В.И. Крутских, Ю.А. Пирогов, Р.З. Сагдеев
Центр магнитной томографии и спектроскопии
Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова
Обсуждаются проблемы формирования МРТ изображений сканерами с сильными (3-11 Тл) и слабыми (0.1-0.5 Тл) магнитными полями. Рассматриваются достоинства и недостатки сканеров с различными значениями магнитных полей и анализируются основные тенденции современной магнитно-резонансной томографии (МРТ). Показано, что далеко не всегда увеличение магнитного поля является положительным фактором для повышения качества МРТ изображений.
Посредством разработанных в 2000-2010 г. в Центре магнитной томографии и спектроскопии МГУ новых физических и математических приемов удается обеспечить подавление сигналов нормальных тканей и получать даже в слабых и средних магнитных полях рафинированные изображения патологических образований, не видимых при обычных способах МРТ наблюдения. Приводятся примеры селективного выделения из многотканевых МРТ изображений таких патологий, как онкологические образования головного мозга, дефекты спинного мозга, амилоидные бляшки при рассеянном склерозе и болезни Альцгеймера, морфологические отклонения в строении головного мозга при шизофрении, повреждения полукружных колец вестибулярного аппарата и др. [1].
Сообщаются результаты экспериментов in vivo на малых животных с использованием магнитно-резонансного биоспектротомографа Bruker BioSpec 70/30 URS с магнитным полем 7 Тл, теплым отверстием 300 мм и пространственным разрешением до 50 мкм. Демонстрируются процедуры введения и наблюдения за транспортом внутри организма лекарственных препаратов, снабженных парамагнитными метками и биомаркерами целевой доставки препарата в область патологии. В качестве примеров приводятся данные экспериментов на крысах и мышах по терапии вызванной ишемии головного мозга стволовыми клетками, лечению раковых опухолей нанокапсулированными магнитно-управляемыми лекарствами, целевой доставке меченых гадолинием липосом в область глиомы С6 головного мозга и др. Достоинством прибора BioSpec является возможность работать не только на магнитном резонансе протонов, но и на трех дополнительных ядрах – углерода 13С, фтора и фосфора, которые входят в состав большинства биомолекул. Функция спектрального ЯМР анализа на этих ядрах позволяет одновременно снимать в режиме МРТ морфологическую карту внутренних органов животного и определять in vivo молекулярный состав наблюдаемых тканей в вокселах с 3-мм поперечником [2], т.е. виртуально, без хирургического вмешательства осуществлять гистологическую идентификацию ткани.
МРТ сканеры с сильными полями чрезвычайно сложны конструктивно, требуют охлаждения жидким гелием и обслуживания специально подготовленным персоналом, имеют очень высокую стоимость (до 5 млн. евро и выше) и обладают мощностью потребления электроэнергии в десятки кВт. Приборы с высокими магнитными полями более 1.5-2 Тл необходимы для исследовательских целей, особенно при изучении когнитивных процессов головного мозга в режиме функциональной МРТ, однако подавляющее большинство задач медицинской диагностики успешно решаются посредством приборов с меньшими полями. В последнее время развернулись работы по созданию низкопольных томографов с полями от 0.1 до 0.4 Тл, которые используют постоянные магниты, не требуют охлаждения и не нуждаются в обслуживании высококвалифицированным персоналом. До последнего времени их недостатком являлось невысокое качество МРТ изображений. В настоящем сообщении представлен результат разработки принципиально нового низкопольного отечественного томографа «Юнитом» на постоянном ферритовом магните с полем 0.15 Тл, полной мощностью энергопотребления всего лишь около 500 Вт и оценочной стоимостью не более 6 млн. руб. Главным достоинством этого МРТ томографа является высокое качество МРТ изображений, не уступающее лучшим 3-Тл МРТ томографам [3] (на рисунке)..
Представленные результаты получены при финансировании гранта Президента РФ для государственной поддержки ведущих научных школ № НШ-4593.2008.2, госконтракта Роснауки № 02.740.11.0230, международного гранта РФФИ № 09-04-92001_ННС_а и грантов ЗАО «Группа компаний «Контрол» (Генеральный директор В.И. Крутских).
1. Н.В. Анисимов, Ю.А. Пирогов, Л.В. Губский, В.В. Гладун. Управление контрастом и информационные технологии в магнитно-резонансной МРТ томографии.- М.: Изд-во МГУ, 2005, 143 с.
2. А.Ю. Юдина, А.А. Богданов (мл.), Ю.А. Пирогов. Магнитно-резонансная томография в изучении ангиогенеза и его молекулярных маркеров.- М.: Изд-во МГУ, 2008, 145 с.
3. Интернет-сайт: http://www.unitom.ru.
MAGNETIC RESONANCE IMAGING IN HIGH AND LOW MAGNETIC FIELDS
Krutskikh V.I., Pirogov Yu.A., Sagdeev R.Z.
Center for Magnetic Tomography & Spectroscopy, M.V.Lomonosov Moscow State University
Creation of MRI pictures by high (3-11 T) and low (0.1-0.5 T) field scanners is discussed. It is shown that increasing of magnetic field is not always as a positive factor for enhancement of MRI quality.