Hình ảnh cộng hưởng từ (MRI) - nguyên tắc hoạt động

Năm 1973, một nhà hóa học người Mỹ Paul Lauterbur đã xuất bản một bài báo trên tạp chí Nature có tựa đề Tạo ra một hình ảnh bằng cách sử dụng tương tác cục bộ; ví dụ dựa trên cộng hưởng từ. " Sau đó, nhà vật lý người Anh Peter Mansfield sẽ đưa ra một mô hình toán học tiên tiến hơn để chụp ảnh toàn bộ sinh vật và vào năm 2003, các nhà nghiên cứu sẽ nhận được giải thưởng Nobel vì khám phá phương pháp MRI trong y học.

Đóng góp đáng kể vào việc tạo ra hình ảnh cộng hưởng từ hiện đại sẽ được thực hiện bởi nhà khoa học người Mỹ Raymond Damadyan, cha đẻ của bộ máy MRI thương mại đầu tiên và là tác giả của tác phẩm Phát hiện khối u bằng cách sử dụng cộng hưởng từ hạt nhân, xuất bản năm 1971.

Nhưng công bằng mà nói, điều đáng chú ý là rất lâu trước khi các nhà nghiên cứu phương Tây, vào năm 1960, nhà khoa học Liên Xô Vladislav Ivanov đã vạch ra các nguyên tắc của MRI một cách chi tiết, tuy nhiên ông chỉ nhận được giấy chứng nhận quyền tác giả vào năm 1984 ... Hãy rời khỏi cuộc tranh luận về quyền tác giả, và cuối cùng hãy nhìn vào tổng quát. phác thảo nguyên lý hoạt động của một hình ảnh cộng hưởng từ.

Có rất nhiều nguyên tử hydro trong các sinh vật của chúng ta, và hạt nhân của mỗi nguyên tử hydro là một proton, có thể được biểu diễn dưới dạng một nam châm nhỏ, tồn tại do sự hiện diện của một spin không khác trên proton. Việc hạt nhân của một nguyên tử hydro (proton) có spin có nghĩa là nó quay quanh trục của nó. Người ta cũng biết rằng hạt nhân hydro có điện tích dương và điện tích quay cùng với bề mặt ngoài của hạt nhân giống như một cuộn dây nhỏ có dòng điện. Nó chỉ ra rằng mỗi hạt nhân của một nguyên tử hydro là một nguồn thu nhỏ của từ trường.

Nếu bây giờ nhiều hạt nhân của các nguyên tử hydro (proton) được đặt trong một từ trường bên ngoài, thì chúng sẽ bắt đầu cố gắng điều hướng dọc theo từ trường này giống như mũi tên của la bàn. Tuy nhiên, trong quá trình định hướng lại như vậy, các hạt nhân sẽ bắt đầu tiên quyết (như trục con quay hồi chuyển khi cố gắng nghiêng nó), bởi vì mô men từ của mỗi hạt nhân được liên kết với mô men cơ học của hạt nhân, với sự hiện diện của spin được đề cập ở trên.

Giả sử lõi hydro được đặt trong từ trường bên ngoài với cảm ứng 1 T. Tần số suy đoán trong trường hợp này sẽ là 42,58 MHz (đây được gọi là tần số Larmor cho một hạt nhân nhất định và cho một cảm ứng từ trường nhất định). Và nếu bây giờ chúng ta có thêm hiệu ứng trên lõi này với sóng điện từ có tần số 42,58 MHz, thì hiện tượng cộng hưởng từ hạt nhân sẽ xảy ra, nghĩa là biên độ suy đoán sẽ tăng lên, vì vectơ của tổng từ hóa của lõi sẽ ngày càng lớn hơn.

Và có một tỷ tỷ tỷ hạt nhân như vậy có thể tạo ra và cộng hưởng. Nhưng vì các khoảnh khắc từ tính của tất cả các hạt nhân hydro và các chất khác trong cơ thể chúng ta tương tác với nhau trong cuộc sống hàng ngày thông thường, nên tổng thời điểm từ tính của toàn bộ cơ thể bằng không.

Bằng cách tác dụng lên các proton bằng sóng vô tuyến, chúng thu được sự khuếch đại cộng hưởng của các dao động (tăng biên độ của các tiên lượng) của các proton này và sau khi hoàn thành tác động bên ngoài, các proton có xu hướng trở về trạng thái cân bằng ban đầu của chúng, và sau đó chúng tự phát ra các photon của sóng vô tuyến.

Do đó, trong một thiết bị MRI, một cơ thể người (hoặc một số vật thể hoặc vật thể khác đang nghiên cứu) được định kỳ chuyển đổi thành một bộ máy thu radio hoặc một bộ máy phát vô tuyến. Điều tra theo cách này sau khu vực của cơ thể, bộ máy xây dựng một bức tranh không gian về sự phân bố các nguyên tử hydro trong cơ thể.Và cường độ từ trường của máy chụp cắt lớp càng cao - càng có nhiều nguyên tử hydro liên kết với các nguyên tử khác ở gần đó (độ phân giải của thiết bị chụp cộng hưởng từ càng cao).

Chụp cắt lớp y tế hiện đại như nguồn của từ trường bên ngoài chứa nam châm điện siêu dẫnlàm mát bằng helium lỏng. Một số chụp cắt lớp kiểu mở sử dụng nam châm neodymium vĩnh viễn.

Cảm ứng từ trường tối ưu trong máy MRI hiện nay là 1,5 T, nó cho phép bạn có được hình ảnh chất lượng khá cao của nhiều bộ phận trên cơ thể. Với cảm ứng dưới 1 T, sẽ không thể tạo ra hình ảnh chất lượng cao (độ phân giải đủ cao), ví dụ, xương chậu nhỏ hoặc khoang bụng, nhưng các trường yếu như vậy phù hợp để có được hình ảnh MRI thông thường của đầu và khớp.

Để định hướng không gian chính xác, ngoài từ trường không đổi, một cuộn từ còn sử dụng cuộn dây gradient, tạo ra một nhiễu loạn gradient bổ sung trong từ trường đồng nhất. Do đó, tín hiệu cộng hưởng mạnh nhất được định vị chính xác hơn trong phần này hoặc phần khác. Các thông số công suất và hoạt động của cuộn dây gradient - chỉ số quan trọng nhất trong MRI - độ phân giải và tốc độ của máy chụp cắt lớp phụ thuộc vào chúng.