در تکنیک های مختلفی که در حوزه تصویربرداری پزشکی برای تشخیص بهتر و سریع تر و به تبع ان درمان بیماری های مختلف کاربردهای فراوانی دارند (که از جمله این روش ها می توان رادیوگرافی و سی تی اسکن را نام برد ) ، تصویربرداری به وسیله تابش اشعه ایکس صورت می پذیرد . هنگامی که پای اشعه ایکس به میان می اید ، همیشه میزان خطر ان برای بدن فرد بیمار نیز مطرح می شود . چرا که اگر بدن بیمار بیش از حد معینی تحت تاثیر اشعه ایکس قرار گیرد ، می تواند موجب بروز خطرات و اسیب هایی شود که از جمله ان می توان اختلال در عملکرد سلول های بدن فرد را نام برد . یکی از برتری های MRI این است که در این تکنیک از اشعه ایکس استفاده نمی شود .
سیر رشد و تحولی
پدیده تشدید در مورد هسته‌های اتم اولین بار توسط فلیکس بلانچ (Flix-Blanch) و ادوارد بورسل (Edvard-Borsel) در سال ۱۹۴۶ کشف شد. این دو دانشمند به خاطر این کار در سال ۱۹۵۲ 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 ۱۹۵۰ تا ۱۹۷۰ 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 ۱۹۷۰ 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 بارریموند 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.
MRI مخفف کلمات Magnetic Resonance Imaging به معنی تصویر برداری تشدید مقناطیسی می‌باشد. به این روش NMR نیز اطلاق میشود که مخفف کلمات Nuclear magnetic Resonance به معنی تشدید هسته‌ای مقناطیسی نیز می‌‌گویند، که در کتابهاو کاربردهای پزشکی واژه MRI کاربرد بیشتری دارد.
امواج مورد استفاده در ام آر آی از جنس امواج رادیویی و مغناطیسی هستند که ضرری برای بدن ندارند. ام آر آی از این واقعیت فیزیکی استفاده میکند که پروتون هایی که در هسته اتم ها قرار گرفته اند مانند کره زمین در حول محور ود با سرعت زیادی میچرخند و در نتیجه یک میدان معناطیسی در اطراف خود تشکیل میدهند.
در ام آر آی بیمار در یک میدان مغناطیسی بسیار قوی قرار میگیرد. این میدان موجب میشود محور چرخش پروتون های هسته اتم ها در تمام بافت های بدن (بخصوص پروتون هایی که در هسته مولکول آب قرار دارند) در امتداد خطوط میدان مغناطیسی ام آر آی قرار گیرند. سپس امواج رادیویی خاصی به سوی بدن بیمار تابانده میشود. این امواج که بصورت پالس فرستاده میشوند موجب میگردند تا محور چرخش پروتون ها کمی تغییر کند. با اتمام پالس ردیویی، محور چرخش پروتون مجددا در امتداد خطوط میدان مغناطیس برمیگردد. این برگشت موجب ایجاد یک موج رادیویی (الکترومغتاطیسی) جدید میشود.
سپس این امواج رادیویی ثانویه که از تک تک پروتون ها ساطع میشوند به توسط گیرنده های دستگاه ام آر آی دریافت شده و به کامپیوتر آن ارسال میگردند. کامپیوتر ام آر آی بسیار پرقدرت و با توان محاسباتی بالا است. در این کامپیوتر امواج دریافت شده بسرعت تحلیل شده و سپس تصاویری براساس این تحلیل ها ساخته میشود که پزشک آنها را بر روی مانیتور دستگاه میبیند و در صورت لزوم آنها را چاپ میکند.
در کامپیوتر ام ار آی مشخص میشود که چه جاهایی از بدن موج رادیویی بیشتری از خود ساطع کرده اند. هرچه شدت موج دریافتی از نقطه ای از بدن بیشتر باشد نشانه تراکم بیشتر پروتون در آن نقطه است و چون فراوان ترین اتم بدن که پروتون دارد اتم هیدروژنی است که در مولکول آب قرار دارد پس هرجایی که موج رادیویی بیشتری ارسال کرده است در واقع آب بیشتری داشته است.
ام آر آی یک روش تصویربرداری دقیق و پرقدرت برای تشخیص مشکلات و بیماری های بافت های بدن است. یکی از نقاط تمایز این روش با سی تی اسکن در این است که در ام آر آی تصاویر بافت های نرم مانند غضروف، تاندون، لیگامان، عصب و رگ ها بسیار واضح و دقیق دیده میشوند و این روش تصویربرداری بخصوص برای تشخیص بیماری های این بافت ها مفید است. پس از ام آر آی بیشتر در بررسی مشکلات بافت های نرم بدن استفاده شده در حالیکه سی تی اسکن بیشتر برای بررسی استخوان ها و ضایعات و آسیب های آن مفید است.
روش تصویربرداری MRI بر پایه پدیده تشدید مغناطیسی هسته هیدروژن استوار است. ذرات اتمی در داخل و خارج هسته دارای حرکت اسپینی (چرخش به دور خود) و حرکت انتقالی هستند.
حرکت اسپینی پروتون به علت باردار بودن این ذره موجب ایجاد میدان الکتریکی در اطراف آن می شود و چون یک ذره باردار متحرک است، به صورت یک مغناطیس کوچک عمل کرده و در اطراف خود یک میدان مغناطیسی ایجاد می کند. تمام هسته هایی که دارای اسپین فرد هستند، اگر در میدان مغناطیسی قوی خارجی واقع شوند، سعی می کنند در راستای میدان مغناطیسی قرار گیرند. هیدروژن ساده ترین و فراوانترین عنصر در بدن انسان است. اتم هیدروژن شامل یک پروتون و یک الکترون است. هر مولکول آب حاوی دو اتم هیدروژن است. مولکولهای بزرگتر مثل چربی ها و پروتئین ها، حاوی تعداد زیادی اتمهای هیدروژن هستند. بدن در حالت عادی تحت تأثیر میدان مغناطیسی زمین ۰۶/۰ گوس( تسلا) است. این میزان در مقایسه با میدان خارجی که در MRI اعمال می شود، بسیار کوچک است. پس از برقراری میدان مغناطیسی قوی، خارجی مغناطیس های کوچک، خود را در جهت میدان (یا در خلاف جهت میدان) تنظیم می کنند.
در نهایت برایند محورهای مغناطیسی مغناطیس های کوچک در جهت میدان اصلی است. این بردار برآیند را بردار مغناطیسی خالص (MNV) می نامند. در حالت تعادل، بردار NMV راستای محور میدان مغناطیسی اصلی است. حرکت مارپیچی مغناطیس های کوچک دارای یک فرکانس بخصوص است. این فرکانس، فرکانس تشدید یا فرکانس لامور خوانده می شود.
تشدید عبارت است از پاسخ تقویت شده به یک محرک که دارای فرکانس طبیعی مشابه است. برای منحرف کردن مغناطیس های کوچک از حالت اولیه، هر نوع انرژی و هر مقدار را نمی توان اعمال کرد. این انرژی باید فرکانسی بوده و فرکانس آن با فرکانس حرکت مغناطیس های کوچک هماهنگ و یکسان باشد تا براحتی توسط آنها جذب شود. بهترین نوع انرژی، امواج الکترومغناطیس است. فرکانس مورد نیاز جهت منحرف کردن مغناطیس ها از میدان مغناطیسی خارجی در محدوده مورد استفاده در MRI در حدود فرکانس امواج رادیوئی است. لذا به این امواج، امواج رادیوئی RF می گویند. پس با اعمال پلاس رادیوئی بردار برایند از امتداد میدان اصلی منحرف می گردد. با قطع پالس RF مغناطیس ها با حرکت مارپیچی با همان فرکانس لارمور به جهت میدان مغناطیس اولیه باز می گردند و چون در حین بازگشت به جهت میدان اصلی خارجی خطوط میدان مغناطیسی را قطع می کنند، در اثر این عمل ولتاژ الکتریک در کویل گیرنده القا می شود. این ولتاژ همان سیگنال MR است. جریان الکتریک ناشی از این ولتاژ اولاً تناوبی است ثانیا دامنه آن بر حسب زمان کاهش می یابد. سیگنال تولید شده در اثر این نوع جریان را به دلیل ماهیت ویژه آن میرایی القایی آزاد(FID) می نامند. سیگنال FID دارای سه ویژگی است:
۱) سیگنال دارای دامنه ای است که بستگی به الف) میدان مغناطیسی خارجی و ب) تراکم یا دانسیته پروتون دارد. در صورت یکسان بودن سایر عوامل، هرچه دانسیته پروتونهای در حال حرکت بیشتر باشد، سیگنال مغناطیسی قوی تری ایجاد می شود، پس شدت سیگنال تولید شده بستگی به تعداد هسته های هیدروژن در یک حجم معین از بافت دارد. بیشتر بافتهای نرم غیر از چربی، تعداد مشابهی پروتون در واحد حجم خود دارند بنابراین ایجاد تمایز بین این بافتها جهت تصویربرداری به روش هایی غیر از استفاده از دانسیته پروتونی انجام می گیرد.
