ام‌آرآی

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
(تغییرمسیر از MRI)
پرش به: ناوبری، جستجو


یک دستگاه پویشگر ام‌آرآی ۳ تسلا از نوع Philips Achieva

ام‌آرآی (به انگلیسی: MRI) که مخفف عبارت (به انگلیسی: Magnetic Resonance Imaging) است و تصویرسازی تشدید مغناطیسی نامیده می‌شود، روشی پرتونگارانه در تصویربرداری تشخیصی پزشکی و دامپزشکی است که در دهه‌های اخیر بسیار فراگیر شده‌است و بر اساس رزنانس مغناطیسی هسته است.

تشریح[ویرایش]

چگونگی قرار گرفتن اسپین‌های هسته‌ای در میدان مغناطیسی و نوسان با فرکانس لارمور

اساس MRI مبتنی بر حرکت اسپینی هسته های اتم هیدورژن موجود در بدن است. این اسپین ها از اسپین های فردی پروتون ها و نوترون های درون هسته، ناشی می شود. با توجه با اینکه در اتم هیدورژن فقط یک پروتون وجود دارد، خود هسته یک اسپین خالص یا گشتاور زاویه ای دارد. این گشتاور زاویه ای را هسته های MR می نامند. با توجه به اینکه هسته هیدروژن دارای حرکت و بار مثبت است. پس طبق قانون القاء فاراده به طور خود به خود یک گشتاور مغناطیسی پیدا می کنند. و با قرار گرفتن در یک میدان مغناطیسی خارجی مرتب می شوند. برخی هسته های اتم هیدروژن با میدان هم راستا می شوند، و تعداد کمتری از هسته ها پاد موازی با میدان مغناطیسی هم راستا می شوند. تاثیر میدان مغناطیسی خارجی ایجاد یک نوسان اضافی برای هسته های هیدروژن حول خود میدان است که این حرکت را، حرکت تقدیمی می نامند. برای آنکه تشدید هسته های هیدروژن رخ دهد، یک پالس RF با همان فرکانس حرکت تقدیمی به کار می رود. اعمال پالس RF که سبب تشدید هسته ها می شود، را تحریک می نامند. در نتیجه این تشدید هسته های هیدروژن هم راستا با میدان مغناطیسی خارجی باقی نمی‌ماند. به زاویه ای که بین هسته های هیدروژن و میدان مغناطیسی خارجی ایجاد می شود، زاویه فلیپ FA می گویند. اگر این زاویه 90 درجه باشد بیشترین مقدار انرژی به کویل های گیرنده القاء می شود. طبق قانون القاء فاراده اگر یک کویل گیرنده در صفحه حرکت این میدان مغناطیسی قرار گیرد، ولتاز در کویل القاء می شود. وقتی میدان مغناطیسی عرض صفحه کویل را قطع کند، سیگنال MR تولید می شود. این سیگنال نقاط فضای k یا فوریه را تشکیل می دهد، با تبدیل فوریه گرفتن از این فضا تصویر نهایی بدست می آید.

با ام آر آی می‌توان در جهات فوقانی-تحتانی (اگزیال)، چپ‌راستی (ساژیتال) و پس‌وپیش (کورونال) و حتّی در جهات اُریب و مایل تصویرگیری نمود. یک سیستم ام آر آی از سه میدان مغناطیسی استفاده می‌کند:

  1. میدان خارجی ثابت و قوی (B0)
  2. میدان ضعیف گرادیانی متغیر
  3. میدان حاصل از پالس RF الکترومغناطیسی (B۱)

در واقع ام آر آی روشی است که از خاصیت مغناطیسی بافت‌ها استفاده کرده و تولید تصویر می‌کند.اصول پایهٔ MRI بر این اساس است که هسته‌های بعضی از عناصر، وقتی در میدان مغناطیسی قوی قرار می‌گیرند، با نیروی مغناطیسی در یک راستا قرار می‌گیرند.

