ถ่ายภาพด้วยคลื่นแม่เหล็ก (MRI) - หลักการของการดำเนินการ

ในปี 1973 นักเคมีชาวอเมริกัน Paul Lauterbur ตีพิมพ์บทความในนิตยสาร Nature ชื่อว่า“ การสร้างภาพโดยใช้การโต้ตอบท้องถิ่น ตัวอย่างที่ยึดตามด้วยคลื่นสนามแม่เหล็ก " หลังจากนั้น Peter Mansfield นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษจะเสนอแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ขั้นสูงสำหรับการรับภาพของสิ่งมีชีวิตทั้งหมดและในปี 2003 นักวิจัยจะได้รับรางวัลโนเบลสำหรับการค้นพบวิธี MRI ในการแพทย์

ผลงานสำคัญในการสร้างภาพเรโซแนนซ์แม่เหล็กที่ทันสมัยจะทำโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน Raymond Damadyan พ่อของอุปกรณ์ MRI เชิงพาณิชย์เครื่องแรกและผู้เขียนงาน“ การตรวจหาเนื้องอกด้วยการใช้เรโซแนนซ์แม่เหล็กนิวเคลียร์” ตีพิมพ์ในปี 1971

แต่ในความเป็นธรรมมันเป็นเรื่องที่น่าสังเกตว่านักวิจัยชาวตะวันตกในปี 1960 นักวิทยาศาสตร์ชาวโซเวียต Vladislav Ivanov ได้อธิบายหลักการของ MRI ไว้เรียบร้อยแล้วอย่างไรก็ตามเขาได้รับใบรับรองการประพันธ์ในปี 1984 เท่านั้น ... ออกจากการอภิปรายเรื่องการประพันธ์ ร่างหลักการทำงานของอิมเมจเรโซแนนซ์แม่เหล็ก

มีอะตอมไฮโดรเจนจำนวนมากในสิ่งมีชีวิตของเราและนิวเคลียสของอะตอมไฮโดรเจนแต่ละอันเป็นหนึ่งโปรตอนซึ่งสามารถแสดงเป็นแม่เหล็กขนาดเล็กซึ่งมีอยู่เนื่องจากมีการหมุนแบบไม่เป็นศูนย์ในโปรตอน ข้อเท็จจริงที่ว่านิวเคลียสของอะตอมไฮโดรเจน (โปรตอน) มีการหมุนหมายความว่ามันหมุนรอบแกนของมัน เป็นที่ทราบกันดีว่านิวเคลียสไฮโดรเจนมีประจุไฟฟ้าเป็นบวกและประจุไฟฟ้าหมุนไปพร้อมกันกับผิวด้านนอกของนิวเคลียสนั้นเปรียบเสมือนขดลวดขนาดเล็กที่มีกระแสไฟฟ้า ปรากฎว่านิวเคลียสแต่ละอะตอมไฮโดรเจนเป็นแหล่งกำเนิดขนาดเล็กของสนามแม่เหล็ก

หากตอนนี้มีนิวเคลียสของอะตอมไฮโดรเจน (โปรตอน) จำนวนมากถูกวางไว้ในสนามแม่เหล็กภายนอกพวกมันจะเริ่มพยายามนำทางไปตามสนามแม่เหล็กนี้เช่นลูกศรของเข็มทิศ อย่างไรก็ตามในระหว่างการปรับตำแหน่งนิวเคลียสจะเริ่ม precess (ในขณะที่แกนหมุนหมุนไปมาเมื่อพยายามเอียง) เนื่องจากช่วงเวลาแม่เหล็กของแต่ละนิวเคลียสสัมพันธ์กับช่วงเวลาเชิงกลของนิวเคลียสโดยมีการหมุนดังกล่าวข้างต้น