۲) زمان آسایش IT:
بردار مغناطیسی خالص دارای دو مؤلفه طولی و عرضی است. مؤلفه طولی، تصویر این بردار بر روی محور طولی است و در راستای میدان مغناطیسی اصلی قرار دارد. مولف عرضی در صفحه ای عمود بر راستای میدان قرار گرفته است. یک پالس رادیوئی با دامنه مناسب و یا مدت زمان مناسب، تمام NMV یک گروه از پروتون ها را از سطح طولی به سطح عرضی می چرخاند. پس از قطع پالس رادیوئی، مولف طولی NMV به صورت نمایی است و آسایش TI نامیده می شود. زمان آسایش TI زمان مورد نیاز برای احیای بردار مغناطیسی طولی به مقدار ۶۳% سطح اولیه آن در حالت تعادل است. تفاوت در زمانهای آسایش TI بستگی به اتصال پروتون ها در بافت های مختلف دارد. پروتون ها در انواع مختلفی از بافتها زمانهای آسایش متفاوتی دارند، زیرا قابلیت ارتجاعی آنها و همچنین باندهای شیمیائی آنها متفاوت است. تفاوت در زمانهای ذیل است:
۱) Flipping Angle
۲) Free Induction Drcay
۳) Spin-Latice Relaxtion Time
آسایش TIجهت تشکیل تصاویر وزنی TI استفاده می شوند. طولا نی ترین زمان آسایش مربوط به آب خالص است که حدود ۳ ثانیه است. زمانهای آسایش برای GSF و ادرار بین ۲ تا ۳ ثانیه است. بافت چربی زمان آسایشی برابر ۱۰۰ تا ۱۵۰ میلی ثانیه دارد. مایعاتی مثل موکوس و مایع سینوویال TI کوتاهتری دارند. اغلب نئوپلاسم های بدخیم دارای TI طولانی تر از بافت های خوش خیم هستند. به طور کلی با افزایش قدرت میدان مغناطیسی، زمان آسایش TI برای بافت های مختلف افزایش می یابد.
۳) زمان آسایش T2 :
استهلاک بردار مغناطیسی عرضی به صورت آسایش T2 تعریف می گردد. میزان این میرایی نیز مانند میرایی T1 یک روند نمائی است و مدت زمانی است که طول می کشد تا ۳۷% درصد از جزء مغناطیسی عرضی از دست برود. زمان آسایش T2بستگی به میدان کنش بین پروتون ها در یک حجم کوچک از بافت دارد. وقتی یک پالس تحریک کننده رادیوئی پروتون ها را از امتداد خارج می کند تمام پروتون ها حرکت تقدیمی را با فرکانس لامور خود آغاز می کنند. در آغاز حرکت تقدیمی تمام آنها در یک خاص در یک امتداد یکسان هم جهت هستند یا در حالت فاز قرار دارند. به دلیل اینکه میدانهای مغناطیسی موضوعی اطراف پروتون های مختلف کاملا یکسان نیست، برخی از پروتون ها تندتر و برخی دیگر کندتر از بقیه حرکت تقدیمی خود را انجام می دهند.
به دلیل این تفاوت های کوچک در میدانهای مغناطیسی موضعی، پروتون ها بتدریج از حالت فاز خارج شده و دیگر هم زمان و هم سو با یکدیگر نخواهند بود. زمان آسایش T2 مدت زمانی است که طول می کشد تا پروتون ها از فاز خارج شوند.زمان آسایش T2 یک بافت همواره کوتاهتر از زمان آسایش T1 است. زمان آسایش T2 تحت تأثیر قدرت میدان قرار نمی گیرد.
بنابراین در MRI تشخیص برای تشکیل تصویر و ایجاد تمایز(کنتراست) بین بافتها می توان از سه عامل سود جست:
۱) دانسیته پروتونی بافت ها (Proton Density) یا PD .
۲) زمان آسایش T2 بافت های مختلف و
۳) زمان آسایش T2 بافت های مختلف.
ام آر آی چگونه انجام می شود؟
امواج مورد استفاده در ام آر آی از جنس امواج رادیویی و مغناطیسی هستند که ضرری برای بدن ندارند. این روش تصویربرداری دردناک نیست.
در ام آر آی ابتدا بیمار در یک میدان مغناطیسی قوی قرار گرفته و سپس امواج رادیویی به سوی او تابیده می شوند.
بافت های بدن در جواب به این موقعیت، امواج رادیویی دیگری را از خود ساطع می کنند.
با دریافت این امواج رادیویی که از بدن بیمار ساطع می شود و تحلیل این امواج توسط یک کامپیوتر پرقدرت، تصاویری بر روی مانیتور دستگاه ایجاد می شود که سطح مقاطعی از اندام مورد نظر را نشان می دهد.
ام آر آی یک روش تصویربرداری دقیق و پرقدرت برای تشخیص مشکلات و بیماری های بافت های بدن است.
یکی از نقاط تمایز این روش با سی تی اسکن در این است که در ام آر آی تصاویر بافت های نرم مانند غضروف، تاندون، لیگامان، عصب و رگ ها بسیار واضح و دقیق دیده می شوند و این روش تصویربرداری برای تشخیص بیماری های این بافت ها مفید است.
در انجام ام آر آی، بیمار باید به چه نکاتی توجه کند؟
دستگاه ام آر آی معمولا به شکل یک اتاقک کوچک است که تونلی در درون آن وجود دارد. تختی در جلوی این تونل قرار دارد که می تواند به درون آن حرکت کند.
برای انجام ام آر آی، بیمار روی تخت دراز می کشد و سپس به داخل تونل می رود.
در مدت انجام تصویربرداری، تخت بیمار در داخل تونل حرکت می کند. مدت تصویربرداری با ام آر آی طولانی تر از سی تی اسکن است و بیمار در مدت کار کردن دستگاه باید بی حرکت باشد، زیرا حرکت بیمار موجب می شود تا تصویر به دست آمده محو و غیر دقیق باشد.
در حین انجام ام آر آی ممکن است صداهایی از دستگاه شنیده شود که طبیعی است.
ممکن است قبل از انجام ام آر آی، دارویی به بیمار تزربق شود. اگر بیمار به بعضی داروها حساسیت دارد، حتما قبل از تزریق دارو باید آن را به اطلاع پرسنل پزشکی حاضر در اطاق ام آر آی برساند. اگر بعد از تزریق، بیمار احساس بدحالی کرد، باید آن را فورا به پرسنل پزشکی اطلاع دهد.
قبل از ورود به اتاق ام آر آی، بیمار باید تمام وسایل فلزی را از خود دور کند، وگرنه ممکن است جذب مغناطیس دستگاه شوند.
اگر در داخل بدن شما وسایل فلزی کارگذاشته شده است، باید قبل از انجام ام آر آی به پزشک خود اطلاع دهید.
کدام قسمت های بدن را می توان ام آر آی کرد؟
موارد کاربرد MRI بسیار زیاد است که در این جا فقط چند نمونه ذکر می شود:
۱- ام آر آی مغز: ام آر آی در بررسی مغز، نخاع، چشم، گوش و بسیاری از دیگر اعضای موجود در ناحیه سر و گردن به کار می رود.
باید یادآور شد که نخستین بار از این روش برای بررسی مغز و نخاع استفاده گردید و ام آر آی به میزان زیادی به یاری متخصصین و جراحان مغز و اعصاب آمد.
