Магнитно-резонансная томография тепловых эффектов в модельных средах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.03, кандидат физико-математических наук Волков, Александр Александрович

• Волков, Александр Александрович
• кандидат физико-математических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Волков, Александр Александрович

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. МРТ-методы регистрации температурных полей

Часть 3. Проблема регистрации спиновых изомеров воды

Глава 2. МРТ-термометрия модельных образцов с использованием традиционных методов нагрева

Часть 1. Анализ термочувствительных параметров МРТ-метода на базе литературных данных

2.1.1. Метод химического сдвига (Р-метод)

2.1.2. Диффузионный метод (D-метод)

2.1.3. Метод Т]-релаксации

Часть 2. Описание экспериментальной установки

2.2.1. Конфигурация МРТ аппаратуры

2.2.2. Описание импульсных последовательностей

2.2.3. Особенности МРТ-реализации фазового кодирования

2.2.4. Определение Тг 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 МРТ-изображений от металосодержащих материалов

Часть 3. МРТ-термометрия модельных образцов Тг и Р-методами

2.3.1 Термометрия стационарных температурных полей различных интенсивностей

2.3.2 МРТ-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 Н20-020

Часть 1. Фазовая диаграмма раствора Н20Л320

Часть 2. Описание эксперимента

4.2.1 Приготовление образцов

4.2.2. Эксперимент

4.2.3. Результаты

Заключение

Выводы

Список литературы

Благодарности

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Магнитно-резонансная томография тепловых эффектов в модельных средах»

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 МРТ-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 МРТ-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 MP-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 МРТ-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 MP-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.

Цели и задачи исследования

- Создание аппаратуры и методик для проведения модельных МРТ-экспериментов в области термометрии.

- Оптимизация МРТ-методов аппаратных и компьютерных для наблюдения температурных полей.

- Разработка моделей описания наблюдаемых МРТ-методом тепловых полей.

- Наблюдение ЯМР-отклика водосодержащего раствора и оценка парциального вклада в ЯМР-сигнал молекул воды.

Защищаемые положения

Проведение физических модельных экспериментов является необходимой составляющей работ по продвижению МРТ-методов контроля температурных полей в гипертермию.

В модельных гипертермических экспериментах на MP-томографах возможно применение традиционных методов производства тепла с помощью металлосодержащих электронагревателей.

Подбор параметров импульсных последовательностей и конфигурацией эксперимента позволяет осуществлять радикальное подавление и полное устранение артефактов.

- Наиболее удобными параметрами МРТ-контроля температурных полей на ядрах 'Н в области комнатных температур являются линейно зависящие от температуры время релаксации Т] и химический сдвиг.

- Вклад в величину ЯМР-сигнала водосодержащих объектов вносят продукты автоионизации молекул Н20 - ионы Н30+ и ОН".

Новизна и практическая значимость результатов.

Все результаты диссертации по постановке и реализации модельных МР-термометрических экспериментов, разработке методов наблюдения артефактов и созданию МРТ-совместимых тепловых устройств, модельному описанию МРТ-наблюдаемых температурных полей и выяснению природы ЯМР-отклика протонов в воде являются новыми. Практическая значимость работы состоит в возможности использовать результаты проведенных экспериментов в качестве ориентиров при разработке медицинских гипертермических методов для практических применений.

Личный вклад автора

Автору принадлежат полностью разработка и включение в эксперимент оборудования для модельных МРТ-опытов по термометрии. Им лично выполнены все томографические эксперименты представленной работы, проведена обработка результатов измерений и в коллективе соавторов, представленных вместе с диссертантом в публикациях, выработаны модели адекватного описания наблюдаемых тепловых процессов.

Апробация

Результаты диссертационных исследований докладывались на всероссийских и международных конференциях: 3-ем Евразийском конгрессе по медицинской физике и инженерии «Медицинская физика - 2010» (г. Москва, 21-25 июня 2010 г.); международных научных конференциях студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов-2010», «Ломоносов-2011» и «Ломоносов-2012» (г. Москва); 8-ой Всероссийской школе-семинаре «Физика и применение микроволн», (г. Звенигород, 23-28 мая 2011 г.); научно-практической конференции «Инновационный проект 2011» (г. Москва, 11 октября 2011 г.) и прошли апробацию на семинарах Института общей физики имени A.M. Прохорова в 2010-2011 г., на научном семинаре в томографическом центре университета штата Вашингтон (Сиэтл, 2008).

