Videnskab
 Science >> Videnskab >  >> Andet

Hvordan MR virker

Ind i afgrunden. Lester Lefkowitz/Photographer's Choice/Getty Images

Dr. Raymond Damadian, en læge og videnskabsmand, arbejdede i årevis med at forsøge at producere en maskine, der non-invasivt kunne scanne kroppen ved hjælp af magneter. Sammen med nogle kandidatstuderende konstruerede han en superledende magnet og formede en spole af antenneledninger. Da ingen ønskede at være den første i denne anordning, meldte Damadian sig frivilligt til at være den første patient.

Da han kravlede ind, skete der dog intet. Damadian kiggede på mange år spildt på en mislykket opfindelse, men en af ​​hans kolleger foreslog modigt, at han måske var for stor til maskinen. En snæver kandidatstuderende meldte sig frivilligt til at prøve det, og den 3. juli 1977 blev den første MR-undersøgelse udført på et menneske. Det tog næsten fem timer at producere ét billede, og den originale maskine, kaldet "Indomitable", er nu ejet af Smithsonian Institution.

På blot et par årtier er brugen af ​​magnetisk resonansbilleddannelse (MRI ) scannere er vokset gevaldigt. Læger kan bestille MR-scanninger for at hjælpe med at diagnosticere multipel sklerose, hjernetumorer, overrevne ledbånd, senebetændelse, kræft og slagtilfælde, for blot at nævne nogle få. En MR-scanning er den bedste måde at se inde i den menneskelige krop uden at skære den op.

Det kan være lidt trøst for dig, når du gør dig klar til en MR-undersøgelse. Du er frataget dine smykker og kreditkort og stillet detaljerede spørgsmål om alle de metalliske instrumenter, du måtte have indeni dig. Du bliver sat på en lille plade og skubbet ind i et hul, der næppe virker stort nok til en person. Du bliver udsat for høje lyde, og du skal ligge helt stille, ellers kommer de til at gøre det her mod dig igen. Og for hvert minut kan du ikke lade være med at spekulere på, hvad der sker med din krop, mens den er i denne maskine. Kunne det virkelig være, at denne prøvelse virkelig er bedre end en anden billedbehandlingsteknik, såsom en røntgen- eller CAT-scanning? Hvad har Raymond Damadian udrettet?

Indhold
  1. MRI-magneter:hovedspillerne
  2. De andre dele af en MR-maskine
  3. Brintatomer og magnetiske momenter
  4. Hvad sker der ellers i en MR-scanning?
  5. MR-billeder og hvordan de er lavet
  6. MRI-sikkerhedsbekymringer

MRI-magneter:hovedspillerne

Komponenterne i et MR-system HowStuffWorks.com

MR-scannere varierer i størrelse og form, og nogle nyere modeller har en større grad af åbenhed omkring siderne. Alligevel er det grundlæggende design det samme, og patienten skubbes ind i et rør, der kun er omkring 24 tommer (60 centimeter) i diameter [kilde:Hornak]. Men hvad er der derinde?

Den største og vigtigste komponent i et MR-system er magneten. Der er et vandret rør - det samme som patienten går ind i - der løber gennem magneten fra forsiden til bagsiden. Dette rør er kendt som boringen . Men dette er ikke en hvilken som helst magnet – vi har at gøre med et utroligt stærkt system her, et der er i stand til at producere et stort, stabilt magnetfelt.

Styrken af ​​en magnet i et MR-system vurderes ved hjælp af en måleenhed kendt som en tesla . En anden måleenhed, der almindeligvis bruges med magneter, er gauss (1 tesla =10.000 gauss). De magneter, der bruges i dag i MRI-systemer, skaber et magnetfelt på 1,5-tesla til 7,0-tesla eller 15.000 til 70.000 gauss. Når du indser, at Jordens magnetfelt måler 0,5 gauss, kan du se, hvor kraftige disse magneter er.

De fleste MR-systemer bruger en superledende magnet , som består af mange spoler eller viklinger af ledninger, hvorigennem en strøm af elektricitet føres, hvilket skaber et magnetfelt på op til 2,0 tesla. At opretholde et så stort magnetfelt kræver en hel del energi, hvilket opnås ved superledning , eller reducere modstanden i ledningerne til næsten nul. For at gøre dette bades ledningerne konstant i flydende helium ved 452,4 grader under nul Fahrenheit (269,1 under nul grader Celsius) [kilde:Coyne]. Denne kulde er isoleret af et vakuum. Selvom superledende magneter er dyre, giver det stærke magnetfelt mulighed for billeddannelse af højeste kvalitet, og superledning holder systemet økonomisk i drift.