از این روش در تشخیص پارگی و جابجایی دیسک های بین مهره ای ستون فقرات، صدمات و تومورهای نخاع، تومورهای مغز، خونریزی ها و به خصوص سکته های مغزی استفاده می شود.
در برخی موارد خاص که تشخیص آن بر عهده پزشک معالج شماست، ممکن است نیاز به استفاده از ماده گادولینیوم جهت تصویربرداری در روش ام آر آی باشد. در این نوع تصویربرداری، تصاویر کاملا تفکیک‌شده‌‌‌‌ای از بخش‌‌‌‌های مختلف مغز گرفته میشود و وضعیت بیماران مبتلا به سردرد حمله‌‌‌‌ای و ناگهانی، ضعف و دوبینی با MRI مغز قابل بررسی است.
۲- ام آر آی ستون مهرهها: معمولا برای بررسی بیرون‌زدگی یا ورم غیرعادی دیسک، تنگ شدن و ناراحتی کانال میانی ستون مهرهها (تنگی کانال نخاع) کاربرد دارد.
علاوه بر این، این نوع تصویربرداری بهترین شیوه برای بررسی وضعیت آسیب‌‌‌‌ها و مشکلات عودکننده (بازگشت‌کننده) ستون مهرهها در بیمارانی است که مورد عمل جراحی ستون مهرهها قرار گرفته‌‌‌‌اند.
۳- ام آر آی استخوان و مفصلها: در این نوع تصویربرداری، وضعیت تمام استخوان‌‌‌‌ها و مفصلها، حتی بافتهای نرم به ویژه بخش‌‌‌‌های متصل به آنها قابل بررسی است.
وضعیت تاندون‌ها، رباط ها، عضلات، غضروف‌‌‌‌ها و آسیب‌های احتمالی استخوان‌‌‌‌ها نیز با این تصویربرداری مورد بررسی قرار می گیرد.
۴- ام آر آی حفره شکم: معمولا زمانی که استفاده از سیتیاسکن و اولتراسون پاسخگوی نیاز پزشک برای تشخیص بیماری نباشد، از MRI حفره شکم برای بررسی دقیق وضعیت اندام‌‌‌‌های درونی حفره‌شکم استفاده می‌‌‌‌کنند.
شاخص‌‌‌‌ترین کاربرد MRI حفره شکم، بررسی وضعیت کبد، غدد فوق کلیه و پانکراس (لوزالمعده) است.
۵- ام آر آی دستگاه گردش خون:MRA ، ام آر آی ویژه دستگاه گردش خون و بررسی وضعیت قلب و رگ‌‌‌‌هاست. رگ‌‌‌‌های مرتبط با گردن (کاروتید) و مغز نیز با این نوع MRI بررسی میشوند.
برای بررسی وضعیت رگ‌‌‌‌های محوطه شکم، به ویژه رگ‌‌‌‌های مرتبط به کلیه‌‌‌‌ها نیز از MRA استفاده می‌‌‌‌کنند.
چه انتظاراتی باید داشته باشید ؟
در طول تست
دستگاه MRI شبیه یک تونل است که دو طرف آن باز است. شما بر روی یک تخت متحرک که به درون تونل وارد می شود دراز می کشید. تکنسین شما را از اتاق دیگر کنترل می کند. شما می توانید با میکروفن با او صحبت کنید. این دستگاه یک میدان مغناطیسی قوی در اطراف شما ایجاد می کند و امواج رادیویی مستقیما به بدن شما بر می خورند. این عمل بدون درد است. شما چیزی احساس نمی کنید و هیچ قطعه ای در اطراف شما حرکت نمی کند.
در طول اسکن، قسمت داخلی آهنربا صدای تلپ تلپ و سایر صداها را تولید می کند. ممکن است برای نشنیدن این صداها، گوش های شما پوشیده شود یا موسیقی پخش گردد. اگر نگران احساسی که در محوطه بسته دستگاه MRIخواهید داشت هستید و می ترسید از قبل با پزشک خود صحبت کنید. ممکن است قبل از اسکن به آرامبخض نیاز داشته باشید.
انجام MRI معمولا کمتر از ۱ ساعت زمان نیاز دارد. شما باید در طول اسکن بسیار آرام باشید زیرا که حرکت سبب تاری تصویر می شود. در بعضی موارد، مواد ایجاد کننده کنتراست به رگ تزریق می شود تا بافت های خاص یا رگ های خونی در تصویر واضح تر شوند.
در طول Fmriاز شما خواسته می شود تا کارهایی انجام دهیدمثلا شستتان را به انگشت های دیگرتان بزنید، یک برگه سمباده بکشید یا به سوالات ساده جواب دهید. این کارها کمک می کند که قسمتی از مغز که این اعمال را کنترل می کند مشخص شود.
بعد از انجام تست
چنانچه هنوز تحت تاثیر مواد آرامبخش نباشید می توانید بلافاصله فعالیت های روزمره تان را آغاز کنید. در صورت مصرف مواد رنگی زنان شیرده نباید تا ۲۴ ساعت به کودک خود شیر دهند.
بخش های مختلف سیستم
یک سیستم تصویربرداری MR شامل سیم پیچ آهن ربای احاطه کننده هسته مرکزی (Bore)، کویل های هموار کننده یا Shim Coils، کویل های سطحی، تخت بیمار، یک کامپیوتر و یک سیستم نمایشگر است. سیم پیچ آهن ربای اصلی، میدان مغناطیسی خارجی را فراهم می کند. شیم کویل ها جهت بهبود بخشیدن به یکنواختی میدان مغناطیسی خارجی در اطراف هسته مرکزی استفاده می شوند. بیمار در طول اسکن داخل هسته مگنت قرار می گیرد. تخت، در طول اسکن MR بیمار را داخل میدان مغناطیسی نگاه می دارد. کویل های گرادیان برای انتخاب سطح تصویربرداری به کارمی روند. کویل های سطحی سیگنال های ضعیف RF ناشی از حرکت تقدیمی پروتون ها را جهت تشکیل تصاویر MR پردازش می کند. سیستم نمایش امکان مشاهده تصویر دیجیتال را روی مانیتور تلویزیون یا ضبط تصاویر فراهم می کند.
در تمام تجهیزات یک میدان مغناطیسی وجود دارد که توسط آهن ربای اصلی ایجاد می شود. این آهن ربا به شکل یک تونل بزرگ است که هسته مرکزی را در بر می گیرد. جهت تصویرگیری بدن باید داخل هسته مرکزی قرار گیرد، هدف از این امر، ایجاد بردار مغناطیسی طولی خالص پروتون های عضو مورد پرتو گیری است. دو نوع متداول آهن رباهای مورد استفاده در سیستم های MR، آهن رباهای ابر رسانا و مقاومتی هستند. (آهن رباهای دائمی به دلایل زیادی از جمله میدان های ضعیف و وزن زیاد کاربردی ندارند). آنچه اهمیت زیادی در مورد هر دو نوع مگنت دارد، یکنواختی میدان است. مگنت های مقاومتی تشکیل شده از یک سیم پیچ که در اثر عبور جریان به علت مقاومت به وجود آمده، در سیم پیچ یک میدان مغناطیسی در آن القاء می شود. از آنجایی که برق زیادی جهت ایجاد چنین شرایطی نیاز است، امروزه کمتر از این سیستم ها استفاده می شود.
