Магнитно-резонансная томография

Скачать 60.07 Kb.

Название	Магнитно-резонансная томография
Дата публикации	05.03.2015
Размер	60.07 Kb.
Тип	Анализ

100-bal.ru > Информатика > Анализ

Магнитно-резонансная томография
Спецкурс для аспирантов физического факультета МГУ
Ю.А.Пирогов

Профессор кафедры фотоники и физики микроволн

Лекции

Введение. Медицинская диагностика. Рентген, УЗИ, инфракрасное и микроволновое тепловидение. Оптоакустическая диагностика. Томографические методы: компьютерная (рентгеновская) томография, МРТ, ПЭТ, микроволновая, лазерная и ультразвуковая томография, квазистатическая электромагнитная томография. Терагностика. ЯМР спектроскопия в медицинской диагностике: метаболомика, геномные и протеомные исследования. Общее знакомство с парком исследовательской магнитно-резонансной аппаратуры МГУ.

Магнитно-резонансная томография (МРТ). Физические основы магнитного резонанса. Открытие Е.К.Завойским электронного парамагнитного резонанса. Магнитные моменты ядер и их прецессия в магнитном поле. Резонансное радиочастотное воздействие на поворот вектора намагниченности. Канонические 90^ои 180^о радиоимпульсы. Продольная (спин-решеточная) и поперечная (спин-спиновая) релаксация. Принципы формирования ЯМР сигналов. Спиновое и градиентное эхо.

Анализ движения вектора намагниченности под действием РЧ поля и релаксационных процессов. Уравнения Блоха. Вращающаяся система координат. Понятие о стационарном методе регистрации сигналов ЯМР. Сопоставление возможностей стационарного и импульсного метода регистрации сигналов ЯМР. Импульсные последовательности и их структура. Поведение спиновой системы под действием периодической последовательности РЧ импульсов. Понятие об МР-посрезовом сканировании. Влияние формы импульсов на информативность МРТ-изображений.

Основные узлы и блоки томографа. Сверхпроводящий магнит. Программные средства томографа – компьютер, операционная система, управляющая программа. Понятие о сканирующей импульсной последовательности. Конструкция градиентных катушек. Требования к величине градиентов. Принципы частотного и фазового кодирования. Аппаратная функция томографа и пространственное разрешение. Физические возможности сверхразрешения. Задание параметров и визуализация временной диаграммы импульсной последовательности. Получение и графическая обработка МРТ-изображений. Диагностическая информация, содержащаяся в МРТ-изображении.

Применение спектроскопии ЯМР высокого разрешения для анализа химической структуры вещества. Понятие о магнитно-неэквивалентных ядрах и спин-спиновом взаимодействии – химические сдвиги и мультиплетная структура спектра ЯМР. Неоднородное уширение линии ЯМР. Локальная спектроскопия ЯМР в МРТ сканерах. Получение сигнала ЯМР от малого объема образца со сложной химической структурой. Фазовая коррекция спектров первого и второго порядков. Интегрирование и количественный анализ спектров ЯМР.

Биоспектротомография в изучении малых животных. Молекулярная визуализация. Целевая доставка препаратов в область патологии. Биомаркеры и парамагнитные визуализаторы. Параметры релаксивности. Нанокапсулированные препараты и МРТ наблюдение их эффектов при онкологии и ишемии головного мозга. Способы доставки лекарственных нанобиоконтейнеров и экстракция препарата на мишени под действием физических полей.

Биомедицинская ЯМР спектроскопия высокого разрешения. Метаболомика – диагностическая ЯМР спектроскопия биофлюидов человека и животных. Обнаружение патологий по спектральным линиям метаболитов. ЯМР спектры плазмы крови, мочи, спинно-мозговой жидкости, околоплодных флюидов в образцах ЭКО.

Биохимия белковых молекул. Двумерный и трехмерный ЯМР спектральный анализ Эрнста и Вютриха. Суперкомпьютеры в расшифровке структуры биомолекул. Внутренняя динамика белковых комплексов. Лазерно-химическая поляризация ядер. Роль лигандов в формировании амилоидных поражений мозга при болезнях Альцгеймера, Паркинсона, рассеянном склерозе. Понятие о компьютерном синтезе лекарств и спектральный ЯМР анализ готовых форм.

