التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) - مبدأ التشغيل

في عام 1973 ، نشر الكيميائي الأمريكي ، بول لوتربور ، مقالة في مجلة نيتشر ، بعنوان "خلق صورة باستخدام التفاعل المحلي المستحث ؛ أمثلة على الرنين المغناطيسي. " في وقت لاحق ، سيقدم الفيزيائي البريطاني بيتر مانسفيلد نموذجًا رياضيًا أكثر تقدماً للحصول على صورة لكائن حي بالكامل ، وفي عام 2003 ، سيتلقى الباحثون جائزة نوبل لاكتشاف طريقة التصوير بالرنين المغناطيسي في الطب.

سوف يقدم العالم الأمريكي ريمون داماديان ، والد أول جهاز تصوير بالرنين المغناطيسي التجاري ومؤلف كتاب "اكتشاف ورم باستخدام الرنين المغناطيسي النووي" ، مساهمة مهمة في إنشاء التصوير بالرنين المغناطيسي الحديث ، الذي نشر في عام 1971.

ولكن في الإنصاف ، تجدر الإشارة إلى أنه قبل وقت طويل من قيام الباحثين الغربيين ، في عام 1960 ، وضع العالم السوفيتي فلاديسلاف إيفانوف بالفعل مبادئ التصوير بالرنين المغناطيسي بالتفصيل ، ومع ذلك فقد حصل على شهادة التأليف فقط في عام 1984 ... دعنا نترك النقاش حول التأليف ، وننظر في النهاية في العام الخطوط العريضة لمبدأ تشغيل التصوير بالرنين المغناطيسي.

هناك الكثير من ذرات الهيدروجين في الكائنات الحية لدينا ، ونواة كل ذرة هيدروجين هي بروتون واحد ، يمكن تمثيله كمغناطيس صغير ، موجود بسبب وجود دوران غير صفري على البروتون. حقيقة أن نواة ذرة الهيدروجين (بروتون) لديها تدور يعني أنها تدور حول محورها. من المعروف أيضًا أن نواة الهيدروجين لها شحنة كهربائية موجبة ، وأن الشحنة التي تدور مع السطح الخارجي للنواة تشبه لفائف صغيرة مع تيار. اتضح أن كل نواة لذرة الهيدروجين هي مصدر مصغر للحقل المغناطيسي.

إذا تم الآن وضع العديد من نوى ذرات الهيدروجين (البروتونات) في مجال مغناطيسي خارجي ، فسوف يبدأون في محاولة التنقل في هذا المجال المغناطيسي مثل أسهم البوصلات. ومع ذلك ، أثناء إعادة التوجيه هذه ، ستبدأ النواة في التقدم (مثل محور الجيروسكوب عند محاولة إمالة ذلك) ، لأن اللحظة المغناطيسية لكل نواة ترتبط باللحظة الميكانيكية للنواة ، مع وجود الدوران المذكور أعلاه.

افترض أن نواة الهيدروجين وضعت في مجال مغناطيسي خارجي مع تحريض قدره 1 ت. سيكون التردد المسبق في هذه الحالة MHz 42.58 (هذا هو ما يسمى تردد Larmor لنواة معينة ولتحريض مجال مغناطيسي معين). وإذا كان لدينا الآن تأثير إضافي على هذا القلب بموجة كهرومغناطيسية بتردد قدره 42.58 ميغاهرتز ، فستحدث ظاهرة الرنين المغناطيسي النووي ، أي أن سعة الامتداد ستزداد ، حيث أن متجه المغنطة الكلية للنواة سوف يصبح أكبر.

وهناك مليار من مليارات الدولارات من هذه النوى يمكنها أن تتقدم وتتردد. ولكن نظرًا لأن اللحظات المغناطيسية لجميع نوى الهيدروجين والمواد الأخرى في الجسم تتفاعل مع بعضها البعض في الحياة اليومية العادية ، فإن إجمالي العزم المغناطيسي للجسم كله هو صفر.

من خلال العمل على البروتونات بواسطة الموجات الراديوية ، يحصلون على تضخيم رنيني لتذبذبات (زيادة في السعات المسبقة) لهذه البروتونات ، وعند اكتمال العمل الخارجي ، تميل البروتونات إلى العودة إلى حالات توازنها الأولي ، ثم تنبعث نفسها فوتونات موجات الراديو.

وهكذا ، في جهاز التصوير بالرنين المغناطيسي ، يتحول جسم الشخص (أو أي جسم أو جسم آخر قيد الدراسة) بشكل دوري إلى مجموعة من أجهزة الاستقبال اللاسلكية أو مجموعة من أجهزة الإرسال اللاسلكية. التحقيق في هذا الطريق موقع حسب المنطقة ، الجهاز يبني صورة مكانية لتوزيع ذرات الهيدروجين في الجسم.وكلما ارتفعت قوة المجال المغنطيسي للاشعة المقطعية - كلما كان من الممكن بحث ذرات الهيدروجين المرتبطة بالذرات الأخرى القريبة (كلما كان دقة تصوير الرنين المغناطيسي أعلى).

التصوير المقطعي الطبي الحديث كمصادر للمجال المغناطيسي الخارجي مغناطيس فائق التوصيليبرد بواسطة الهيليوم السائل. تستخدم بعض التصوير المقطعي المفتوح مغناطيس نيوديميوم دائم.

يبلغ الحد الأمثل لحقل المجال المغناطيسي في جهاز التصوير بالرنين المغناطيسي 1.5 طن ، وهو يتيح لك الحصول على صور عالية الجودة إلى حد ما في أجزاء كثيرة من الجسم. مع تحريض أقل من 1 طن ، لن يكون من الممكن عمل صورة عالية الجودة (بدقة عالية بما فيه الكفاية) ، على سبيل المثال ، الحوض الصغير أو تجويف البطن ، ولكن هذه الحقول الضعيفة مناسبة للحصول على صور التصوير بالرنين المغناطيسي التقليدية للرأس والمفاصل.

بالنسبة للتوجه المكاني الصحيح ، بالإضافة إلى المجال المغنطيسي الثابت ، فإن الملف المغناطيسي يستخدم أيضًا لفائف متدرجة ، مما يخلق اضطرابًا متدرجًا إضافيًا في مجال مغناطيسي منتظم. نتيجة لذلك ، يتم ترجمة أقوى إشارة رنان بشكل أكثر دقة في قسم أو آخر. تعتمد معلمات القدرة والتشغيل لملفات التدرج - أهم المؤشرات في التصوير بالرنين المغناطيسي - على دقة وسرعة التصوير المقطعي.