Короткий метр

Вчера научный мир отмечал день рождения Пола Лотербура — нобелевского лауреата, одного из изобретателей метода магнитно-резонансной томографии. Томография нашла применение и в материаловедении, и в инженерии, и даже в археологии. А в медицине, – благодаря способности «видеть» не только кости, но и мягкие ткани – произвела настоящую революцию. В чем можно легко убедиться, взглянув на галерею, приуроченную ко дню рождения изобретателя.

Чтобы понять, как работает томограф, нужно для начала разобраться, что такое ядерный магнитный резонанс. Вообще резонанс — это феномен усиления вынужденных колебаний при совпадении частот колебаний внешней силы с собственной частотой объекта. Эпитеты «ядерный» и «магнитный» указывают на то, что речь идет о поведении ядер в магнитном поле. 

Не для всяких ядер возможен магнитный резонанс. Чтобы он возник, ядра должны обладать заметным магнитным моментом, то есть должны вести себя подобно небольшим магнитам, ориентирующимся в вдоль линий магнитного поля. Получая энергию от радиочастотного излучения, такие ядра способны менять свою ориентацию на противоположную, то есть становиться направленными против магнитного поля.

Когда такое «ориентированное» ядро вновь поворачивается по линии магнитного поля, оно испускает квант энергии в радиодиапазоне. Томограф фиксирует этот радиоимпульс с помощью специального детектора, подобного тем, что установлены в радиоприемниках. Частота излучения напрямую зависит от индукции поля в той точке, где находится ядро. Поэтому, создавая с помощью дополнительных электромагнитов в поле неоднородности, можно точно определить источник радиочастотного излучения.

МРТ требует очень сильных магнитных полей, достигающих индукции в единицы тесла. Чтобы получить их, используются либо охлаждаемые жидким гелием сверхпроводящие магниты, либо очень мощные неодимовые постоянные магниты.

В 1952 году Феликс Блох совместно с Эдвардом Перселлом «за развитие новых методов для точных ядерных магнитных измерений и связанные с этим открытия» получили Нобелевскую премию.

В 1973 году Пол Лаутербур получил с помощью МРТ первое изображение двух трубочек, наполненных жидкостью. В 2003 году Пол Лаутербур и Питер Мэнсфилд получили нобелевскую премию за создание метода МРТ. Питер Мэнсфилд показал, как радиосигнал, полученный от МР-спектрометра, может быть преобразован в изображение.

Магнитно-резонансная ангиография (МР-ангиография, МРА) — метод получения изображения кровеносных сосудов при помощи магнитно-резонансного томографа. Он используется для оценки функциональных особенностей кровоснабжения и является важным диагностическим инструментом для медиков. 

Существует несколько МРА-методов, одни основаны на отличии сигнала подвижной ткани (крови) от окружающих неподвижных тканей — без использования рентгеноконтрастных средств; другие включают в себя использование контрастных веществ на основе гадолиния.

Компьютерная томография — сходный по результату, но совершенно отличный по «внутренней физике» метод. Он скорее напоминает очень сложную рентгенографию, чем, собственно, МРТ. 

В компьютерной томографии анализируется разница поглощения рентгеновского излучения различными по плотности тканями. Рентгеновские лучи проходят сквозь организм человека под различными углами и попадают в детектор, измеряющий интенсивность прошедшего измерения. Эта информация передаются в компьютер, который производит реконструкцию среза. Ключевым для определения толщины различных тканей является знание того, что излучение затухает с толщиной ткани экспоненциально.

Зная коэффициенты поглощения различных тканей, удается определить точные границы внутренних органов.

Аня Савченко

Александр Ершов

Владимир Королев