Сайт переехал physreal.com

science
Знания, не рождённые опытом, бесплодны и полны ошибок.
Леонардо да Винчи



Copyleft © 2004 - 2024
physics.com.ua

Электронный web-журнал Physics.com.ua

Научные исследования и технические разработки по физике. Новости, факты, люди, интервью. Теория и практика. Каталог статей. Каталог ссылок. Форум. Научно-технические разработки. Документация, библиотека.
Палата мер и весов. Работа
для физиков. Юмор, сатира, лирика.

Контакты Главная | Стартовая | Избранное | Поиск
 

Потеря пароля | Регистрация

   
БАК остро нуждается в детекторах для фиксирования элементарных частиц
Высадка космонавтов на Луну будет осуществлена, в лучшем случае, в 2033–2034 годах
Гранты для обучения в аспирантуре по естественным наукам в Германии (программа SALSA)
Видео. Поиск редких процессов на коллайдерах
Пьезо-оптомеханический преобразователь связывает звук, свет и радио
Программу Наноконструктор проекта nanoModel можно скачать бесплатно
VII Международная школа-конференция молодых ученых и специалистов - Современные проблемы физики 2016
Ученые получили температуру ниже абсолютного нуля
С 10-го по 21-е сентября администрация уходит в отпуск

  Новости  
  Новости физики  
  Науку делают люди  
  Гранты, олимпиады, конкурсы и стипендии  
  Знаете ли Вы что...  
  Приборы, научно-технические разработки  
  Программные продукты  
  Конференции, семинары, школы и форумы  
  Физики шутят  
  Новости нашего журнала  
  Экспорт данных в формате RSS  
  Материалы  
  Каталог научных статей  
  Банк рефератов  
  Блог  
  PACS  
  Исторический календарь  
  Нобелевские лауреаты  
  Голосования и опросы  
  Информационные партнёры  
  Полезные ссылки  
  Палата мер и весов  
  Технические требования к предоставляемой информации  
rss2email
Новости электронного web-журнала Physics.com.ua




Рассылки Subscribe.Ru
Лента "Новости электронного web-журнала Physics.com.ua"
  Голосования и опросы  
 

Глобальное потепление - это...

результат неконтролируемого загрязнения атмосферы
результат естественного изменения климата
кто-то его незаметил
средство наживы для экологических организаций



Всего голосов: 2730
Комментариев: 3

 
  Статистика  
 
Яндекс цитирования Rambler's Top100

 
  Реклама  
 

 
 
НОВОСТИ




Экспорт новостей в формате RSS по выбранным категориям

2007-08-06 09:28:21, обсуждение: 0
НОВОСТИ ФИЗИКИ | БИОФИЗИКА

Новый вид магнитно-резонансной томографии помогает изучить процесс дыхания

Новый вид магнитно-резонансной томографии впервые позволил увидеть воздействие силы тяжести и позы человека на форму и вентиляцию легких. В перспективе эта методика позволит изучить характер вентиляции легких у астматиков и тучных людей при смене положения, а также оптимизировать выполнение сложных хирургических операций и контролировать процесс дыхания критически больных пациентов прямо в палате интенсивной терапии.

Внешний вид слабопольного магнитно-резонансного томографа с гиперполяризованным гелием (фото из обсуждаемой статьи)

В физиологии человека долгое время оставался малоизученным вопрос: как дыхание зависит от силы тяжести и положения человека в пространстве (вертикальное, горизонтальное на спине или на животе, наклонное, вниз головой и т. д.)? При изменении позы внутренние органы смещаются под действием силы тяжести, изменяя рабочий объем легких и влияя на физиологию дыхания. Понимание этой зависимости позволит оптимизировать проведение сложных хирургических операций, а быстрый и эффективный мониторинг легких прямо в палате интенсивной терапии может помочь пациентам в критическом состоянии. Это особенно важно для беременных женщин, для людей, страдающих ожирением и одышкой, а также для астматиков.

Главная причина недостаточной изученности этих вопросов кроется в том, что используемые методы наблюдения за вентиляцией легких сильно ограничивают пациента в движении — практически всегда речь идет о наблюдении за легкими горизонтально лежащего пациента.

Лишь в последние годы, с разработкой слабопольной ЯМР-томографии с гиперполяризованным гелием, стало возможно наблюдать за изменениями в физиологии дыхания при смене положения внутри одной и той же установки. Первые результаты такого исследования, проведенного гарвардскими учеными, появились в недавнем препринте Arxiv:0707.3455.

Томография с помощью ядерного магнитного резонанса (ЯМР) основана на том, что атомные ядра во внешнем магнитное поле прецессируют. Частота прецессии зависит от сорта ядра и от величины внешнего магнитного поля. Если теперь создать небольшой импульс радиоволн на частоте, совпадающей с этой частотой прецессии, то он вступит в резонанс с этими ядрами и быстро ими поглотится. Можно создать такое распределение магнитного поля, чтобы резонанс наступал не везде сразу, а только в определенной точке организма. Тогда по величине затухания радиоимпульса можно будет получить ЯМР-отклик от этой точки, а сканируя таким образом всё тело, можно получить и цельное его ЯМР-изображение.