Публикации

Результаты диссертации отражены в 12 публикациях - 5 - в рецензируемых журналах, входящих в список ВАК, и 7 тезисах и трудах конференций.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Работа изложена на 130 страницах, содержит 80 рисунков. Список цитируемой литературы включает 110 наименований.

Заключение диссертации по теме «Радиофизика», Волков, Александр Александрович

Выводы

1. Аппаратурно реализованы режимы внутреннего нагрева модельных образцов (яичного белка, растительного масла и воды) лазерным излучением с А,=1.07 мкм при одновременном пирометрическом контроле температуры поверхности. Сравнением Tj-взвешенных МРТ-изображений температурных полей с данными пирометрических измерений в рамках диффузионной модели распространения тепла найдена общая закономерность роста времени релаксации Ti с характерным значением 6,5 мс/°С, совпадающим с литературными данными. Обнаружен нелинейный характер нагрева в центре зоны. Высказано предположение о возможности возникновения в таких условиях опасных для медицинского применения неконтролируемых температурных выбросов.

2. Из сравнительных измерений Тгрелаксометрических карт модельных образцов в магнитных полях 0.5 и 7 Тл установлено десятикратное увеличение быстродействия МРТ-методик в сильном поле для достижения одинаковых по качеству контрастов.

3. Показана возможность использования в условиях сильных магнитных полей металлосодержащих проводников в качестве элементов электронагревателей. Разработаны и опробованы в магнитных полях 0.5 и 7 Тл устройства для создания и регистрации тепловых полей, приспособленные для работы в оптимальных для МРТ-сканирования режимах.

4. Выявлены пространственно-временные закономерности формирования артефактов MP-изображений, исходящих от металлических проводников в условиях протекания в них токов (0.1 - 2 А). Реализованы методики уменьшения артефактов за счет компенсации индуцируемого токами магнитного поля путем бинарной намотки проволоки. Предложен способ нагрева подачей тока синфазно со считывающим импульсом РЧ катушки MP-томографа. Предложены и реализованы программные методы улучшения качества MP-изображений и увеличения точности измерений с помощью оптимизации импульсных последовательностей RARESE, true FISP и PVM PRESS.

5. Впервые температурные зависимости химического сдвига исследованы в модельных экспериментах. В магнитном поле 7 Тл для растительного масла на фоне артефактов выделена линейная температурная зависимость резонансной частоты протонов с разрешением 0.02 ррт/°С, близким к результатам идеальных МРТ-измерений.

6. Предложен и реализован эксперимент по установлению источника ЯМР-сигнала в жидкой воде. Методом сравнительных измерений интегральной амплитуды ЯМР-сигнала от чистой воды и 50/50 ее смеси с тяжелой водой в магнитном поле 0.5 Тл в томографическом и спектроскопическом режимах с погрешностью 5% проявлений спиновой изомерии не зарегистрировано. Высказано предположение о том, что источниками сигнала ЯМР в воде являются продукты самоионизации молекулы Н20 - ионы Н30+ и ОН", обладающие неспаренными протонами.

Заключение

С учетом полученного в диссертации экспериментального материала, ответ на вопрос о возможности мониторинга результатов гипертермии непосредственно в процессе МРТ-иселедований - положительный. Несмотря на большое количество ограничений, представляется возможным методом МРГ возможно регистрировать реальную температуру внутри биоорганичеких тканей. Главную трудность для МРТ-мониторипга температуры, как выяснилось, составляет не столько аппаратная часть, сколько условия реальной медицинской практики - неоднородность тканей, кроссрслаксация, перфузия на кровеносных сосудах, нсстационарность теплового поля. Перспективным для развития технологии MP-термометрии представляется модельный физический подход, позволяющий выделять вклад в МР'1-изображение температурного контраста. Возможным вариантом системы МРТ-термометрии может быть техника, основанная на традиционных методах нагрева с помощью электронагревателей. Этим способом можно создавать температурные поля различных форм и интенсивностей. а также в реальном времени изменять граничные условия, используемой термодинамической модели. Целый ряд контролируемых параметров системы - мощность источника тепла и охлаждающего элемента (при температурном градиенте), геометрическая конфигурация среды, и т.п. а также возможность использования термоконтрастирующих веществ, даст возможность детально исследовать базовые принципы температурного МРТ-мониторинга.