สมมติว่าแกนไฮโดรเจนถูกวางไว้ในสนามแม่เหล็กภายนอกโดยมีค่าเหนี่ยวนำ 1 ตัน ความถี่ precession ในกรณีนี้จะเป็น 42.58 MHz (นี่คือความถี่ Larmor ที่เรียกว่าสำหรับนิวเคลียสที่กำหนดและสำหรับการเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็กที่กำหนด) และถ้าเรามีผลเพิ่มเติมบนแกนนี้ด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่ 42.58 MHz ปรากฏการณ์ของการเกิดคลื่นสนามแม่เหล็กนิวเคลียร์ก็จะเกิดขึ้นนั่นก็คือความกว้างของพรีเซชั่นจะเพิ่มขึ้นเนื่องจากเวกเตอร์ของการดึงดูดรวมของแกนจะยิ่งใหญ่ขึ้น

และมีนิวเคลียสเช่นพันล้านพันล้านพันล้านที่สามารถ precess และสะท้อนกลับได้ แต่เนื่องจากช่วงเวลาแม่เหล็กของนิวเคลียสทั้งหมดของไฮโดรเจนและสารอื่น ๆ ในร่างกายของเรามีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกันในชีวิตประจำวันธรรมดาช่วงเวลาแม่เหล็กรวมของร่างกายทั้งหมดจึงเป็นศูนย์

การกระทำของโปรตอนด้วยคลื่นวิทยุพวกเขาได้รับการขยายเสียงสะท้อนของการแกว่ง (เพิ่มขึ้นในช่วงกว้างของการ precessions) ของโปรตอนเหล่านี้และเมื่อเสร็จสิ้นการกระทำภายนอกโปรตอนมีแนวโน้มที่จะกลับสู่สภาวะสมดุลดั้งเดิมของพวกมันเอง

ดังนั้นในอุปกรณ์ MRI ร่างกายของบุคคล (หรือร่างกายหรือวัตถุอื่น ๆ ภายใต้การศึกษา) จะถูกเปลี่ยนเป็นชุดของเครื่องรับวิทยุหรือชุดเครื่องส่งสัญญาณวิทยุเป็นระยะ การตรวจสอบพื้นที่ด้วยวิธีนี้อุปกรณ์สร้างภาพเชิงพื้นที่ของการกระจายตัวของอะตอมไฮโดรเจนในร่างกายและยิ่งความแรงของสนามแม่เหล็กของโทโมแกรมสูงขึ้นเท่าไรอะตอมไฮโดรเจนที่ถูกพันธะกับอะตอมอื่น ๆ ที่อยู่ใกล้ ๆ ก็ยิ่งสามารถตรวจสอบได้

เอกซ์เรย์ทางการแพทย์ที่ทันสมัยเป็นแหล่งของสนามแม่เหล็กภายนอกประกอบด้วย แม่เหล็กไฟฟ้ายิ่งยวดระบายความร้อนด้วยฮีเลียมเหลว บางคนใช้ tomographs แบบเปิด แม่เหล็กนีโอดิเมียมถาวร.

การเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็กที่ดีที่สุดในเครื่อง MRI ตอนนี้ 1.5 T ช่วยให้คุณได้ภาพที่มีคุณภาพสูงในหลาย ๆ ส่วนของร่างกาย ด้วยการเหนี่ยวนำที่น้อยกว่า 1 T จะไม่สามารถสร้างภาพที่มีคุณภาพสูง (ของความละเอียดสูงพอ) ตัวอย่างของกระดูกเชิงกรานหรือช่องท้องเล็ก แต่สาขาที่อ่อนแอเช่นนี้เหมาะสำหรับการรับภาพ MRI ทั่วไปของศีรษะและข้อต่อ

สำหรับการวางแนวอวกาศที่ถูกต้องนอกเหนือไปจากสนามแม่เหล็กคงที่แล้วขดลวดแม่เหล็กยังใช้ขดลวดไล่ระดับสีซึ่งสร้างการรบกวนการไล่ระดับสีเพิ่มเติมในสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอ เป็นผลให้สัญญาณเรโซแนนท์ที่แข็งแกร่งที่สุดถูกแปลเป็นภาษาท้องถิ่นอย่างแม่นยำมากขึ้นในส่วนใดส่วนหนึ่ง พารามิเตอร์กำลังและการทำงานของคอยส์ไล่ระดับสี - ตัวบ่งชี้ที่สำคัญที่สุดใน MRI - ความละเอียดและความเร็วของเอกซ์เรย์ขึ้นอยู่กับพวกเขา