رادیواکتیو

عکس برداری تشدید مغناطيسی[1] (MRI)

عکس برداری ارتعاشی مغناطيسی(MRI)، بر اساس پديده تشدید مغناطيسی هسته ای، توليد عکسهای با کيفیت بسيار بالا از بافتهای نرم بدن انسان مي کند[2].

در ابتدا بعنوان يک روش توموگرافی، MRI در حال حاضر قادر به عکس های برشی در هر جهت و نيز عکس برداری سه بعدی سينما توگرافی است. MRI نه

تنها برای عکس برداری آناتومی بکار می رود،  بلکه همچنين مطالعات برای عملکرد جريان خون و فعاليت عصبی مورد استفاده قرار می گيرد. اگر چه نوکليدهای راديو اکتيو يا تابش هسته ای در اين روش بکار نمی رود، اما بشدت بستگی به خواص چرخش (تکانه زاويه­ای) هسته اتمی دارد. لذا، در اين فصل از کاربردهای فن آوری مورد بحث قرار می گيرد.

توسعه تاريخی

فليکس بلاخ[3] و ادوارد پورنسل[4]  پديده ارتعاش مغناطيسی هسته ای (NMR) را بطور جداگانه در سال 1946 کشف کردند و در سال 1952 به خاطر دريافت جايزه نوبل نائل آمدند. اگر چه NMR ابتدا برای آناليزهای شيميائی و فيزيک مولکولی بکار می رفت، در سال 1971 بوسيله ريموند داماديان[5]  نشان داده شده که بافتهای مختلف، نرمال و غير نرمال پاسخ های مختلف مغناطيسی هسته ای نشان دادند. اين کشف و کشف(CT) توموگرافی کامپيوتری در سال 1973 راه را برای بکارگيری MRI در تشخيص بيماريها باز نمودند. عکس برداری تشدید مغناطيسی ابتدا در سال 1973 بوسيله پائول لاتربر[6] نشان داده شده که يک روش نمايش پشت مشابه آنچه که در پرتو CT X- رخ می دهد بکار برد. در سال 1975 ريچارد ارنست [7]پيشنهاد عکس برداری تشدید مغناطيسی را با بکار بردن فاز و علامت گذاری بسامد همراه با روش باز ساخت عکس فورير پيشنهاد دادند. در سال 1977 ريموند داماديان MRI کل بدن را توضيح داد، و در همان سال پتر منسفيلد[8] روش عکس برداری برگردان صفحه ای (EPI) را ايجاد کرد. ادلشتاين[9] و همکاران وی عکس برداری بدن را با بکار بردن روش ارنست در سال 1980 توضيح داده و نشان دادند که يک عکس تنها می تواند تقريباً  5در  دقيقه بوسيله اين روش حاصل گردد. تا سال 1986، زمان عکس برداری تقريباً به 5 ثانيه کاهش يافت. در سال 1987عکس برداری برگردان صفحه ای برای انجام عکسبرداری فيلم زمان واقعی يک چرخش تک قبلی بکار رفت. در همان سال، چارلز دو مولين[10] آنژيوگرافی تشدید مغناطيسی (MRA)را کامل نمودند که امکان عکس برداری جريان خون را بدون استفاده از عوامل وضوح فراهم ساخت. در سال 1991، ريچارد ارنست[11] جايزه نوبل را در شيمی به خاطر موفقيت خود در انتقال NMR و MRI فورير پالس دار بدست آورد. در سال MRI 1993 عملياتی (fMRI) توسعه يافت که، امکان نقشه کشی عملياتی نواحی مختلف مغز انسان را بوجود آورد پيشرفتها در توانمندی MRI يک زمينه مداوم  تحقيقاتی هستند.

