ام آر آی (MRI) چیست
تصویربرداری تشدید مغناطیسی یا ام آر آی (MRI) برای پزشکان این امکان را فراهم می‌کند تا با استفاده از آهنربا و امواج رادیویی با جزئیات شگفت‌انگیزی درون بدن انسان را مشاهده کنند. اولین اسکنر ام آر آی که برای تصویر برداری از بدن انسان استفاده شد در سال 1977 در نیویورک ساخته شد. از آن زمان به بعد این فناوری پیشرفت زیادی کرده است و اکنون از MRI برای بررسی داخل بدن انسان به صورت مکرر استفاده می‌شود. مزیت دستگاه‌های MRI برخلاف دستگاه‌های تصویر برداری اشعه ایکس یا سی‌تی اسکن این است که اشعه‌ای به بدن داده نمی‌شود و به این دلیل است که استفاده از این روش تشخیصی بیش از پیش مورد توجه متخصصین قرار گرفته است. در این مطلب با فیزیک دستگاه‌های ام ار ای آشنا می‌شوید و البته اگر قصد انجام ام آر آی دارید بعد از خواندن این مطلب متوجه خواهید شد که چه چیزی انتظار شما را می‌کشد.
فیزیک مغناطیس‌های دستگاه ام ار آی چیست؟
در تصویربرداری تشدید مغناطیسی یا MRI از آهنرباهای ابررسانا برای ایجاد تصاویری از ساختارهای داخلی، اندام‌ها و بافت‌های بیمار استفاده می‌شود. میدان مغناطیسی در این ساختار بسیار بالا است در حقیقت یک اسکنر MRI با قدرت 1.51.5 تسلا دارای یک میدان مغناطیسی است که اندازه این میدان تقریباً 30,000 برابر میدان مغناطیسی زمین است. از امواج رادیویی برای ایجاد داده در طول اسکن MRI استفاده می‌شود و قسمت‌های دیگر دستگاه این داده‌ها را جمع‌آوری کرده و به رایانه‌ها می‌فرستند. این داده‌ها توسط رایانه به صورت عکس ترجمه شده و در اختیار رادیولوژیست قرار می‌گیرد.
چگونه میدان مغناطیسی در دستگاه ام آر آی تولید می‌شود؟
تشدید
پروتون‌های هیدروژن
میدان مغناطیسی اصلی
میدان مغناطیسی اصلی یک سیستم MR یا تشدید مغناطیسی توسط یک جریان الکتریکی بزرگ عبوری از سیم‌های رسانا به شکل حلقه‌هایی در اطراف آهنربای سیستم تصویربرداری شکل می‌گیرد.
یک سیستم معمولی MR بالینی دارای قدرت مغناطیسی 1.5 تسلا است (هر تسلا ۱۰,000 گاوس است). سیم‌های رسانا در هلیوم مایع غوطه ور می‌شوند (در دمای ابررسانا) بنابراین میتوان از جریان‌های بسیار زیاد برای تولید میدان مغناطیسی قوی استفاده کرد. آهنرباها را میتوان توسط منبع تغذیه رمپ کرد (برای تزریق جریان الکتریکی به سیم پیچ) و سپس منبع تغذیه را از سیستم جدا کرد. سیستم تصویربرداری می‌تواند این جریان الکتریکی را سال‌ها حفظ کند (بدون نیاز به تزریق جریان الکتریکی اضافی) و افت بسیار کمی در جریان الکتریکی و میدان مغناطیسی رخ دهد با این حال لازم است که سطح هلیوم مایع در آهنربا در فواصل منظم پر شود (بسته به طراحی آهنربا هر ماه یک بار تا چند سال یک بار).
میدان مغناطیسی اصلی
با قرار دادن اجزای بالا در کنار هم، پروتون‌های موجود در بدن انسان که دارای بار مثبت هستند و حول محورهای خود می‌چرخند مانند آهنرباهای کوچک عمل می‌کنند. این پروتون‌ها در حالت عادی جهت‌گیری تصادفی دارند و بدین ترتیب میدان‌های مغناطیسی آن‌ها با یکدیگر جمع نمی‌شوند بلکه یکدیگر را حذف می‌کنند.
هنگامی که پروتون‌های موجود در بدن را در یک میدان مغناطیسی قوی قرار می‌دهیم که این میدان مغناطیسی قوی نامیده می‌شود، بعضی از آن‌ها در جهت میدان مغناطیسی و برخی دیگر در جهت مخالف میدان مغناطیسی قرار می‌گیرند.