Новые возможности для МРТ-термометрии могут открыться при решении пока неясного вопроса о происхождении ЯМР-сигнала в жидкой воде - важном поставщике протонов в биоорганичеких тканях.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Волков, Александр Александрович, 2012 год

Список литературы

1. R.A. Jones, К Kvaerness, P.A. Rinck, Т.Е. Southon, Магнитный резонанс в медицине, под ред. П.А. Ринка, издание 3, 1996.

2. С.А. Дзюба, Основы магнитного резонанса - спектры магнитного резонанса, НГУ, Новосибирск, 1994.

3. М.Я. Марусина, А.О. Казначеева, Современные виды томографии, учебное пособие СПб: СПбГУИТМО, 2006, 132 с.

4. J.P. Hornak, The basics ofMRI, Rochester Inst, of Tech., Virginia, 1997.

5. H.B. Анисимов, Ю.А. Пирогов, JI.B. Губский, B.B. Гладун, Управление контрастом и информационные технологии в магнитно-резонансной томографии, ред. Ю.А. Пирогов, Физический факультет МГУ, М., 2005, 144 с.

6. H. Heshemi, Ed. Ray, W. Bradely,C. Lasanti, MRI: The Basics, Lippincott Williams & Wilkins Ed, 2004.

7. A.H. Коновалов, В.H. Корниенко, H.H. Пронин, Магнитно-резонансная томография в нейрохирургии, М.: Видар, 1997.

8. С. Grossman, Magnetic resonance imaging and computed tomography of the head and spine, Williams & Wilkins Ed, 1996.

9. T.A. Ахадов, В.О. Панов, У. Айххофф, Магнитно-резонансная томография спинного мозга и позвоночника, М., 2000.

10. N. Tsafnat, Numerical modeling of ferromagnetic embolization hyperthermia in the treatment of liver cancer, Int. J. Hyperthermia 2001, 17, 72-88, 2005.

11. F.C. Henriques, The predictability and the significance of thermally induced rate processes leading to irreversible epidermal injury, Arch. Pathol., 43, 489-502, 1947.

12. G.M. Hahn, Hyperthermia for engineer: a short biological primer, IEEE Transactions on Biomedical Engineering, 31(1), 1984.

13. V. Rieke, K.B. Pauly, MR Thermometry, J. Magn. Reson. Imaging. - 2008. V. 27(2). P.376-390.

14. Dahl O, Interaction of hyperthermia and chemotherapy, Rec Res. Cancer Res., 1988; 107: 157-69.

15. P.C. Levendag, Reirradiation of recurrent head and neck cancers external and/or interstitial radiation therapy, Radiother Oncol., 1992. Vol. 23, 1: 6-15.

16. M. Eisenberger, M. Jacobs, Simultaneous treatment with single-agent chemotherapy and radiation for locally advanced cancer of head and neck, Semin Oncol., 1992. Vol. 19, 4: 41-46.

17. K.A. Ильясов, Развитие методов магнитно-резонансной томографии в исследовании самодиффузии и температурных полей в живых системах, Диссертация д.ф.м.н., Казань: Каз.ФТИ РАН, 2011, 280 с.

18. М. Urano, М. Kuroda, Y. Nishimura, For the clinical application of thermo chemotherapy given at mild temperatures, Int. J. Hyperthermia, 1999, 15, 79-107.

19. И.А. Шикунова, Сапфировые капиллярные системы доставки лазерного излучения к биологическим тканям, Автореферат кандидатской диссертации, 2010, Москва, ИОФАН, 22 с.

20. R. Suto, Р.А. Srivastava, A mechanism for the specific immunogenicity of heat-shock protein chaperoned peptides, Science, 1995, 269, 1585—88.

21. Y. Sakaguchi, L. Stephens, M. Makino, Apoptosis in tumors and normal tissues induced by whole body hyperthermia in rats, Cancer Res., 1995, 55.

22. P. Wust, B. Hildebrandt, G. Sreenivasa, B. Rau, J. Gellermann, H. Riess, R. Felix, P. Schlag, Hyperthermia in combined treatment of cancer, The Lancet Oncology, Vol. 3, August 2002, 3, 487-497.

23. W. Tilly, P. Wust, C. Harder, Temperature data and specific absorption rates in pelvic tumors: predictive factors and correlations, Int. J. Hyperthermia 2001, 17, 172-88.

24. P. Wust, H. Fahling, W. Wlodarczyk, Antenna arrays in the SIGMA-Eye applicator: interactions and transforming networks, Med. Phys. 2001, 28, 1793— 805.

