نگاه اجمالی

• تصویر بردای مغناطیسی چگونه انجام می گیرد؟
• عکس‌برداری به وسیله اشعه ایکس چقدر برای شما آشناست؟
• تصور شما از عکس‌برداری با اشعه ایکس چیست؟

MRI چیست؟

MRI روشی است که می‌توان با کمک گرفتن از آن تصاویر بسیار دقیق و واضحی از اندامهای درون بدن بدست آورد. MRI مخفف کلمه لاتین (Magnetic Resonance Imajing) به معنی تصویر برداری با تشدید مغناطیسی می‌باشد.

سیر رشد و تحولی

پدیده تشدید در مورد هسته‌های اتم اولین بار توسط فلیکس بلانچ (Flix-Blanch) و ادوارد بورسل (Edvard-Borsel) در سال 1946 کشف شد. این دو دانشمند به خاطر این کار در سال 1952 جایزه نوبل دریافت کردند. هسته های اتمها دارای بسامدهای متفاوت هستند اگر این بسامدها را بتوان مشخص کرد می توان از این پدیده در تعیین نوع اتم استفاده کرد. در بین سالهای 1950 تا 1970 با تکیه بر این ویژگی (NMR) یا تشدید مغناطیسی هسته ابداع شد که از آن برای تشخیص ساختمان فیزیکی و شیمیایی مولکولها استفاده می‌شود.

در سال 1970 بود که دریافتند اگر نیروی محرک را در هسته هایی که در اثر پدیده تشدید انرژی دریافت کرده و دامنه نوسان آنها را افزایش یافته است قطع کنیم، هسته ها با از دست دادن این انرژی به صورت امواج الکترومغناطیسی و مقداری هم گرما به حالت پایه خود برمی‌گردند. این زمان برگشت به حالت پایه در ترکیبات مختلف متفاوت است با شناسایی این پدیده سعی کردند از این ویژگی برای ایجاد تصویر استفاده کنند که پایه روشی به نام MRI شده‌است. اولین بار ریموند دامادیان (Rimond-Damadyan) از این ویژگی برای تشخیص تومورها استفاده کرد. بعد از وی افراد دیگری در این زمینه کار کردند و با بکارگیری فنون و روشهای بهتر زمان لازم برای تصویر برداری را کاهش دادند. روش‌ها و فنون جدید ارائه شده امروزه MRI را به یک روش مفید برای تصویر برداری مبدل کرده‌است.

مکانیزم کار MRI

سه نوع حرکت در اتم مورد بحث است.

• چرخش الکترونها حول محور خود
• چرخش الکترون به دور هسته
• چرخش هسته به دور محور چرخش

هسته هایی که تعداد نوکلئونهای آنها فرد است (مجموع پروتون و نوترونهای هسته را نوکلئون می‌گویند) به دور محور خود حرکت چرخشی دارند این ویژگی را ویژگی اسپین و این هسته ها را هسته فعال تشدید مغناطیسی می گویند. به علاوه این هسته ها را می توان مانند یک مغناطیس کوچک با قطبهای N و S در نظر گرفت. به این دلیل گفته می شود هسته یک دو قطبی مغناطیسی است و این ویژگی مغناطیسی ذاتی را همان مغناطیس می گویند. پس هسته فعال تشدید مغناطیسی دارای دو ویژگی اسپینی و ممان مغناطیسی است.

در بدن انسان هسته‌هایی که این ویژگی را داشته باشند N¹⁵ ، O¹⁷ ، C¹³ ، P³¹ ، Na²³ ، H هستند. در تصویر سازی به غیر از اینکه هسته از نظر مغناطیسی باید فعال باشد فراوانی لازم در نمونه را نیز باید داشته باشد. هسته اتم هیدروژن هم میدان مغناطیسی دارد ، هم در تمام بدن پخش است و چون هسته کوچک است و تحت تاثیر یک پروتون قرار دارد، ممان مغناطیسی آن بزرگ می‌باشد. در نتیجه در تصویربرداری می‌تواند مورد استفاده قرار بگیرد.

ساختمان دستگاه MRI

بطور عمده بدن انسان از آب و چربی تشکیل شده‌است. آب 3/2 وزن بدن را شامل می شود و دارای دو اتم هیدروژن و یک اتم اکسیژن در هر مولکول است. مولکولهای چربی نیز به مقدار زیادی هیدروژن دارند. به طور کلی مقدار اتم هیدروژن بدن تقریبا 63 درصد است. و این اتم که مقدارش بیشتر از دیگر عناصر است، دارای سیگنال MRI می باشد. از آنجایی که بین محتوای آب اندامها و بافتها تفاوت وجود دارد، و همچنین در خیلی از بیماریها روند آسیب رسانی منجر به تغییر در محتوای آب می شود، این روش تصویر برداری بطور وسیع در پزشکی بکار برده می شود.