در این حالت میدان مغناطیسی بسیاری از پروتون‌ها حذف می‌شوند اما میدان مغناطیسی تعدادی از پروتون‌ها با میدان مغناطیسی اصلی همسو می‌شوند و یک مغناطش خالص ایجاد می‌کنند که به موازات میدان مغناطیسی اصلی قرار دارد. این مغناطش خالص منبع سیگنال MR شده و برای تولید تصاویر MR استفاده می‌شود.
دستگاه مختصات
از آنجا که در تمام سیستم‌های فیزیکی یک راستا به عنوان راستای مرجع معرفی شده و تمام محاسبات بر اساس راستای مرجع صورت می‌گیرد در یک دستگاه MRI نیز مشخص کردن جهت دستگاه مختصات سیستم مهم است زیرا محاسبات مربوط به این دستگاه را آسان‌تر می‌کند. بدین ترتیب جهت موازی با میدان مغناطیسی اصلی دستگاه جهت طولی در نظر گرفته می‌شود که ممکن است جهت نیز نامیده شود .
رای آهنرباهای ابررسانای استوانه‌ای با قدرت 1.5 جهت راستای افقی است. صفحه عمود بر این جهت صفحه عرضی یا صفحه نامیده می‌شود. برای یک بیمار که در یک آهنربای ابررسانا به صورت تاق باز خوابیده است و ابتدا سر او وارد تونل دستگاه شده، جهت اغلب به صورت چپ به راست بیمار و جهت اغلب به صورت جلو به عقب انتخاب می‌شود. جالب این است که در این حالت صفحه عرضی با محور آهنربای معمولی با قدرت 1.5 منطبق است.
حرکت تقدیمی
حرکت تقدیمی به معنی جابه جایی تدریجی راستای محور چرخش زمین یا هر جسم چرخان که مخروطی فرضی را در فضا ایجاد می‌کند است.
یک فرفره که در حال چرخش حول محورش است را در نظر بگیرید نیروی جاذبه تلاش می‌کند تا قسمت بالای فرفره را به سمت پایین بکشد تا جایی که فرفره سقوط کند. تاثیر این دو نیرو سبب می‌شود فرفره از محور چرخش خود منحرف شود.
همین اتفاق در حرکت تقدیمی هسته‌ای نیز رخ می‌دهد. پروتون‌هایی وجود دارند که در حال چرخش هستند و مانند آهنرباهای کوچک عمل می‌کنند. اگر این پروتون‌های در حال چرخش را در یک میدان مغناطیسی قوی قرار دهیم نیروی حاصل از میدان مغناطیسی با پروتون‌های در حال چرخش برهم کنش می‌کنند و منجر به حرکت تقدیمی پروتون‌ها می‌شوند. این موضوع در شکل زیر نیز نمایش داده شده است.
فرکانس حرکت تقدیمی یعنی تعداد چرخش‌های پروتون در ثانیه مهم است. در حقیقت باید همانطور که فرکانس حرکت آونگ را در حرکت نوسانی می‌دانیم از مقدار این فرکانس نیز مطلع باشیم. فرکانس تقدیمی پروتون باعث ایجاد موقعیتی می‌شود که از طریق آن میتوان از پدیده تشدید برای انتقال کارآمد انرژی به پروتون‌ها استفاده کرد.
فرکانس تقدیمی پروتون در این حالت از معادله لارمور تعیین می‌شود که در آن فرکانس برابر با حاصلضرب یک ثابت در قدرت میدان مغناطیسی اصلی یا 0 است.
0= 0
ثابت در معادله بالا را «نسبت ژیرومغناطیسی» (Gyromagnetic Ratio) می‌نامند و مقدار آن بستگی به نوع هسته دارد. برای پروتون‌های هیدروژن مقدار این ثابت برابر با 42.6 است.
قدرت اصلی میدان مغناطیسی 0 به طراحی آهنربا بستگی دارد. برای یک سیستم ابررسانای معمولی MR قدرت میدان مغناطیسی در حدود 1.5 است. در نتیجه فرکانس حرکت تقدیمی پروتون‌ها در این میدان مغناطیسی برابر با 42.6 یا 64 (64 میلیون در ثانیه) است.
انرژی فرکانس رادیویی
انرژی فرکانس رادیویی یا RF از تغییر سریع میدان‌های مغناطیسی و الکتریکی تولید شده توسط الکترون‌هایی که در حلقه‌های سیم در جهت جریان در حال حرکت هستند و با فرکانس‌های رادیویی نوسان می‌کنند، تامین می‌شود. میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط جریان الکترون نیز به سرعت جهت را تغییر می‌دهد.
