Аппаратное обеспечение для магнитно-резонансных томографических исследований в медицине

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение 

высшего профессионального  образования

 «тюменский государственный нефтегазовый  университет»

 

Институт кибернетики, информатики и  связи

 

Кафедра кибернетических  систем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Аппаратное  обеспечение для магнитно-резонансных  томографических исследований в  медицине

 

 

 

Секция: химия, медицина

 

 

 

 

 

 

 

 Авторы работы:

Чистякова И.К., Гаврилова  А.А.

   1 курс, группа БСТб-12-1

 

Руководитель работы:

аспирант кафедры кибернетических систем

Зырянов А.П.

 

 

 

 

 

Тюмень 2012

Содержание работы

 

1. Введение …………………………………………………………………. 3
2. Аппаратное обеспечение для магнитно-резонансных

томографических исследований в медицине………………………….. . 7

3. Сущность метода ядерного магнитного резонанса……………………. 9
4. Особенности применения медицинского оборудования

в помещениях, где проводится МРТ. ………………………………… 11

5. Противопоказания………………………………………………………11
6. Приборы и оборудование………………………………………………13
7. Преимущества и недостатки МРТ……………………………………… 19
8. Заключение………………………………………………………………. 23
9. Список использованной литературы………………………………..…. 25
10. Приложения …………………………………………………………….. 26

 

 

Введение:

 

Ежегодно увеличивается  разработка   инновационных технологий, помогающих в исследованиях и  диагностике по направлениям: магнитно-резонансной  и/или компьютерной томографии, радионуклидным методам (позитронно-эмиссионная томография, сцинтиграфия), медицинской термографии и т.д. В докладе поставлен акцент на магнитно-резонансной томографии, используемой в клинической медицине для восстановительной терапии.

Магнитно-резонансная томография (МРТ) является передовым методом диагностики, позволяющим получить изображения внутренних органов человека, не прибегая к оперативному вмешательству и без воздействия вредного излучения. Технология МРТ использует эффект резонансного поглощения атомами электромагнитных волн. Изменение состояния молекул фиксируется на специальной матрице и передается в компьютер, где проводится обработка полученных данных.

Актуальность  исследования. Магнитно-резонансная томография – является одним из основных методов современной лучевой диагностики. Совершенствование МР-аппаратов и програмного обеспечения способствовало появлению различных методик локализации МРС-исследований. Но в настоящее время отечественные аппараты единичны и это, как правило, постоянные низкопольные магниты. В последние годы развитие технологий МРТ сделало возможным получение изображений всего тела, как на стандартном оборудовании, так и с использованием специального программного и аппаратного обеспечения. Внедрение этих методик в клиническую практику положило начало изучению их диагностических возможностей.

Цель. Исследовать  аппаратную обеспеченность магнитно-резонансными томографами  (МРТ) и магнитно-терапевтическим оборудованием в клинической медицине.

Задачи:

1. изучить литературу по данной проблеме для получения сведений об имеющемся на сегодняшний день аппаратном обеспечении МРТ;
2. доказать, что МРТ хоть и дорогой способ исследования, но наиболее безопасный, эффективный и информативный метод.
3. Оценить  уровень используемого оборудования, учитывая его влияние на организм пациента.

Результаты исследования и их обсуждение.

В работе используется аналитический  метод исследования. Изучены наиболее современные аппараты для проведения МРТ. Проанализированы возможные пути усовершенствования оборудования.

Магнитный резонанс в современном  мире нашел свое применение не только в химии, физике, компьютерных технологиях, но и в медицине. Метод магнитно-резонансной томографии  - это уникальный вид исследования человеческого организма, который применяется в клинической медицине с 1980-х годов. Он стал порою незаменимым в информативном плане, для обнаружения патологических образований в различных органах и системах, в дифференциальной диагностике заболеваний, постановке клинического диагноза. Также магнитный резонанс оказывает лечебное воздействие на организм человека. Преимущества и недостатки МРТ определяют выбор её применения в диагностике заболеваний отдельных органов и систем, а также всего человеческого организма.

 Метод требует дальнейшего  изучения с внедрением инновационных  подходов для повышения качества  медицинского обслуживания населения.

Современная медицинская  наука характеризуется стремительным  развитием лучевой диагностики, внедрением все более совершенных  технологий в процесс распознавания  и лечения заболеваний. Стремление медицины на современном этапе развития к минимальной инвазивности  диагностических  и  лечебных пособий и стремление к ранней диагностике заставляет постоянно искать новые методики и совершенствовать давно существующие.