قدرت سیگنالی که در MRI بوجود می‌آید به دو عامل دانسیته پروتون‌ها و زمان‌های استراحت و بستگی دارد. مدت زمانی است که ۶۳٪ ممان مغناطیسی طولی یک پروتون پس از برانگیختگی، از راستای عمودبرمیدان به راستای موازات میدان مغناطیسی باز می‌گردد. همچنین مدت زمانیست که ممان مغناطیسی عرضی یک پروتون پس از برانگیختگی، به ۳۷٪ مقدار اولیه خود تنزل می‌یابد. اکثر فرایندهای پاتولوژیک، موجب افزایش زمان استراحتِ و یا همان Relaxation time آنها می‌شوند و لذا در مقایسه با بافت‌های طبیعی اطراف، در تصاویر T۱-weighted سیگنال پایین تر (تیره رنگ تر) و در تصاویر T۲-wighted سیگنال بالاتر (روشن تر یا سفیدتر) خواهند داشت.[۱]

سیستمهای امروزی[ویرایش]

سیستمهای ام آر آی امروزه غالباً دارای قدرت میدانهای ۰/۲، ۱، ۱/۵، و ۳ تسلا می‌باشند.

در ایالات متحده آمریکا بیمارستان‌ها و مراکز خدمات بهداشتی اجازه استفاده از سیستم‌های تا ۴ تسلا را نیز برای یک بیمار دارند. اما از چهار تسلا به بالا صرفاً جنبه و کاربردهای تحقیقاتی دارد.

بزرگ‌ترین تولید کننده‌های سیستمهای ام آر آی امروزه شرکت‌های زیمنس (آلمان)، جی‌ای (آمریکا)، توشیبا (ژاپن)، و فیلیپس (هلند) می‌باشند.

تاریخ[ویرایش]

تصویری از آرشیو اداره ثبت اختراعات آمریکا که متعلق به ریموند دامادیان، دانشمند آمریکایی ارمنی-تبار و یکی از مخترعین سیستمهای نوین ام آر آی است.

در سال ۱۹۵۰، حصول تصویر یک بعدی MRI توسط هرمن کار (Herman Carr) گزارش گردید. پاول لاتربر، شیمیدان آمریکائی با کار بر روی تحقیقات پیشین، موفق به ابداع روش‌هایی برای تولید تصاویر دو بعدی و سه بعدی MRI گردید[۲]. سرانجام وی در سال ۱۹۷۳ اولین تصویر گرفته شده بر اساس تشدید مغناطیس هسته‌ای (NMR) خود را منتشر نمود[۳]. اولین تصویر مقطع نگاری از یک موش زنده در ژانویه ۱۹۷۴ منتشر گردید.

از سوی دیگر تحقیقات و پیشرفت‌های مهمی در زمینهٔ تصویر برداری بر اساس تشدید مغناطیسی هسته برای نخستین بار در دانشگاه ناتینگهام انگلستان صورت پذیرفت، جایی که پیتر منسفیلد فیزیکدان برجستهٔ آن موسسه با گسترش یک روش ریاضی موفق به کاهش زمان تصویربرداری و افزایش کیفت تصاویر نسبت به روش بکارگرفته شده توسط لاتربر گردید. در همان زمان در سال ۱۹۷۱ دانشمند آمریکایی ارمنی تبار ریموند دامادیان استاد دانشگاه ایالتی نیویورک در مقاله‌ای که در مجلهٔ Science منتشر گردید، اعلام نمود که امکان تشخیص تومور از بافت‌های عادی به کمک تصویر برداری NMR میسر می‌باشد.

سرانجام جایزهٔ نوبل پزشکی سال ۲۰۰۳ به خاطر اختراع ام آر آی به پاول لاتربر از دانشگاه ایلینوی در اوربانا شامپاین[۴] و پیتر منزفیلد از انگلستان اعطا گردید.