هر گاه مقاومت سیم پیچ ها کاهش یابد، انرژی مورد نیاز جهت حفظ میدان مغناطیسی نیز کاهش می یابد، اجسام ابر رسانا در دماهای بسیار پایین از خود مقاومت صفر نشان می دهند. بنابراین از اجسام ابر رسانا در ساخت مگنت های ابر رسانا استفاده می شود. در ابتدا یک جریان از میان سیم پیچ عبور نموده و میدان مغناطیسی مورد نظر را بو جود می آورد(Ramping). هنگامی که سیم ها درون ماده ای کرایوژن فوق العاده سرد شوند، مقاومت آنها از بین می ورد. هلیوم مایع برای فراهم کردن دمای بسیار پایین (۲۵۰-درجه سانتیگراد) استفاده می شود. هلیوم مایع درون لوله هایی اطراف کویل را فرا گرفته اند. این موقعیت را حمام هلیوم گویند. بعد از Ramping سیستم، هیچ نیروی الکتریکی اضافی جهت حفظ میدان مغناطیسی نیاز نیست. میدان مغناطیسی یک سیستم ابر رسانا هیچ گاه خاموش نمی شود. این سیستم ها میدان های با شدت ۵/۰ تا ۴ تسلا فراهم می کنند. قدرت میدان مغناطیسی عامل بسیار مهمی در سیستم های MRI به شمار می رود، زیرا فرکانس که در آن، پروتون ها حرکت مارپیچی انجام می دهند، به طور مستقیم با قدرت مغناطیسی میدان اصلی متناسب است. مثلا فرکانی لارمور هیدروژن آب در میدان ۵/۱ تسلا، ۶۳ مگاهرتز و در میدان ۱ تسلا، ۴۲ مگاهرتز است.
کویل های گرادیان
در تمام تصویر برداری ها روش هایی مورد نیاز است که بافت را در موقعیت های مختلف مشخص نموده و وضعیت صحیح آنها را نشان دهد. روش اساسی برای تعیین منشأ سیگنال های MR استفاده از گرادیان های میدان مغناطیسی تکمیلی است که گرادیان های تصویر برداری خوانده می شود. در یک میدان مغناطیسی همگن، پروتون های آب بدون توجه به مکان شان با فرکانس مشابهی تشدید می یابند. اگر ما میدان مغناطیسی ثانویه ای را بر روی میدان مغناطیسی اصلی اعمال کنیم، می توانیم تغییرات قابل پیش بینی در میدان مغناطیسی امتداد یک محور مشخص ایجاد نمائیم. به علت اینکه فرکانس لارمور یک پروتون به طور مستقیم متناسب با میدان مغناطیسی است، گرادیان میدان مغناطیسی باعث ایجاد تغییر قابل پیش بینی در فرکانس تشدید در امتداد محور مورد نظر می گردد. گرادیان های میدان مغناطیسی معمولا بوسیله سیم پیچ های گرادیانی که در داخل حفره آهن ربای اصلی قرار دارد ایجاد می گردد و در سه محور عمود بر هم در زمانهای مختلف که باعث مکان یابی سه بعدی منشأ سیگنال ها می گردند، به کار می روند. به طور کلی سه نوع گرادیان در قسمت مرکز ی مگنت قرار دارد: گرادیان Z که قدرت میدان را در جهت طولی محور مگنت تغییر می دهد (برش های اگزینال)، گرادیان Y که قدرت میدان را در جهت عرض تغییر می دهد (برشهای کرونال) و گرادیان X قدرت میدان را به موازات افقی محور مگنت تغییر می دهد (برش های ساژیتال). برش های مایل ناشی از عملکرد توأم دو گرادیان است.
همچنین گرادیان ها می توانند اسپین هسته ها را در حالت فاز یا خارج از فاز قرار دهند. سه وظیفه اصلی گرادیان ها عبارتند از: ۱) انتخاب برش، ۲) کد گذاری فرکانس و ۳) کد گذاری فاز.
هنگامی که یک کویل گرادیان شروع به کار می کند، قدر میدان مغناطیسی و در نتیجه فرکانس تقدیمی هسته هایی که در طول محور آن واقع شده اند، در روند خطی تغییر می کند. لذا در یک نقطه خاص در امتداد محور گرادیان یک فرکانس لارمور خاص وجود خواهد داشت. در یک برش آناتومی از یک نقطه خاص امتداد محور گرادیان دارای فرکانس تقدیمی خاص همان نقطه است. بنابراین انتخاب برش با اعمال یک پالس RF در یک باند فرکانسی همسان با فرکانس لارمور اسپین هایی که در این برش وجود دارند، صورت می گیرد. پدیده تشدید نیز در هسته های این برش بوجود می آید. بدین ترتیب یک برش خاص تحریک شده در بدن بیمار مشخص می گردد. سطح مقطع انتخاب شده تعیین کننده آن است که کدام یک از سه گرادیان نقش انتخاب برش را در توالی پالس داشته است. پالسینگ کویل های گرادیان در طول جمع آوری تصویر مسئول ایجاد صدای ضربه است که در طول مقطع نگاری MR شنیده می شود.
در غیاب گرادیان ها تمام پروتون ها در یک سطح تصویر بردای در فرکانس های مشابهی تشدید پیدا می کنند. اگر یک گرادیان در راستای یک محور در یک سطح تصویر و در زمان اندازه گیری سیگنال MR مورد استفاده قرار گیرد، تغییرات اضافی در فرکانس تشدید به وجود می آید. در حین استفاده از چنین گرادیانی فرکانس سیگنال های MR اندازه گیری شده، در یک انتها و بیشتر و در انتهای دیگر در راستای محور این گرادیان کم تر است. این حالت باعث ایجاد موقعیتی برای مکان یابی منبع سیگنال های MR در یک بعد در مقطعی میگردد که از قبل انتخاب شده است.
در شرایطی که محور کد گذاری فرکانس مشخص شد محور باقیمانده از تصویر تعیین می گردد. این محور را کد گذاری فاز می نامند. با روشن شدن این گرادیان یک اختلاف فاز بین هسته هایی که در امتداد محور گرادیان قرار گرفته اند، به وجود می آید. این اختلاف فاز بین هسته ها جهت تعیین موقعیت شان در امتداد گرادیان کدگذاری فاز مورد استفاده قرار می گیرد.
کویل های سطحی
وظیفه این کویل ها فرستادن پالس های تحریک کننده RF تابش شده از پروتون های در حال چرخش است. این کویل ها سطحی نامیده می شود، چون در سطح بدن بیمار قرار می گیرد. این کویل ها فرستنده و گیرنده سیگنال هستند. هر کویل سطحی برای اندام خاصی طراحی شده است.
مواد حاجب در MRI
مواد حاجب داروهایی هستند که اطلاعات تصویری را افزایش می دهد. کنتراست تصویر در واقع اختلاف شدت سیگنال های بین دو بافت است و ContrastEnhancement روند تغییر دادن این اختلاف است. واژه Enhancement معمولا به هر گونه تغییر بافت که توسط دارو صورت گرفته و بر روی فیلم به نمایش در آمده باشد، اطلاق می گردد. در بسیاری از محیط، خصوصیات بیوفیزیکی بافت ها شبیه یکدیگر است، به طوری که اختلاف شدت سیگنال بافت های مختلف قابل توجه نیست. در این بافت ها می توان ماده ای را وارد نموده که یک یا چند خاصیت ذاتی MR را تغییر داده و کنتراست لازم را بوجود آورد. آن دسته از مطالعات تصویر برداری MR که بدون تزریق ماده حاجب انجام می گیرد، اغلب اوقات دسته زیادی از ضایعات پاتولوژیک را کم رنگ نشان داده یا از نظر دور نگاه می دارد. مثلا مشاهده برخی از انواع مننژیوم ها یا ضایعات متاستانیک کوچک مشکل می گردد. اما در MRI با استفاده از ماده حاجب احتمال تشخیص زودرس ضایعات کوچک تر بیشتر شده و افتراق بین تومور از آدم و همچنین تومور عود کرده از بافت فیبروز بیشتر می شود.
کنتراست تصویر را با افزایش یا کاهش شدت سیگنال یک بافت نسبت به دیگری می توان تقویت نمود. در MRI مواد حاجب از طریق تغییر محیط مغناطیسی موضعی بافت عمل می کنند. این مواد عمدتا از طریق تغییر میزان زمان آسایش بافت ها، بر روی پدیده تشدید مغناطیسی اثر می گذارند. مواد پارامغناطیس در محلول می توانند زمان استراحت TI پروتون های آب را تغییر دهند. در حقیقت یک ماده حاجب تقویت کننده به نحوی دانسیته پروتون یا زمان های آسایش TI و T2 را تغییر می دهد که شدت سیگنال تغییر پیدا کرده و مشاهده گردد. مواد پارامغناطیس فلزی می توانند زمانهای T1 و T2 را کاهش داده و بنابراین به طور بالقوه شدت سیگنال را افزایش یا کاهش دهند. ماده ای که به طور وسیع به عنوان ماده حاجب در MRI استفاده می شود، گادولینیم(GD)، یک عنصر لانتانید سه ظرفیتی است. این ماده از طریق تغییر محیط مغناطیسی موضعی بافت عمل می کند. GD زمان آسایش T1 پروتون های آب را کاهش می دهد، این امر موجب افزایش شدت سیگنال در تصاویر وزنی T1 می شود.