Наряду с совершенствованием методик обследования, неуклонно  растут требования клиницистов к  объему и качеству диагностической  информации. Кроме решения диагностических  вопросов требуются сведения и тактического плана (определение стадии заболеваний), необходимые для выбора вида, объема и характера лечения.

Магнитно-резонансная томография (МРТ), созданная в 70-х годах прошлого столетия, вошла в ряд наиболее значимых медицинских инноваций  двадцатого века. Ее влияние на развитие клинической и экспериментальной  медицины оказалось сравнимым с  открытием Х-лучей К. Рентгеном. Давно  ожидаемое событие произошло 6 октября 2003 г. – двое ученых – П. Лаутербург и П. Мансфилд были удостоены Нобелевской премии в области медицины за создание и внедрение МРТ.

Научно-технический прогресс  позволяет постоянно совершенствовать аппаратные средства и программное  обеспечение  МР-томографов. Совершенствуются методики получения и обработки изображения, разрабатываются парамагнитные контрастные вещества.

МРТ позволяет производить  исследования практически всех органов  и областей человеческого тела, хотя до сих пор основными областями  ее использования являются исследования головного и спинного мозга, позвоночников  и суставов. Показания к ее применению постоянно расширяются.  В последние  годы МРТ стала широко применяться  для исследования органов мочеполовой  системы.

Сейчас наряду с традиционными  методами, широко используются новые, уникальные методики МРТ, такие, как  МР-урография, позволяющая по-новому взглянуть на проблему диагностики заболеваний верхних мочевых путей, МР-ангиография, функциональные исследования почек и предстательной железы с возможностью оценки перфузии органа, его функции  и лучшей дифференциации нормальных и патологически измененных тканей.

При выборе того или иного  метода диагностики необходимо учитывать  его доступность, стоимость, время, затрачиваемое на исследование, а  также необходимость дальнейших обследований с целью уточнения  диагноза. По многим параметрам МРТ  превосходит другие методы диагностики. Однако, пока число этих систем невелико, поэтому МРТ обычно служит  методом  диагностики «второй линии», которая  уточняет данные предыдущих методов  исследования и позволяет поставить, в большинстве случаев, окончательный  диагноз или определить характер лечения.

В настоящее время существует множество фирм производителей магнитно-резонансных  томографов, такие как:

1) General Electric (США) - Brivo MR355, Signa HDx 1.5T, Optima MR450w,  Signa HDx 3.0T; 

2)  Dixion(Россия) - Evidence 0.3,    Evidence 0.35, Evidence 0.4; 

3)  Philips  - Intera 1.5T MRI, 1.0 Tesla Intera ,  Achieva 3T;    

4) Siemens  - Symphony 1,5T,  Avanto TIM 32/8 , Symphony Vision 1,5T, Magnetom Symphony1,5T ;

5) HITACHI  - AIRIS II 2003;

6) GE( General Electric) -  Signa  1.5T EchoSpeed MRI, Signa CX 1.5T HiSpeed..AILab - MAGFINDER II 0.32 T.

И многие другие фирмы.

 

 

Аппаратное  обеспечение для магнитно-резонансных  томографических исследований в  медицине

 

Годом основания магнитно-резонансной  томографии принято считать 1973 год, когда профессор химии Пол Лотербур опубликовал в журнале Nature статью «Создание изображения с помощью индуцированного локального взаимодействия; примеры на основе магнитного резонанса». Но предпосылки к возникновению качественно  Александр Ганссен  в начале 1967 г. получил патент на ядерно-магнитный резонанс (ЯМР) – прибор для исследования кровотока в теле человека. Прибор был предназначен для измерения ЯМР-сигнала от текущей крови на разных участках кровеносного сосуда с помощью нескольких небольших катушек, позволяющих рассчитать скорость кровотока в сосуде. Этот прибор можно считать первым     МР-томографом, хотя он и не был предназначен для получения изображений. В радиологии времена стандартных рентгенологических исследовании закончились в сентябре 1971 г., когда в Великобритании был установлен первый компьютерный томограф.  В том же месяце Пол Лаутербур (Раul Laterbur) предложил использовать  градиентные магнитные поля в трех направлениях и метод реконструкции изображения по обратным проекциям, для построения ЯМР-изображений. В марте 1973 г. в журнале "Nature" он опубликовал первые изображения двух пробирок с водой. Через год, в 1974 г., были получены первые томограммы живого существа (моллюска) а после этого – грудной клетки мыши. Лаутербур назвал метод зойматографией. Этот термин позднее был заменен на "(Я)МР - томографией". В апреле 1974 г. Лаутербур делал доклад на конференции в г. Роли, штат Северная Каролина. Эту конференцию посещал Ричард Эрнст, который вместо лаутербургского метода обратных проекций предложил переключать градиентные магнитные поля во времени. В результате в 1975г. Анил Кумар, Дитер Велти  и Ричард Эрнст опубликовали статью «ЯМР - Фурье - зойматография». В этой статье описывается метод, используемый в МРТ и в настоящее время.

