همه چیز در مورد دستگاه MRI
دستگاه تصویربرداری تشدید مغناطیسی (MRI) (Magnetic Resonance Imaging)
تاریخچه:
اصول تصویربرداری تشدید مغناطیسی ( MRI ) بر پایه تشدید مغناطیسی NMR در سال ۱۹۴۰ به وسیله Bloch و Purcell به طور جداگانه کشف شد و از آن پس به عنوان یکی از شاخه های مهم علوم فیزیک و شیمی در آمد. در ابتدا شیمیدانها از NMR برای درک بهتر خواص مواد استفاده می کردند، اما کاربرد آن در سیستم های بیولوژیک در اوایل سال ۱۹۷۱ مرسوم شد.
از آن زمان تا کنون NMR به مدد پیشرفت تکنولوژی به عنوان یکی از روشهای بسیار مفید در تشخیص بیماریها مورد استفاده قرار می گیرد.
اصول اساسی تشدید مغناطیسی هسته (NMR)
بدن انسان مانند تمام مواد دیگر از میلیون ها اتم ساخته شده است.
هسته هر اتم به تنهایی همانند یک مغناطیس کوچک عمل می کند.
در هسته هراتم پروتونها، به صورت زوج دارای اسپین های مخالف بوده و لذا خاصیت مغناطیسی یکدیگر را خنثی می کنند. لذا هسته هایی که دارای پروتون با تعداد فرد هستند، دارای اسپین یا ممنتم زاویه ای در جهت خاص هستند.
بنابراین تنها عناصر و ایزوتوپ هایی مانند هیدروژن (Z=1) ، کربن (Z=13) ، اکسیژن (Z=17) ، سدیم (Z=23) ، فسفر (Z=31) و کلسیم (Z=43) دارای خاصیت اسپین هستند و سایر هسته ها فاقد آن می باشند.
در بدن انسان از بین این عناصر، هیدروژن بیشترین مقدار را دارا است. همچنین اتم هیدروژن تنها دارای یک پروتون بوده و دارای ممان مغناطیسی بزرگ می باشد. بنابراین وقتی اتم هیدروژن در یک میدان مغناطیسی قرار گیرد، اسپین های آن تمایل زیادی به هم جهت شدن با میدان مغناطیسی دارند.
در اثر قرار گرفتن اتم هیدروژن در میدان مغناطیسی، پروتونهای آن علاوه بر حرکت چرخشی به دور خود می توانند تحت شرایط خاص، دارای حرکت گردشی به دور محور میدان مغناطیسی B نیز بشوند.
در دستگاه MRI ، پالس RF دقیقاً به بخشی از بافت مورد نظر که قرار است تصویربرداری شود، ارسال می شود. این پالس باعث می شود پروتونهای اتم هیدروژن آن ناحیه پس از جذب انرژی شروع به گردش دور محور میدان مغناطیسی با فرکانس لارمور کنند
وقتیکه پالس RF قطع شد، پروتونهای اتم هیدروژن شروع به برگشتن به حالت اولیه کرده و انرژی ذخیره شده در خود را با یک ثابت زمانی مشخص آزاد می کنند.
به محض انجام این کار، سیگنالی از آنها ساطع می شود که این سیگنال ثبت شده و پس از تقویت و دیجیتال شدن برای پردازش به کامیپوتر ارسال می شود. سپس با گرفتن تبدیل فوریه از سیگنال های دریافتی، دامنه آن در فرکانسهای مختلف آشکار شده و پس از انجام پردازش بعدی این مقادیر به تصویر MRI تبدیل می شوند.
مقدار انرژی که توسط پروتونهای بافت هدف جذب می شود وابسته به شدت و مدت زمان موج RF متفاوت است. همچنین مقدار و مدت زمانی که از پروتونهای بافت هدف انرژی آزاد می شود بستگی به ترکیبات شیمیایی و مواد اطراف آن دارد.
بنابراین تصویر به دست آمده از هر بافت با بافت دیگر متفاوت خواهد بود.