25. Д-В. Сивухин, Общий курс физики: электричество, т.З, п. 38, Физматлит, 2006.

26. JI.J1. Декабрун, ЯМР- и ЭПР- спектроскопия, изд. Мир, М., 1964.

27. N. McDannold, Quantitative MR]-based temperature mapping based on the proton resonant frequency shift: Review of validation studies, Int. J. Hyperthermia, September 2005, 21(6), 533-546.

28. D. Carter, J. MacFall, S. Clegg, Magnetic resonance thermometry during hyperthermia for human high-grade sarcoma, Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys., 1998, 40, 815-22.

29. J.C. Hindman, Proton resonance shift of water in gas and liquid states, Journal of Chemical Physics, 1966, 44, 4582^1592.

30. Y. Ishihara, A. Calderon, H. Watanabe, K. Okamoto, Y. Suzuki, K. Kuroda, Y. Suzuki, A precise and fast temperature mapping using water proton chemical shift, Magn. Reson. Med. 1995, 34, 814-823.

31. J. De Poorter, C. De Wagter, Y. De Deene, C. Thomsen, F. Stahlberg, E. Achten, Noninvasive MRI thermometry with the proton resonance frequency (PRF) method: in vivo results in human muscle, Magn. Reson. Med. 1995, 33, 74-81.

32. J. De Poorter, Noninvasive MRI thermometry with the proton resonance frequency method: study of susceptibility effects, Magn. Reson. Med. 1995, 34, 359-367.

33. N. McDannold, Quantitative MRI-based temperature mapping based on the proton resonant frequency shift: Review of validation studies, Int. J. Hyperthermia, September 2005, 21(6), 533-546.

34. K.P. Nott, L.D. Hall, J.R Bows., M. Hale, M.L. Patrick, MRI phase mapping of temperature distributions induced in food by microwave heating, Magnetic Resonance Imaging 2000, 18, 69-79.

35. Delannoy J., Chen C.N., Turner R., Levin R.L., Le Bihan D., Noninvasive temperature imaging using diffusion MRI, Magnetic Resonance Medicine 1991, 19, 333-339.

36. Le Bihan D., Breton E., Lallemand D., Aubin M.L., Vignaud J., Laval-Jeantet M., Separation of diffusion and perfusion in intravoxel incoherent motion MR imaging, Radiology 1988, 168, 497-505.

37. Peller M., Kurze V., Loeffler R., Pahernik S., Dellian M., Goetz A.E., Issels R., Reiser M., Hyperthermia induces T\ relaxation and blood flow changes in tumors. A MRI thermometry study in vivo, Magnetic Resonance Imaging 2003, 21, 545-551.

38. Dr J. Gellermann, W. Wlodarczyk a, A. Feussner, et. al., Methods and potentials of magnetic resonance imaging for monitoring radiofrequency hyperthermia in a hybrid system, Int. J. Hyperthermia, September 2005, 21(6), 497513.

39. K. Kupfer, Eectromagnetic Aquametry, Springer-Verlag, 2005, (1), 529.

40. Ч. Таунс, А. Шавлов, Радиоспектроскопия, M., Ин. Лит., 1959, с. 756.

41. N. Bloembergen, Е.М. Purcell, R.V. Pound, Relaxation Effects in Nuclear Magnetic Resonance Absorption, Phys. Rev. V. 73, N 7:679 , 1948.

42. А. Абрагам, Ядерный магнетизм, M., Ин. Лит., 1963, с. 552.

43. Тихонов А.Н., Самарский А.А., Уравнения математической физики, Наука, М., 1966.

44. I. Marshall, В. Karaszewski, J.M. Wardlaw, et. al., Measurement of regional brain temperature using proton spectroscopic imaging: validation and application to acute ischemic stroke, Magn Reson Imaging 2006, 24, 699 - 706.

45. K. Kuroda, R.V. Mulkern, K. Oshio, et. al., Temperature mapping using the water proton chemical shift: self-referenced method with echo-planar spectroscopic imaging, Magn. Reson. Med. 2000, 43, 220-225.

46. K. Kuroda, Non-invasive MR thermography using the water proton chemical shift, Int J Hyperthermia 2005, 21, 547-560.

47. R.D. Peters, P.S. Hinks, R.M. Henkelman, Ex vivo tissue-type independence in proton-resonance frequency shift MR thermometry, Magn. Reson. Med. 1998, 40, 454-459.

