Magneettikuvaus (MRI) - toimintaperiaate

Vuonna 1973 amerikkalainen kemisti Paul Lauterbur julkaisi Nature-lehdessä artikkelin, jonka otsikko on ”Kuvan luominen indusoidun paikallisen vuorovaikutuksen avulla; esimerkkejä, jotka perustuvat magneettiseen resonanssiin. " Myöhemmin brittiläinen fyysikko Peter Mansfield tarjoaa edistyneemmän matemaattisen mallin kuvan saamiseksi koko organismista, ja vuonna 2003 tutkijat saavat Nobel-palkinnon MRI-menetelmän löytämisestä lääketieteessä.

Amerikkalainen tutkija Raymond Damadyan, ensimmäisen isän kaupallisen MRI-laitteen isä ja kirjoittanut vuonna 1971 julkaistulle teokselle “Kasvaimen havaitseminen ydinmagneettisella resonanssilla”, antaa merkittävän panoksen nykyaikaisen magneettikuvantamisen luomiseen.

Mutta oikeudenmukaisuudessa on syytä huomata, että kauan ennen länsimaisia ​​tutkijoita, vuonna 1960, Neuvostoliiton tutkija Vladislav Ivanov määritteli jo yksityiskohtaisesti MR: n periaatteet, siitä huolimatta hän sai alkuperätodistuksen vasta vuonna 1984 ... Jätämme keskusteluun kirjoittamisesta ja pohdimme lopulta yleistä hahmotella magneettikuvausvalaisimen toimintaperiaate.

Organismeissamme on paljon vetyatomeja, ja kunkin vetyatomin ydin on yksi protoni, joka voidaan esittää pienenä magneettina, joka esiintyy protonissa olevan nolla-spinin läsnäolon takia. Se, että vetyatomin (protonin) ytimessä on spin, tarkoittaa, että se pyörii akselinsa ympäri. On myös tiedossa, että vetyydämellä on positiivinen sähkövaraus, ja yhdessä ytimen ulkopinnan kanssa pyörivä varaus on kuin pieni käämi, jolla on virta. Osoittautuu, että vetyatomin kukin ydin on pienikokoinen magneettikentän lähde.

Jos nyt monet vetyatomien (protonit) ytimet sijoitetaan ulkoiseen magneettikentään, niin he alkavat yrittää navigoida tällä magneettikentällä kuten kompassien nuolet. Tällaisen uudelleensuuntaamisen aikana ytimet alkavat kuitenkin preesata (kuten gyroskoopin akseli etenee, kun yritetään kallistaa sitä), koska kunkin ytimen magneettinen momentti liittyy ytimen mekaaniseen momenttiin edellä mainitun spinin läsnäolon kanssa.

Oletetaan, että vetyydin asetettiin ulkoiseen magneettikenttään induktiolla 1 T. Precessioitaajuus on tässä tapauksessa 42,58 MHz (tämä on ns. Larmor-taajuus tietylle ytimelle ja tietylle magneettikentän induktiolle). Ja jos meillä on nyt lisävaikutus tähän ytimeen sähkömagneettisella aallokolla, jonka taajuus on 42,58 MHz, tapahtuu ydinmagneettisen resonanssin ilmiö, ts. Precession amplitudi kasvaa, koska ytimen täydellisen magnetoinnin vektori suurenee.

Ja sellaisia ​​ytimiä on miljardia miljardeja miljardeja, jotka pystyvät estämään ja resonoimaan. Mutta koska kehomme kaikkien vetyydinten ja muiden aineiden magneettiset momentit ovat vuorovaikutuksessa keskenään tavallisessa arkielämässä, koko kehon magneettinen momentti on nolla.

Vaikuttamalla protoneihin radioaaltojen avulla, he saavat näiden protonien värähtelyjen resonanssivaikutuksen (preferenssien amplitudien lisääntyminen), ja ulkoisen toiminnan suoritettuaan protonit pyrkivät palaamaan alkuperäiseen tasapainotilaansa, ja sitten ne itse lähettävät radioaaltojen fotoneja.

Siten MRI-laitteessa ihmisen ruumis (tai jokin muu tutkittava elin tai esine) muuttuu ajoittain radiovastaanottimien joukkoon tai radiolähettimien sarjaan. Tutkimalla tällä tavoin alueittain, laite rakentaa tilallisen kuvan vetyatomien jakautumisesta kehossa.Ja mitä suurempi tomografin magneettikentän voimakkuus on - sitä enemmän vetyatomeja, jotka ovat sitoutuneet muihin lähellä sijaitseviin atomiin, voidaan tutkia (mitä suurempi magneettisen resonanssikuvan resoluutio on).

Nykyaikaiset lääketieteelliset tomografit ulkoisen magneettikentän lähteinä sisältävät suprajohtavat sähkömagneetitjäähdytetään nestemäisellä heliumilla. Jotkut avoimen tyyppiset tomografit käyttävät pysyvät neodyymimagneetit.

Optimaalinen magneettikentän induktio MRI-laitteessa on nyt 1,5 T, sen avulla voit saada melko korkealaatuisia kuvia monista kehon osista. Alle 1 T: n induktiolla ei ole mahdollista tehdä korkealaatuista (riittävän korkean resoluution) kuvaa esimerkiksi pienestä lantiosta tai vatsaontelosta, mutta tällaiset heikot kentät ovat sopivia tavanomaisten pään ja nivelten MRI-kuvien saamiseksi.

Oikean spatiaalisen suunnan saavuttamiseksi vakiomagneettikentän lisäksi magneettikäämi käyttää myös gradienttikäämejä, jotka aiheuttavat ylimääräisen gradientin häiriön yhtenäisessä magneettikentässä. Seurauksena on, että voimakkain resonanssisignaali paikallistetaan tarkemmin yhteen tai toiseen osaan. Kaltevuuskelajen teho- ja toimintaparametrit - MRI: n merkittävimmät indikaattorit - tomografin resoluutio ja nopeus riippuvat niistä.