Твердотельная ЯМР спектроскопия. Формирование спектров ЯМР твердых тел. Разрежение спектра вращением образцов под магическим углом. Спектральный анализ структуры биомолекул в наноконтейнерах. Карбоновые и кремниевые нанотрубки в качестве биоконтейнеров.

Заключение. История развития МРТ и ЯМР спектроскопии. Вклад российских ученых в науку магнитного резонанса, ЯМР спектроскопии и МРТ. Разработки ЦМТС МГУ. Современное состояние ЯМР-устройств и перспективы их развития. Высокопольные ЯМР спектрометры. Магнитно-резонансная томография в сильных и слабых магнитных полях. Низкопольные МРТ сканеры высокого разрешения на постоянных магнитах. МРТ в магнитном поле Земли с применением СКВИДов. Немедицинские применения МРТ.

Практические занятия
1. Блок схема МР-томографа. Назначение узлов. Технические параметры и их обоснование. Аппаратурные факторы, влияющие на качество МР-изображений.

2. Демонстрация радиотехнических возможностей томографического оборудования:

А) проверка работы приемного канала томографа путем регистрации сигнала от синтезатора частот;

Б) проверка работы РЧ передатчика путем регистрации РЧ импульсов с помощью осциллографа и рамочной катушки;

В) Запуск импульсной последовательности с использованием систем синхронизации.

3. Оптимизация работы приемного тракта. Фазовое детектирование. Дискретизация, квантование и фильтрация аналогового сигнала. Фурье-обработка оцифрованного сигнала. Анализ спектральных искажений, связанных с нелинейностью РЧ тракта, неправильным выбором частоты дискретизации и ограниченным временем приема сигнала. Понятие о спектроскопии ЯМР высокого разрешения. Получение сигнала ЯМР от протонов для образца, дающего одиночную спектральную линию. Фазовая коррекция спектра первого порядка.

4. Простейшая импульсная последовательность для регистрации сигнала ЯМР. 90 и 180 градусные РЧ импульсы и их калибровка. Измерение времени продольной релаксации спиновой системы методом инверсия-восстановление. Влияние неоднородности РЧ поля.

5. Применение импульсной последовательности насыщение-восстановление для получения T1-карты и карты распределения протонной плотности. Типичные времена релаксации для живых тканей человека и животных. Имитация тканей с помощью фантома, содержащего вещества с известными временами релаксации.

6. Приемы подавления сигналов нормальных тканей на МРТ изображениях. Метод двойной процедуры инверсия-восстановление (импульсная последовательность DIR). Виртуальная экстракция органа или патологии из окружающих тканей: спинного мозга, опухоли, гематом, дефектов вестибулярного аппарата, глазных орбит и др.

7. Измерение и анализ спектров органических жидкостей и твердотельных образцов. Устройство ЯМР спектрометров с резонансной частотой 400 и 600 МГц: сверхпроводящий магнит, азотная рубашка, однородность поля, датчики, вариации температуры образцов, криогенные датчики, особенности измерений на протонах и тяжелых ядрах. Отличия твердотельных и жидкостных спектрометров. Примеры получения и анализа конкретных спектров.

8. Демонстрация экспериментов на 7-Тл биоспектротомографе Bruker BioSpec 70/30 с малыми животными in vivo. Пространственное разрешение и быстродействие прибора. Примеры наблюдения меченных парамагнитными ионами молекул и путей доставки препарата в область патологии. Наблюдение живого сердца мышей и крыс в стробоскопическом режиме.

Рекомендованная литература

Абакумов А.А. Ядерная магнитно-резонансная интроскопия // Учебное пособие.– Обнинск: ИАТЭ, 1992, 231 с.

Ринк П.А. Магнитный резонанс в медицине // под ред. В.Е.Синицына. М., ГЭОТАР-МЕД, 2003, 247 с.

Блюмих Б. Основы ЯМР. Мир физики и техники.- М.: Изд-во «Техносфера», 2007, 160 с.

Гюнтер Х. Введение в курс спектроскопии ЯМР / Перевод с англ. Ю.А.Устынюка и Н.М.Сергеева (химфак МГУ). – М.: Мир, 1984.