Петер Мэнсфилд, изучал твердые периодические тела – кристаллы. В сентябре 1973 г. на конференции Ампер в Кракове Мэнсфилд с соавтором Петером Граннеллем представили одномерную интерферрограмму с разрешением менее 1 мм. Тем не менее это ещё нельзя назвать МР -  изображением. Год спустя Алан Гарровей и Петер Мэнсфилд получили патент и опубликовали статью о построении изображения при помощи ЯМР. К 1975 г. Мэнсфилд и Эндрю А. Маудсли создали линейный метод, с помощью которого в 1977 г . получили первое in vivo изображение человека – поперечный срез пальца. В 1978 г. Мэнсфилд представил первое изображение брюшной полости. Петеру Мэнсфилду и Полу Лаутербуру в 2003 г. была присуждена  Нобелевская премия по медицине за исследования в области МРТ.

В 1977 г. Хиншау, Пол Боттомли и Нейл Холланл успешно получили изображение запястья. Дамадиан с соавторами получили срез грудной клетки человека. Хью Клау и Ян Р. Янг получили множество изображений грудной клетки и брюшной полости человека, а в 1978 г. сообщили о первой поперечной МР-томограмме головы человека. Через два года Вильям Мур с коллегами представили первые фронтальные и сагиттальные срезы головы человека. В 1986 г. Юрген Хенниг вместе с А. Ноерт  и X. Фрейбургом разработали последовательность RАRЕ (Rapid Acquisition with Relaxation Enhancement — быстрое измерение с усилением релаксации). Возможно, эта методика более известна под названием «быстрое спин - эхо» (fast  или turbo spin - echo). Приблизительно в это же время появилась последовательность FLASH  (Fast Low Angle Shot— быстрая экспозиция с малым углом отклонения), открывшая дорогу к созданию градиентных последовательностей. Ее разработали Аксель Хаазе, Дженс Фрам, Дейтер Маттей, Вольфганг Хенике и Дитмар К. Мерболдт. В 1977 г. группа Мэнсфилда предложила эхопланарную томографию. В том же году Мэнсфидд и Ян Пикетт представили первые изображения. В 1981 г. Роджер Ордидж продемонстрировал первую серию движущихся МР-изображений в режиме кинопетли.

Первый биологический  МР-спектр с выделение четких спектральных  линий был получен в лабораторных условиях при помощи экспериментально созданного ЯМР-спектрометра с диаметром трубки 30 мм и индукцией магнитного поля 8,4 Тл. На подобном спектрометре впервые была осуществлена фосфорная (31Р)  МР-спектроскопия эритроцитов, удаленной мышечной ткани и суспензий дрожжевых клеток. В 1991 г. появился омнискан — первое неионное парамагнитное контрастное средство, разработанное фирмой «Никомед». Важнейшими производителями научных приборов в области ЯМР на тот момент были фирмы «Вариан» ("Varian") в США, Jeol в Японии и "Брукер-спектроскопин"(Bruker-Spectrospin") в Европе. Большинство открытий в области МРТ были сделаны с помощью оборудования фирмы «Брукер».  В СССР первый МР-томограф был установлен в 1984 г. в отделе томографии Кардиологического научного центра АМН. Там же в 1994 г. был установлен и первый сверхпроводящий томограф с высоким полем.

Сущность метода.

Метод ядерного магнитного резонанса (см. «Приложения» рис. 1) позволяет изучать организм человека на основе насыщенности тканей организма водородом и особенностей их магнитных свойств, связанных с нахождением в окружении разных атомов и молекул. Ядро водорода состоит из одного протона, который имеет магнитный момент (спин) и меняет свою пространственную ориентацию в мощном магнитном поле, а также при воздействии дополнительных полей, называемых градиентными, и внешних радиочастотных импульсов, подаваемых на специфической для протона при данном магнитном поле резонансной частоте. На основе параметров протона (спинов) и их векторном направлении, которые могут находиться только в двух противоположных фазах, а также их привязанности к магнитному моменту протона можно установить, в каких именно тканях находится тот или иной атом водорода.