Коя е най-добрата сила на полето за ЯМР - как да изберем апарат за ЯМР
Как силата на полето влияе върху качеството на изображението и как да изберем най-ефективния ЯМР
За да разберете как силата (силата) на магнитното поле на апарата за ядрено-магнитен резонанс влияе върху резултата от изследването, следният текст от книгата "Магнитният резонанс в медицината" на професор П.А. Ринк, председател на Европейския форум по магнитен резонанс.
битка на магнитните полета
Като почти всичко в нашия свят, MRI скенерите се появяват в различни размери: изключително малки, малки, средни, големи и много големи. Поради техническия характер на ЯМР се наричат апарати със свръхслаби, слаби, средни, силни и свръхсилни магнитни полета. Тези епитети се отнасят до интензитета на постоянното магнитно поле на съответното устройство. Този интензитет се измерва в тесла (T), в единици, които преди няколко години замениха предишната единица Gauss (Gs), въпреки че Gauss все още понякога се използва (10 000 Gauss = 1 T). Устройствата със свръхслабо поле работят при сила под 0,1 T, със слабо - от 0,1 до 0,5 T, със средно - от 0,5 до 1 T, със силно - от 1 до 2 T и със свръх силно - над 2 T.
В клинични условия службата за радиологична безопасност забранява използването на MRI скенери с поле над 2,5 T. Над тази граница полетата се считат за потенциално опасни и могат да бъдат разрешени за изследователски лаборатории.
Когато описват MR оборудване, естествените учени предпочитат да говорят не за полета, а за честоти. Това се дължи на факта, че различните ядра в периодичната таблица имат различни MR честоти. В поле от 1 T, например, протоните резонират при 42,58 MHz. За клиничния медицински ЯМР тези разлики все още не са значими, т.к използва се само протонен MR.
Разхождайки се из най-голямата търговска изложба на радиологично оборудване в света на годишното рали на Радиологичното общество на Северна Америка, можете да намерите малки 0,06 T MRI машини и гигантски 2 T скенери. Разбира се, те имат различни магнити: под около 0,3 T или постоянни магнити, или резистивни електромагнити (с или без желязна сърцевина), а по-горе - магнитът трябва да е свръхпроводим. Всеки от тези видове магнити има своите предимства и недостатъци.
Защо се намират малки MRI скенери с ултраслаби полета заедно с устройства, работещи с магнитно поле 100 пъти по-силно? Защо не оцеляват томографите само със слабо поле или само със силно поле?
Този проблем с големината на магнитното поле раздели общността на ЯМР от началото на 80-те години. По това време скенерите за ЯМР работеха в слаби полета, много прототипи имаха поле от около 0,15 T. Изследователите не вярваха, че томографията в по-силни полета е възможна: изглеждаше, че по-високите радиочестоти няма да проникнат равномерно в човешкото тяло. Подобно на много други прогнози за ЯМР, тази прогноза беше грешна.
Тогава изследванията с ядрено-магнитен резонанс бяха много груби, неясни и най-общо казано по-лоши от рентгеновите снимки, получени на компютърни томографи. Производителите на MRI скенери бяха питани през цялото време: „Как може да се подобри качеството на MRI скенерите?“ Отговорът беше прост: „Увеличете магнитното поле“.
От аналитичните приложения на MR беше известно, че съотношението сигнал/шум се увеличава с увеличаване на полето. Колкото по-голямо е това съотношение, толкова по-добро ще бъде изображението. Но по-силното поле изисква по-големи градиенти, за да се намали ефектът от артефактите, дължащи се на химически промени, нарастващи с полето. Силните градиенти се увеличаватпространствена резолюция. Тези прости съображения накараха някои производители, под натиска на техните разработчици и търговци, да направят решителен избор в полза на свръхпроводящите магнитни системи. Такива системи са огромни продукти, подобни на динозаври. Те бяха скъпи, трудни за производство, скъпи за работа, но осигуряваха изключително качество на изображението.
Друг аргумент в подкрепа на разработването на томографи със силни магнитни полета е фактът, че само те позволяват комбинирането на ЯМР с локална ЯМР спектроскопия за въглеродни, фосфорни и протонни ядра. И по това време една от целите на разработването на MR изображения за медицината беше да се комбинират томография и спектроскопия, за да се получи едновременно морфологична информация и информация за метаболизма в съответна точка в човешкото тяло. Спектроскопската информация ще бъде по-подробна, колкото по-силно е магнитното поле.
Въпреки това, in vivo спектроскопията не е получила признание в клиниките, докато популярността на ЯМР експлодира. МР-апаратите, специализирани в томографията, станаха правило, а комбинираните апарати и медицинската спектроскопия останаха изключение.
Тогава започва да се поставя под въпрос необходимостта от силни магнитни полета в томографията. Технологичното развитие доведе до факта, че качеството на изображението и пространствената разделителна способност на томограф със слаби и средни полета не станаха по-лоши, а понякога дори по-добри, отколкото при силни полета, въпреки че по това време нямаше научна обосновка за тези постижения. Допълнителни проучвания показват, че най-важният фактор за медицинска томография, а именно тъканният контраст, поне за редица диагностични проблеми във връзка с централната нервна система, в среднамагнитни полета е най-добрият, след което леко намалява с увеличаване на магнитното поле.
Една хубава сутрин обаче купувачите на ядрено-магнитен резонанс се събудиха и видяха запълнен ров. Една компания реши да навлезе на пазара със средно поле, друга последва примера, а трета направи компромис, решавайки да създаде MR скенер, който работи с междинно поле между приетите по-рано „стандарти“.
Причините за тези действия никога не са били публично обсъждани, но лекарите са се убедили, че увеличаването на чувствителността, което увеличаването на магнитното поле дава при ЯМР спектроскопията, не води до подобен ефект при медицинското ЯМР изображение, когато става въпрос за цялото човешко тяло.
Факт е, че човешкото тяло генерира допълнителен шум с увеличаване на магнитното поле, което ограничава общото увеличение на чувствителността. Освен това никой не можеше да предвиди, че в силни полета ще възникнат нови проблеми, като артефакти, причинени от неволни движения на пациента. Опасностите, свързани с разрастването на сферата, както и неизбежното покачване на цената на оборудването, бяха съвсем очевидни. Междувременно томографите с ниско и средно поле стават все по-малки и по-малки, с постоянно подобряване на диагностичните резултати, които осигуряват.
Разбира се, високополевите томографи останаха добър диагностичен инструмент и запазиха пазара си. Някои предимства бяха запазени за тях: свръхбързите експозиции, например, все още са по-лесни за осигуряване в силни полета поради увеличаване на инструменталната чувствителност.
Но най-вероятно в бъдеще повечето MRI скенери ще работят в слаби и средни полета. Съотношението ще зависи от конкретния пазар. Япония ще инсталира по-голямата част от MR скенери със слабо и силно поле, следвана от Европа, в по-малка степен- САЩ. Ново поколение потребители на ЯМР, малки болници и частни лекари, ще предпочетат по-евтини ЯМР скенери, които осигуряват по-голямата част от най-често срещаните диагностични тестове. Големите болници, особено тези, които се интересуват от изследване на локална спектроскопия и функционална томография, ще продължат да се интересуват от силни магнитни полета, но те също ще купуват томографи със слабо и средно поле като второ и трето звено за масови изследвания (и разтоварване на голям томограф от тях).
Ако всичко това се знаеше и отчиташе преди 8-10 години, тогава много повече пациенти можеха да имат достъп до ЯМР и медицинското оборудване за ЯМР нямаше да бъде толкова скъпо, колкото е днес.