طرز کار[ویرایش]

نوشتار اصلی: ردیف ضربانی

چگونگی تولید تصویر ام آر آی فرایند بس پیچیده‌ای‌ست. در این روش از خاصیت ویژهٔ اسپین‌های هسته‌های هیدرژنی در میدان مغناطیسی (B0) استفاده می‌شود. پس از انتخاب برش، اسپین‌ها تحت تاثیر میدان مغناطیسی پالس‌های الکترومغناطیسی (B۱) قرار گرفته و سپس از این حالت برانگیختگی به مرور به حالت اولیه خود بازمی گردند.[۵]* در هر بافتی این مدت زمان متفاوت است. بطور مثال در ۱/۵ تسلا ثابت T1 برای بافت چربی ۲۶۰ میلی ثانیه و برای بافت ماده خاکستری مغز ۹۲۰ میلی ثانیه می‌باشد.

بسته به اینکه چه نوع دنباله پالسیی انتخاب شود، و پارامترهایی مثل TE و TR چگونه تعیین شوند، می‌توان با T1 و T2 کنتراست دلخواه را به تصویر کشید و توانایی ام آر آی در همین خاصیت ویژه قرار دارد. بطور مثال در یکی چربی روشن و در دیگری تاریک می‌شود.

هر برش تصویری توسط فاز و بسامد امواج دریافت شده بترتیب در محورهای y و x کدگذاری می‌گردد. برای انجام کدگذاری احتیاج به میادین مغناطیسی متغیر می‌باشد که این امر به کمک آهن‌رباهای از نوع ابررسانا هر لحظه تولید می‌گردد. اطلاعات دریافتی در فضایی داده‌ای بنام فضای k واریز شده و نهایتاً بکمک تبدیلات فوریه ای به شکل تصویر در آورده می‌شوند.

کیفیت تصویری ام آر آی[ویرایش]

معمولاً بهبود کیفیت تصویری در ام آر آی را با مقیاس‌هایی همانند قدرت تفکیک می‌سنجند و معمولاً نیز بهبود قدرت تفکیک با خود عواقبی همانند کاهش سیگنال مفید (SNR) بهمراه دارد. اما می‌توان این مشکلات را با راه حل‌هایی همانند استفاده از سیستمهای با قدرت میدان Bo بالاتر[۶]، ویا استفاده از ماده حاجب (contrast agents) مناسب[۷] تصحیح نمود.

مقایسه[ویرایش]

تصویر ام آر آی یک میوهٔ کیوی

ام آر آی از بعضی نقاط برتری و از بعضی جهات دیگر نسبت به ابزار دیگر در فیزیک پزشکی ضعف دارد. در قیاس با سی تی اسکن این موارد عبارتند از[۸]:

برتری‌های ام‌آرآی در مقایسه با سی تی اسکن[ویرایش]

  • 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[ویرایش]

  • 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.

اسکن‌های پایه MRI[ویرایش]

نمایش TE وTR یک سیگنال MR.

سیگنال های دریافتی توسط سیستم های MRI، حاوی اطلاعات بسیار زیادی بوده که می تواند در استخراج اطلاعات فیزیکی و شیمیایی جسم و یا بافت مورد نظر، به کار گرفته شود. با توجه به اطلاعات مطلوب، سیستم MRI برنامه ریزی می گردد و در نهایت تصویر سازی به یکی از روش های زیر و یا روش های ترکیبی نمایش داده می شود.

MRI با وزن دهی T1[ویرایش]

اثر اصلی : زمان استراحت اسپین-لاتیس

این یک روش پایه در اسکن MRI می‌باشد، برای مثال، در این روش تصویر سازی، تفاوت دو بافت چربی و آب، به صورت تیره تر بودن آب نسبت به بافت چربی در عکس برداری به کمک دنباله اکو گردایان (GRE) با TE کوتاه و TR کوتاه می‌باشد.

