ام‌آرآی

از: دانشنامه‌ی آریانا

ام‌آرآی

فهرست مندرجات ◉ پیشینه‌ی تاریخی ◁ مکانیسم △ مکانیسم ساختار، فیزیک و طرز کار اسکن‌های پایه ام‌آرآی ◉ سیستم‌های امروزی و کیفیت تصویری ◉ تشخیص بیماری‌ها ◉ از نظر ایمنی ◉ از لحاظ اقتصاد پزشکی ◉ يادداشت‌ها ◉ پيوست‌ها ◉ پی‌نوشت‌ها ◉ جُستارهای وابسته ◉ سرچشمه‌ها ◉ پيوند به بيرون .

تصویربرداری پزشکی

اسکن ام‌آرآی

ام‌آرآی (به انگلیسی: MRI، با تلفظ آمریکایی: MRI)، که مخفف عبارت: «تصویرسازی تشدید مغناطیسی» (به انگلیسی: Magnetic resonance imaging، با تلفظ آمریکایی: Magnetic resonance imaging) است، در حال حاضر، یکی از روش‌های پیشرفته‌ی پرتونگارانه در تصویربرداری پزشکی (Medical imaging) است، که در تصویربرداری تشخیصی دامپزشکی نیز کاربرد دارد. با استفاده از این روش می‌توان تصویر بافت‌های درونی بدن را دید و از آن طریق مشکلات و بیماری‌های اعضای بدن را تشخیص داد. این روش، که در دهه‌های اخیر بسیار فراگیر شده‌ است، بر اساس رزنانس مغناطیسی هسته، که یک پدیده‌ی فیزیکی بر اساس مکانیک کوانتمی است، کار می‌کند.

در حالی‌که در روش‌های تصویربرداری با اشعه‌ی ایکس مانند رادیوگرافی ساده و یا سی‌تی‌اسکن، بدن تحت تابش مقدار معینی از اشعه‌ی یونیزه‌کننده قرار می‌گیرد که اگر از حد مشخصی بیش‌تر باشد، می‌تواند موجب اشکالاتی در کارکرد سلول‌ها شود، اما در ام‌آرآی از اشعه‌ی ایکس استفاده‌ای نمی‌شود، بلکه به‌جای آن از موج‌های رادیویی (Radio waves)، که گونه‌ای تابش الکترومغناطیسی (Electromagnetic radiation) است، کار گرفته می‌شود. بنابراین نسبت به رادیوگرافی و سی‌تی‌اسکن بسیار کم‌ضررتر است.

ام‌آرآی در تشخیص و درمان بیماری‌ها و آسیب‌شناسی قسمت مختلف بدن، نظیر: سرطان (Cancer)، آسیب مغزی (Brain injury)، صدمات نخاعی (Spinal cord injuries)، تصلب شرائین، سخت‌شدگی سرخرگ‌ها (Blood vessel damage)، سکته‌های مغزی و قلبی (Stroke)، و فلج چندگانه (Multiple sclerosis) به پزشک کمک می‌کند.

▲	پیشینه‌ی تاریخی

در سال ۱۹۵۰، حصول تصویر یک بُعدی MRI توسط هرمن کار (Herman Carr) گزارش گردید. پاول لاتربور (Paul Lauterbur)، شیمیدان آمریکایی با کار بر روی تحقیقات پیشین، موفق به ابداع روش‌هایی برای تولید تصاویر دو بُعدی و سه بُعدی MRI گردید. سرانجام وی در سال ۱۹۷۳ اولین تصویر گرفته شده بر اساس تشدید مغناطیس هسته‌ای (Nuclear magnetic resonance با مخفف NMR) خود را منتشر نمود. اولین تصویر مقطع‌نگاری از یک موش زنده در ژانویه ۱۹۷۴ منتشر گردید.

نفر اول ایستاده از راست: پاول کریستاین لاتربور (Paul Christian Lauterbur) (زاده‌ی ۶ مه ۱۹۲۹ م - درگذشته‌ی ۲۷ مارس ۲۰۰۷ م)، دانشمند آمریکایی و یکی از مخترعین سیستم‌های نوین ام‌آر‌آی است. او که زاده‌ی اوهایو، ایالتی در شرق آمریکا، و دانش‌آموخته دانشگاه پیتسبورگ و دانشگاه کیس وسترن رزرو بود، از بنیان‌گذاران این نوع پویشگر در دهه‌ی ۷۰ میلادی بود، و به‌همین دلیل به‌همراه پیتر منسفیلد برنده‌ی جایزه‌ی نوبل پزشکی سال ۲۰۰۳ شد. لاتربور استاد دانشگاه ایلینوی در اوربانا شامپاین بود.

