Ядерний магнітний резонанс. Томографія

Зміщення ЯМР-сигналу залежно від хімічного оточення, зумовлене різними сталими екрануван¬ня, називається хімічним зсувом. Цей параметр вимірюється в герцах і залежить від індукції магнітного поля. На практиці використовують не абсолютні значення хімічного зсуву, а його відносне значення (відносна зміна індукції поля або частоти): можна одержати також, використовуючи значення спін-спінових взаємодій ядер. Це явище зумовлене магнітною взаємодією хімічно нееквівалентних ядер, яка відбувається через електронні хмарки атомних зв'язків і зумовлює додаткове розщеп¬лення сигналів у спектрі, але швидко згасає із збільшенням відстані між підрівнями.

Інтенсивність ЯМР-сигналів, значення хімічного зсуву, півширина та площа смуги визначаються магнітними й електронними властивостями самих ядер і властивостями атомів, груп атомів та молекул, які оточують ці ядра. Тому, очевидно, існує тісний зв'язок між структурою речовини та ЯМР-спектром, який можна використовувати для дослідження цієї структури.

За значенням хімічного зсуву ядер можна оцінити характер розподілу електронної густини молекул.

Інформацію про структуру органічних сполук Генератор створює поле з індукцією, а перпендикулярне поле Во створене постійним магнітом. За умови, що v = v0, відбувається резонансне поглинання, внаслідок чого в контурі спадає напруга. Спад напруги реєструється детектором, підсилюється і подається на осцилограф. Поле з індукцією ВІ змінюється на 1СГ3 Тл з частотою від 50 Гц до 1 кГц. Таку саму частоту має горизонтальна розгортка осцилографа. На екрані одержуємо смугу поглинання.

ЯМР-ТОМОГРАФІЯ

З усіх видів комп'ютерних томографів найбільш перспективною є система, у якій використовується ядерний магнітний резонанс. Ця система дає змогу одержати зображення будь-яких перерізів органів людського організму.Для розуміння принципу дії ЯМР-томографа ще раз коротко пригадаємо суть ЯМР.

Ядра фосфору, фтору, водню та інших еле¬ментів, що містяться в організмі людини, подібні до дзиги, яка обертається навколо своєї осі. Цю властивість елементарних частинок та атомів називають спіном. Якщо зразок розмістити в постійному магнітному полі, то осі "дзиг" орієнтуються в напрямі ліній індукції поля: одні — вздовж поля, інші — проти нього. Якщо перпен¬дикулярно подати змінний високочастотний сигнал (радіохвилі), то ядерні дзиги отримають енергію й обертатимуться навколо силових ліній магнітного поля на чітко визначеній резонансній частоті (звідси і назва — ядерний магнітний резонанс).

У певний момент вимикаємо генератор, який створював радіовипромінювання, і дія його на ядра припиняється. Однак ядра за інерцією ще деякий час продовжують прецесію. Поступово цей рух послаблюється, але весь час кажуть, що "звучить" спінове ехо. За інтенсивністю цього еха та швидкістю його згасання можна судити про властивості речовини: чим більша густина, тим швидше згасає ехо.

Нехай об'єкт перебуває в магнітному полі певної форми та індукції. Розгойдавши ядерні дзиги, будемо реєструвати їхнє спінове ехо. Опрацювавши на ЕОМ результати вимірювань, отримаємо просторовий розподіл концентрації ядер, а також час, протягом якого згасає спінове ехо — ЯМР-томограму.

Вода — основна складова біологічних об'єктів, тому досліджуваним сигналом під час ЯМР-томографії є сигнал протонного магнітного резонансу молекул води.

Частота ЯМР-сигналу пропорційна індукції зовнішнього магнітного поля. Тому, створивши градієнт магнітного поля у тканині, одержимо спектр ЯМР, у якому інтенсивність сигналу за певної частоти характеризує відносний вміст води в тій частині тканини, яка розміщена в ділянці певного значення магнітного поля.

Досліджуваний біологічний об'єкт розглядають з різних боків у магнітному полі. За одержаними проекціями, використовуючи комп'ютер, отримують зображення. У різних частинах зразка амплітуда ЯМР-сигналу різна. Це дає змогу досліджувати кожну точку біологічного об'єкта. Таким способом можна визначити величину та положення пухлин в організмі. Тканинам пухлин властива більша намагніченість, тому ЯМР-сигнал води пухлини насичується легше, ніж сигнал нормальної тканини. Такий метод дослідження можна використовувати для одержання зображень органів грудної клітки або певних ділянок черепа. Окрім протонного резонансу, у біологічних дослідженнях використовують спектроскопію ЯМР на інших ядрах: 13С , 31Р тощо.