Магнитно-резонансная томография тепловых эффектов в модельных средах

• Автор: Волков, Александр Александрович
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 132 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Глава 1. Проблема применения МРТ в гипертермии. Обзор литературы
Часть 1. Основные принципы магнитно-резонансной томографии
1.1.1 МРТ-метод
1.1.2 ЯМР-сигнал
1.1.3. Спад свободной индукции
1.1.4. ЯМР-релаксация
1.1.5. Импульсные последовательности
1.1.6. Пространственное детектирование избранных спинов
1.1.7. Построение изображения
Часть 2. МРТ как неинвазивный способ регистрации температурных полей
1.2.1 Современное состояние термотерапии (гипертермии)
1.2.2. Работа с температурными полями в термотерапии
1.2.3. Проблема контроля температуры в термотерапии
1.2.4. МРТ как инструмент мониторинга температурных полей
1.2.5. MPT-методы регистрации температурных полей
Часть 3. Проблема регистрации спиновых изомеров воды
Глава 2. MPT-термометрия модельных образцов с использованием традиционных методов нагрева
Часть 1. Анализ термочувствительных параметров MPT-метода на базе литературных данных
2.1.1. Метод химического сдвига (Р-метод)
2.1.2. Диффузионный метод (D-метод)
2.1.3. Метод Тгрелаксации
Часть 2. Описание экспериментальной установки
2.2.1. Конфигурация МРТ аппаратуры
2.2.2. Описание импульсных последовательностей
2.2.3. Особенности MPT-реализации фазового кодирования
2.2.4. Определение Ті- и Т2-релаксационных характеристик
2.2.5. Установка для создания и регистрации квазистационарного температурного градиента
2.2.6. Установка для создания и регистрации стационарных температурных полей различной интенсивности
2.2.7. Установка для исследования артефактов МР-изображений
2.2.8. Технические требования к устройствам на совместимость с МРТ-аппаратурой
2.2.9. Артефакты MPT-изображений от металосодержащих материалов
Часть 3. MPT-термометрия модельных образцов Тг и Р-методами
2.3.1 Термометрия стационарных температурных полей различных интенсивностей
2.3.2 MPT-регистрация стационарного температурного градиента
Глава 3. Регистрация температурного поля в условиях лазерной гипертермии
3.1.1. Установка для создания и регистрации температурного поля на основе медицинского лазера и пироприемника
3.1.2. Выбор образцов
Часть 2. Теоретическая модель диффузии тепла
Часть 3. МРТ мониторинг лазерного нагрева
Глава 4. Поиск ЯМР-сигнала от спиновых изомеров воды в смеси H20-D20
Часть 1. Фазовая диаграмма раствора H20-D20
Часть 2. Описание эксперимента
4.2.1 Приготовление образцов
4.2.2. Эксперимент
4.2.3. Результаты
Заключение
Выводы
Список литературы
Благодарности

Введение
Диссертация посвящена проблеме регистрации температурных полей внутри биоорганических сред методом магнитно-резонансной томографии. Тема актуальна своей медицинской направленностью. Магнитно-резонансная томография (МРТ) сегодня массово внедряется в медицинскую практику и становится все более доступным и эффективным диагностическим методом. Временным недостатком остается дороговизна MPT-оборудования и сложность его обслуживания. Потенциальные возможности МРТ в медицине обширны и далеко не все реализованы. В частности, в отличие от других томографических методов (акустического и рентгеновского), метод МРТ на принципиальном уровне чувствителен к температуре и допускает наблюдение наряду с плотностным контрастом тканей их теплового контраста. Обогащение MPT-диагностики бесконтактными методами визуализации температурных полей внутри исследуемых объектов позволило бы многократно сократить временные, трудовые и финансовые затраты МРТ-исследований. Попытки решить эту задачу проводятся во всем мире. По той причине, что МР-томографы наполняют, в основном, медицинские учреждения и приспособлены для медицинских целей, МРТ-исследования тепловых процессов проводятся в лечебных условиях на таких сложнейших объектах, как человеческие органы. Установление общих закономерностей проявления температурных полей в MPT-изображениях происходит в рамках биомедицинских исследований путем медленного накопления опытных фактов, регистрируемых на разных томографах в разных условиях. Получаемые экспериментальные данные при этом специфичны и трудно сопоставимы. Несмотря на многолетнее успешное использование ядер Н в качестве ЯМР-активных зондов, до сих пор не вполне ясен механизм ЯМР-отклика водосодержащих сред, каковыми в подавляющем большинстве являются биоорганические ткани.
В настоящей работе предпринята попытка на базе МР-томографов с магнитными полями 0.5 и 7 Тл лаборатории магнитной томографии и спектроскопии факультета фундаментальной медицины МГУ имени М.В. Ломоносова осуществить целенаправленное МРТ-термометрическое исследование физическими методами на модельных объектах и получить экспериментальный материал, доступный для количественного анализа.

конвекцией тепла на кровеносных сосудах (перфузией). Недостаточная точность оценки последних - главное ограничение в использовании лазеров в данных методах.
На данный момент температурный контроль производят с помощью термозондов (игольчатых щупов, гибких катетеров), чувствительным элементом которых, чаще всего, является полупроводниковый р-п переход, работающий в качестве теплового болометра (изменяет прямую проводимость в зависимости от температуры). Такая методика является эффективной, т.к. для процедур термотерапии часто требуется наиболее полная ЗД информация о распределении температуры внутри образца. В некоторых процедурах, например при гипертермии сфокусированным ультразвуком, инвазивные температурные измерения являются недоступными или очень нежелательными из-за большой чувствительности аппаратуры к смене рабочей мощности. В других же процедурах, например при региональной гипертермии, инвазивные техники серьезно понижают применимость метода и их часто вытесняют квази-инвазивные техники. К таким техникам относят ИК-термометрию и радио-термометрию.
Пироприемники являются наиболее массовыми датчиками для бесконтактных температурных измерений в самых разных отраслях -охранной технике, промышленности строительстве и т.п. В основу работы этих приборов положен принцип преобразования потока инфракрасного излучения от нагретого объекта в электрический сигнал, пропорциональный спектральной плотности мощности потока излучения. Приемными элементами в большой группе пироэлектрических приемников служат пироэлектрические кристаллы, обладающие свойством пироэффекта, т.е. наличием зависящей от температуры спонтанной электрической поляризации [25]. Путем модуляции теплового потока на гранях кристалла достигается вариация разности потенциалов, типично не превышающая 1мВ, которая регистрируется на выходе.
В приложении к медицине особенность использования пироприемников состоит в принципиальной необходимости регистрировать температуры, близкие к комнатной. Эти температуры невыгодны с точки зрения реализации потенциальных возможностей пироэффекта из-за слишком малого превышения регистрируемых температур над фоном. Тем не менее, такие пироприемники обеспечивают приемлемую точность (до десятых долей градуса) и скорость измерения температуры (до сотых долей секунды) и широко используются в силу компактности и удобства работы с ними.
В стандартных методах ИК-термометрии регистрируются статические распределения температур на поверхностных участках тела. В медицинских исследованиях типично наблюдаются поверхностное поражение ткани, либо