Исследование эффекта переноса намагниченности на примере системы крахмал-вода в слабом поле
Курсовой проект - Физика
Другие курсовые по предмету Физика
?ых систем, которые могли бы обмениваться энергией между собой, причем T2 одной системы должно быть намного короче, чем другой.
Особенность данной импульсной последовательности состоит в наличии преднасыщающих импульсов применяемых с частотой, отстоящей от центральной частоты спиновых систем. За преднасыщающими импульсами следует градиентное эхо или спин-эхо последовательность. [4]
Применение того или иного принципа контрастирования, обуславливается диагностической задачей стоящей перед исследователем. Одной из наиболее актуальных задач на данный момент, являются: обнаружение ранних стадий развития рассеянного склероза. Клинические исследования показали что методика MTI оказывается более чувствительной к изменениям белого вещества мозга у больных рассеянным склерозом, чем остальные методики МРТ, используемые для диагностики данного заболевания.[6]
Рассеянный склероз - это хроническое аутоиммунное заболевание, при котором, вследствие нарушений в работе иммунной системы, повреждается миелиновая оболочка нервных волокон, что приводит к постепенной утрате различных функций нервной системы, связанных с физическим и психоэмоциональным состоянием больного.[7]
В мире рассеянным склерозом болеет около 3 000 000 человек. Распространенность заболевания зависит от географических зон, являясь наиболее низкой в области экватора и увеличиваясь к северу и югу. В России рассеянным склерозом заболевают от 10 до 70 человек на 100 000 населения. У большинства больных первые симптомы заболевания возникают в молодом возрасте (от 20 до 40 лет).
Метод переноса намагниченности оказался эффективным для визуализации очагов рассеянного склероза.[7] Применяется использование этого метода в сочетании с искусственным контрастированием. Применяя стандартные методы и перенос намагниченности, Д. В. Пати и Г.Воробейчик (1999) выявили корреляцию данных МРТ с патофизиологическими изменениями в очагах в динамике лечения больных рассеянным склерозом.
Контраст изображений, полученных с помощью методов MTI, отражает соотношение и биофизическое взаимодействие между свободной водой и водой, связанной с биомолекулами. Использование MTI повышает чувствительность MPT-методов при патологических процессах, связанных с деструкцией клеточных мембран и изменением характера связи воды с белками. Важным преимуществом MTI является возможность объективной количественной оценки результатов с помощью величины, называемой отношением переноса намагниченности.[8]
Где S0 и Smt - интенсивности МР-сигнала, соответственно, в отсутствии и присутствии внерезонансного насыщения.
Представляется перспективным использование данного принципа для точного определения границ опухолей головного мозга и для повышения эффективности контрастного усиления использования препаратов парамагнетиков при некоторых формах патологии.[9] Использование метода переноса намагниченности при магнитно-резонансной ангиографии позволяет существенно улучшить качество ангиографических изображений. Важно отметить, что это позволяет на томографах со средними полями получать ангиограммы, не уступающие по качеству таковым, полученным на томографических системах с высокими полями.[10]
Кроме применения в медицине, эффект переноса намагниченности нашел применение в пищевой промышленности. В работах Junshi Y. Wu, Robert G. Bryant, Thomas M. Eads[11] и Lucia Calucci, Claudia Forte[12] исследовалось явление переноса намагниченности в водных растворах муки, глютена и клейстеризованном крахмале. Задача авторов заключалась в установлении зависимости степени взаимодействия системы макромолекул с водой, от различных параметров рассматриваемых образцов, таких как: концентрация макромолекул и времени хранения образца. В качестве параметра характеризующего взаимодействие системы макромолекул и воды, было выбрано отношение переноса намагниченности (MTR).
Эксперименты проводились при комнатной температуре с использованием спектрометров Bruker AMX300 (рабочая частота 300.13 МГц) и Nicolet NT200 (рабочая частота 200.067 МГц).
На рисунке 4 изображены полученные результаты исследования зависимости амплитуды сигнала спада свободной индукции, от частоты внерезонансных насыщающих импульсов, для растворов разной концентрации крахмала (верхний график) и муки (нижний график).
Видно, что следствием увеличения концентрации, является увеличение скорости наступления насыщения, что говорит о увеличении степени эффекта переноса намагниченности.
Теория эффекта
Первоначально считалось, что эффект переноса намагниченности обуславливается лишь химическим обменом между двумя взаимодействующими группами молекул. Позже было установлено, что имеет место кросс-релаксационное взаимодействие между протонами макромолекул (коллагенов) и протонами несвязанной воды. Это взаимодействие было признано одним из наиболее важных релаксационных механизмов в протеиновых растворах.[4]
Применение внерезонансного насыщения для улучшения контраста МРТ-изображений, было впервые предложено Muller в 1983 году. В 1989 году учеными Wolff и Balaban было установлено, что использование преднасыщающих внерезонансных импульсов существенно повышает контраст между тканями, исследования проводились на примере МРТ кроличьей почки.[4]
Для понимания механизма переноса намагниченности рассмотрим следующую модель исследуемой биологической ткан?/p>