48. K. Kuroda, K. Oshio, R.V. Mulkern, F.A. Jolesz, Optimization of chemical shift selective suppression of fat, Magn. Reson. Med. 1998, 40, 505-510.

49. N. McDannold, Quantitative MRl-based temperature mapping based on the proton resonant frequency shift: review of validation studies, Int. J. Hyperthermia 2005,21,533-546.

50. C. Weidensteiner, B. Quesson, B. Caire-Gana, et. al., Realtime MR temperature mapping of rabbit liver in vivo during thermal ablation, Magn. Reson. Med. 2003, 50, 322-330.

51. J.A. Zwart, F.C. Vimeux, C. Delalande, P. Canioni, C.T. Moonen, Fast lipid-suppressed MR temperature mapping with echo-shifted gradient-echo imaging and spectral-spatial excitation, Magn. Reson. Med. 1999, 42, 53-59.

52. J.F. Schenck, The role of magnetic susceptibility in magnetic resonance imaging: MRI magnetic compatibility of the first and second kinds, Med. Phys. 1996, 23,815-850.

53. R. Stollberger, P.W. Ascher, D. Huber, W. Renhart, H. Radner, F. Ebner, Temperature monitoring of interstitial thermal tissue coagulation using MR phase images, J. Magn. Reson. Imaging 1998, 8, 188-196.

54. I.R. Young, J.V. Hajnal, I.G. Roberts, et. al., An evaluation of the effects of susceptibility changes on the water chemical shift method of temperature measurement in human peripheral muscle, Magn. Reson. Med. 1996, 36, 366—374.

55. R.D. Peters, R.S. Hinks, R.M. Henkelman, Heat-source orientation and geometry dependence in protonresonance frequency shift magnetic resonance thermometry, Magn. Reson. Med. 1999, 41, 909—918.

56. R.D. Peters, R.M. Henkelman, Proton-resonance frequency shift MR thermometry is affected by changes in the electrical conductivity of tissue, Magn. Reson. Med. 2000, 43, 62-71.

57. P.A. Bottomley, E.R. Andrew, RF magnetic field penetration, phase shift and power dissipation in biological tissue: implications for NMR imaging, Phys. Med. Biol. 1978, 23, 630-643.

58. J.R. MaeFall, D.M. Prescott, H.C. Charles, T.V. Samulski, ]H MRI phase thermometry in vivo in canine brain, muscle, and tumor tissue, Med. Phys. 1996, 23,1775-1782.

59. A.M. El-Sharkawy, M. Schar, P.A. Bottomley, E. Atalar, Monitoring and correcting spatio-temporal variations of the MR scanner's static magnetic field, MAGMA 2006, 19, 223-236.

60. J. De Poorter, C. De Wagter, Y. De Deene, et. al., The proton-resonancefrequency-shift method compared with molecular-diffusion for quantitative measurement of 2-dimensional time-dependent temperature distribution in a phantom, Journal of Magnetic Resonance Series B 1994, 103, 234-241.

61. S.K. Das, J. Macfall, R. McCauley, et. al., Improved magnetic resonance thermal imaging by combining proton resonance frequency shift (PRFS) and apparent diffusion coefficient (ADC) data, Int. J. Hyperthermia 2005, 21, 657-667.

62. S.L. Fossheim, K.A. Il'yasov, J. Hennig, A. Bjornerud, Thermosensitive paramagnetic liposomes for temperature control during MR imaging-guided hyperthermia: in vitro feasibility studies, Acad. Radiol. 2000, 7, 1107-1115.

63. L.H. Lindner, H.M. Reinl, M. Schlemmer, R. Stahl, M. Peller, Paramagnetic thermosensitive liposomes for MR-thermometry, Int. J. Hyperthermia 2005, 21, 575-588.

64. L. Frich, A. Bjornerud, S. Fossheim, T. Tillung, I. Gladhaug, Experimental application of thermosensitive paramagnetic liposomes for monitoring magnetic resonance imaging guided thermal ablation, Magn. Reson. Med. 2004, 52, 13021309.

65. N. McDannold, S.L. Fossheim, H. Rasmussen, H. Martin, N. Vykhodtseva, K. Hynynen, Heat-activated liposomal MR contrast agent: initial in vivo results in rabbit liver and kidney, Radiology 2004, 230, 743-752.

