Magnetic Resonance Imaging (MRI) - operasjonsprinsipp

I 1973 publiserte en amerikansk kjemiker, Paul Lauterbur, en artikkel i tidsskriftet Nature, med tittelen “Creating a Image Using Induced Local Interaction; eksempler basert på magnetisk resonans. " Senere vil den britiske fysikeren Peter Mansfield tilby en mer avansert matematisk modell for å skaffe seg et bilde av en hel organisme, og i 2003 vil forskere motta Nobelprisen for å oppdage MR-metoden i medisin.

Et betydelig bidrag til etableringen av moderne magnetisk resonansavbildning vil bli gitt av den amerikanske forskeren Raymond Damadyan, faren til det første kommersielle MR-apparatet og forfatteren av verket “Detecting a Tumor Using Nuclear Magnetic Resonance”, utgitt i 1971.

Men i rettferdighet er det verdt å merke seg at lenge før vestlige forskere, i 1960, den sovjetiske forskeren Vladislav Ivanov allerede la detaljerte prinsippene for MR ut, allikevel mottok han forfatterbeviset først i 1984 ... La oss forlate debatten om forfatterskap, og til slutt vurdere den generelle skissere prinsippet om drift av en magnetisk resonansbilde.

Det er mange hydrogenatomer i våre organismer, og kjernen til hvert hydrogenatom er ett proton, som kan bli representert som en liten magnet, som eksisterer på grunn av tilstedeværelsen av en ikke-vridning på protonet. Det at kjernen til et hydrogenatom (proton) har en spinn betyr at den roterer rundt aksen. Det er også kjent at hydrogenkjernen har en positiv elektrisk ladning, og ladningen som roterer sammen med ytre overflate av kjernen er som en liten spole med strøm. Det viser seg at hver kjerne i et hydrogenatom er en miniatyrkilde til et magnetfelt.

Hvis det nå er plassert mange kjerner med hydrogenatomer (protoner) i et eksternt magnetfelt, vil de begynne å prøve å navigere i dette magnetfeltet som kompasspilene. Imidlertid, under en slik omorientering, vil kjernene begynne å virke (som gyroskopaksen forutser når du prøver å vippe den), fordi det magnetiske øyeblikket til hver kjernen er assosiert med det mekaniske momentet i kjernen, med tilstedeværelsen av spinnen nevnt ovenfor.

Anta at en hydrogenkjerne ble plassert i et eksternt magnetfelt med en induksjon av 1 T. Precessjonsfrekvensen vil i dette tilfellet være 42,58 MHz (dette er den såkalte Larmor-frekvensen for en gitt kjerne og for en gitt magnetisk feltinduksjon). Og hvis vi nå har en ekstra effekt på denne kjernen med en elektromagnetisk bølge med en frekvens på 42,58 MHz, vil fenomenet kjernemagnetisk resonans oppstå, det vil si at presesjonsamplituden vil øke, siden vektoren til den totale magnetiseringen av kjernen vil bli større.

Og det er en milliard milliarder av milliarder av slike kjerner som kan preses og resonere. Men siden de magnetiske øyeblikkene til alle hydrogenkjerner og andre stoffer i kroppen vår samhandler med hverandre i den vanlige hverdagen, er det totale magnetiske øyeblikket for hele kroppen null.

Ved å virke på protoner med radiobølger, oppnår de en resonansforsterkning av svingningene (økning i amplituder av presesjoner) av disse protonene, og etter fullføring av den ytre handlingen, har protonene en tendens til å vende tilbake til sine opprinnelige likevektsstilstander, og så sender de selv ut fotoner av radiobølger.

I en MR-enhet blir således en persons kropp (eller en annen kropp eller gjenstand som studeres) med jevne mellomrom transformert til et sett med radiomottakere eller et sett med radiosendere. Apparatet undersøker på denne måten sted for område, og konstruerer et romlig bilde av fordelingen av hydrogenatomer i kroppen.Og jo høyere tomografens magnetfeltstyrke - jo mer hydrogenatomer bundet til andre atomer som ligger i nærheten, kan undersøkes (jo høyere er oppløsningen til magnetresonansbildet).

Moderne medisinske tomografer som kilder til et eksternt magnetfelt inneholder superledende elektromagneteravkjølt med flytende helium. Noen tomografbilder av åpen type permanente neodym-magneter.

Den optimale magnetfeltinduksjonen i en MR-maskin er nå 1,5 T, den lar deg få ganske høykvalitetsbilder av mange deler av kroppen. Med en induksjon på mindre enn 1 T vil det ikke være mulig å lage et høykvalitetsbilde (med tilstrekkelig høy oppløsning), for eksempel av det lille bekkenet eller bukhulen, men slike svake felt er egnet for å oppnå konvensjonelle MR-bilder av hodet og leddene.

For riktig romlig orientering, i tillegg til et konstant magnetfelt, bruker en magnetisk spole også gradientspoler, som skaper en ekstra gradientforstyrrelse i et ensartet magnetfelt. Som et resultat er det sterkeste resonanssignalet lokalisert mer presist i en eller annen seksjon. Kraften og driftsparametrene til gradientspoler - de viktigste indikatorene i MR - tomografens oppløsning og hastighet avhenger av dem.