Книга: Чердак. Только физика, только хардкор!

7.7. Как работает МРТ?

7.7. Как работает МРТ?

Современная медицина уже никого не удивляет тем, что может увидеть человека насквозь. Но вы только представьте, сколько различных методов изобретено: УЗИ, рентген, МРТ. Пожалуй, самым совершенным является последний, о нем и поговорим. МРТ позволяет создавать трехмерное изображение внутренностей человека чуть ли не в полный рост, при этом никакого вредного воздействия не оказывает! Так каков его принцип действия?

Магнитно-резонансный томограф представляет из себя огромный магнит, с очень сильным полем. В самых сильных моделях оно может быть в 100 000 раз больше магнитного поля Земли! Так вот, ядра наших атомов сами являются маленькими магнитиками (потому что у них есть спин, они как бы вращаются и как бы являются малюсенькими электротоками, ведущими себя, как электромагнит). Соответственно они могут взаимодействовать с внешним магнитным полем и поворачиваются либо вдоль поля, либо против. Следует отметить, что так ведут себя только ядра с нечетным количеством протонов и нейтронов. Но все МРТ настроены на повороты ядер водорода, который содержится в большом количестве в организме в составе воды и других соединений.

Если облучить ядро электромагнитной волной определенной частоты, то оно может поглотить ее энергию и повернуться на 90 или 180 градусов, в зависимости от частоты. Через некоторое время ядро релаксирует в свое исходное состояние и излишек энергии излучает в виде электромагнитной волны. Это излучение принимается антеннами по сути как обычное радио, и если облучать ткани, то по интенсивности «отклика» можно понять, много там ядер водорода или нет. В разных тканях его разное количество, поэтому на изображении отчетливо видна разница между ними.

Но все же это достаточно дорогой и технически сложный способ наблюдения за внутренностями человека. Дело в том, что частота поглощения зависит от поля. Если бы везде поле было одинаковым, то поглощение и излучение происходило бы везде, мы бы не узнали, откуда пришел сигнал, и картинки не получилось бы.

Поэтому на практике делают так. Включают основной магнит, радиоизлучатель и так называемые градиентные поля. Они добавляются или вычитаются из поля основного магнита, делая его неоднородным. Из-за этого резонансное поглощение энергии происходит не везде, а только в маленьком участочке. Оттуда летят радиоволны и уже принимаются антеннами. Изменяя градиентные поля, мы передвигаем место резонанса, как бы сканируя тело, и получаем некий «отклик» из каждой точки тела.

В разных тканях содержится разное количество водорода (в воде и других соединениях), поэтому мы получаем разный отклик и можем восстановить картину внутренних органов. Так же время релаксации тоже различно для разных тканей! Во многих исследованиях измеряют и его, получая очень точную картину.

Дороговизны МРТ добавляет то, что для создания сильного магнитного поля часто используют электромагнит. И чтобы он не нагревался от огромного тока, по нему проходящего, его погружают в камеру с жидким гелием температурой –269 градусов. Тогда проводник переходит в сверхпроводящее состояние и не греется, так как у него попросту пропадает сопротивление. Причем камеру с гелием погружают в жидкий азот, а камеру с азотом в вакуумную камеру. Все это – для лучшей теплоизоляции холоднющего гелия. Ведь это одна из холоднейших вещей на земле!

Вреда МРТ никакого не наносит, в отличие от рентгеноскопии, флюорографии, где человек по сути получает дозу радиации. Но все же МРТ противопоказан людям с металлическими, магнитящимися имплантантами, так как они сдвинутся в магнитном поле, что может привести к непоправимым последствиям. Татуировки в большинстве своем не являются противопоказанием, ведь в нынешних красках нет металлических примесей.

Ну и характерный стук МРТ появляется из-за движения градиентных магнитов, которые с огромной силой ударяются в упоры.

Так что, если вам будут делать МРТ, задумайтесь, что вы окружены жидким гелием, ядра в ваших атомах водорода поворачиваются, и по сути вы сами являетесь радиоизлучателем! И все это позволяет разглядеть вас изнутри!