Правильная ссылка на эту страницу
http://az-design.ru/Support/HardWare/GeneralElectric/A19830922Elc007.shtml

ЯМР-анализатор химического состава тканей тела

Возможности системы с ядерным магнитным резонансом, этого самого последнего чуда диагностической медицины, расширяются сейчас так, что она сможет в реальном времени выполнять анализ химического состава тканей человека, а это позволит врачам следить за процессами обмена веществ. До сих пор попытки определить химический состав такней живого человека по большей части сводились к взятию образцов для биопсии и быстрой отправке их в ближайшую па.тологоанатомическую лабораторию.

Принцип действия ЯМР-установки заключается в возбуждении ядер клеток тела магнитным и ВЧ-полями, заставляющими их резонировать и излучать характеристические частоты. Такая установка позволяет без помощи рентгеновского излучения получать изображения мягких тканей с большим контрастом, чем при компьютерной аксиальной томографии, и часто даже с лучшим разрешением (рис.1).

Это изображение головы человека получено на ЯМР-установке фирмы GE с магнитом, создающим поле 1,5 Т.
Рис.1. Это изображение головы человека получено на ЯМР-установке фирмы GE с магнитом, создающим поле 1,5 Т.

Как сообщили разработчики, участвующие в программе создания систем медицинской диагностики в фирме General Electric Co. (Скенектади, шт.Нью-Йорк), возможность выполнения химического анализа достигается использованием сверхпроводникового магнита, поле которого втрое сильнее, чем у обычных ЯМР-установок. «В принципе на любой ЯМР-установке можно получать изображения и проводить спектроскопический анализ, — говорит Л. Скот Смит, физик фирмы GE, — но для всех практических целей спектроскопию удается реализовать лишь при более сильных полях.»

Раннее предупреждение. Спектроскопия позволяет врачам измерять, например, содержание фосфора, что дает им возможность определять внутриклеточный кислотный показатель pH. В результате они могут установить, не начался ли у клеток сердечной мышцы анаэробный метаболизм, являющийся одним из предвестников сердечного приступа. Контроль изотопа углерода с массой 13 можно было бы использовать для исследования метаболизма сахара у больного с подозрением на диабет.

Магнит в установке фирмы GE создает поле 1,5 Т. Другие ЯМР-установки с напряженностью поля до 0,5 Т используются главным образом для получения изображений при просвечивании; они не могут служить для анализа химического состава, а пригодны лишь для идентификации тканей, содержащих водород, таких, как липиды, а также серый и белый мозг. Получение изображений в таких случаях возможно благодаря изобилию протонов основного изотопа водорода и наличию у них легко различимого магнитного момента.

Небольшие лабораторные ЯМР-установки с магнитами на 1,5 Т уже использовались для химического анализа (спектроскопии) тканей лабораторных животных, а также нижних и верхних конечностей человека, но их размер не позволяет исследовать ткани всего тела. Магнит, полученный фирмой GE от фирмы Oxford Instrument Ltd. (Оксфорд, Великобритания), имеет отверстие диаметром 100 см, в которое помещается пациент.

Как утверждает Роланд Редингтон, руководитель программы в фирме GE, сильное поле магнита не опасно для здоровья, поскольку из-за неоднородности тканевого состава в теле человека не возникают большие вихревые токи.

Катушки. Для установления ВЧ-поля в теле пациента служат катушки, к которым подводится мощность 3—4 кВт. Это поле возбуждает резонанс, т.е. изменяет основные энергетические состояния ядер, и вызывает сдвиг ориентации ядер в магнитном поле. Этот сдвиг генерирует заметное изменение напряжения — ЯМР-сигнал, — которое воспринимается приемными катушками.

Этот ЯМР-сигнал, усиленный на 50—80 дБ, детектируется и подается на аналого-цифровой преобразователь и далее на матричный процессор, работающий с 32-разрядным мини-компьютером «Эклипс» фирмы Data General Corp. Применение быстрого преобразования Фурье к ЯМР-сигналу и использование пространственной информации о градиентном магнитном поле дает характеристический частотный спектр. После 2—3 мин обработки, в ходе которой каждой интенсивности сигнала сопоставляются свои оттенки серой шкалы, на мониторе получается изображение, на котором различные ткани выглядят темнее или светлее.

В спектроскопии, как поясняет Смит, все зависит от того, как избирательно можно выполнить измерение в заданном интервале частот, и тут важна напряженность поля. Чем сильнее поле, тем легче разделить две разные частотные линии, отстоящие, например, по частоте на 10*10-6 (рис.2). В более слабом поле 10*10-6 соответствует меньшее число гауссов.

Постоянный магнит, создающий в ЯМР-спектрометре фирмы GE поле 1,5 Т, позволяет идентифицировать различные соединения фосфора в тканях мозга. На этой с
Рис.2. Постоянный магнит, создающий в ЯМР-спектрометре фирмы GE поле 1,5 Т, позволяет идентифицировать различные соединения фосфора в тканях мозга. На этой спектрограмме поглощения интенсивность ЯМР-сигнала представлена в функции частоты (взятой по отношению к некоторой опорной частоте).

Предприятие фирмы GE в Милуоки, занимающееся производством медицинского оборудования, планирует к концу 1983г. отгрузить свою первую ЯМР-установку для клинических испытаний; тем самым оно намного опередит своих конкурентов. Так, например, Technicare Corp., филиал фирмы Johnson & Johnson в Солоне (шт.Огайо), еще не завершил стадии исследований спектроскопических систем такого рода. В том же положении находится и Elscint Inc., бостонский филиал израильской фирмы Elscint Ltd. Лишь фирма Fonar Corp. (Мелвилл, шт.Нью-Йорк) сообщает, что вскоре продемонстрирует установку для ЯМР-спектроскопии с магнитом на 1,2 Т [pp.52,54,56].

Мэрилин Харрис

Выходные данные:

Журнал "Электроника" том 56, No.19 (675), 1983г - пер. с англ. М.: Мир, 1983, стр.9

Electronics Vol.56 No.19 September 22, 1983 A McGraw-Hill Publication

Раздел: ОБОЗРЕНИЕ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ

Тема:     Медицинская электроника





Дата последнего изменения:
Thursday, 21-Aug-2014 09:10:44 MSK


Постоянный адрес статьи:
http://az-design.ru/Support/HardWare/GeneralElectric/A19830922Elc007.shtml