Magnetic resonance imaging (MRI) - prinsipyo ng pagpapatakbo

Noong 1973, isang kemikal na Amerikano na si Paul Lauterbur ay naglathala ng isang artikulo sa magazine na Kalikasan na pinamagatang "Lumilikha ng isang Larawan Gamit ang Induced Local Interaction; mga halimbawa batay sa magnetic resonance. " Nang maglaon, ang pisikong pisiko ng British na si Peter Mansfield ay mag-aalok ng isang mas advanced na modelo ng matematika para sa imaging ang buong organismo, at noong 2003, tatanggap ng mga mananaliksik ang Nobel Prize para sa pagtuklas ng pamamaraan ng MRI sa gamot.

Ang isang makabuluhang kontribusyon sa paglikha ng modernong magnetic resonance imaging ay gagawin ng Amerikanong siyentipiko na si Raymond Damadyan, ang ama ng unang komersyal na MRI apparatus at may-akda ng akdang "Pag-alis ng isang Tumor Paggamit ng Nuclear Magnetic Resonance", na inilathala noong 1971.

Ngunit sa pagiging patas, nararapat na tandaan na matagal na bago ang mga mananaliksik sa Kanluran, noong 1960, inilatag na ng siyentipikong siyentipiko na si Vladislav Ivanov ang mga prinsipyo ng MRI nang detalyado, gayunpaman natanggap niya ang sertipiko ng tagasulat lamang noong 1984 ... Iiwan natin ang debate tungkol sa manunulat, at sa wakas isaalang-alang ang pangkalahatang balangkas ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang magnetic resonance imager.

Mayroong maraming mga atom ng hydrogen sa aming mga organismo, at ang nucleus ng bawat hydrogen atom ay isang proton, na maaaring kinakatawan bilang isang maliit na magnet, na umiiral dahil sa pagkakaroon ng isang nonzero spin sa proton. Ang katotohanan na ang nucleus ng isang hydrogen atom (proton) ay may isang pag-ikot ay nangangahulugang umiikot ito sa paligid ng axis nito. Alam din na ang hydrogen nucleus ay may positibong singil sa kuryente, at ang singil na umiikot kasama ang panlabas na ibabaw ng nucleus ay tulad ng isang maliit na likid na may isang kasalukuyang. Ito ay lumiliko na ang bawat nucleus ng isang hydrogen atom ay isang maliit na mapagkukunan ng isang magnetic field.

Kung ngayon maraming mga nuclei ng hydrogen atoms (proton) ang inilalagay sa isang panlabas na magnetic field, pagkatapos ay sisimulan nilang subukang mag-navigate kasama ang magnetic field na tulad ng mga arrow ng mga compass. Gayunpaman, sa panahon ng gayong reorientasyon, ang nuclei ay magsisimula sa pag-unlad (dahil ang gyroscope axis precesses kapag sinusubukan na ikiling ito), dahil ang magnetic moment ng bawat nucleus ay nauugnay sa mekanikal na sandali ng nucleus, kasama ang pagkakaroon ng paikutin na nabanggit sa itaas.

Ipagpalagay na ang isang hydrogen core ay inilagay sa isang panlabas na magnetic field na may isang induction ng 1 T. Ang dalas ng pag-iingat sa kasong ito ay magiging 42.58 MHz (ito ang tinatawag na frequency ng Larmor para sa isang naibigay na nucleus at para sa isang naibigay na magnetic field induction). At kung mayroon na tayong karagdagang epekto sa core na ito na may isang electromagnetic wave na may dalas ng 42.58 MHz, ang kababalaghan ng magnetikong resonans ng magneto ay magaganap, iyon ay, ang pagtaas ng pag-iingat ay tataas, dahil ang vector ng kabuuang magnetization ng core ay magiging mas malaki.

At mayroong isang bilyun-bilyong bilyun-bilyong bilyon-bilyong tulad na nuclei na maaaring umatras at sumasalamin. Ngunit dahil ang mga magnetic sandali ng lahat ng mga nuclei ng hydrogen at iba pang mga sangkap sa ating katawan ay nakikipag-ugnay sa bawat isa sa ordinaryong pang-araw-araw na buhay, ang kabuuang magnetic moment ng buong katawan ay zero.

Sa pamamagitan ng pag-arte sa mga proton sa pamamagitan ng mga alon ng radyo, nakakakuha sila ng isang malakas na pagpapalakas ng mga oscillations (pagtaas sa mga amplitude ng mga precons) ng mga proton na ito, at kapag natapos ang panlabas na aksyon, ang mga proton ay may posibilidad na bumalik sa kanilang mga paunang estado ng balanse, at pagkatapos sila mismo ay naglalabas ng mga photon ng mga radio wave.

Sa gayon, sa isang aparato ng MRI, ang katawan ng isang tao (o iba pang katawan o bagay sa ilalim ng pag-aaral) ay pana-panahong binago sa isang hanay ng mga tatanggap ng radyo o isang hanay ng mga nagpapadala ng radio. Ang pagsisiyasat sa paraang ito sa site sa pamamagitan ng lugar, ang apparatus ay bumubuo ng isang spatial na larawan ng pamamahagi ng mga atom ng hydrogen sa katawan.At ang mas mataas na lakas ng magnetic field ng tomograph - ang higit pang mga atom ng hydrogen na nakakabit sa iba pang mga atomo na matatagpuan malapit ay maaaring maimbestigahan (mas mataas ang paglutas ng magnetic resonance imager).

Ang mga modernong medikal na tomograph bilang mga mapagkukunan ng isang panlabas na magnetic field na naglalaman superconducting electromagnetspinalamig ng likidong helium. Ang ilang mga bukas na uri ng tomographs ay ginagamit permanenteng neodymium magnet.

Ang pinakamainam na magnetic field induction sa isang MRI machine ay 1.5 T na ngayon, pinapayagan ka nitong makakuha ng medyo mataas na kalidad na mga imahe ng maraming bahagi ng katawan. Sa isang induction na mas mababa sa 1 T, hindi posible na gumawa ng isang de-kalidad na imahe (ng isang sapat na mataas na resolusyon), halimbawa, ng maliit na pelvis o lukab ng tiyan, ngunit ang mga mahina na patlang ay angkop para sa pagkuha ng maginoo na mga imahe ng MRI ng ulo at kasukasuan.

Para sa tamang orientation ng spatial, bilang karagdagan sa isang pare-pareho na magnetic field, ang isang magnetic coil ay gumagamit din ng gradient coil, na lumikha ng isang karagdagang gradient perturbation sa isang pantay na patlang na magnetic. Bilang isang resulta, ang pinakamalakas na signal ng resonant ay naisalokal nang mas tiyak sa isa o sa iba pang seksyon. Ang mga parameter ng kapangyarihan at operasyon ng mga gradient coils - ang pinaka makabuluhang mga tagapagpahiwatig sa MRI - ang resolusyon at bilis ng tomograph ay nakasalalay sa kanila.