|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ІСТОРІЯ ТЕХНІКИ, ТЕХНОЛОГІЇ, ПРЕДМЕТІВ НАВКОЛО НАС
Томограф. Історія винаходу та виробництва
Довідник / Історія техніки, технології, предметів довкола нас Магнітно-резонансний томограф (МРТ), ядерно-магнітно-резонансний томограф (ЯМРТ) або магнітно-резонансна томографія (МРТ), є основним інструментом медичної техніки для створення зображень, що використовуються в радіології для докладної візуалізації внутрішніх структур і органів людини. Томограф забезпечує хороший контраст між різними м'якими тканинами тіла, що робить його особливо корисним при дослідженнях мозку, м'язів, серця та діагностики раку в порівнянні з іншими медичними методами візуалізації, такими як рентгенівська комп'ютерна томографія (КТ) або рентгенографія. На відміну від комп'ютерного томографа чи традиційного рентгенівського апарату магнітно-резонансному томографі не використовуються іонізуючі випромінювання. Натомість він використовує потужні магнітні поля, щоб вирівняти намагніченість деяких атомів у тілі, а потім використовує радіочастотні поля, щоб систематично змінювати напрямок цієї намагніченості. Це призводить до появи магнітного поля, що обертається, що реєструється сканером і дозволяє побудувати образ сканованої області тіла. Магнітно-резонансний томограф використовує нову технологію. Перші зображення з томографів було опубліковано у 1973 році, а перший знімок поперечного перерізу живої миші – у січні 1974 року. Перші дослідження, проведені на людях, було опубліковано 1977 року. Для порівняння, перший рентгенівський знімок людини було зроблено у 1895 році.
Серед методів діагностики, що з'явилися в останні роки, особливо інформативні, на думку вчених-медиків, так звані інтраскопічні методи, рентген-комп'ютерна томографія, ядерно-магніторезонансна (ЯМР) томографія та ЯМР-спектроскопія, а також позитронно-емісійна томографія (ПЕТ). Коли підозріла ділянка або орган висвітлюється лазерним імпульсом, спектральний відгук – свого роду оптичний підпис – ракової тканини помітно відрізняється від відгуку нормальної тканини. Найбільш відомим сьогодні прикладом тривимірної візуалізації може бути комп'ютерна томографія. Звичайні методи, навіть при дуже хорошій рентгенівській трубці та надчутливій фотоплівці, дають нечітке і сильно "зашумлене" зображення, до того ж лише двовимірне, тому правильно його інтерпретувати - окрема наука. "Методи діагностики за останні роки зробили небувалий стрибок, - розповідає академік Терновий, - завдяки комп'ютерним технологіям. Близько 20 років тому створили рентгенівський комп'ютерний томограф - і стало можливим вивчати структуру людського мозку, не розкриваючи черепну коробку. А нинішня апаратура має такі властивості, що можна безпосередньо спостерігати, наприклад, серце, що скорочується, тому традиційна, інвазивна діагностика ("інвазія" означає "проникнення") поступово йде в минуле. Скажімо, за допомогою магнітно-резонансного томографа внутрішні органи видно в дії навіть без введення контрастних речовин, які "окреслюють їх контури. ...Принцип його дії ґрунтується на двох тривіальних фактах: по-перше, людське тіло складається головним чином із води, причому її молекули утворюють хімічні зв'язки з білками та іншими структурами, різними в різних тканинах; по-друге, молекула води є дипольним. В організмі ці диполі орієнтовані, зрозуміло, абияк і до того ж обертаються. Але якщо ненадовго помістити людину в магнітне поле (досить сильне, але не настільки, щоб становити небезпеку для здоров'я), всі молекули води повертаються "обличчям" у напрямку його силових ліній. Потім подають особливу радіочастоту - вона надає диполям додаткову енергію та відхиляє їх від заданої магнітним полем орієнтації на той чи інший кут. Власне, в тому й вся справа, що кути різні, їх величина залежить від внутрішньої структури органа або тканини, а також – що особливо важливо – від наявності патологій. Зовнішній радіоімпульс подається всього на якусь мить, але його достатньо. Потім молекули води повертаються у колишнє становище, знову вишиковуючись у магнітному полі. При цьому вони скидають зайву енергію – її реєструють особливі котушки (навіть якщо вона дуже мала!). Отримані дані надходять до комп'ютера, там обробляються..." На відміну від традиційних рентгенівських методів томографія є об'ємною реконструкцією внутрішніх органів на основі числових даних, що є характеристиками фізичних властивостей тканин. На ЯМР-томограф можна отримати, наприклад, тривимірне зображення плода. Лікар може розглядати найдрібніші деталі, як завгодно перетворювати зображення, його можна також легко стискати, архівувати, передавати каналами зв'язку для участі в телеконсиліумах і т.д. При обстеженні на рентгенівському томографі пацієнт лягає на стіл таким чином, щоб частина тіла, зображення якої потрібно отримати, знаходилася б в межах кругового отвору в рамі томографа. У верхній частині рами зазвичай розташовуються рентгенівське джерело і коліматор - пристрій, що перетворює пучок променів, що розходиться, в тонкий спрямований потік. У нижній частині рами знаходиться лінійка детекторів рентгенівського випромінювання, що ніби замінює плівку. При необхідності лікар може попередньо ввести в організм пацієнта хімічну речовину, що дозволяє поліпшити візуальний контраст між органом, що досліджується, і оточуючими тканинами. Коли вмикається рентгенівське джерело, тонкі, як олівець, промені просвічують тіло і дані, реєстровані детектором, передаються на комп'ютер. У міру того, як рама повертається навколо пацієнта, цей процес повторюється багато разів, і щоразу дані від детекторів, що відповідають набору різних положень, обробляються комп'ютером.