اصول

کليه هسته های با تعداد فرد نوترونها يا پروتونها دارای تكانه زاويه ای ذاتی (اسپين) و لذا گشتاور مغناطيسی هستند. در حضور يک ميدان مغناطيسی قوی، چنين هسته ها با گشتاوری مواجه شده و تمايل به همسو بودن در جهت موازی يا غير موازی با ميدان مغناطيسی دارند. هسته های در حال چرخش به يک ميدان مغناطيسی قوی خارجی بوسيله فراوری در اطراف جهت ميدان، بسيار شبيه به محورهای چرخش يک تقديم ژيروسکوپ در اطراف جهت ميدان جاذبه، پاسخ می دهند. بسامد تقديم مستقيماً متناسب با قدرت ميدان مغناطيسی  بوده و برای هر گونه هسته­ای بی نظير است. يک هسته تقديم دارای دو جهت ممکن بوده که هر کدام يک اختلاف جزئی در انرژی دارند: در پائين ترين حالت انرژی تقديم اسپين هسته­ای در اطراف جهت ميدان مغناطيسی خارجی (موازی) است و در يک حالت انرژی کمی بالاتر، تقديم اسپين هسته ای در اطراف خلاف جهت ميدان مغناطيسی (غير موازی) می باشد. اختلاف بين دو حالت انرژی برابر 2μH_O است که در آن μ گشتاور مغناطيسی هسته ای است. برای پروتونها در يک ميدان مغناطيسی kG5/0 تا 20kG اين اختلاف انرژی نسبتاً کوچک است که، معمولاً برای فوتونها در بسامد راديوئی محدوده (RF)(2MH_Z تا MH_Z5/8) می باشد.

در MRI، بيمار در يک ميدان مغناطيسی استاتيک بزرگ که غالباً بوسيله مغناطيسی فوق هادی توليد می شود، قرار می­گيرد. اين ميدان موجب می گردد هسته­ها در اطراف ميدان مغناطيسی در پائين ترين حالت انرژی شان (موازی) رديف و فرآوری گردند. پالسی از انرژی الکترومغناطيسی که بوسيله يک ميدان مغناطيسی RF تامین می شود، موجب افزایش تعداد زيادی هسته های رديف شده برای حرکت سريع به حالت انرژی بالاتر می گردد که موجب غير موازی شدن  ميدان مغناطيسی ايستا می گردد. سپس هسته های برانگيخته فرآوری شده بطور خودبخودی با گسيل فوتونهای RF به حالت انرژی پائين تر برگشته يا آرام می گردند که بوسيله کويل های يکسان RF به کار رفته جهت توليد پالس RF، که اساساً هسته های در حال چرخش برانگيخته می کنند، آشکار سازی می شوند. بطور تجربی مشاهده شده است که زمانهای آرامش به ساختارهای مولکولی و محيط های اطراف هسته ها حساس هستند. بعنوان مثال، زمانهای ميانگين آرامش پروتون در بافتهای نرمال بطور قابل ملاحظه ای کمتر از بافتهای بدخيم می باشد. قدرت سيگنال RF گسيل شده بوسيله آرامش هسته ها همچنين به چگالی پيشروی هسته ها يا چگالی اسپين بستگی دارد. بنابراين در MRI گراديانهای ميدان مغناطيسی، همچنين علاوه بر ميدان ايستای يکنواخت بزرگ Ho، برای تفکيک توزيع فضائی چگالی اسپين بکار می رود. زمانهای مختلف آرامش چرخش (اسپين) مواد و توانائی برای اندازه گيری توزيع فضائی چگاليهای اسپين MRI را يک روش منحصر بفرد و قوی در عکس برداری تشخيصی می کند. مثالی از نتيجه MRI در شکل 16-14 نشان داده شده است.

MRI در مقايسه با ديگر روشهای عکس برداری پزشکی هسته ای غيرمعمول است به خاطر اينکه انحراف بزرگی در روش جمع آوری داده ها و چگونگی باز ساخت در آن وجود دارد. بعنوان مثال، عکس های MRI می تواند بوسيله نقشه کشی مستقيم، باز ساخت نمايش و عکس برداری فورير تشکيل گردد. همچنين بسياری از ترکيبات کويلهای گراديانت مغناطيسی مختلف و ميدانهای مغناطيسی و قدرتهای پالسی می توانند به کار روند. کار و فعاليت در توسعه و گسترش توانائيهای MRI با بکار گيری تغييرات مختلف در روش اندازه گيری و صنعت باز ساخت عکس در حال ادامه است.

[1] . Magnetic Resonance Imaging

[2] - روش MRI تحت تغييرات واژه اختصاری و نام از زمان کشف آن قرار گرفته است. در ابتدا, عکس برداری ارتعاشی مغناطيسی هسته ای (MMRI)  يا توموگرافی کامپيوتری تشدید مغناطيسی هسته ای (NMR-CT) نام داشت, ولی کلمه "هسته ای" ممکن است برای بسيار از بيماران نا آشنا بوده و اين کلمه از آن زمان حذف شده, اگر چه روش اساساً بر اساس خواص مغناطيسی هسته ای است.

[3] . Felin Block