Звуки МРТ: Откуда берется шум в томографе

Принцип работы МРТ и возникновение звуков

Магнитно-резонансная томография (МРТ) – это метод диагностики, основанный на взаимодействии сильного магнитного поля и радиоволн с атомами водорода в организме.​ Под воздействием этих факторов атомы излучают сигналы, которые улавливаются томографом и преобразуются в детальные изображения органов и тканей.​

Магнитное поле и радиоволны

В основе работы магнитно-резонансного томографа (МРТ) лежит сложное взаимодействие мощного магнитного поля и радиоволн, направленных на организм человека.​ Именно это взаимодействие и является причиной возникновения характерных громких звуков во время процедуры сканирования.​

Сердцем МРТ-аппарата является мощный магнит, создающий постоянное магнитное поле вокруг пациента.​ Это поле выстраивает атомы водорода в теле человека в определенном порядке, подобно тому, как компас ориентируется по магнитному полю Земли.​ Атомы водорода выбраны не случайно⁚ они являются наиболее распространенными в организме человека и обладают сильным магнитным моментом.​

Для того чтобы получить изображение, необходимо вывести атомы водорода из состояния равновесия. Для этого МРТ-аппарат излучает короткие импульсы радиоволн, частота которых настроена на резонансную частоту атомов водорода в магнитном поле.​ Под воздействием этих импульсов атомы водорода временно меняют свою ориентацию, поглощая энергию радиоволн.​

Когда радиочастотный импульс выключается, атомы водорода возвращаются в свое исходное состояние, испуская поглощенную энергию в виде радиоволн.​ Эти сигналы улавливаются специальными антеннами, расположенными внутри МРТ-аппарата.​

Именно быстрые переключения градиентных катушек, создающих радиоволны, и являются источником громких стуков и вибраций во время МРТ-сканирования.​ Чем мощнее аппарат и чем сложнее последовательность импульсов, тем интенсивнее и разнообразнее будут звуки, издаваемые томографом.​

Взаимодействие с атомами водорода

Для понимания причин возникновения звуков во время МРТ важно разобраться в том, как именно происходит взаимодействие магнитного поля и радиоволн с атомами водорода в теле человека.​ Именно этот процесс лежит в основе метода магнитно-резонансной томографии и определяет характер получаемых изображений.​

Атомы водорода, состоящие из одного протона и одного электрона, обладают собственным магнитным моментом, подобно миниатюрным магнитикам.​ В обычных условиях эти «магнитики» ориентированы хаотично. Однако, под воздействием сильного внешнего магнитного поля, создаваемого томографом, магнитные моменты протонов водорода выстраиваются вдоль силовых линий этого поля, подобно стрелкам компаса, ориентирующимся по магнитному полю Земли.​

Для того чтобы получить информацию о тканях и органах, необходимо вывести протоны из состояния равновесия.​ Это достигается путем подачи коротких электромагнитных импульсов – радиоволн определенной частоты. Когда частота радиоволны совпадает с частотой прецессии протонов водорода в данном магнитном поле (явление резонанса), протоны поглощают энергию радиоволн и изменяют свою ориентацию в пространстве.​

После прекращения радиочастотного импульса протоны водорода возвращаются в свое исходное энергетическое состояние, испуская поглощенную энергию также в виде радиоволн.​ Эти сигналы, испускаемые атомами водорода, улавливаются чувствительными антеннами томографа. Важно отметить, что характеристики испускаемых сигналов (амплитуда, частота, фаза) зависят от типа тканей, их плотности, содержания воды и других параметров.

Именно быстрые переключения магнитных полей, необходимые для возбуждения атомов водорода в разных областях тела, и вызывают вибрации градиентных катушек, что и воспринимается нами как громкий шум во время МРТ-сканирования.​

Градиентные катушки и их влияние

Помимо мощного постоянного магнита, ключевую роль в создании изображений МРТ и, как следствие, в появлении характерных звуков, играют градиентные катушки.​ Эти катушки, расположенные внутри туннеля томографа, создают дополнительные, быстро меняющиеся магнитные поля – градиенты.​ Именно градиентные поля позволяют локализовать сигналы, поступающие от атомов водорода, и создавать трехмерные изображения органов и тканей.​

