Яка напруженість поля найкраще для МРТ – як вибрати апарат МРТ
Як напруженість поля впливає якість зображень і як вибрати магнітно-резонансний томограф з оптимальними характеристиками
Зрозуміти, як напруженість (сила) магнітного поля апарату МРТ впливає результат обстеження, допоможе наведений нижче текст із книжки " Магнітний Резонанс в Медиці " професора П.А. Ринка, голову Європейського Форуму з магнітного резонансу.
Битва магнітних полів
Як багато в нашому світі, МР-томографи з'являються різних розмірів: особливо-малі, малі, середні, великі і особливо-великі. З огляду на технічної природи МРТ їх називають приладами з ультраслабким, слабким, середнім, сильним і надсильним магнітними полями. Ці епітети належать до напруженості постійного магнітного поля відповідного приладу. Ця напруженість вимірюється в тесла (Тл), в одиницях, які кілька років тому замінили колишню одиницю Гаус (Гс), хоча Гаус як і раніше іноді використовують (10000 Гс = 1 Тл). Прилади з надслабким полем працюють при напруженості менше 0.1 Тл, зі слабким – від 0.1 до 0.5 Тл, середнім – від 0.5 до 1 Тл, сильним – від 1 до 2 Тл, а із надсильним – понад 2 Тл.
У клінічній обстановці служба радіологічної безпеки забороняє застосування МР-томографів із полем понад 2.5 Тл. Понад цю межу поля передбачаються потенційно небезпечними і можуть допускатися для дослідницьких лабораторій.
При описі МР-апаратури, вчені-природники вважають за краще говорити не про поля, а про частоти. Це зумовлено тим, що різні ядра в періодичній системі мають різні МР-частоти. У полі 1 Тл, наприклад, протони резонують 42.58 МГц. Для клінічної медичної МР-томографії ці відмінності поки що несуттєві, т.к. використовується лише протонний МР.
Прогулюючись найбільшою у світі комерційною виставкою радіологічного обладнання на щорічному мітингу Радіологічного товариства Північної Америки, можна знайти малі МРТ-прилади, що працюють на 0.06 Тл і гігантські томографи, що працюють на 2 Тл. Магніти, звичайно, у них різні: нижче приблизно 0.3 Тл або постійні магніти, або резистивні електромагніти (з залізним осердям або без нього), а вище - магніт повинен бути надпровідним. Кожен із зазначених типів магнітів має свої переваги та недоліки.
Чому зустрічаються малі МР-томографи з надслабкими полями поряд з приладами, що працюють з магнітним полем у 100 разів сильнішими? Чому не виживають томографи лише зі слабким чи лише із сильним полем?
Ця проблема величини магнітного поля з початку 1980-х років розколола МРТ-спільноту. На той час МР-томографи працювали у слабких полях, багато прототипів мали поле близько 0.15 Тл. Дослідники не вірили, що можлива томографія у сильніших полях: здавалося, що вищі радіочастоти не будуть рівномірно пронизувати людське тіло. Подібно до багатьох інших передбачень у МРТ, це передбачення було помилковим.
МР-томограми тоді були дуже грубими, невиразними і, взагалі кажучи, гіршими за рентгенівські, отримані на обчислювальних томографах. Розробників МР-томографів на фірмах-виробниках весь час допитували: „Як можна покращити якість МР-томографів?” Відповідь була проста: „Підсилити магнітне поле”.
З аналітичних додатків МР було відомо, що відношення сигнал/шум зростає зі зростанням поля. Чим більше це ставлення, тим краще буде зображення. Але сильніше поле вимагає більших градієнтів, щоб знизити вплив артефактів, зумовлених хімічними зрушеннями, що зростають разом із полем. Сильні градієнти збільшуютьпросторовий дозвіл. Ці прості міркування змусили деяких виробників під тиском своїх розробників і маркетингових фахівців зробити рішучий вибір на користь надпровідних магнітних систем. Такі системи – величезні динозавроподібні вироби. Вони були дорогими, складними у виготовленні, дорогими в експлуатації, але з їхньою допомогою було реалізовано визначну якість зображення.
