках, для получения высококачественных изображений органов человеческого тела. В основе метода лежат принципы ядерно-магнитного резонанса (ЯМР), методе спектроскопии, который используется ученными для получения сведений о химических и физических свойствах молекул. Но, не смотря на свое основание, метод распространился под названием магнитно-резонансной томографии — МРТ, а не ядерно-магнитной резонансной томографии — ЯМРТ, и причиной тому послужили негативные ассоциации со словом "ядерный",  возникшие в связи с трагическими событиями в Хиросиме и Нагасаки, аварией на Чернобыльской АЭС. Термин ЯМР - томография был заменён на МРТ. В новом термине исчезло указание на «ядерность» происхождения метода, что и позволило ему вполне безболезненно влиться в повседневную медицинскую практику. Но, несмотря на это изначальное название — ЯМРТ, также имеет место, хотя и редко.ЯМР — самый мощный и информативный метод исследования молекул. ЯМР – спектроскопия.

В 1946 году Феликс Блох из Стэндфордского университета и Эдвард Парселл из Гарвардского университета независимо друг от друга открыли явление ядерного магнитного резонанса. Важно отметить, что годом раньше в Советском Союзе, в Казани, Евгением Завойским было открыто явление ЭПР. Сейчас уже хорошо известно, что Завойский также наблюдал и сигнал ЯМР, это было перед войной, в 1941 году.  Казань до сих пор остается одним из ведущих мировых научных центров по ЭПР-спектроскопии.

Годом основания магнитно-резонансной томографии принято считать 1973, когда профессор химии Пол Лотербург опубликовал в журнале Nature статью с описание нового метода «Зойгматография» на основе ЯМР. Питер Мэнсфилд создал математическую систему, способную преобразовывать эти сигналы в двухмерное изображение. Оба они были удостоены Нобелевской премии в 2003 году в области физиологии и медицины за решающий вклад в изобретение и развитие метода магнитной резонансной томографии.

В 1975 году Ричард Эрнст предложил магнитно-резонансную томографию с использованием фазового и частотного кодирования - метод, который используется в МРТ в настоящее время. В 1989 году был представлен метод планарной томографии, который позволял захватывать изображения с видеочастотами (30 мс). В 1991 году Ричард Эрнст был удостоен Нобелевской премии по химии за достижения в области импульсных ЯМР (МРТ).

В создание магнитно-резонансной томографии известный вклад внёс также Реймонд Дамадьян, один из первых исследователей принципов МРТ, держатель патента на МРТ и создатель первого коммерческого МРТ-сканера. конце 1960 годов Раймонд Дамадиан обнаружил, что злокачественная ткань отличается от нормальной ЯМР параметрами. Он предположил, что на основании этих различий можно характеризовать ткани. Опираясь на это открытие, в 1974 году он получил первое ЯМР изображение опухоли у крысы. В 1977

году Дамадиан и его помощники сконструировали первый сверхпроводящий ЯМР сканер и получили первое изображение тела человека, сканирование которого заняло почти 5 часов.

Первые томографы для исследования тела человека появились в клиниках в 1980-1981 годах.

ЯМР можно наблюдать на разных ядрах, но надо сказать, что далеко не все ядра имеют магнитный момент. Часто бывает так, что некоторые изотопы имеют магнитный момент, а другие изотопы того же самого ядра — нет. Всего существует более сотни изотопов различных химических элементов, имеющих магнитные ядра.

Как известно, ядро атома состоит из протонов и нейтронов.

Вся магия МРТ начинается с квантовой физики, откуда берет свое начало термин «спин», применяемый к элементарным частицам. Можно встретить кучу определений, что такое спин, общепринято — это момент количества движения частицы, что бы это не значило. В моем понимании частицы как-бы постоянно вращаются (упрощенно) создавая при этом возмущения в магнитном поле. Так как элементарные частицы в свою очередь образуют ядра атомов, считается, что их спины при этом складываются и ядро обладает собственным спином. При этом, если мы хотим как-то взаимодействовать с ядрами атомов с помощью магнитного поля, нам будет очень важно, чтобы спин ядра был ненулевой. Совпадение или нет, но самый распространенный в нашей вселенной элемент — водород имеет ядро в виде одного единственного протона, который имеет спин равный ½.