Magnetisk resonansavbildning (MRI) - principen för drift

År 1973 publicerade en amerikansk kemist, Paul Lauterbur, en artikel i tidskriften Nature, med titeln "Skapa en bild med inducerad lokal interaktion; exempel baserade på magnetisk resonans. " Senare kommer den brittiska fysikern Peter Mansfield att erbjuda en mer avancerad matematisk modell för att få en bild av en hel organisme, och 2003 kommer forskare att få Nobelpriset för att upptäcka MR-metoden i medicin.

Ett betydande bidrag till skapandet av modern magnetisk resonansavbildning kommer att ges av den amerikanska forskaren Raymond Damadyan, fadern till den första kommersiella MRI-apparaten och författare till verket "Detektera en tumör med kärnmagnetisk resonans", publicerad 1971.

Men i rättvisa är det värt att notera att långt innan västerländska forskare, 1960, den sovjetiska forskaren Vladislav Ivanov redan lagt upp principerna för MRT i detalj, ändå fick han certifikatet om författarskap först 1984 ... Låt oss lämna debatten om författarskap och slutligen överväga den allmänna redogöra för driften av en magnetisk resonansbildare.

Det finns många väteatomer i våra organismer, och kärnan i varje väteatom är en proton, som kan representeras som en liten magnet, som finns på grund av närvaron av en icke-noll-vridning på protonen. Det faktum att kärnan i en väteatom (proton) har en snurr betyder att den roterar runt sin axel. Det är också känt att vätekärnan har en positiv elektrisk laddning och laddningen som roterar tillsammans med den yttre ytan av kärnan är som en liten spole med en ström. Det visar sig att varje kärna i en väteatom är en miniatyrkälla för ett magnetfält.

Om nu många kärnor av väteatomer (protoner) placeras i ett yttre magnetfält, kommer de att börja försöka navigera i detta magnetfält som kompasspilarna. Emellertid under en sådan omorientering kommer kärnorna att börja föregå (som gyroskopaxeln förutsätter när man försöker luta den), eftersom det magnetiska ögonblicket för varje kärna är förknippat med det mekaniska ögonblicket i kärnan, med närvaron av det ovan nämnda snurret.

Anta att en vätekärnor placerades i ett yttre magnetfält med en induktion av 1 T. Precessionsfrekvensen kommer i detta fall att vara 42,58 MHz (detta är den så kallade Larmor-frekvensen för en given kärna och för en given magnetfältinduktion). Och om vi nu har en ytterligare effekt på denna kärna med en elektromagnetisk våg med en frekvens av 42,58 MHz, kommer fenomenet med kärnmagnetisk resonans att inträffa, det vill säga att precessionsamplituden kommer att öka, eftersom vektorn för den totala magnetiseringen av kärnan kommer att bli större.

Och det finns en miljard miljarder miljarder sådana kärnor som kan föregå och resonera. Men eftersom de magnetiska ögonblicken för alla vätekärnor och andra ämnen i vår kropp interagerar med varandra i det vanliga vardagen, är det totala magnetiska ögonblicket för hela kroppen noll.

Genom att verka på protoner med radiovågor får de en resonansförstärkning av svängningarna (ökning i amplituderna för precessionerna) hos dessa protoner, och efter avslutad den externa handlingen tenderar protonerna att återgå till sina ursprungliga jämviktslägen, och sedan avger de själva fotoner av radiovågor.

I en MRI-enhet förvandlas således en persons kropp (eller någon annan kropp eller objekt som studeras) periodiskt till en uppsättning radionmottagare eller en uppsättning radiosändare. Apparaten undersöker på detta sätt plats för område och konstruerar en rumslig bild av fördelningen av väteatomer i kroppen.Och ju högre magnetfältstyrkan hos tomografen - desto mer väteatomer bundna till andra atomer belägna i närheten kan undersökas (desto högre upplösning av magnetresonansbildaren).

Moderna medicinska tomografer som källor till ett yttre magnetfält innehåller superledande elektromagneterkyls med flytande helium. Vissa tomografier av öppen typ använder permanenta neodymmagneter.

Den optimala magnetfältinduktionen i en MR-maskin är nu 1,5 T, den gör att du kan få ganska högkvalitativa bilder av många delar av kroppen. Med en induktion på mindre än 1 T är det inte möjligt att göra en högkvalitativ bild (med tillräckligt hög upplösning), till exempel, av det lilla bäckenet eller bukhålan, men sådana svaga fält är lämpliga för att erhålla konventionella MR-bilder av huvudet och lederna.

För rätt rumslig orientering, förutom ett konstant magnetfält, använder en magnetspole också gradientspolar, som skapar en ytterligare gradientstörning i ett enhetligt magnetfält. Som ett resultat lokaliseras den starkaste resonansignalen mer exakt i ett eller annat avsnitt. Effekt- och driftsparametrarna för gradientspolar - de viktigaste indikatorerna i MRI - tomografens upplösning och hastighet beror på dem.