اجزای دستگاه MRI :
دستگاه MRI شامل بخشهای زیر است:
۱.مغناطیس آهنربا
۲.سیم پیچ های فرکانس رادیویی (RF Coils)
۳.سیم پیچ های گرادیان (Gradient Coils)
۴.کنسول اپراتور
۵.تخت بیمار
۶. نمایشگرهای تصویر
۱. مغناطیس آهنربا
برای انجام تصویربرداری تشدید مغناطیسی، باید نمونه در یک میدان مغناطیسی قرار گیرد. میدان مغناطیسی مورد استفاده باید کاملاً یکنواخت باشد تا کیفیت تصاویر کاهش پیدا نکند. شدت میدان مغناطیسی مورد نیاز در دستگاه MRI بین ۰.۵ تا ۲ تسلا است. که این میدان در مقایسه با میدان مغناطیسی زمین که برابر ۰.۵گاوس )هر گاوس برابر یک ده هزارم تسلا می باشد( است مقدار بسیار بزرگی است. شدتهای بیش از ۲ تسلا در زمینه های تحقیقاتی مورد استفاده قرار می گیرند وکاربرد تشخیصی ندارند
الف) مغناطیس های دائمی (permanent magnet)
آهن ربای دائمی از آلیاژهای مغناطیسی دائمی یا مواد سرامیکی آهنی مغناطیسی ساخته شده اند که در داخل یک قاب استیل قرار می گیرند و ایجاد میدان مغناطیسی در آنها نیازمند هیچگونه نیروی مغناطیسی نیست. تقریباً میدان مغناطیسی فرعی )میدان مغناطیسی خارج از خود ساختمان آهن ربا ( در این موارد وجود ندارد. بنابراین در هنگام انتخاب محل، هیچگونه ضرورتی به در نظر گرفتن اثر مغناطیسی بر تجهیزات مجاور وجود نخواهد داشت
ب) مغناطیس های مقاومتی (resistive magnet)
در آهن رباهای الکتریکی مقاومتی جریان الکتریکی عبور کننده از چهار تا شش سیم پیچ حلقوی یک میدان مغناطیسی را ایجاد می کند. مقاومت الکتریکی سیم پیچ ها، قدرت میدان در آهن رباهای مقاومتی را تا ۰.۵ تسلا یا کمتر محدود می کند. جرِیان موجود موجب ایجاد گرما می شود که باید توسط عناصر خنک کننده آهن ربا را خنک کند.
ج) مغناطیس های فوق هادی (super conductive magnet)
آهن رباهای ابررسانایی مشابه آهن رباهای الکتریکی مقاومتی عمل می کنند به جز آنکه سیم پیچ های انتقال دهنده جریان در آنها از آلیاژ نیوبیوم – تیتانیوم ساخته شده اند که درحرارت های پایین مقاومت صفردارند و قادرند بدون نیاز به ولتاژ محرکه جریان را به طور دائمی به گردش در آورند. این سیم پیچها در هلیوم مایع در دمای ۲۶۹ – درجه سانتیگراد نگه داشته می شوند. کل سیم پیچ داخل داخل حمامی از نیتروژن مایع عایق با دمای ۲۰۰ – درجه سانتیگراد قرار دارد.
۲. سیم پیچ های فرکانس رادیویی(RF Coils)
از آنجا که حجم تصویربرداری شده و به عبارت دیگر اندازه جثه بیمار، کارایی سیم پیچ RF را تحت تأثیر قرار می دهد اغلب دستگاه های MRI از سیم پیچ های مجزایی برای تصویربرداری سر و تنه استفاده می کنند. سیم پیچ های RF کوچکتر موسوم به سیم پیچ های صفحه ای به منظور تصویربرداری با قدرت تفکیک بالا از مهره ها، صورت، زانو، شانه ها و اندام ها طراحی شده اند. سیم پیچ های کمربندی یا زینی، سیم پیچ های حلقوی یا دورگرد، سیم پیچ های سلنوئید و یا سیم پیچ های قابل انعطاف نیز در دسترس می باشند که توسط تولیدکنندگان دستگاه ارایه می شوند.
۳. سیم پیچ های گرادیان (Gradient Coils)
علاوه بر میدان های مغناطیسی یکنواخت در MRI میدان های متغیر دیگری به نام گرادیان نیز وجود دارند. این سیم پیچ ها معمولا الکترومگنت های مقاومتی هستند که توسط تقویت کننده هایی با قابلیت تنظیم دقیق و سریع جهت و اندازه میدان ، تغذیه می شوند. این گرادیان ها دارای قدرتی در حدود ۲۰ تا ۱۰۰ میلی تسلا بر متر هستند. در واقع آنها جهت میدان مغناطیسی اصلی را در یک سطح محلی تغییر میدهند و این گرادیان است که صفحه تصویر برداری را تعیین می کنند. سرعت اسکن به عملکرد سیستم گرادیان وابسته است به طوری که گرادیان های قوی تر دارای سرعت تصویر برداری بیشتری هستند
۴. کنسول اپراتور
کلیه مدارات مربوط به پردازش داده و تبدیل آن به تصویر قابل فهم توسط کاربر در این بخش قرار دارد. علاوه بر این کنترل کل سیستم MRI و نیز تنظیم تمام فرامینی که توسط کاربر تعیین می شود در این بخش انجام می شود
۵. تخت بیمار
در دستگاه MRI بر خلاف سی تی اسکن نیازی به حرکت دادن تخت بیمار حین اسکن نیست. وظیفه تخت فراهم کردن شرایط مناسب برای بیمار حین تصویر برداری MRI می باشد به نحویکه بیمار حین عملیات تصویر برداری حرکتی نداشته باشد
۶. نمایشگرهای تصویر
پس از اینکه سیگنال های RF توسط کامپیوتر دریافت و پردازش شدند نیاز به نمایش تصاویر بازسازی شده به کاربر می باشد. این کار توسط نمایشگرهای مختلفی که در اختیار کاربر در اتاق جداگانه ای قرار داده شده اند انجام می شود
مراحل تصویربرداری به روش MRI:
۱.قسمت مورد نظر ازبدن بیمار در یک میدان مغناطیسی ثابت و قوی قرار می گیرد.