Завдяки математичному алгоритму, що базується на відомому в класичній інтегральній геометрії перетворенні Радона, набір чисельних показань детекторів перетворюється на картинку на екрані. Томографічна установка, заснована на явищі ядерного магнітного резонансу (ЯМР-томограф), зазвичай являє собою трубу, що містить довгий циліндричний магніт, і обмотки, в яких збуджується струм, відповідний посилається і приймається радіочастотних сигналів. Строго кажучи, магнітний резонанс – суто квантове явище, і для його пояснення потрібно залучати стандартні квантово-механічні поняття. Суть явища в тому, що сильне постійне магнітне поле, створюване циліндричним магнітом, вибудовує хаотично орієнтовані спини ядер атомів водню в тілі пацієнта вздовж єдиного напрямку, подібно до того, як залізна тирса вибудовується вздовж невидимих ліній поля поблизу магніту. Коли через камеру-трубу томографа проходить спеціально збуджуваний - зондуючий - радіочастотний імпульс, магнітне поле імпульсу, хоч і слабке, все ж таки на якийсь час злегка відхиляє спини, що вишикувалися від заданого напрямку, і вони починають вагатися, як кажуть, прецесувати, навколо напряму сильного поля постійного магніту, подібно до закрученого дзиги, який злегка підштовхнули. Ядра атомів при цьому резонують, тобто також випромінюють слабкий радіосигнал, який можна зареєструвати чутливими детекторами. Коли зондуючий радіочастотний імпульс вимикається, спини повертаються в упорядкований стан і сигнал, що генерується ядрами, згасає. За часом цього згасання та інших характеристик сигналу, що обробляється комп'ютером, можна судити про хімічний склад та біологічні властивості тканин. Для кожної точки зображення на екрані збираються і усереднюються дані від водень, що резонують, ядер (протонів) в досліджуваному внутрішньому органі, при цьому кожному отриманому значенню присвоюється свій колір. В результаті області з різною щільністю протонів і відповідно неоднорідні за складом тканин виявляються відзначеними різними кольорами. На відміну від рентгенівського обстеження ЯМР-метод абсолютно нешкідливий і гарантує набагато кращий контраст між різними типами тканин, що дозволяє легко розрізняти здорові та уражені ділянки. ЯМР-томографія особливо успішно застосовується при діагностиці патологій центральної нервової системи та кістково-м'язового апарату, а також для розпізнавання пухлин на фоні здорових тканин. Однак ЯМР-томографія завойовує нові позиції. Перспективний метод діагностики легень за допомогою ЯМР-томографії, наприклад, розроблено Німеччині. Він був представлений на виставці "Expo-2000" у Ганновері та заслужив високу оцінку фахівців та преси. Для діагнозу легеневих захворювань німецькі медики щороку роблять двадцять один мільйон рентгенівських знімків. Однак ці знімки недостатньо контрастні, а рентгенівське випромінювання шкідливе для організму. Інша справа – ЯМР-томографія. При багатьох захворюваннях, що протікають з порушенням дихання, наприклад, як астма або емфізема, ЯМР-томограф дає недостатньо чітке зображення - через незначну щільність легеневої тканини. А такі важливі для діагностики легкої речовини, як кисень та азот, зовсім не реєструє. Тому дослідники намагаються покращити знімки легені тим, що змушують пацієнтів вдихати безпечні гази як контрастну речовину. Особливо перспективними є поляризовані інертні гази. Випробування показали, що насичення легені ними дозволяє отримати чітке зображення. Найкраще порівняно з воднем намагнічування поляризованих інертних газів полегшує роботу томографа. Таким чином, медики можуть не лише діагностувати на ранній стадії астму, муковісцидоз та інші легеневі захворювання, а й додатково перевірити ефективність лікування. У Німеччині основи нового методу заклали Ернст Вільгельм Оттен та Вернер Гайль з Інституту фізики при Університеті в Майнці. Оттен і Гайль обрали для своїх дослідів як контрастний