Іншим аргументом на підтримку розробки томографів із сильними магнітними полями була та обставина, що тільки вони дозволяли поєднати МР-томографію з локальною МР-спектроскопією з ядрам вуглецю, фосфору та протонів. А тоді однією з цілей розробки МР-інтроскопії для медицини було об'єднання томографії та спектроскопії для одночасного отримання морфологічної інформації та відомостей про метаболізм у відповідній точці людського організму. Спектроскопічна інформація буде тим детальнішою, чим сильніше магнітне поле.
Однак, in vivo-спектроскопія не набула поширення в клініках, тоді як популярність МРТ зростала вибухоподібно. Правилом ставали спеціалізовані на томографії МР-прилади, а комбіновані прилади та медична спектроскопія залишалися винятками.
Потім необхідність сильних магнітних полів у томографії стали ставити під сумнів. Технічний розвиток призвело до того, що якість зображення та просторове дозвіл томографа зі слабкими та середніми полями стало не гірше, а іноді й краще, ніж у сильних полях, хоча тоді й не було наукового обґрунтування цих досягнень. Додаткові дослідження показали, що найбільш важливий для медичної томографії фактор, а саме, контраст тканин, принаймні для низки діагностичних проблем у зв'язку з центральною нервовою системою, середніхмагнітних полях виявляється найкращим, злегка убуючи потім зі збільшенням магнітного поля.
Проте, одного чудового ранку покупці МРТ прокинулися і побачили рів заповненим. Одна компанія вирішила вийти на ринок приладів із середніми полями, інша - пішла за нею, а третя - пішла на компроміс, вирішивши створити МР-томограф, який працює з полем, проміжним між прийнятими до того стандартами.
Причини цих дій ніколи публічно не обговорювалися, але медики переконалися, що той виграш у чутливості, який зростання магнітного поля дає в МР-спектроскопії, не справляє аналогічного ефекту в медичній МР-томографії, якщо йдеться про все тіло людини.
Справа в тому, що тіло людини зі зростанням магнітного поля породжує додатковий шум, що обмежує сумарне зростання чутливості. Крім того, ніхто не міг передбачити, що у сильних полях виникнуть такі нові проблеми, як артефакти, які зумовлені мимовільними рухами пацієнта. Цілком очевидними були небезпеки, пов'язані зі зростанням поля, а також неминуче подорожчання техніки. А тим часом томографи зі слабкими і середніми полями ставали дедалі менше при неухильному поліпшенні діагностичних результатів, які вони забезпечують.
Зрозуміло, томографи із сильними полями залишалися гарним діагностичним засобом та зберігали свій ринок. Певні переваги за ними зберігалися: надшвидкі експозиції, наприклад, легше забезпечити в сильних полях за рахунок зростання апаратурної чутливості.
Але, швидше за все, у майбутньому більшість МР-томографів працюватимуть у слабких та середніх полях. Співвідношення залежатиме від конкретного ринку. Основна частка МР-томографів зі слабкими та сильними полем буде встановлена в Японії, за нею слідуватиме Європа, меншою мірою– США. Нове покоління користувачів МРТ, невеликі лікарні та приватні лікарі, будуть віддавати перевагу більш дешевим МР-томографам, які забезпечують можливість проведення переважної більшості діагностичних обстежень, що найчастіше зустрічаються. Великі госпіталі, особливо ті з них, які цікавляться локальною спектроскопією та дослідженнями в галузі функціональної томографії, збережуть інтерес до сильних магнітних полів, але і вони купуватимуть томографи зі слабкими та середніми полями як другі та треті установки для масових обстежень (і розвантаження) від нього великого томографа).
Якби все це було відомо і прийнято до уваги 8-10 років тому, набагато більше пацієнтів могли б отримати доступ до МР-томографії, і медичне МР-обладнання могло бути не таким дорогим, як сьогодні.