۲.یک سری میدانهای مغناطیسی متغیر با شدت کم به بیمار اعمال می شوند.
۳.در همان حال یکدسته امواج رادیویی با طول موج معین، به صورت پالس تابیده می شود.
۴.پس از هر پالس امواج رادیویی، از بدن بیمار سیگنالهای الکتریکی دریافت می گردد.
۵.این علایم توسط کامپیوتر پردازش شده و به صورت تصویر در روی صفحه نمایشگر ظاهر می شود.
نمایش شماتیکی دستگاه MRI:
مزایای تکنیک MRI نسبت به سایر روشهای تصویرنگاری:
· هیچ آمادگی قبلی خاصی، مثل تزریق ماده حاجب و غیره برای بیمار ضروری نیست.
· به کمک این سیستم، نه تنها آناتومی عضو مورد نظر، بلکه بیوشیمی و فیزیولوژی آنرا نیز می توان بررسی کرد.
· به کمک این روش علاوه بر مقاطع عرضی می توان مقاطعsagittal ، coronal و axial از هر ناحیه مورد نظر تهیه کرد
· این تکنیک خطرات ناشی از اشعه x را به همراه ندارد.
· این سیستم ابعاد حقیقی عضو را در اختیار ما می گذارد.
نکات ایمنی دراستفاده از دستگاه MRI:
· میدان مغناطیسی دستگاه MRI در مقایسه با میدان مغناطیسی زمین مقدار بسیار بزرگی است.
· تحت این میدان مغناطیسی قوی هر جسم فلزی که در اتاق MRI قرار داشته باشد، با شدت زیاد به سمت آن کشیده می شود.
· به عنوان مثال گیره های کاغذ، خودکار فلزی، دسته کلید، قیچی و هر جسم کوچک فلزی دیگر می توانند با سرعت بالا به سمت مغناطیس آهنربای دستگاه MRI و جایی که بیمار در آن قرار گرفته است، پرتاب شوند.
· اجسامی مثل سطل فلزی، کپسول اکسیژن، برانکارد، دستگاه مانیتور قلبی، و اجسام بی شمار دیگری از این قبیل ممکن است به سمت آهنربای مغناطیسی دستگاه با شدت زیاد کشیده شوند
برخی از گیره های جراحی که در درمان آئوریسم های مغزی مورد استفاده قرار می گیرند، می توانند تحت تأثیر میدان مغناطیسی، حرکت کنند و صدمات بالقوه مرگباری را برای بیمار ایجاد کنند. بنابراین باید افراد به دقت مورد غربالگری قرار گیرند تا اطمینان حاصل شود که این گیره ها از جنس مواد آهنی، نظیر آلیاژهای استیل ضد زنگ نباشد. پروتزهای دندانی، سیم کشی های دندان، یا هر گونه ابزار کاشتنی در بدن، می توانند کیفیت تصویر را به نحو قابل ملاحظه ای تحت تأثیر قرار دهند یا برای بیمار خطرناک باشند. اغلب پروتزهای ارتوپدی، از اجزای استیل ضد زنگ غیر آهنی و مواد غیرفلزی تشکیل شده اند و به میزان مختصری در تصویربرداری، تداخل ایجاد می کنند.
ضربان سازهای قلبی، نباید تحت تأثیر نامطلوب ناشی از قدرت های میدان مغناطیسی بیش از ۰/۰۰۱ تسلا قرار می گیرند. بنابراین تمام بیماران دارای ضربان ساز قلبی، نباید در نواحی دارای آهن ربا قرار داشته باشند و باید از دستگاه MRI نیز اجتناب کنند. سایر ابزارهای مکانیکی یا الکترونیکی کار گذاشته شده در بدن نظیر حلزون کاشته شده، محرک های عصبی و یا پمپ های انفوزیونی قابل کاشت نیز می توانند متأثر از مغناطیس آهنربای دستگاه MRI شوند.
دیدگاهتان را بنویسید