دستگاه MRI لوله‌‌ای است که بوسیله آهنربای دایره‌ای شکل دواری احاطه شده است. این آهنربا میدان مغناطیسی ایجاد می کند. در اینجا موج رادیویی با طول موجهای متفاوت سطح نمونه را جاروب می کنند. انتهای نمونه با جذب انرژی از موج رادیویی هم فرکانس با چرخش آنها ، به حالت انرژی بالاتری می روند و در راستای میدان مغناطیسی خارجی قرار می گیرند.

با قطع میدان این هسته ها به حالت اولیه خود برمی گردند. در این هنگام است که از ماده امواج الکترومغناطیسی با بسامد رادیویی تابش می شود که توسط سیم پیچی که به آن کویل می گویند، دریافت انجام می‌شود. این سیم امواج دریافتی را به جریان الکتریکی تبدیل می‌کند. سپس این جریانها تقویت می‌شوند و به عنوان سیگنالهای MRI به رایانه داده می‌شود. رایانه با استفاده از سیستم تبدیلی به نام تبدیل فوریه این داده ها را به تصویر تبدیل می‌کنند. این تصویر بسیار دقیق است و تغییرات بسیار کوچک را نیز می‌تواند نشان دهد.

نحوه تصویربرداری

فردی که قرار است با این روش مورد تصویربرداری قرار گیرد نباید هیچ شی فلزی مانند ساعت ، انگشتر ، مفصل مصنوعی و .... داشته باشد. و یا شی فلزی در نزدیکی دستگاه MRI قرار گیرد ، زیرا میدان مغناطیسی روی این مواد فرومغناطیسی اثر گذاشته و نه تنها باعث تداخل در امر تصویربرداری می شود، بلکه می تواند به خود فرد نیز آسیب برساند به همین دلیل است که دستگاه MRI را در اتاق‌های ویژه‌ای قرار می دهند. این اتاقها نسبت به امواج الکترومغناطیسی نفوذناپذبرند. در نتیجه امکان ورود یا خروج برای این امواج وجود ندارد. به علاوه لباس مخصوصی را تن بیمار می‌کنند که هیچ قسمت فلزی نداشته باشد.

در حین عمل تصویربرداری فرد باید آرام باشد. به این منظور می‌توان یک آرام بخش ملایم به وی داد. سپس او را روی تخت خوابانده و از وی می‌خواهند که به طور عادی نفس بکشد. بعد از اینکه فرد در دستگاه قرار گرفت، محل مورد تصویربرداری را با نور مشخص می کنند و اسکن کردن شروع می‌شود. در فواصل زمانی که اسکن کردن قطع می‌شود وی می‌تواند قدری حرکت کند ، ولی نه آنقدر که از محل مورد نظر جابجا شود. شخص در طول اسکن می‌تواند از طریق دکمه‌ای که در اختیار او قرار داده‌اند به مسئولین اطلاع ‌دهد، و اسکن کردن متوقف ‌شود. بعد از اتمام کار اطلاعات تصویری به رایانه‌ای داده می‌شود و رایانه با بررسی اطلاعات ، تصویری ایجاد می کند که روی فیلم منعکس می‌شود.

موارد منع کاربرد

اگر فرد قلب مصنوعی یا درون کاشت فلزی و یا به طور کلی فلز در بدن خود داشته باشد (گلوله یا ترکش) نباید از MRI استفاده کند. زیرا میدان مغناطیسی می‌تواند باعث جابجایی آنها شود. همچنین اگر فرد ترسی از محبوس شدن در دستگاه را داشته باشد، باید این مطالب را به مسئولین مربوطه اطلاع دهد.

موارد کاربرد

از این روش می‌توان برای تشخیص ، درمان و دنبال کردن مسیر بیماری استفاده نمود. مثلا تمام ناهنجاریهای مغز و نخاع به وسیله MRI نشان داده می‌شود. با این روش می‌توان تشخیص داد که درد کمر به علت درد عضله است و یا به علت فشار روی عصب می‌باشد. همچنین در درمان و تشخیص و روند توسعه سرطان از این روش استفاده می‌شود. موارد کاربرد MRI بسیار زیاد است که در این جا فقط چند نمونه ذکر شد.