Чем сильнее магнитное поле, тем больше средняя поляризация вещества и тем более сильным получается ЯМР-отклик. Из-за этого в стандартной методике используются как можно более сильные поля для повышения контрастности изображения.

Стандартная методика магнитно-резонансной томографии позволяет сканировать плотные ткани, но совершенно не приспособлена для изучения заполненных воздухом легких. Впрочем, ее удалось применить и к легким, перестроив ее на детектирование гелия-3 и дав пациенту вдохнуть этого безвредного газа. Однако как стандартная магнитно-резонансная, так и другие виды томографии обладают важным недостатком: в силу конструкционных особенностей установки (в частности, необходимость создания сильных магнитных полей) человек при этом вынужден лежать горизонтально. Это не позволяет проследить, как при смене позы человека изменяется рабочий объем и вентиляции легких.

Ситуация начала меняться в 1994 году, когда физики научились поляризовать гелий предварительно и лишь потом давать его вдохнуть пациенту. Такой гиперполяризованный газ очень хорошо детектируется магнитно-резонансными томографами, что резко увеличивает контрастность томографических изображений легких. Но самое главное — в этом случае уже нет нужны использовать очень сильное магнитное поле, потому что гелий заранее поляризован. А это значит, что можно сконструировать слабопольный томограф, подешевле и посвободнее. Его уже можно будет перемещать с места на место, а пациент в нём может менять позы.

Целый ряд исследовательских групп несколько лет назад приступили к созданию и испытанию таких томографов. Среди них была и группа из Гарвард-Смитсоновского астрофизического центра (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics) и Гарвардского университета под руководством Рональда Валсворта (Ronald L. Walsworth). В недавнем препринте Arxiv:0707.3455 были обнародованы первые научные результаты, полученные на сконструированной ими установке.

Установка гарвардских исследователей представляет собой два электромагнита, создающих поле 0,0065 Тесла, что в сотни раз слабее стандартных ЯМР-томографов. Между электромагнитами остается свободное пространство шириной почти метр; в нём размещается койка с пациентом, которая может произвольно поворачиваться в вертикальной плоскости. Система наблюдения позволяет получать изображения ЯМР-отклика гелия-3 в области размером примерно 40 см в виде картинки 256 на 256 пикселов. Для получения картинки достаточно одного вдоха смеси гелия с кислородом и задержки дыхания на 30 секунд.

Изображение легких у горизонтально (a) и вертикально (b) расположенных пациентов (фото из обсуждаемой статьи)

В первой серии экспериментов, которые и были описаны в препринте, исследователи сравнивали снимки (как двумерные, так и трехмерные, разбитые на несколько слоев) для пациентов в горизонтальном и вертикальном положении и обнаружили различия в нижней части легких. У лежащего на спине человека диафрагма чуть сдавливает легкие в области живота, и они поэтому чуть удлиняются снизу, ближе к спине. Такого эффекта не наблюдается при вертикальной ориентации.

Следующим шагом станет наблюдение за тем, как яркость ЯМР-изображения уменьшается со временем. Уменьшение яркости связано с потерей гелием поляризации за счет столкновения с молекулами кислорода и значит, позволяет узнать распределение кислорода в легких. Ну и конечно исследователи будут работать над улучшением пространственного разрешения изображений. Первые эксперименты проводились пока только со здоровыми людьми, но как только методика будет отлажена, можно будет попытаться понять, к каким именно аномалиям в физиологии дыхания приводит смена позы у астматиков или тучных людей.

Источник: L. L. Tsai et al. Posture-Dependent Human 3He Lung Imaging in an Open Access MRI System: Initial Results // e-print Arxiv:0707.3455 [physics.med-ph], статья направлена в журнал Academic Radiology.

Игорь Иванов
elementy.ru



БАК остро нуждается в детекторах для фиксирования элементарных частиц
Эффект рождения гидродинамических потоков от ультразвуковых волн
Создан безмагнитный кремниевый циркуляционный чип для диапазона миллиметровых волн
Физики из Национального института стандартов и технологий (США) добились одновременной квантовой запутанности сразу 219 ионов бериллия (9Be+)
Новый метод получения пучка спин-поляризованны позитронов
Скончался лауреат Нобелевской премии в области физики Кай Сигбан
Фильтры для питьевой воды, уже выходит на российский и зарубежный рынок
Новая разновидность активных галактических ядер
Барс-4 - Устройство для защиты бытового электрооборудования
Международная научно-практическая конференция «Научные исследования, наносистемы и ресурсосберегающие технологии в стройиндустрии»