De andre dele af en MR-maskine

To andre magneter bruges i meget mindre omfang i MR-systemer. Resistive magneter er strukturelt som superledende magneter, men de mangler det flydende helium. Denne forskel betyder, at de kræver en enorm mængde elektricitet, hvilket gør det uoverkommeligt dyrt at køre over et niveau på 0,3 tesla. Permanente magneter har et konstant magnetfelt, men de er så tunge, at det ville være svært at konstruere et, der kunne opretholde et stort magnetfelt.

Der er også tre gradientmagneter inde i MR-maskinen. Disse magneter har meget lavere styrke sammenlignet med hovedmagnetfeltet; de kan variere i styrke fra 180 gauss til 270 gauss. Mens hovedmagneten skaber et intenst, stabilt magnetfelt omkring patienten, skaber gradientmagneterne et variabelt felt, som gør det muligt at scanne forskellige dele af kroppen.

En anden del af MR-systemet er et sæt spoler, der transmitterer radiofrekvensbølger ind i patientens krop. Der er forskellige spoler til forskellige dele af kroppen:knæ, skuldre, håndled, hoveder, nakke og så videre. Disse spoler passer normalt til konturen af ​​den kropsdel, der afbildes, eller ligger i det mindste meget tæt på den under undersøgelsen. Andre dele af maskinen omfatter et meget kraftfuldt computersystem og et patientbord, som glider patienten ind i boringen. Om patienten går i hovedet eller fødderne først afgøres af, hvilken del af kroppen der skal undersøges. Når den kropsdel, der skal scannes, er i det nøjagtige centrum, eller isocenter , af magnetfeltet, kan scanningen begynde.

Hvad sker der under en scanning? Find ud af det næste.

MR-udvikling

MR-maskiner udvikler sig, så de er mere patientvenlige. For eksempel kan mange klaustrofobiske mennesker simpelthen ikke tåle de trange rammer, og boringen rummer måske ikke overvægtige mennesker. Der er mere åbne scannere, som giver mulighed for større plads, men disse maskiner har svagere magnetfelter, hvilket betyder, at det kan være lettere at gå glip af unormalt væv. Der udvikles også meget små scannere til billeddannelse af specifikke kropsdele. Andre fremskridt er ved at blive gjort inden for MR-området. Funktionel MR (fMRI ), for eksempel skaber hjernekort over nervecelleaktivitet sekund for sekund og hjælper forskere med bedre at forstå, hvordan hjernen fungerer. Magnetisk resonansangiografi (MRA ) skaber billeder af strømmende blod, arterier og vener i stort set alle dele af kroppen.

Brintatomer og magnetiske momenter

Trinene til en MRI © 2008 HowStuffWorks.com

Når patienter glider ind i en MR-maskine, tager de de milliarder af atomer med sig, der udgør den menneskelige krop. I forbindelse med en MR-scanning er vi kun bekymrede for brintatomet, som er rigeligt, da kroppen for det meste består af vand og fedt. Disse atomer roterer tilfældigt eller precesserer , på deres akse, som en børnetop. Alle atomerne går i forskellige retninger, men når de placeres i et magnetfelt, stiller atomerne op i feltets retning.

Disse brintatomer har et stærkt magnetisk moment , hvilket betyder, at de i et magnetfelt stiller sig op i feltets retning. Da magnetfeltet løber lige ned i midten af ​​maskinen, er brintprotonerne på linje, så de peger på enten patientens fødder eller hovedet. Omkring halvdelen går hver vej, så langt størstedelen af ​​protonerne ophæver hinanden - det vil sige, at for hvert atom, der er linet op mod fødderne, er et linet op mod hovedet. Kun et par protoner ud af hver million bliver ikke annulleret. Det lyder ikke af meget, men det store antal brintatomer i kroppen er nok til at skabe ekstremt detaljerede billeder. Det er disse uovertrufne atomer, vi er bekymrede for nu.

Hvad sker der ellers i en MR-scanning?

Dernæst påfører MR-maskinen en radiofrekvens (RF) puls som kun er specifik for brint. Systemet leder pulsen mod det område af kroppen, vi ønsker at undersøge. Når pulsen påføres, absorberer de uovertrufne protoner energien og spinder igen i en anden retning. Dette er "resonans"-delen af ​​MR. RF-impulsen tvinger dem til at spinde ved en bestemt frekvens i en bestemt retning. Den specifikke resonansfrekvens kaldes Larmour-frekvensen og beregnes ud fra det særlige væv, der afbildes, og styrken af ​​hovedmagnetfeltet.