Представьте себе оркестр, где каждый музыкант (атом водорода) играет свою ноту. Постоянное магнитное поле – это как бы дирижер, задающий общий тон.​ Но чтобы услышать каждого музыканта по отдельности, нужен звукорежиссер, который будет регулировать громкость каждого инструмента.​ Роль такого «звукорежиссера» в МРТ и выполняют градиентные катушки.​

Градиентные катушки создают небольшие изменения магнитного поля в разных точках пространства внутри томографа.​ Это позволяет выборочно возбуждать атомы водорода в определенных областях тела, а также кодировать пространственную информацию в получаемых сигналах. Проще говоря, благодаря градиентам МРТ «понимает», из какой именно точки организма поступил тот или иной сигнал.

Для создания изображений градиентные катушки должны быстро включаться, выключаться и изменять свою полярность, создавая сложные последовательности магнитных импульсов.​ Эти быстрые изменения магнитных полей приводят к вибрациям катушек и окружающих их конструкций, что и является причиной громких стуков, щелчков и других звуков, сопровождающих процедуру МРТ.​

Чем мощнее томограф и чем сложнее исследование, тем более сильные градиенты требуются для получения качественных изображений.​ Соответственно, уровень шума во время сканирования также будет выше.​

Вибрации и стуки во время сканирования

Многие пациенты, проходящие процедуру магнитно-резонансной томографии, отмечают, что аппарат издает довольно громкие и непривычные звуки⁚ стуки, щелчки, жужжание, свист.​ Эти звуки могут вызывать беспокойство и дискомфорт, особенно у людей, склонных к клаустрофобии.​ Однако важно понимать, что шум во время МРТ – это не признак поломки аппарата или каких-либо неполадок, а естественное следствие его работы.

Основным источником шума во время МРТ-сканирования являются градиентные катушки.​ Как мы уже говорили, эти катушки создают быстро меняющиеся магнитные поля, необходимые для получения изображений.​ Прохождение электрического тока через обмотки катушек создает силу, которая заставляет их вибрировать с определенной частотой.​ Эти вибрации передаются на окружающие конструкции томографа, что и приводит к появлению характерных звуков.

Характер и интенсивность звуков зависят от многих факторов, включая мощность томографа, тип проводимого исследования, особенности анатомии пациента.​ Например, при исследовании головного мозга используются более высокочастотные градиенты, что создает более высокий и пронзительный звук.​ Сканирование органов брюшной полости, наоборот, сопровождается более низкими и глухими звуками.​

Важно понимать, что шум во время МРТ не представляет никакой опасности для пациента.​ Магнитные поля и радиоволны, используемые в томографии, не оказывают вредного воздействия на организм.​ Однако для снижения дискомфорта пациентам обычно предлагают использовать беруши или наушники, через которые может транслироваться музыка или успокаивающие звуки природы.

Мощность томографа и уровень шума

Одним из факторов, влияющих на уровень шума во время МРТ-сканирования, является мощность томографа.​ Мощность аппарата определяется напряженностью магнитного поля, которое он способен создавать.​ Чем выше напряженность поля, тем более детальные и информативные изображения можно получить. Однако с увеличением мощности томографа возрастает и сила тока, проходящего через градиентные катушки, что приводит к более интенсивным вибрациям и, как следствие, к более громкому шуму.

Современные МРТ-аппараты имеют различную мощность, которая измеряется в Тесла (Тл).​ Аппараты с напряженностью поля 1,5 Тл и 3 Тл являются наиболее распространенными в клинической практике. Томографы с напряженностью поля 7 Тл и выше используются, как правило, в научно-исследовательских целях.​ Чем выше напряженность поля, тем более четкие и детальные изображения можно получить, но и уровень шума во время сканирования будет значительно выше.​

Для снижения уровня шума при использовании мощных томографов применяются различные технические решения. Например, разрабатываются специальные конструкции градиентных катушек с улучшенной виброизоляцией.​ Также используются методы активного шумоподавления, основанные на генерации звуковых волн в противофазе к шуму томографа.​

Несмотря на то, что шум во время МРТ может вызывать дискомфорт, он не представляет опасности для здоровья пациента.​ Современные томографы оснащены системами контроля уровня шума, которые не допускают превышения допустимых значений.​ Кроме того, пациентам предлагаются беруши или наушники, позволяющие снизить уровень шума до комфортного уровня.