اهمیت MRI

MRI روشی است که در حدود 50 سال از عمر آن می گذرد. ولی در این مدت پیشرفت‌های بسیاری کرده و جوایز نوبل متعددی به این موضوع تعلق گرفته‌است. برای مثال جایزه نوبل پزشکی سال 2003 به پاول لاتربر و پیتر منسفیلدبه خاطر کار بر روی MRI تعلق گرفت. پاول لاتربر نشان داد که به کار بردن گرادیان در میدان مغناطیسی ایجاد تصویرهای دو بعدی را ممکن می سازد. وی در سال 1973 توضیح داد که چگونه با اضافه کردن گرادیان مغناطیسی به آهنربای مرکزی امکان آشکارسازی مقطع عرضی لوله‌ای که در آن آب معمولی وجود دارد و با آب سنگین احاطه شده‌است، ممکن می‌شود. هیچ روش تصویر برداری نمی‌تواند بین آب سنگین و آب معمولی فرق قائل شود.

پیتر منسفیلد گرادیان را در میدان مغناطیسی مورد استفاده قرار داد تا بتواند به طور دقیق تفاوتهای تشدید را نشان دهد. این قدم اصلی برای ایجاد یک روش کاربردی تصویرسازی بود. همچنین وی نشان داد که چگونه با تغییر سریع گرادیان می‌توان به سرعت تصویر بدست آورد ، که به این روش Echo-Planer scaning می‌گویند. این روش در دهه اخیر در کاربردهای بالینی مفید بوده ‌است. تعدد در جوایز نوبل مربوط به MRI اهمیت این موضوع را به خوبی نشان می دهد. این روش ، تصاویری با دقت بالا از اندامهای بدن فراهم می کند و امروزه به میزان زیادی در دنیا کاربرد دارد و می تواند جایگزین روشهای قبلی شود. زیرا با توجه به دانش امروزه ما هیچ عارضه جانبی ندارد.

مباحث مرتبط با عنوان

• اسکن کردن
• اشعه ایکس
• امواج الکترو مغناطیسی
• تشدید مغناطیسی
• تشدید مغناطیسی هسته
• تصویربرداری
• تصویر بردای مغناطیسی
• عکس‌برداری با اشعه ایکس
• عکس مغناطیسی
• فیلم مغناطیسی
• قلب مصنوعی
• کاربردهای بالینی عکسبرداری
• لباس عکسبرداری
• مفصل مصنوعی

نگاه اجمالی

• تصویر بردای مغناطیسی چگونه انجام می گیرد؟

• چرا اشعه X روشی برای عکس برداری نیست؟

• تصویر برداری رنگی و یا سیاه و سفید از بافتها چگونه انجام می گیرد؟

MRI چیست؟

امروزه در روشی به نام (Magnetic Resonance Imajing) MRI (تصویر برداری با تشدید مغناطیسی) که با کمک گرفتن از آنها می توان تصاویر بسیار دقیق و واضحی از اندامهای درون بدن بدست آورد.

سیر رشد و تحولی

پدیده تشدید در مورد هسته های اتم اولین بار توسط فلیکس بلانچ (Flix-Blanch) و ادوارد بورسل (Edvard-Borsel) در سال 1946 کشف شد. این دو دانشمند به خاطر این کار در سال 1952 جایزه نوبل دریافت کردند. هسته های اتمها دارای بسامدهای متفاوت هستند اگر این بسامدها را بتوان مشخص کرد می توان از این پدیده در تعیین نوع اتم استفاده کرد. در بین سالهای 1950 تا 1970 با تکیه بر این ویژگی به نام (NMR) یا تشدید مغناطیسی هسته ابداع شد که در آن برای تشخیص ساختمان فیزیکی و شیمیایی مولکولها استفاده می شود. در سال 1970 بود که دیافتند اگر نیروی محرک را در هسته هایی که در اثر پدیده تشدید انرژی دریافت کرده و دامنه نوسان آنها را افزایش یافته قطع کنیم. هسته ها با از دست دادن این انرژی به صورت امواج الکترومغناطیسی و مقداری هم گرما به حالت پایه خود برمی گردند. این زمان برگشت به حالت پایه در ترکیبات مختلف متفاوت است با شناسایی این پدیده سعی کردند از این ویژگی برای ایجاد تصویر استفاده کنند که پایه روشی به نام MRI شده اولین بار ریموند دامادیان (Rimond-Damadyan) از این ویژگی برای تشخیص تومورها استفاده کرد. بعد از وی افراد دیگری در این زمینه کارکردند و با بکارگیری فنون و روشهای بهتر زمان لازم برای تصویر برداری را کاهش دادند. روش هاوفنون جدید ارائه شده امروزه MRI را به یک روش مفید برای تصویر برداری مبدل کرده است.