آثار بیولوژیک MRI
این آثار را می توان از دو جنبه بررسی نمود؛ آثار مربوط به میدان مغناطیسی ثابت و آثار ناشی از پالس RF. تا کنون هیچ آثار زیان بار بیولوژیک دراز مدت در اثر قرار گرفتن در معرض میدان MRI گزارش نشده است. اطلاعات جمع آوری شده نشان دهنده چند اثر کم اهمیت و برگشت پذیر است. انستیتو ملی ایمنی کار، سازمان بهداشت جهانی هیچ موردی از لوسمی یا سایر سرطان ها گزارش ننموده است.
پرتوگیری ناشی از امواج رادیوئی:
سطح انرژی پالس RF مورد استفاده در MRI در مقایسه با پرتو ایکس و نور مرئی نسبتا پایین بوده و اثرات بیولوژیک آن فقط به شکل ایجاد حرارت در سطح بافت ظاهر می شود. میزان انرژی گرمایی پخش شده در بدن را میزان جذب ویژه یا SAR گویند که واحد آن وات بر کیلوگرم است. به همین دلیل اندازه گیری وزن بدن بیمار بسیار اهمیت دارد. FDA سطح SAR را برای کل بدن ۴ وات بر کیلو گرم تعیین نموده است.
گرادیان های میدان مغناطیسی:
تغییر میدان مغناطیسی بیش از دو تسلا می تواند باعث القای ولتاژ و شدت جریان در بدن بیمار شود. این ولتاژها و شدت جریان ها هماهنگی القاء می شوند که گرادیان ها، میدان مغناطیسی را تغییر دهند. اثرات بیولوژیک می تواند شامل احساس خفیف پوستی، انقباضات غیر ارادی عضلات و احساس جرقه در چشم باشد.
ترس از تونل(Claustropfobia):
برای چنین بیمارانی ارائه توضیحات قبل از انجام آزمایش و برقراری جریان هوای مناسب در داخل مگنت اغلب نتیجه بخش است در غیر این صورت بیهوشی ضروری ای است.
بیماران باردار:
تا کنون هیچ آثار بیولوژیک شناخته شده ای از کارد برد MRI بر جنین و نوزاد مشاهده نشده است اما FDA توصیه می کند هر نوع تصویر برداری از بیمار باردار تا پایان سه ماهه اول بارداری به تأخیر افتد. استفاده از گادولینیم در بیمار باردار ممنوع است.
ایمنی در MRI :
میدان مغناطیسی ثابت می کند روی وسایل حساس مغناطیسی مثل باطری های قلبی اثر بگذارد همچنین می تواند روی نوارها، کارت های اعتباری و تلفن های همراه اثر کند.
اجسام فرو مغناطیس می تواند در حضور یک میدان قوی از خود عکس العمل نشان دهند، مثلا کلیپس و سنجاق و تراشه های فلزی می توانند. به طرف یک مگنت ۵/۱ تسلا کشیده شده خطر جدی برای بیمار و دستگاه ایجاد نمایند. لوازم جراحی کپسول اکسیژن و تمام اشیاء فرو مغناطیس به شدت جذب مگنت می شوند. بنابراین باید از ورود این اجسام به اتاق مگنت جلوگیری شود. اجسام فلزی کاشته شده در بدن به شکل پروتز (مثل پروتزهای گوش و چشم و ….) می توانند موجب گرما و کشش و آرتیفکت تصویر شوند. امروزه دریچه های قلبی، پروتزها و … از جنس مواد فرو مغناطیس بوده و هیچ خطری برای بیمار ندارند. تمام افرادی که به هر طریق در بخش رفت و آمد دارند، بایستی در مورد موارد ایمنی آموزش داده شوند.
اجازه ورود هیچ یک از ابزارها و وسایل پزشکی ساخته شده از مواد فرو مغناطیس به بخش داده نشود، مگر آنکه قبلا بازرسی شده باشد و روی آنها برچسب MRISAFE با وضوح کامل نصب شود. از صندلی چرخ دار و تخت های غیر فرو مغناطیسی استفاده شود. سر سوزنهای همراه بیمار غیر فرو مغناطیسی باشد. بیمار و همراهان وی قبل از ورود به اتاق از نظر حمل اشیاء فلزی مانند کلید، پیچ و مهره، اشیاء تیز و تزئینی مثل گردنبند و سنجاق سر کنترل شوند.
توالی پالس (Pulse sequence ):
توالی پالس، مجموعه ای از پالس های RF است که در طی مطالعه MR بصورت تکراری اعمال می شود و پارامترهای زمان TE و TR در آن بکار می رود. این توالی به یک نمودار زمانی یا یک نمودار توالی پالسی وابسته است.
میدانیم که دو دلیل برای ناهمفاز شدن وجود دارد:
۱- غیریکنواختی میدان مغناطیسی خارجی
۲- تاثیر متقابل اسپین- اسپین
توالی پالسی اسپین اکو با یک پالس RF 180، غیر یکنواختی میدان مغناطیسی خارجی را از طریق همفاز کردن و متمرکز کردن اسپینها حذف می کند. اگر چه با استفاده از توالی پالس اکو می توان ناهمفازی ناشی از غیر یکنواختی های ثابت میدان مغناطیسی خارجی را حذف نمود ولی برهمکنش های اسپین-اسپین را نمی توان حذف کرد زیرا ثابت نیستند و بطور تصادفی نوسان می کنند.
دیاگرام پالس اسپین-اکو:
بردار مغناطش طولی بر اثر پالس ۹۰به صفحه x-y منحرف می شود. سه بردار مغناطش متفاوت در حال چرخش در صفحه عرضی را در نظر بگیرید. هر یک از این سه بردار در محیط مغناطیسی اندکی متفاوت از همدیگر قرار گرفته اند. در ابتدا هر سه با هم همفازند و با فرکانس زاویه ای اولیه می چرخند. در شکل می بینید یک گروه از اسپینها را می بینیم که در معرض میدان مغناطیسی اولیه قرار دارند و این باعث می شود تا با فرکانس لارمور بچرخند. گروه اسپینهای مجاور در معرض میدان مغناطیسی اندکی بزرگتر قرار دارند و با فرکانس اندکی بزرگتر می چرخند. گروه بعدی در معرض میدان مغناطیسی اندکی کوچکتر هستند و فرکانس چرخش آنها کوچکتر است. بعد از پالس ۹۰ اسپینها شروع به ناهمفاز شدن نسبت به یکدیگر می کنند. سرانجام بردار سریع و بردار کند، ۱۸۰ تغییر فاز داده و یکدیگر را حذف می کنند.
ولی متوان در یک زمان مشخص Ƭ بعد از پالس ۹۰ وقتی اسپینها ناهمفاز شدند، یک پالس ۱۸۰ اعمال می شود. حال همه اسپینها ۱۸۰در صفحه x-y منحرف شده و به چرخش خود ادامه می دهند؛ اما در جهت مخالف. ما یک پالس RF180 اعمال می کنیم. سپس یک زمان طولانی TR صبر می کنیم می بینیم که FID بر اثر T2* خیلی سریع ناهمفاز می شود. T2* با عیر یکنواختی میدان مغناطیسی خارجی و برهمکنش اسپین-اسپین ارتباط دارد. بعد از زمان Ƭ پالس متمرکز کننده ۱۸۰ را اعمال می کنیم. بعد از زمان مساویƬآنها دوباره کاملا” همفاز شده و سیگنال به بیشترین مقدار می رسد. پس هدف از پالس ۱۸۰ حذف تاثیرات ناهمفازی ناشی از غیر یکنواختی میدان مغناطیسی خارجی است. این کار با دوباره همفاز شدن اسپینها در زمان اکو TE انجام می شود.
۱- زمان Ƭ زمان بین پالس ۹۰ و پالس ۱۸۰ است.