66. S.K. Pakin, S.K. Hekmatyar, P. Hopewell, A. Babsky, N. Bansal, Noninvasive temperature imaging with thulium 1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1,4,7,10-tetramethyl-l,4,7,10-tetraacetic acid (TmDOTMA-), NMR Biomed. 2006, 19,116-124.

67. S.K. Hekmatyar, R.M. Kerkhoff, S.K. Pakin, P. Hopewell, N. Bansal, Noninvasive thermometry using hyper fine-shifted MR signals from paramagnetic lanthanide complexes, Int. J. Hyperthermia 2005, 21, 561-574.

68. D.E. Woessner, S. Zhang, M.E. Merritt, A.D. Sherry, Numerical solution of the bloch equations provides insights into the optimum design of PARACEST agents for MRI, Magn. Reson. Med 2005, 53, 790-799.

69. S. Zhang, C.R. Malloy, A.D. Sherry, MRI thermometry based on PARACEST agents, J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 17572-17573.

70. R.N. Muller, L. Vander Elst, S. Laurent, Spin transition molecular materials: intelligent contrast agents for magnetic resonance imaging, J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 8405-8407.

71. D. Germain, P. Chevallier, A. Laurent, M. Savart, M. Wassef, H. Saint-Jalmes, MR monitoring of laser induced lesions of the liver in vivo in a low-field open magnet: temperature mapping and lesion size prediction, J. Magn. Reson. Imaging 2001, 13,42-49.

72. H. Jaimes, MR temperature measurement in liver tissue at 0.23 T with a steady-state free precession sequence, Magn. Reson. Med. 2002, 47, 940-947.

73. C. Bohris, W.G. Schreiber, J. Jenne, I. Simiantonakis, R. Rastert, H.J. Zabel, P. Huber, R. Bader, G. Brix, Quantitative MR temperature monitoring of high-intensity focused ultrasound therapy, Magn. Reson. Imaging 1999, 17, 603-610.

74. V. Rieke, K. Butts Pauly, Echo combination to reduce temperature measurement errors in the presence of fat, Proceedings 24th Annual Meeting ISMRM; Seattle, WA. 2006.

75. N. McDannold, K. Hynynen, F. Jolesz, MRI monitoring of the thermal ablation of tissue: effects of long exposure times, J. Magn. Reson. Imaging 2001, 13, 421-427.

76. R.J. Stafford, R.E. Price, C.J. Diederich, M. Kangasniemi, L.E. Olsson, J.D. Hazle, Interleaved echo-planar imaging for fast multiplanar magnetic resonance temperature imaging of ultrasound thermal ablation therapy, J. Magn. Reson. Imaging 2004, 20, 706-714.

77. C. Weidensteiner, N. Kerioui, B. Quesson, et. al., Stability of real-time MR temperature mapping in healthy and diseased human liver, J. Magn. Reson. Imaging 2004, 19, 43 8-446.

78. J.Y. Guo, E.G. Kholmovski, L. Zhang, E.K. Jeong, D.L. Parker DL, k-space inherited parallel acquisition (KIPA): application on dynamic magnetic resonance imaging thermometry, Magn. Reson. Imaging 2006, 24, 903-915.

79. J.A. Bankson, R.J. Stafford, J.D. Hazle, Partially parallel imaging with phase-sensitive data: Increased temporal resolution for magnetic resonance temperature imaging, Magn. Reson. Med. 2005, 53, 658-665.

80. R.J. Stafford, J.D. Hazle, G.H. Glover, Monitoring of high-intensity focused ultrasound-induced temperature changes in vitro using an interleaved spiral acquisition, Magn. Reson. Med. 2000, 43, 909-912.

81. K. Scheffler, Fast frequency mapping with balanced SSFP: theory and application to proton-resonance frequency shift thermometry, Magn. Reson. Med. 2004, 51, 1205-1211.

82. V. Paliwal, A.M. El-Sharkawy, X. Du, X. Yang, E. Atalar, SSFP-based MR thermometry, Magn. Reson. Med 2004, 52, 704-708.

83. V. Rieke, B. Hargreaves, K. Butts Pauly, PRE shift thermometry using multiple-acquisition phasecycled SSFP, Conf. Proc. 6th Interventional MRI Symposium; 2006.

84. R. Salomir, B.D. de Senneville, C.T. Moonen, A fast calculation method for magnetic field inhomogeneity due to an arbitrary distribution of bulk susceptibility, Concepts in Magnetic Resonance Part B: Magnetic Resonance Engineering 2003, 19 B, 26-34.