MRI چگونه عمل می کند؟

سه نوع حرکت در اتم مورد بحث است.

• چرخش الکترونها حول محور خود

• گردش الکترون به دور هسته

• گردش هسته به دور محور چرخش

هسته هایی که تعداد نوکلئونهای آنها فرد است (نوکلئون مجموع پروتون و نوترونهای هسته را می گویند) به دور محور خود حرکت چرخشی دارند این ویژگی را ویژگی اسپین و این هسته ها را هسته فعال تشدید مغناطیسی می گویند. به علاوه این هسته ها را می توان مانند یک مغناطیس کوچک با قطبهای N و S در نظر گرفت. به این دلیل گفته می شود هسته یک دوقطبی مغناطیسی است و این ویژگی مغناطیسی ذاتی را همان مغناطیس می گویند. پس هسته فعال تشدید مغناطیسی دارای دو ویژگی اسپینی و همان مغناطیس است.

در بدن انسان هسته هایی که این ویژگی را داشته باشد N15 ، O17 ، C13 ، H1 ، C13 ، Na23 ، P31 هستند. در تصویر سازی به غیر از اینکه هسته از نظر مغناطیسی باید فعال باشد فراوانی لازم در نمونه را نیز باید داشته باشد. هسته اتم هیدروژن هم میدان مغناطیسی دارد ، هم در تمام بدن پخش است و چون هسته کوچک است و تحت تاثیر یک پروتون قرار دارد. .... مغناطیسی آن بزرگ می باشد. در نتیجه در تصویربرداری می تواند مورد استفاده قرار بگیرد. در بیشتر اجسام مانند بافت فرم هسته ها دارای راستای دو قطبی

ایجاد تصویر واضح

با ایجاد یک میدان مغناطیسی یک رادیو فرکانس (امواج RF در گستره امواج الکترومغناطیسی است ... تمام هسته ها را در راستای آن قرار می دهیم. برای ایجاد تصویر مطلوب RF با ید به گونه ای باشد که زاویه انحراف راستای حرکت از حالت پایه برابر 90 درجه شود. اگر بسامد لارمور هسته یکی باشد ، پدیده تشدید رخ می دهد. این حالت را انگیختگی هسته می گویند.

ساختمان دستگاه MRI

بدن انسان را بطور عمده آب و چربی تشکیل می دهد. آب 2.3 وزن بدن را شامل می شود و دارای دو اتم هیدروژن در هر مولکول است. مولکولهای چربی نیز به مقدار زیادی هیدروژن دارند. به طور کلی تقریبا 63٪ بدن اتم هیدروژن است. و این اتم که مقدارش بیش از دیگر عناصر است. دارای سیگنال MRI می باشد. از آنجایی که بین محتوای آب اندامها و بافتها تفاوت وجود دارد. و همچنین در خیلی از بیماریها روند آسیب رسانی منجر به تغییر در محتوای آب می شود. این روش تصویر برداری بطور وسیع در پزشکی بکار برده می شود.
دستگاه MRI لوله ای است که بوسیله آهنربای دایره ای شکل دواری احاطه شده است. این آهنربا میدان مغناطیسی ایجاد می کند. در اینجا امواج رادیویی با طول موجهای متفاوت سطح نمونه را جاروب می کنند. انتهای نمونه با جذب انرژی از امواج رادیویی هم فرکانس با چرخش انتقالی آنها ، به حالت انرژی بالاتری می روند و در راستای میدان مغناطیسی خارجی قرار می گیرند.
با قطع میدان این هسته ها به حالت اولیه خود برمی گردند. در این هنگام است که از ماده امواج الکترومغناطیسی با بسامد رادیویی تابش می شود که توسط سیم پیچی که به آن کویل می گویند. دریافت انجام می شود این سیم امواج دریافتی را به جریان تبدیل می کند. سپس این جریانها تقویت می شوند و به عنوان سیگنالهای MRI به رایانه داده می شود. رایانه با استفاده از سیستم تبدیل به نام سیستم .... این داده ها را به تصویر تبدیل می کند. این تصویر بسیار دقیق است و تغییرات بسیار کوچک را نیز می تواند نشان دهد.