засіб гелій-3. На їхню думку, ксенон тут не дуже підходить, тому що він всмоктується кров'ю та надає наркотичну дію на пацієнтів. І ось, використовуючи ЯМР-томограф і поляризований гелій-3 як контрастну речовину, Оттен і Гайль, спільно з радіологом з Майнца Манфредом Теленом та експертами Німецького ракового дослідницького центру в Гайдельберзі, отримали нарешті чітке зображення повітряного розподілу в легкому. Новий метод в експерименті з однією тридцятирічною випробуваною дозволив констатувати ознаки легеневої емфіземи, що вже застаріла. І це при тому, що хоч особа і курила, але почувала себе абсолютно здоровою і на легені не скаржилася. Інший приклад – використання ядерно-магніторезонансного томографа для діагностики інфаркту замість серцевого катетера. Обстеження серця за допомогою ЕКГ, ультразвуку та опромінення радіоактивними ізотопами не завжди призводить до задовільних результатів. У таких випадках часто показано діагностику за допомогою серцевого катетера, який вводять у серце через кровоносні судини. Це серйозне навантаження для організму обстежуваного, і багато пацієнтів надають перевагу традиційній методиці новій, найсучаснішій, нешкідливим для людини магнітним полям: серце "просвічує" ядерно-магніторезонансний томограф. Попередні моделі ЯМР-томографів через занадто тривалі періоди вимірювань давали недостатньо чіткі зображення (серце невпинно б'ється, і знімок "з великою витримкою" виходить змащеним). Нові пристрої, покращене апаратне та програмне забезпечення дозволяють робити досить чіткі знімки серця у проміжках між його ударами. "Точність тепер явно вища, ніж за колишніх неінвазивних методів, - пояснює Айке Нагель з Німецького центру серця в Берліні. - Використовуючи техніку, кількість обстежень за допомогою серцевого катетера можна скоротити щонайменше на 20 відсотків". А за оцінкою оптимістів – наполовину. Будучи приладом для всебічної діагностики, ЯМР-томограф зображує серце та великі артерії просторово, вимірює параметри кровопостачання та розпізнає мертву тканину. Щастячий високотехнологічний метод підходить як для профілактики, так і для лікування серцевих хворих. ЯМР-томографія усуває інфарктних пацієнтів від зайвих навантажень. За допомогою цього методу можна передбачити, чи взагалі обіцяє успіх розширення судини або операція на анастомозі. Це показали вчені із Північно-Західного університету до Чикаго у своєму клінічному дослідженні. Дуже важливо, що нова техніка може захистити від небезпечних втручань багатьох молодих пацієнтів. Сильні магнітні поля, на які піддаються обстежувані, практично нешкідливі - принаймні, так вважає сучасна наука. Альтернативні способи, наприклад, комп'ютерна і позитронно-емісійна томографія, працюють, навпаки, з небезпечними організму субстанціями - рентгенівськими променями і радіоактивними ізотопами. Свого роду бум відчуває томографічна профілактика серцево-судинних захворювань у столиці Тайваню Тайбеї. Там нещодавно відкрився спеціальний центр огляду, де приблизно півгодинне обстеження серця та судин ЯМР-томографом коштує тисячу доларів, при цьому розслабитися пацієнтам допомагають відеоокуляри та приємна музика. Автор: Муський С.А.
▪ Космічні кораблі багаторазового використання Шаттл та Буран ▪ Каравела
Машина для проріджування квітів у садах
02.05.2024 Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону
02.05.2024 Пастка для комах
01.05.2024
▪ Захист електромереж від кібератак
▪ розділ сайту Зварювальне обладнання. Добірка статей ▪ стаття Верхня Вольта з балістичними ракетами Крилатий вислів ▪ стаття Як, на думку першого консула Наполеона Бонапарта, слід писати конституцію? Детальна відповідь ▪ стаття Обвалювальник м'яса. Посадова інструкція ▪ стаття Електрочайники, водонагрівачі. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Рекомендуємо цікаві статті розділу 
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page