85. S. Morikawa, T. Inubushi, Y. Kurumi, S. Naka, K. Sato, K. Demura, T. Tani, H.A. Haque, Feasibility of respiratory triggering for MR-guided microwave

ablation of liver tumors under general anesthesia, Cardiovasc Intervent. Radiol. 2004, 27, 370-373.

86. M. Lepetit-Coiffe, B. Quesson, O. Seror, E. Dumont, B. Le Bail, C.T. Moonen, H. Trillaud, Real-time monitoring of radiofrequency ablation of rabbit liver by respiratory-gated quantitative temperature MRI, J. Magn. Reson. Imaging 2006,24,152-159.

87. K.K. Vigen, B.L. Daniel, J.M. Pauly, K. Butts, Triggered, navigated, multi-baseline method for proton resonance frequency temperature mapping with respiratory motion, Magn. Reson. Med. 2003, 50, 1003-1010.

88. A.V. Shmatukha, CJ.G. Bakker, Correction of proton resonance frequency shift temperature maps for magnetic field disturbances caused by breathing, Phys. Med. Biol. 2006, 51,4689-4705.

89. J.H. Kim, E.W. Hahn, Clinical and biological studies of localized hyperthermia, Cancer Res. 1979, 39, 2258-2261.

90. S. Thomsen, Pathologic analysis of photothermal and photomechanical effects of laser-tissue interactions, Photochem. Photobiol. 1991, 53, 825-835.

91. S.A. Sapareto, W.C. Dewey, Thermal dose determination in cancer therapy, Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 1984, 10, 787-800.

92. M.W. Dewhirst, B.L. Viglianti, M. Lora-Michiels, M. Hanson, P.J. Hoopes, Basic principles of thermal dosimetry and thermal thresholds for tissue damage from hyperthermia, Int. J. Hyperthermia 2003, 19, 267-294.

93. M.G. Mack, R. Straub, K. Eichler, et. al., Percutaneous MR imaging-guided laser-induced thermotherapy of hepatic metastases, Abdom. Imaging 2001, 26, 369-374.

94. S.L. Hokland, M. Pedersen, R. Salomir, B. Quesson, H. Stodkilde-Jorgensen, C.T. Moonen, MRI-guided focused ultrasound: methodology and applications, IEEE Trans. Med. Imaging 2006, 25, 723-731.

95. C.J. Diederich, W.H. Nau, A.B. Ross, et. al., Catheter-based ultrasound applicators for selective thermal ablation: progress towards MRI-guided applications in prostate, Int. J. Hyperthermia 2004, 20, 739-756.

96. K.K. Vigen, J. Jarrard, V. Rieke, J. Frisoli, B.L. Daniel, K. Butts Pauly, In vivo porcine liver radiofrequency ablation with simultaneous MR temperature imaging, J. Magn. Reson. Imaging 2006, 23, 578-584.

97. Q. Zhang, Y.C. Chung, J.S. Lewin, J.L. Duerk, A method for simultaneous RF ablation and MRI, J. Magn. Reson. Imaging 1998, 8, 110-114.

98. R.M. Botnar, P. Steiner, B. Dubno, et. al., Temperature quantification using the proton frequency shift technique: In vitro and in vivo validation in an open 0.5 tesla interventional MR scanner during RF ablation, J. Magn. Reson. Imaging 2001, 13,437-444.

99. J.A. Moriarty, J.C. Chen, C.M. Purcell, et. al., MRI monitoring of interstitial microwave-induced heating and thermal lesions in rabbit brain in vivo, J. Magn. Reson. Imaging 1998, 8, 128-135.

100. B. Quesson, J.A. de Zwart, C.T. Moonen, Magnetic resonance temperature imaging for guidance of ther mother ару, J. Magn. Reson. Imaging 2000, 12, 525533.

101. J.C. Duplan, L. Mahi, J.L. Brunet, Chem. Phys. Letters V. 413, N 4-6, 2005, P. 400.

102. Эйзенберг, В. Кауцман, Структура и свойства воды, JL, Гидрометиздат, 1975.

103. Ed. F. Franks, Water. A Comprehensive Treatise, Vol. 1-7, NY, Plenum Press, 1972.

104. B.K. Погорелый, И.П. Грагеров, Исследование быстрого протонного обмена методом протонного резонанса, Успехи химии, т. 39, № 10, с. 18561885 (1970).