MRI با وزن دهی T2[ویرایش]

اثر اصلی : زمان استراحت اسپین-اسپین

این روش نیز یکی از روش‌های اصلی تصویر سازی MRI می‌باشد. در این روش نیز مانند وزن دهی T1، چربی و آب قابل تفکیک بوده با این تفاوت که چربی تیره تر و آب روشن تر در تصویر ظاهر می گردد.برای مثال در مطالعه مغز و ستون فقرات، مایع مغزی نخاعی به صورت روشن تر در تصویر ظاهر می گردد. این روش برای شرایطی با TE و TR طولانی مناسب می باشد.

در این روش، از توالی اکو گرادیان (GRE) با TE و TR طولانی استفاده می گردد.

MRI با وزن دهی چگالی اسپین ها-چگالی پروتون[ویرایش]

این روش به نام چگالی پروتون نیز شناخته می شود. کنترست در تصاویر حاصل از این روش تصویر سازی، حاصل از مقادیر T1 وT2 نبوده و تنها به اختلاف چگالی اسپین های اتم هیدروژن موجود در بافت ها وابسته می باشد. در این روش TE کوتاه و TR طولانی می باشد.[۹]

روشها و کاربردهای دیگر[ویرایش]

تصویربرداری مولکولی و fMRI[ویرایش]

نوشتار اصلی: کاربردهای تصویربرداری مولکولی در ام‌آرآی
نوشتار اصلی: اف‌ام‌آرآی
یک تصویر اف‌ام‌آرآی دید فوقانی-تحتانی.

این روش برای اولین بار در بهار سال ۱۹۹۱ در مرکز بیمارستان massachusetts در بوستون آمریکا به منظور نقشه‌برداری از فعالیت‌های مغزی مورد آزمایش قرار گرفت. در این روش غیر تهاجمی تصاویری بر اساس تغییرات محلی در جریان خون مغز گرفته می‌شود.

طیف‌نگاری (MRS)[ویرایش]

نوشتار اصلی: طیف‌نگاری با تشدید مغناطیسی


آنژیوگرافی (MRA)[ویرایش]

نوشتار اصلی: آنژیوگرافی تشدید مغناطیسی


تصویر برداری تشدید مغناطیسی موازی (PMRI)[ویرایش]

نوشتار اصلی: تصویر برداری تشدید مغناطیسی موازی


جستارهای وابسته[ویرایش]

یک نمونه از ام آر آی از نوع باز (Open) ساخت هیتاچی

منابع[ویرایش]

  1. رادیولوژی بالینی آرمسترانگ، ویراست: 2004
  2. First MRI and ultrasound scanning
  3. Image Formation by Induced Local Interactions: Examples Employing Nuclear Magnet
  4. به مقاله زیر مراجعه شود:
    Lauterbur, P.C. , Nature, 1973; 242:190-191
  5. relaxation
  6. Stuber M, Botnar RM, Fischer SE, et al. Preliminary report on in vivo coronary MRA at 3 Tesla in humans.Magn Reson Med 2002;48(3):425–429.
  7. Huber ME, Paetsch I, Schnackenburg B, et al. Performance of a new gadolinium-based intravascular contrast agent in free-breathing inversion-recovery 3D coronary MRA.Magn Reson Med 2003;49(1):115–121.
  8. فنون تخصصی. فضل‌الله تورچیان.انتشارات نور دانش. ۱۳۸۲. ص۲۸۵
  9. Magnetic resonance imaging. (2012, February 10). In Wikipedia, The Free Encyclopedia. Retrieved 07:01, February 15, 2012, from http://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Magnetic_resonance_imaging&oldid=476118369
جستجو در ویکی‌انبار در ویکی‌انبار پرونده‌هایی دربارهٔ ام‌آرآی موجود است.

پیوند به بیرون[ویرایش]