۲- زمان Ƭ همچنین زمان بین پالس RF 180 و نقطه ای است که دوباره همفاز شدن اسپینها به حداکثر می رسد یعنی اکو.
۳- Ƭ۲ را زمان تاخیر اکو یا TE می نامیم. TE مدت زمان بعد از پالس ۹۰ است که دوباره بیشترین سیگنال را داریم.
۴- پالس ۱۸۰ را پالس دوباره متمرکز کننده یا دوباره همفاز کننده refocusingمی نامیم.
البته می توان یک پالس ۱۸۰ دیگر را به این توالی اضافه کنیم. و در این زمان به جای یک پالس ۱۸۰ ، پالس ۱۸۰ بعد از پالس ۹۰ خواهیم داشت.
کنتراست بافت در اسپین اکو به طور عمده وابسته به TR و TE است. سه نوع کنتراست بافت وجود دارد:
T1W،T2W و PDW.
انواع مگنت در MRI
مگنت دائمی (Permanent magnet):
طرح مگنت های ساده ترین روش در ساخت یک میدان مغناطیسی است. این مگنت ها از بلوک ها یا واحدهای بزرگی از موادی که در ساخت مگنت های ساده نعل اسبی به کار می روند، تشکیل شده اند که به صورت دو قطب مغناطیسی با سطح مقطع دایره ای شکل و با فاصله تقریبی ۵۰ سانتی متر در مقابل یکدیگر قرار گرفته اند.
میدان مغناطیسی ایجاد شده بین دو قطب، بدون نیاز به هرگونه منبع انرژی جهت برقراری و پایداری این میدان و نیز بدون نیاز به هرگونه سیستم خنک کننده ای، می تواند مورد کاربرد کلینیکی واقع شود و نام دائمی نیز مبین همین میدان پایدار و غیر قابل انقطاع است. این نوع با توجه به دلایل ذکر شده، قیمت پائین تری داشته و از هزینه پشتیبانی- نگهداری کمتری نیز برخوردارند و نصب آنها نیز برخلاف سیستم های ابررسانا ساده می باشد.
آهن، کبالت و نیکل نمونه ای از اجسام مورد استفاده در تولید مگنت های دائمی می باشند. عمومیترین ماده مورد استفاده جهت تولید مگنت های دائمی آلیاژی از آلمینیوم، نیکل و کبالت است که به alnico معروف است.
مگنت مقاومتی(Resistive magnet):
در این نوع مگنت، سیم های حاوی جریان الکتریکی، میدان مغناطیسی متناسب با مقدار جریان عبوری ایجاد می نمایند. چنانچه سیم ها به شکل حلقه پیچیده شوند، میدان مغناطیسی ایجاد شده در امتداد محور طولی سیم پیچ (سالنوئید) خواند بود ، که به همین جهت الکترومگنت نامیده می شوند. در مگنت های ابررسانا و مقاومتی که اغلب به مگنت های با طرح سالنوییدی شناخته می شوند، میدان مغناطیسی ایجاد شده از حلقه های سیمی، تشکیل یک میدان سالنوییدی شکل را می دهند و علت انتخاب چنین طرحی، ایجاد میدان یکنواخت درون سالنویید به منظور تهییج مناسب پروتون ها و نیز جلوگیری از ایجاد آرتیفکت های احتمالی ناشی از تغییرات شار و یکنواختی میدان است که بر کیفیت تصویر اثرات بسیار نامطلوبی ایجاد می نمایند. مگنت های مقاومتی به دو گونه ساخته شده اند:
Air core resistive
Iron core resistive
مگنت ابررسانا(Superconductive magnet):
در طبیعت موادی وجود دارند که در دمای بسیار پایین (نزدیک صفر مطلق) تقریبا هیچ مقاومتی در برابر عبور جریان الکتریکی از خود نشان نمی دهند که به این مواد ابررسانا گویند. برخی فلزات مثل حیوه و آلیاژهایی مثل نیبیوم- تیتانیوم، نیوبیوم- قلع و وانادیوم- گالیوم. مقاومت الکتریکی خویش ار در دماهای بسیار پائین از دست داده و ابررسانا می شوند. به دمایی که هر ماده ابررسانا در آن به خاصیت ابررسانایی رسیده و هیچ مقاومتی در برابر جریان ندارد، دمای بحرانی گویند. در اغلب مگنت های ابررسانایی رسیده و هیچ مقاومتی در برابر جریان ندارد، دمای بحرانی گویند. در اغلب مگنت های ابررسانای کلینیکی از نیوبیوم- تیتانیوم استفاده می شود. این آلیاژ در ۱۰ درجه کلیوین بدن حضور میدان مغناطیسی خارجی به حالت ابررسانایی می رسد. در نتیجه مگنت های ابررسانا در دمایی که هلیوم مایع فراهم می نماید، فعال هستند. از لحاظ ساختار، این مگنت ها مشابه مگنت های مقاومتی هستند که در آنها از الکترومگنت های سالنوییدی استفاده شده است.
مگنت های ابررسانا از استوانه هایی از جنس فایبرگلاس یا آلمینیوم همنره با تعداد زیادی سیم پیچ از جحنس آلیاژ مزبور جهت ایجاد کره ایده ال ساخته شده اند و هلیوم مایع به صورت یک پوشش، درجع حرارت سیم ها را نزدیک به صفر مطلق ثابت نگه می دارد. از آنجا که هلیوم مایع بسیار گران قیمت است، برای کاهش تبخیر آن از لایه عایق کنندهای از نیتروژن مایع که ارزان قیمت استریال استفاده می شود. به مایعات موجود در خنک کننده که وضعیت ابررسانایی را حفظ می نمایند، خنک ساز گویند.
چنانچه به علت بالا رفتن دمای سیستم ، حالت ابررسانایی از بین رود، سیستم به اصطلاح خاموش شده یا Quench کرده است. این پدیده حاصل قطع سریع میدان مغناطیسی و آزاد شدن گرما و نیز تبخیر ناگهانی هلیوم و مایعات خنک کننده است. حذف میدان ظرف ۲۰ تا ۶۰ ثانیه رخ می دهد، ولی خطر خاصی برای بیمار اتفاق نمی افتد. به همین دلیل، اغلب مکنت های ابررسانا دارای محفظه ای بزرک در بالای مکنت برای جمع آوری گاز به هنگام وقوع ناگهانی خاموشی هستند.
کنترل کیفی در تصویربرداری تشدید مغناطیسی ( MRI )
فرایند کنترل کیفی در تجهیزات MRI به منظور بیان استاندار اندازه گیری در آزمونهای روزانه و تعیین وثبت تغییرات ایجاد شده در سیستم، انجام می گیرد. اگر چه تعریف استاندارد را نمی توان بطور دقیق مطرح ساخت، ولی هدف فرایند کنترل کیفی ، شناسایی هر گونه تغییرات ایجاد شده در کارایی سیستم می باشد. ثبت اندازه گیری های روزانه در فرایند کنترل کیفی برای تجهیزات MRI به عنوان یک بخش مهم و ضروری در این فرایند مطرح می گردد. هدف نهایی از انجام فرایند کنترل کیفی، دستیابی به بالاترین کیفیت تصویر می باشد.
اسپین اکوی سریع(FSE)
در این بخش می خواهیم در مورد اسپین اکوی سریع مواردی را ذکر کنیم. در ابتدا روشRARE (جمع آوری سریع سیگنالها با افزایش زمان استراحت) نامیده می شد. اما اغلب آنرا FSE یا اسپین اکوی سریع می نامند.
در بخش قبلی دیدیم که اسپین اکوی معمولی چگونه خطوط در فضای K با آن پر می شود. در این روش بلافاصله بعد از پالس RF90، یک FID شکل می گیرد. در یک زمان TE بعد از پالس ۹۰ اول ( زمان TE/2 بعد از اولین پالس درباره متمرکز کننده ۱۸۰، یعنی ۱۷میلی ثانیه در مثال ما) اولین اسپین اکو را دریافت می کنیم. یک سری کامل از پالسهای متمرکز کننده ۱۸۰ داریم که بعد از هر کدام اکوی بعدی را دریافت می کنیم. هر اکو مضربی از ۱۷ میلی ثانیه است.