105. Н.Д Сергеева, В.Н. Торочешников, Н.М. Сергеев, Медленный протонный обмен в воде в газовой фазе, Вестник МГУ, Сер. 2, Химия, т. 51, №2, с. 123-127 (2010).

106. Н. J. Bakker, Н.К. Nienhuys, Delocalization of Protons in Liquid Water, Science 297, p. 587-590 ( 2002).

107. P.L. Geissler, C. Dellago, D. Chandler, J. Hutter, M. Parrinello, Autoionization in Liquid Water, Science 291, p. 2121-2124 (2001).

Список публикаций автора по теме диссертации

1*. A.A. Волков, В.Н. Никифоров, Ю.А. Пирогов, A.B. Иванов, A.C. Прохоров, Регистрация температурного поля методом магнитно-резонансной томографии, Медицинская физика, 2011, №1 (49), стр. 75-81.

2*. A.A. Волков, П.О. Капралов, В.И. Тихонов, A.A. Волков, О происхождении сигнала ЯМР в жидкой воде, Известия РАН, серия физическая, 2011, том 75, №12. Стр. 1776-177.

3*. A.A. Волков, С.К. Какагельдыев, A.C. Прохоров, Ю.А. Пирогов, Традиционные методы нагрева в применении к магнитно-резонансной термометрии, Радиоэлектроника: электронный журнал, 2012,URL: http://jre.cplire.ru/jre/janl2/12/text.html.

4*. A.A. Волков, С.К. Какагельдыев, A.C. Прохоров, Ю.А. Пирогов, МРТ-методы регистрации температурных полей в применении к гипертермии, Медицинская физика, 2011, №1 (51).

5*. A.A. Волков, Н.В. Анисимов, В.Н. Никифоров, Ю.А. Пирогов, A.C. Прохоров, Поиск ЯМР-сигнала от спиновых изомеров воды в смеси H2O-D2O, Биофизика 2012, в печати.

6*. A.A. Волков, Ю.А. Пирогов, В.Н. Никифоров, Магнитно-резонансная термометрия методом Т¡-релаксометрии, 3-й Евразийский «Медицинская физика - 2010», Москва. Сборник материалов, том 1, 2010 г.

7*. A.A. Волков, Ю.А. Пирогов, С.К. Какагельдыев, Магнитно-резонансная термометрия, Международная научная конференция «Ломоносов-2011», Москва, Сборник материалов, 2011 г.

8*. A.A. Волков, В.Н. Никифоров, Ю.А. Пирогов, Магнитно-резонансная термометрия в модельных средах, Международная научная конференция «Ломоносов-2010», Москва. Сборник материалов, 2010 г.

9*. A.A. Волков, Ю.А. Пирогов, В.Н. Никифоров, Магнитно-резонансная термометрия модельных объектов, 8 Всероссийская школа-семинар «Физика и применение микроволн», Звенигород. Сборник тезисов, стр. 5., 2011 г.

10*. A.A. Волков, C.K. Какагельдыев, A.C. Прохоров, B.H. Никифоров, Ю.А. Пирогов, Традиционные методы нагрева в применении к магнитно-резонансной гипертермии, Научно-практическая конференция «Инновационный проект 2011», Москва. Сборник материалов, 2011 г.

11*. A.A. Волков, П.О. Капралов, С. К. Какагельдыев, Ю.А. Пирогов, Традиционные методы нагрева в применении к магнитно-резонансной гипертермии, 8-ая школа-конференция «Магнитный резонанс и его приложения Spinus», С-Пб. Сборник материалов, 2011.

12*. С.К. Какагельдыев, A.A. Волков, Ю.А. Пирогов, Методы регистрации температурных полей в применении к магнитно-резонансной термометрии, Международная научная конференция «Ломоносов-2012», Москва. Сборник материалов, 2012 г.

Автор выражает искреннюю благодарность научным руководителям Анатолию Семеновичу Прохорову и Юрию Андреевичу Пирогову за предложенную тему, руководство работой и поддержку, старшим коллегам Николаю Викторовичу Анисимову и Владимиру Николаевичу Никифорову за отзывчивость и безотказную техническую помощь, а также всем сотрудникам отдела субмиллиметровой спектроскопии ИОФАН и лаборатории магнитно-резонансной спектроскопии факультета фундаментальной медицины. МГУ за интерес к работе и доброжелательную творческую атмосферу.