Анисимов н.В., Пирогов Ю.А., Губский Л.В., Гладун В.В. Управление контрастом и информационные технологии в магнитно-резонансной томографии // Под ред. Ю.А. Пирогова. – М.: Физический факультет МГУ имени М.В.Ломоносова, 2005, 146 с.

Юдина А.Ю., Богданов А.А. (мл.), Пирогов Ю.А. Магнитно-резонансная томография в изучении ангиогенеза и его молекулярных маркеров / Под ред. Ю.А.Пирогова. – М.: Физический факультет МГУ имени М.В.Ломоносова, 2008, 144 с.

Анисимов Н.В., Батова С.С., Пирогов Ю.А. Магнитно-резонансная томография: управление контрастом и междисциплинарные приложения / Под ред. Ю.А.Пирогова. – М.: МАКС Пресс, 2013, 243 с.

9. Hornak J. The Basics of MRI // www.cis.rit.edu/htbooks/mri/

10. Аганов А.В. Введение в магнитно-резонансную томографию // Учебное пособие для студентов-физиков. – Казань: Изд-во Казанского госуниверситета, 2014, 67 с.

Программу составил:

профессор кафедры

фотоники и физики микроволн

Ю.А.Пирогов

30 января 2014 года

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

	Клинические рекомендации по диагностике и лечению больных меланомой кожи москва 2014 Используемые сокращения: меланома кожи (МК), ультрафиолетовое излучение (уфи), дезоксирибонуклеиновая кислота (днк), ультразвуковое...		Постановление От 23 января 2013 г. №1 Протокол №1 § 1-2 г. Новосибирск... Рамн как с научной, так и с клинической стороны, развитие этой проблемы планируется в «Стратегии развития медицинской науки в Российской...
	Рентгеновская и магнитно-резонансная компьютерная томография в диагностике... Работа выполнена в Научном Центре сердечно-сосудистой хирургии имени А. Н. Бакулева рамн		Магнитно-резонансная томография в комплексной диагностике острых... Рабочая программа по чтению и развитию речи разработана на основе государственной учебной программы «Программы специальных (коррекционных)...
	Медицинские услуги по проведению магнитно-резонансной (компьютерной томографии)		Реферат Отчет 89 с., 6 ч., 35 рис., 2 прил Ключевые слова – сейсмология, землетрясение, сейсмическая томография, обратные задачи, геоэлектрика, унч-излучение, магнитное пересоединение,...
	Актуальные вопросы компьютерной и магнитно-резонансной томографии диагностики в кардиологии Государственная лицензия Серия ааа №000927 регистрационный номер 0909 дата выдачи 21 марта 2011 года		Комплексное магнитно-резонансное исследование в диагностике, мониторинге... ...
	Клинико-мрт анализ различных вариантов болезни Коновалова—Вильсона Клинические и магнитно-резонансно-томографические особенности хронических форм нарушения мозгового кровообращения у мужчин и женщин...		«Рентгеновская и позитронная томография» Почернение пластинок, вследствие возникновения лучей в катодной трубке, было обнаружено еще в 1892 Генрихом Герцем и его учеником...
	Бодрова ирина Витальевна компьютерная томография (мскт) в диагностике... Р 17 Разработка управленческих решений : учеб метод комплекс для студентов специальности 080504 «Государственное и муниципальное...		Функциональная мультиспиральная компьютерная томография (фмскт) в... Методические указания по выполнению лабораторной работы «Определение серосодержащих соединений в природных и сжиженных газах»
	Программа к вступительному экзамену в аспирантуру по специальности 14. 01. 19 Детская хирургия Портальная гипертензия у детей. Клиника, диагностическая ценность специальных методов исследования (спленопортография, спленоманометрия,...		Реферат На тему магнитно-ядерный резонанс при исследовании спинного мозга Применение водорастворимых kb, особенно в комбинации с компьютерной томографией (кт-миелография), заметно повысило качество диагностики...
	Stem-томография для просвечивающего электронного микроскопа Программа предназначена для проведения томографических экспериментов в электронном микроскопе Zeiss Libra 200 hr fe в сканирующем...

Школьные материалы