Magnetic Resonance Imaging (MRI) - driftsprincip

I 1973 udgav en amerikansk kemiker Paul Lauterbur en artikel i magasinet Nature med titlen “Oprettelse af et billede ved hjælp af induceret lokal interaktion; eksempler baseret på magnetisk resonans. " Senere vil den britiske fysiker Peter Mansfield tilbyde en mere avanceret matematisk model til at erhverve et billede af en hel organisme, og i 2003 modtager forskere Nobelprisen for at opdage MR-metoden i medicin.

Et væsentligt bidrag til oprettelsen af ​​moderne magnetisk resonansafbildning vil blive ydet af den amerikanske videnskabsmand Raymond Damadyan, far til det første kommercielle MR-apparat og forfatter af værket “Detecting a Tumor Using Nuclear Magnetic Resonance”, der blev offentliggjort i 1971.

Men i retfærdighed er det værd at bemærke, at længe inden vestlige forskere i 1960, den sovjetiske videnskabsmand Vladislav Ivanov allerede allerede lagde grundlæggende principper for MR i detaljer, alligevel modtog han certifikatet om forfatterskab først i 1984 ... Lad os forlade debatten om forfatterskab og til sidst overveje det generelle skitsere princippet for drift af en magnetisk resonansbillede.

Der er en masse hydrogenatomer i vores organismer, og kernen i hvert hydrogenatom er et proton, der kan repræsenteres som en lille magnet, der findes på grund af tilstedeværelsen af ​​en ikke-nul rotation på protonen. Det faktum, at kernen i et hydrogenatom (proton) har en spin betyder, at den roterer rundt om sin akse. Det er også kendt, at hydrogenkernen har en positiv elektrisk ladning, og ladningen, der roterer sammen med den ydre overflade af kernen, er som en lille spole med en strøm. Det viser sig, at hver kerne i et hydrogenatom er en miniatyrkilde til et magnetfelt.

Hvis der nu er mange kerner af hydrogenatomer (protoner) anbragt i et eksternt magnetfelt, vil de begynde at forsøge at navigere i dette magnetfelt som kompassets pile. Under en sådan omorientering vil kernerne imidlertid begynde at foregå (som gyroskopaksen forudser, når de prøver at vippe den), fordi det magnetiske moment for hver kerne er forbundet med det mekaniske øjeblik af kernen, med tilstedeværelsen af ​​spin nævnt ovenfor.

Antag, at en brintkerne blev anbragt i et eksternt magnetfelt med en induktion på 1 T. Forhåndsfrekvensen i dette tilfælde vil være 42,58 MHz (dette er den såkaldte Larmor-frekvens for en given kerne og for en given magnetfeltinduktion). Og hvis vi nu har en yderligere virkning på denne kerne med en elektromagnetisk bølge med en frekvens på 42,58 MHz, vil fænomenet med nukleær magnetisk resonans forekomme, det vil sige, at præcessionsamplituden vil stige, da vektoren for den totale magnetisering af kernen vil blive større.

Og der er en milliard milliarder af milliarder af sådanne kerner, der kan foregive og resonere. Men da de magnetiske øjeblikke af alle brintkerner og andre stoffer i vores krop interagerer med hinanden i almindelig hverdag, er det totale magnetiske moment for hele kroppen nul.

Ved at virke på protoner ved hjælp af radiobølger opnår de en resonansforstærkning af svingningerne (stigning i amplituderne af præcessionerne) af disse protoner, og efter afslutningen af ​​den eksterne handling har protonerne en tendens til at vende tilbage til deres oprindelige ligevægttilstander, og derefter udsender de selv fotoner af radiobølger.

I en MR-enhed transformeres en persons krop (eller et andet organ eller objekt, der undersøges) periodisk til et sæt radiomodtagere eller et sæt radiosendere. Apparatet undersøger på denne måde sted for område og konstruerer et rumligt billede af fordelingen af ​​brintatomer i kroppen.Og jo højere tomografens magnetfeltstyrke - jo flere brintatomer, der er bundet til andre atomer placeret i nærheden, kan undersøges (jo højere opløsning af magnetisk resonansbillede).

Moderne medicinske tomografer som kilder til et eksternt magnetfelt indeholder superledende elektromagneterafkølet med flydende helium. Nogle tomografier af åben type bruger permanente neodymmagneter.

Den optimale magnetfeltinduktion i en MR-maskine er nu 1,5 T, den giver dig mulighed for at få relativt høje kvalitetsbilleder af mange dele af kroppen. Med en induktion på mindre end 1 T vil det ikke være muligt at fremstille et højkvalitetsbillede (med en tilstrækkelig høj opløsning), for eksempel af det lille bækken eller bughulen, men sådanne svage felter er egnede til at opnå konventionelle MR-billeder af hovedet og samlingerne.

For den korrekte rumlige orientering bruger en magnetisk spole ud over et konstant magnetfelt også gradientspoler, der skaber en yderligere gradientforstyrrelse i et ensartet magnetfelt. Som et resultat lokaliseres det stærkeste resonanssignal mere præcist i et eller andet afsnit. Kraft- og driftsparametre for gradientspoler - de mest markante indikatorer i MRI - tomografens opløsning og hastighed afhænger af dem.