معمولا در این اسپین اکوی معمولی، معمولا دو اکو داریم، یعنی دو پالس RF180 اعمال می کنیم و مجددا یک اکمو از هر پالس می گیریم که هر کدام یک TE متفاوت دارد.به هر حال، همانطور کحه در یک توالی اسپین معمولی داریم، توانیم اکوهای زیادی داشته باشیم. در این مثال ۸ توالی اکو داریم که همه آنها در زمان TR روی می دهند.
با هر TR در یک اسپین اکوی معمولی، یک تک مرحله کدگذاری فاز داریم. هر اکو به دنبال یک پالس ۱۸۰بعد از اعمال گرادیان کدگذاری فاز در اسپین اکوی معمولی بدست می آید. هر اکو دارای فضای K خودش است و هر زمان که اکو می گیریم یک خط از فضای K را پر می کنیم.
مثلا با ۸پالس۱۸۰ که تولید ۸ اکو می کند، ۸ فضای K متفاوت و ۸ تصویر متفاوت خواهیم داشت. اگر ۲۵۶ مرحله متفاوت کدگذاری فاز داشته باشیم، همچنین ۲۵۶زمان متفاوت نیز خواهیم داشت.
در نتیجه برای هر فضای Kدر اسپین اکوی معمولی، TR را ۲۵۶با تکرار می کنیمو فضای K برای هر اکو را با ۲۵۶خط متفاوت پر می کنیم. برای یک دنباله ۸اکویی ، ۸ تصویر متفاوت می گیریم.
اسپین اکوی سریع(FSE):
با استفاده از یک مثال مشابه، می توانیم عملکرد FSE را ببینیم. اسپین اکوی سریع یک روش ظریف سات که از دستکاری اسپین اکوی معمولی بدست می آید. مجددا با یک سری ۸ اکویی شروع می کنیم. (ETL=8) هر چند فقط یک فضای K خواهیم داشت، ۸خط فضای K را در یک زمان پر می کنیم.
به جای داشتن ۸ فضای Kجداگانه، یک فضا برای هر اکو، یعنی یک فضای Kبرای استفاده از تمام اطلاعات ۸اکو خواهیم داشت. به اندازه زمان TR، ۸خط رد فضای K خواهیم گرفت که هر خط برای یک اکو است. با TR بعدی، ۸ خط بیشتر جمع خواهیم کرد بطریقی که یک خط برای هر اکو استفاده شود و آنها را در فضای Kقرار می دهیم.
برای هر TR، ۸خط در فضای Kمنفرد را پرخواهیم کرد. از آنجائیکه ۲۵۶خط در فضای K داریم چون در طی هر TR در حال پر کردن ۸ خط از فضای K از یک تصویر هستیم، پس فرایند تکرار کردن برای پر کردن ۲۵۶خط از فضای K، ۳۲بار خواهد بود.
طول سری اکو(ETL):
ETL به تعداد اکوهای استفاده شده در FSE اشاره می کند. فاصله زمانی بین اکوهای متوالی یا (بین پالسهای ۱۸۰ ) فاصله بین اکو(ESP) نامیده می شود. در FSE می توانیم فقط TEهایی را انتخاب کنیم که مضرب صحیحی از فاصله بین اکوها هستند(در این مثال میلی ثانیهESP=17) که آن را TE موثر (TEeff) می نامند. بنابراین در مثال ما میلی ثانیه ۱۰۲=TEeff (6×۱۷msec) است. بیاد داشته باشید که خطوط مرکزی فضای Kبیشترین کنتراست را دارند و هر چه از مرکز فضای Kدور شویم سیگنال کمتر می شود. بنابرایناگر فضای K را به ۸ قطعه ۳۲ قطعه تقسیم کنیم، قطعه مرکزی به اکوی ششم مربوط می شود. یعنی انطباق اکو با TEموثرانتخاب شده مساوی ۱۰۲میلی ثانیه است. در FSE قبل از هر پالس ۱۸۰ ابتدا یک مقدار متفوت از گرادیان کدگذاری فاز تنظیم می شود. برای هر پالس ۱۸۰، TEموثر را انتخاب می کنیم(در این مورد ۱۰۲) و از گرادیان کدگذاری از با کمترین قدرت استفاده می کنیم.
چون ۲۵۶ اکو داریم که باید در ۸ قطعه جای بگیرند و در هر قطعه ۳۲ اکو داریم ولی ششمین اکو بیشترین سیگنال هستند زیرا در مرکز قرار دارند. افزایش سیگنالهایی که از اکو در ۱۰۲ میلی ثانیه می آید بدلیل سیگنال بدست آمده از کمترین گرادیان فاز است و سیگنال در تمام اکوهای دیگجر کاهش می یابد، زیرا که این سیگنالها با افزایش گرادیانهای کدگذاری فاز بدست آمده اند.
نکاتی در مورد ETL:
اگر سرعت تصویربرداری زیاد شود ETL زیاد خواهد شد.
اگر ETL زیاد شود زمان تصویربرداری نیز کاهش خواهد یافت.
اگر ETL افزایش یابد ناحیه تصویربرداری کاهش خواهد یافت.
مزایای FSE:
زمان اسکن کاهش می یابد.
نسبت S/N ثابت می ماند.
سرعت افزایش می یابد لذا اجازه می دهد که تصویر با قدرت تفکیک بالا در یک زمان قابل قبول داشته باشیم.
آرتیفکت حرکتی کمتر خواهد بود.
دوباره همفاز شدن چندین پالس ۱۸۰باعث می شود کحه به هم ریختگی ناشی از اجسام فلزی در تصویر FSE کمتر باشد.
تصویر FSE نسبت به یک مگنت با شیمینگ ضعیف حساس تر از تصویر SEاست.
معایب FSE:
ناحیه تصویربرداری یعنی کاهش تعداد برشها
میانگیری کنتراست
CSF در تصویر FSE با وزن دانسیته پروتون روشن تر است که ناشی از میانگین گیری تمام اکوها در فضای Kجداگانه است.
انتقال مغناطش(MT) موثر در FSE: MTC بطور غیر دقیق در FSE موجود است که به علت وجود پالس های چندتایی سریع ۱۸۰ شامل فرکانسهای خارج از رزونانس است.
دیسکهای بین مهره ای نرمال در وزن T2 تصویر FSE در مقایسه با اسپین کاوی معمولی روشن نیستند که به علت تاثیر MT در FSE است و کنتراست را کاهش می دهد.
تاثیر پذیرفتاری مغناطیسی با اسپین اکوی معمولی کمتر خواهد بود.
چربی در وزن T2 تصویر FSE روشن است.
تصویربرداری اکو صفحه ای (EPI):
در این بخش می خواهیم در مورد EPI سریعترین تکنیک موجود در MRI صحبت کنیم.
برخلاف دیگر تکنیکهای اسکن گیری سریع که از طریق نرم افزار موجود می تواند بدست آید، EPI تک مرحله ای نیازمند تطبیق سخت افزاری است. خصوصا گرادیانهای با قابلیت با که نیازمند خاموش و روشن سریع گرادیان هستند مورد نیاز است.
انواع EPI:
دو نوع EPI وجود دارد: EPI تک مرحله ای و EPI چند مرحله ای.
در EPI تک مرحله ای تمام خطوط در فضای k به وسیله چندین گرادیان معکوس پر م.ی شوند و اکوهای چند گرادیانی در یک مرحله جمع آوری سیگنال بعد از یک تک پالس RF یعنی در یک اندازه گیری یا تک مرحله تولید می شود. برای انجام داد این روش، گرادیان قرائت باید سریعا از بیشترین مقدار مثبت به بیشترین مقدار منفی معکوس شود. هر قطعه از گرادیان قرائت مربوط به خط Ky مجزا در فضای k است که در بالا یا زیر خط پایه پر می شود.
در روش قبلی گرادیان کدگذاری فاز به طور پیوسته بود. در نتیجه ناحیه تحت پوشش فضای k به صورت زیگ زاگ بود. که این امر باعث یروز آرتبفکت در تبدیل فوریه در مقایسه با فضای K روتین می شود. برای حل این مشکل گرادیان کد گذاری فاز وقتی که گرادیان قرائت صفر باشد اعمال می شود یعنی وقتی که موقعیت فضای k در انتهای دیگر محور kx است. این تکنیک EPI پالسی نامیده می شود.