نحوه تصویربرداری

فردی که قرار است با این روش مورد تصویربرداری قرار گیرد نباید هیچ شی فلزی مانند ساعت ، انگشتر ، مفضل مصنوعی و .... داشته باشد. ویا شی فلزی در نزدیکی دستگاه MRI قرار گیرد ، زیرا میدان مغناطیسی روی این مواد فرومغناطیسی اثر می گذارند. و نه تنها باعث تداخل در امر تصویربرداری می شود. بلکه می تواند به خود نیز آسیب برساند به همین دلیل است که دستگاه MRI را در اتاق های ویژه ای قرار می دهند. این اتاقها نسبت به امواج مغناطیسی نفوذناپذبرند. در نتیجه امکان ورود یا خروج برای این امواج وجود ندارد. به علاوه لباس مخصوصی را تن بیمار می کنند که هیچ قسمت فلزی نداشته باشد. در حین عمل تصویربرداری فرد باید آرام باشد. به این منظور می توان یک آرام بخش ملایم به وی داد. سپس او را روی تخت می خوابانند و از وی می خواهند که به طور عادی نفس بکشد. بعد از اینکه فرد در دستگاه قرار گرفت محل مورد تصویربرداری را با نور مشخص می کنند و اسکن کردن شروع می شود. در فواصل زمانی که اسکن کردن قطع می شود وی می تواند قدری حرکت کند ، ولی نه آنقدر که محل مورد نظر جابجا شود. در طول اسکن را تحمل کند. از طریق دکمه ای که در اختیار او قرار داده اند به مسئولین اطلاع می دهد. و اسکن کردن متوقف می شود. بعد از اتمام کار اطلاعات تصویری به رایانه ای داده می شود. و آن با بررسی اطلاعات تصویری ایجاد می کند که روی فیلم منعکس می شود.
موارد منع کاربرد:
اگر فرد قلب مصنوعی یا درون کاشت فلزی و یا به طور کلی فلز در بدن خود داشته باشد (گلوله یا ترکش) نباید از MRI استفاده کند. زیرا میدان مغناطیسی می تواند باعث جابه جایی آنها شود. همچنین اگر فرد ترسی از محبوس شدن در محل را داشته باشد. باید این مطالب را به مسئولین مربوطه اطلاع دهد.

موارد کاربرد

از این روش می توان برای تشخیص ، درمان و دنبال کردن مسیر بیماری استفاده نمود. مثلا تمام ناهنجاریهای مغز و نخاع به وسیله MRI نشان داده می شود. و یا بیماری MS از MRI بیماری است که به دلیل التهاب در مغز و نخاع ایجاد می شود. با این روش می توان تشخیص نوع درد کمر که آیا به علت درد عضله است و یا به علت فشار روی عصب یا نخاع این روش را به کار برد ، همچنین در درمان و تشخیص و روند توسعه سرطان به کار می رود. موارد کاربرد MRI بسیار زیاد است که در این جا فقط چند نمونه ذکر شد.

اهمیت MRI

MRI روشی است که در حدود 50 سال از عمر آن می گذرد. ولی در این مدت که پیشرفت های بسیاری کرده و جوایز نوبل متعددی به این موضوع تعلق گرفته است. برای مثال جایزه نوبل پزشکی سال 2003 به پاول لاتربر4 و پیتر منسفیلد 5 به خاطر کار بر روی MRI تعلق گرفت. پاول لاتربر نشان داد که به کار بردن گرادیان در میدان مغناطیسی ایجاد تصویرهای ..... را ممکن می سازد. وی در سال 1973 توضیح داد که چگونه با اضافه کردن گرادیان مغناطیسی به آهن ربای مرکزی امکان آشکارسازی مقطع عرضی لوله ای که در آن آب سنگین و معمولی فرق قائل شود. پیتر منسفیلد گرادیان را در میدان مغناطیسی مورد استفاده قرار داد تا بتواند به طور دقیق تفاوتهای در تشدید را نشان دهد. وی توضیح داد تحلیل شوند و به تصویر تبدیل گردند. این قدم اصلی برای ایجاد یک روش کاربردی تصویرسازی بود. همچنین نشان داد که چگونه با تغییر سریع گرادیان می توان به سرعت تصویر به دست آورد ، که به این روش Echo-Planer scaning می گویند. این روش در دهه اخیر در کاربردهای بالینی مفید بوده است. تعدد در جوایز نوبل مربوط به MRIاهمیت این موضوع را به خوبی نشان می دهد.
این روش ، تصاویری با دقت بالا از اندامهای بدن فراهم می کند و امروزه به میزان زیادی در دنیا کاربرد دارد و می تواند جایگزین روشهای قبلی شود. زیرا با توجه به دانش امروزه ما هیچ عارضه جانبی ندارد.