På nogenlunde samme tid springer de tre gradientmagneter i gang. De er arrangeret på en sådan måde inde i hovedmagneten, at når de tændes og slukkes hurtigt på en bestemt måde, ændrer de hovedmagnetfeltet på lokalt niveau. Det betyder, at vi kan vælge præcist, hvilket område vi vil have et billede af; dette område omtales som "skiven". Tænk på et brød med skiver så tynde som et par millimeter -- skiverne i MR er så præcise. Skiver kan tages af enhver del af kroppen i enhver retning, hvilket giver lægerne en enorm fordel i forhold til enhver anden billeddannelsesmodalitet. Det betyder også, at du ikke behøver at bevæge dig, for at maskinen kan få et billede fra en anden retning – maskinen kan manipulere alt med gradientmagneterne.

Men maskinen laver en enorm støj under en scanning, hvilket lyder som en konstant hurtig hamring. Det skyldes, at den stigende elektriske strøm i ledningerne til gradientmagneterne er modsat af hovedmagnetfeltet. Jo stærkere hovedfeltet er, jo højere gradientstøj. I de fleste MR-centre kan du medbringe en musikafspiller til at overdøve ketcheren, og patienterne får ørepropper.

Når RF-impulsen er slukket, vender brintprotonerne langsomt tilbage til deres naturlige justering inden for magnetfeltet og frigiver den energi, der absorberes fra RF-impulserne. Når de gør dette, afgiver de et signal, som spolerne opfanger og sender til computersystemet. Men hvordan konverteres dette signal til et billede, der betyder noget?

MR-billeder og hvordan de er lavet

Læger undersøger kontrasterne på en MR-scanning. Ron Levine/The Image Bank/Getty Images

MR-scanneren kan udvælge et meget lille punkt inde i patientens krop og spørge den i det væsentlige:"Hvilken type væv er du?" Systemet gennemgår patientens krop punkt for punkt og opbygger et kort over vævstyper. Den integrerer derefter al denne information for at skabe 2-D-billeder eller 3-D-modeller med en matematisk formel kendt som Fourier-transformationen . Computeren modtager signalet fra de roterende protoner som matematiske data; data konverteres til et billede. Det er "billeddannelsesdelen" af MR.

MR-systemet bruger injicerbar kontrast , eller farvestoffer, for at ændre det lokale magnetfelt i det væv, der undersøges. Normalt og unormalt væv reagerer forskelligt på denne lille ændring, hvilket giver os forskellige signaler. Disse signaler overføres til billederne; et MR-system kan vise mere 250 gråtoner for at skildre det varierende væv [kilde:Coyne]. Billederne giver lægerne mulighed for at visualisere forskellige typer vævsabnormiteter bedre, end de kunne uden kontrasten. Vi ved, at når vi laver "A", vil normalt væv ligne "B" -- hvis det ikke gør det, kan der være en abnormitet.

Et røntgenbillede er meget effektivt til at vise læger en brækket knogle, men hvis de vil have et kig på en patients bløde væv, inklusive organer, ledbånd og kredsløbssystemet, vil de sandsynligvis have en MR. Og som vi nævnte på sidste side, er en anden stor fordel ved MRI dens evne til at tage billeder i ethvert plan. Computertomografi (CT) er for eksempel begrænset til ét plan, det aksiale plan (i analogien med brødet ville aksialplanet være, hvordan et brød normalt skæres i skiver). Et MR-system kan skabe aksiale billeder såvel som sagitall (skærer brødet side-til-side på langs) og koronalt (tænk på lagene i en lagkage) billeder eller en hvilken som helst grad derimellem, uden at patienten nogensinde bevæger sig.

Men for disse billeder af høj kvalitet kan patienten slet ikke bevæge sig ret meget. MR-scanninger kræver, at patienterne holder stille i 20 til 90 minutter eller mere. Selv meget lille bevægelse af den del, der scannes, kan forårsage forvrængede billeder, som skal gentages. Og der er høje omkostninger ved denne form for kvalitet; MR-systemer er meget dyre i indkøb, og derfor er undersøgelserne også meget dyre.

Men er der andre omkostninger? Hvad med patientens sikkerhed?

MRI-sikkerhedsbekymringer

Denne patient blev godkendt til start. Plys Studios/Blend Images/Getty Images

Måske er du bekymret over den langsigtede virkning af at have alle dine atomer blandet, men når du først er ude af magnetfeltet, vender din krop og dens kemi tilbage til det normale. Der er ingen kendte biologiske farer for mennesker ved at blive udsat for magnetiske felter af den styrke, der bruges i medicinsk billeddannelse i dag. Det faktum, at MR-systemer ikke bruger ioniserende stråling, som andre billeddannende enheder gør, er en trøst for mange patienter, ligesom det faktum, at MR-kontrastmaterialer har en meget lav forekomst af bivirkninger. De fleste faciliteter foretrækker ikke at afbilde gravide kvinder på grund af begrænset forskning i de biologiske virkninger af magnetiske felter på et foster under udvikling. Beslutningen om, hvorvidt der skal scannes en gravid patient eller ej, træffes fra sag til sag i samråd mellem MR-radiologen og patientens fødselslæge.