EPI چند مرحله ای:
در EPI چند مرحله ای، قرائت به چند مرحله یا قطعه تقسیم می شود. چون فضایk به چندین مرحله جمع آوری دیتا قطعه قطعه شده است، این تکنیک نیز EPI قطعه ای نامیده می شود.
مزایای EPI چند مرحله ای :
این تکنیک در مقایسه با EPI تک مرحله ای فشار کمتری روی گرادیانها ایجاد می کند.
در مقایسه با EPI تک مرحله ای زمان کمتری برای خطای فاز وجود دارد، لذا آرتیفکت قابلیت پذیرفتاری مواد دیامگنتیک کاهش می یابد.
معایب EPI چند مرحله ای :
EPI چند مرحله ای طولانی تر ای EPI تک مرحله ای است.
EPI چند مرحله ای بیشتر مستعد بروز آرتیفکت حرکتی است.
برخلاف اسپین اکوی معمولی که اطلاعات نمنه برداری در مدت یک گرادیان قرائت ثابت انجام می شود، در تکنیک های EPI تک مرحله ای نمونه برداری در طی گرادیان قرائت تناوبی با قطعات مثبت و منفی انجام می گیرد که موجب کامل شدن فضای k به صورت سینوسی یا زیگ زاگ شدن قرائت می شود. در مورد EPI پالسی خط سیر داخل برای اکوهای فرد است. در EPI چند مرحله ای جمع آوری اطلاعات در چندین قطعه به روش میان گذاری انجام می شود.
برتری‌های ام‌آرآی در مقایسه با سی تی اسکن
تضاد تصویری (سایه‌روشن) بالاتر از سی تی اسکن.
تهیه مقاطع تصویری از جهات مختلف (از جمله اریب).
عدم استفاده از پرتوهای یونیزه کننده.
مانند سیتیاسکن موجب سخت شدن باریکه پرتوها (آرتیفکت سخت، beam hardening) نمی‌شود.
نقاط ضعف ام آر آی در مقایسه با سیتیاسکن
پر هزینه تر از سیتیاسکن، کمیاب‌تر، و کار با آن مشکل‌تر است.
تصویرگیری زمان بیشتری می‌برد.
وضوح تصویری کمتری دارد.
بدلیل طولانی تر بودن اسکن‌ها آرتیفکت حرکتی بیشتری دارد.
موجب مشکلات برای بیماران دارای اجسام فلزی در بدن خود می‌باشد.
بیمار باید در حین انجام اسکن(ام آر آی) بی حرکت باشد. حرکات غیرقابل پیشگیری مانند تنفس، ضربان قلب و پریستالسیسم اغلب تصویر را مخدوش می‌سازند.
برای بیماران دارای مشکلات تنفسی و کسانی که از محیط های بسته می ترسند، عبور از تونل تنگ دستگاه MRI مشکل است.
تقویت وضوح “ام آر آی” توسط تیم آی بی ام
تیمی از محققان شرکت کامپیوتری آی بی ام موفق شده اند وضوح سیستم “ام آر آی” یا تصویربرداری تشدید مقناطیس هسته را به شدت افزایش دهند.
اکنون محققان نشان داده اند می توان وضوح این نوع تصویربرداری را ۱۰۰ میلیون بار افزایش داد. محققان می گویند این پیشرفت می تواند به کاربردهای مهم طبی منجر شود و آنقدر قدرتمند است که با آن می توان باکتری، ویروس و پروتئین ها را دید.
پژوهشگران گفتند این پیشرفت امکان مطالعه ساختارهای پیچیده سه بعدی را در مقیاس “نانو” فراهم می کند.
این گام با کمک تکنیکی موسوم به “آم آر اف ام” (magnetic resonance force microscopy) که بر ردیابی نیروهای بسیار کوچک مغناطیسی تکیه دارد ممکن شد.
“ام آر اف ام” علاوه بر وضوح بالا این مزیت را دارد که می تواند زیر سطوح را “ببیند” و به علاوه مواد بیولوژیکی ظریف را از میان نمی برد.
تیم پژوهشگران آی بی ام حساسیت “ام آر اف ام” را به طور چشمگیری افزایش داده و آن را با یک تکنیک بازسازی تصویر به صورت سه بعدی ترکیب کرده است.
این به آنها اجازه داد برای اولین بار بتوانند از اهداف بیولوژیکی در مقیاس نانومتر عکس های “ام آر آی” تهیه کنند.
این تکنیک به آنها امکان داد به وضوحی معادل عکس برداری از شیئی به طول چهار نانومتر (هر نانومتر یک میلیاردم متر است) دست یابند.
تحولات
۱٫ از آنجایی که به کمک MRI موفق به اندازه گیری فسفر بدن نیز گشته‌اند، تحقیقات برای اندازه گیری دیگر عناصر بدن در حال انجام است.
۲٫ تصویربرداری MRI می‌تواند سرطانهای علاج‌‌پذیر را که در بعضی موارد توسط ماموگرافی یا معاینه یافت نشده‌اند، نمایان سازد. بنابراین MRI می‌تواند به عنوان مکمل ماموگرافی در افرادی که احتمال ابتلا به سرطان پستان در آنها زیاد است، مورد استفاده قرار بگیرد.
۳٫ انجام MRI برای بیماران دارای باطریهای قلبی ( Pacemaker) در آینده نزدیک، بیمارانی که دارای اینگونه جراحیها می‌باشند از تصویربرداری MRI بدون ایجاد هیچگونه مشکلی می‌توانند استفاده کنند. بر اساس گزارش محققان، آزمایشهای انجام شده بر روی حیوانات و در شرایط آزمایشگاهی نشان داده که می‌توان با تحقیقات بیشتر و پیشرفت ساخت تجهیزات پزشکی در آینده نزدیک، شاهد ساخت باطریهایی از جنس تیتانیوم باشند که میدان مقناطیسی بر آنها بی‌تآثیر می‌باشد و در طول MRI از حرکات احتمالی آنها جلوگیری میشود.
مزایا
۱٫ فقدان اشعه یونیزان یا هرگونه خطر بیولوژیک دیگر.
۲٫ به کمک این سیستم علاوه بر آناتومی عضو مورد نظر، بیوشیمی و فیزیولوژی آن را نیز می‌توان مورد بررسی قرار داد.
۳٫ علاوه بر ایجاد تصویر اگزیال از این مزیت برخوردار است که می‌توان براحتی در هر قطع مثل ساژیتال و کورونال نیز تصویر تهیه کرد.
۴٫ عدم نیاز به آمادگی قبلی برای گرفتن تصویر مانند خوردن روغن کرچک و غیره.
۵٫ عاری بودن تصاویر MRI از هرگونه آرتی فکت ( هرگونه تصویر مزاحمی غیر از تصویر اصلی).)
۶٫ تفاوت بین ساختمانهای عروقی و غیر عروقی بدون نیاز به مواد کنتراست زا و بر عکس سی تی اسکن.
معایب
۱٫ به علت استفاده از میدان مقناطیسی قوی نمی‌توان آن را در مورد تمام بیماران اجرا کرد. از جمله این بیماران افراد دارای باطری های قلبی، پارگی در عروق مغزی یا اشیا و پیوندهای فلزی در چشم. زیرا این میدان قوی مقناطیسی می‌تواند باعث گرم شدن، کشیدن یا جابجایی اجزای فلزی شود یا منجر به آسیب‌های بافتی، یا بد عمل کردن آنها و حتی مرگ شود.
۲٫ عدم توانایی در تصویربر داری از استخوان.
۳٫ وجود هر گونه وسایل فلزی در اتاق محل آزمایش که میدان مقناطیسی سبب کشیده شدن آن وسایل به طرف دستگاه شده و ممکن است خطرات جانبی برای بیمار بوجود آید.
۴٫ وزن بسیار زیاد، مقناطیس درون دستگاه ( در حدود ۴ تن) و قیمت بالای آن.
۵٫ زمان طولانی مورد نیاز جهت تصویر برداری ( بطور معمول ۴۵ دقیقه یا یک ساعت).
