Manyetik rezonans görüntüleme (MRI) - çalışma prensibi

1973'te Amerikalı bir kimyager Paul Lauterbur, Nature dergisinde “Uyarılmış Yerel Etkileşim Kullanarak Görüntü Oluşturma; manyetik rezonansa dayalı örnekler. " Daha sonra, İngiliz fizikçi Peter Mansfield, tüm organizmayı görüntülemek için daha gelişmiş bir matematiksel model sunacak ve 2003 yılında araştırmacılar, tıpta MRI yöntemini keşfettiği için Nobel Ödülü alacaklar.

Modern manyetik rezonans görüntülemenin yaratılmasına önemli bir katkı, 1971'de yayınlanan ilk ticari MRI aparatının babası ve “Nükleer Manyetik Rezonans Kullanarak Bir Tümörü Tespit Etme” çalışmasının yazarı Amerikalı bilim adamı Raymond Damadyan tarafından yapılacaktır.

Ama adalet içinde, Batılı araştırmacılardan çok önce, 1960'da, Sovyet bilim adamı Vladislav Ivanov MRI prensiplerini zaten detaylandırdı, ancak yine de sadece 1984'te yazarlık sertifikası aldı ... Yazarlık hakkındaki tartışmayı bırakalım ve nihayet genel manyetik rezonans görüntüleyicinin çalışma prensibini açıklar.

Organizmalarımızda çok fazla hidrojen atomu vardır ve her hidrojen atomunun çekirdeği, protonun sıfır olmayan dönüşü nedeniyle var olan küçük bir mıknatıs olarak temsil edilebilen bir protondur. Bir hidrojen atomunun (proton) çekirdeğinin bir dönüşe sahip olması, ekseni etrafında döndüğü anlamına gelir. Hidrojen çekirdeğinin pozitif bir elektrik yüküne sahip olduğu ve çekirdeğin dış yüzeyi ile birlikte dönen yükün, akımı olan küçük bir bobin gibi olduğu da bilinmektedir. Bir hidrojen atomunun her çekirdeğinin manyetik bir alanın minyatür bir kaynağı olduğu ortaya çıkıyor.

Şimdi harici bir manyetik alana birçok hidrojen atomu çekirdeği (proton) yerleştirilirse, o zaman bu manyetik alanda pusulaların okları gibi gezinmeye çalışırlar. Bununla birlikte, böyle bir yeniden yönlendirme sırasında, çekirdekler (jiroskop ekseni onu yatırmaya çalışırken öngörüldüğü için) prime etmeye başlayacaktır, çünkü her bir çekirdeğin manyetik momenti, yukarıda belirtilen spin varlığı ile çekirdeğin mekanik momenti ile ilişkilidir.

Bir hidrojen çekirdeğinin 1 T indüksiyonla harici bir manyetik alana yerleştirildiğini varsayalım. Bu durumda önceki frekans, 42.58 MHz olacaktır (bu, belirli bir çekirdek ve belirli bir manyetik alan indüksiyonu için Larmor frekansıdır). Ve şimdi 42.58 MHz frekanslı bir elektromanyetik dalga ile bu çekirdek üzerinde ek bir etkiye sahipsek, nükleer manyetik rezonans fenomeni ortaya çıkacaktır, yani çekirdeğin toplam manyetizasyonunun vektörü daha büyük olacağından, önceliğin genliği artacaktır.

Ve bir milyar milyar milyar bu tür çekirdeği önceden kesip rezonansa sokabilir. Fakat vücudumuzdaki tüm hidrojen ve diğer maddelerin çekirdeklerinin manyetik momentleri sıradan günlük yaşamda birbirleriyle etkileşime girdiğinden, tüm vücudun toplam manyetik momenti sıfırdır.

Radyo dalgaları ile protonlar üzerinde hareket ederek, bu protonların salınımlarının rezonant amplifikasyonunu (emilim genliklerinde artış) elde ederler ve dış eylemin tamamlanmasından sonra, protonlar orijinal denge durumlarına geri dönme eğilimindedirler ve daha sonra kendileri radyo dalgalarının fotonlarını yayarlar.

Bu nedenle, bir MRI cihazında, bir kişinin vücudu (veya incelenen başka bir vücut veya nesne) periyodik olarak bir dizi radyo alıcısına veya bir dizi radyo vericisine dönüştürülür. Bu şekilde bölgeyi bölgeye göre araştıran aparat, hidrojen atomlarının vücuttaki dağılımının uzamsal bir resmini oluşturur.Ve tomografın manyetik alan gücü ne kadar yüksek olursa - yakınlarda bulunan diğer atomlara bağlı daha fazla hidrojen atomu araştırılabilir (manyetik rezonans görüntüleyicinin çözünürlüğü o kadar yüksek olur).

Harici manyetik alan kaynakları olarak modern tıbbi tomografiler süper iletken elektromıknatıslarsıvı helyum ile soğutulur. Bazı açık tip tomograflarda kalıcı neodimyum mıknatıslar.

Bir MRI makinesinde optimum manyetik alan indüksiyonu artık 1,5 T'dir, vücudun birçok bölümünün oldukça yüksek kaliteli görüntülerini elde etmenizi sağlar. 1 T'den daha düşük bir indüksiyonla, örneğin küçük pelvis veya karın boşluğunun yüksek kaliteli bir görüntüsünü (yeterince yüksek bir çözünürlükte) yapmak mümkün olmayacaktır, ancak bu zayıf alanlar, baş ve eklemlerin geleneksel MRG görüntülerini elde etmek için uygundur.

Doğru uzamsal yönelim için, sabit bir manyetik alana ek olarak, bir manyetik bobin, muntazam bir manyetik alanda ek bir gradyan pertürbasyonu oluşturan gradyan bobinleri de kullanır. Sonuç olarak, en güçlü rezonant sinyali bir veya başka bir bölümde daha kesin bir şekilde lokalizedir. Gradyan bobinlerin güç ve çalışma parametreleri - MRI'daki en önemli göstergeler - tomografın çözünürlüğü ve hızı bunlara bağlıdır.