MRI-pakken kan dog være et meget farligt sted, hvis strenge forholdsregler ikke overholdes. Kreditkort eller andet med magnetisk kodning vil blive slettet. Metalgenstande kan blive farlige projektiler, hvis de tages ind i scanningsrummet. For eksempel kan papirclips, kuglepenne, nøgler, sakse, smykker, stetoskoper og andre små genstande trækkes ud af lommerne og af kroppen uden varsel, hvorefter de flyver mod magnetens åbning med meget høje hastigheder.

Store genstande udgør også en risiko - moppespande, støvsugere, IV-stænger, patientbårer, hjertemonitorer og utallige andre genstande er alle blevet trukket ind i magnetfelterne i MR-scanningen. I 2001 blev en ung dreng, der gennemgik en scanning, dræbt, da en ilttank blev trukket ind i den magnetiske boring [kilde:McNeil]. En gang fløj en pistol ud af en politimands hylster, kraften fik pistolen til at skyde. Ingen kom til skade.

For at sikre sikkerheden bør patienter og støttepersonale screenes grundigt for metalgenstande, inden de går ind i scanningsrummet. Ofte har patienterne dog implantater inde i sig, som gør det meget farligt for dem at være i nærvær af et stærkt magnetfelt. Disse omfatter:

  • Metalfragmenter i øjet, som er meget farlige, da flytning af disse fragmenter kan forårsage øjenskade eller blindhed
  • Pacemakere, som kan fungere fejl under en scanning eller endda i nærheden af ​​maskinen
  • Aneurismeklemmer i hjernen, som kan rive selve den arterie, de blev placeret på for at reparere, hvis magneten bevæger dem
  • Tandimplantater, hvis magnetiske

De fleste moderne kirurgiske implantater, herunder hæfteklammer, kunstige led og stents, er lavet af ikke-magnetiske materialer, og selvom de ikke er det, kan de blive godkendt til scanning. Men lad din læge vide det, da noget ortopædisk hardware i området for en scanning kan forårsage forvrængninger i billedet.

Ofte besvarede spørgsmål

Hvad er forskellen mellem MRI og CT-scanning?
Forskellen mellem MR og CT-scanning er, at MR bruger magnetiske bølger til at producere billeder af kroppen, mens CT-scanning bruger røntgenstråler til at producere billeder.

Mange flere oplysninger

Relaterede artikler

  • Sådan fungerer fMRI
  • Hvilke kvinder bør få MRI ud over mammografi?
  • Sådan fungerer hjernekortlægning
  • Sådan fungerer CAT-scanninger
  • Sådan virker dyb hjernestimulation
  • Sådan virker ultralyd
  • Sådan virker nuklearmedicin
  • Sådan virker røntgenstråler

Flere gode links

  • Grundlæggende om MR
  • MRI-vejleder
  • Simpelthen Fysik
  • National High Magnetic Field Laboratory

Kilder

  • Berman, Phyllis. "Hvordan man undgår den begravede levende følelse." Forbes. 28. februar 1994.
  • Coyne, Kristen Eliza. "MRI:En guidet tur." National High Magnetic Field Laboratory. (6. august 2008)http://www.magnet.fsu.edu/education/tutorials/magnetacademy/mri/
  • Damadian, Raymond V. "Historien om MR." Lørdag Aften Post. maj/juni 1994.
  • Hornak, Joseph P. "The Basics of MRI." 1996. (6. august 2008)http://www.cis.rit.edu/people/faculty/hornak
  • Kirby, David. "Patienter omfavner den nye generation af billedbehandlingsmaskiner." New York Times. 8. maj 2001. (6. august 2008)http://query.nytimes.com/gst/fullpage.html?res=9C0CE0DE163BF93BA35756C0A9679C8B63
  • McNeil, Donald G. Jr. "M.R.I.'s Strong Magnets Cited in Accidents." New York Times. 19. august 2005. (6. august 2008)http://www.nytimes.com/2005/08/19/health/19magnet.html
  • Wakefield, Julie. "Den 'ukuelige' MR." Smithsonian. juni 2000.
  • Woodward, Peggy. "MRI for teknologer." McGraw-Hill Professional. 2000. (6. august 2008)http://books.google.com/books?id=fR5u5u1hwFkC&printsec=frontcover



Sidste artikel

Næste artikel

Varme artikler
Sprog: French | Italian | Spanish | Portuguese | Swedish | German | Dutch | Danish | Norway |

Videnskab © https://da.scienceaq.com