از سوی دیگر تحقیقات و پیشرفت‌های مهمی در زمینه‌ی تصویربرداری بر اساس تشدید مغناطیسی هسته برای نخستین‌بار در دانشگاه ناتینگهام انگلستان صورت پذیرفت، جایی‌که پیتر منسفیلد (Peter Mansfield)، فیزیکدان برجسته‌ی آن مؤسسه با گسترش یک روش ریاضی موفق به کاهش زمان تصویربرداری و افزایش کیفت تصاویر نسبت به روش به‌کارگرفته‌شده توسط لاتربور گردید. در همان‌زمان در سال ۱۹۷۱ دانشمند آمریکایی ارمنی‌تبار ریموند دامادیان (Raymond Damadian)، استاد دانشگاه ایالتی نیویورک در مقاله‌ای که در مجله‌ی «ساینس» (Science) منتشر گردید، اعلام نمود که امکان تشخیص تومور از بافت‌های عادی به کمک تصویربرداری NMR میسر می‌باشد.

پروفسور پیتر منسفیلد (Peter Mansfield) (زاده‌ی ۹ اکتبر ۱۹۳۳ م - درگذشته‌ی ۸ فوریه ۲۰۱۷ م)، دانشمند انگلیسی و یکی از مخترعین سیستم‌های نوین ام‌آرآی و از بنیان‌گذاران این نوع پویشگر در دهه‌ی ۷۰ میلادی بود، که به‌همین دلیل به‌همراه پاول لاتربور برنده‌ی جایزه‌ی نوبل پزشکی سال ۲۰۰۳ شد.

سرانجام جایزه‌ی نوبل پزشکی سال ۲۰۰۳، به‌خاطر اختراع ام‌آرآی (MRI) به پاول لاتربور از دانشگاه ایلینوی در اوربانا شامپاین و پیتر منزفیلد از انگلستان اعطا گردید. امروزه نیز پژوهشگران از دستگاه‌های MRI منحصر به‌فردی استفاده می‌کنند که نه‌تنها جهت انتقال پیام‌ها در مغز بلکه آکسون‌ها و چگالی آن‌ها را نیز با دقت بالایی نشان می‌دهد.

ریموند واهان دامادیان (Raymond Vahan Damadian) (زاده‌ی ۱۶ مارس ۱۹۳۶ م)، فیزیک‌دان، پزشک ارمنی-آمریکایی و یکی از مخترعین سیستم‌های نوین ام‌آرآی است و از بنیان‌گذاران این نوع پویشگر در دهه‌ی ۷۰ میلادی به‌شمار می‌آید. وی که در شهر نیویورک‌سیتی به‌دنیا آمد، دانش‌آموخته دانشگاه ویسکانسین است، و دکترای پزشکی خود را از کالج پزشکی آلبرت اینشتین در نیویورک دریافت کرده است. با این‌که دانشگاه‌ ام‌آی‌تی در سال ۲۰۰۱ با اعطای جایزه‌ای ۱۰۰٬۰۰۰ دلاری، دامادیان را «مخترع ام‌آرآی» معرفی نمود، کمیته‌ی داوری جایز‌ه‌ی نوبل در سوئد از شناختن او به‌عنوان یکی از مخترعین ام‌آرآی برای کسب جایزه‌ی نوبل سال ۲۰۰۳ (جهت اختراع ام‌آرآی) ممانعت ورزید، که منجر به جنجال شد.

در سال ۱۹۷۰، دکتر ریموند دامادیان، که فردی بسیار فهیم و آینده‌نگر بود، تصمیم گرفت اسکنری را برای تصویربرداری از بدن انسان بسازد و همین مسئله، نقطه‌ی عطفی را در دنیای تصویربرداری به‌وجود آورد. او در آزمایش‌های خود، سلول‌های بدخیم را از طریق جراحی وارد بدن موش‌ها نمود و سپس آن‌ها را مورد آزمون NMR قرار داد. دامادیان متوجه شد که بافت توموری موش‌ها به‌تحریک مغناطیسی پاسخ می‌دهد و اگر موش‌ها را با یک پالس تشدیدکننده بمباران کند، هنگامی‌که گشتاور دو قطبی‌های مغناطیسی به‌حالت تعادل و آرامش می‌رسند، هر یک از بافت‌های سالم و توموری یک نوع سیگنال خاص خود را منتشر می‌کنند. این سیگنال‌ها بر حسب این‌که مربوط به بافت‌های سالم یا ناسالم باشند می‌توانند کنتراست خاصی را بر روی تصویر ایجاد کنند. همین مسئله باعث شد تا فکر ساخت دستگاه تصویربرداری به مغز وی خطور کند. البته سال‌ها قبل از دامادین، فلیکس بلوچ، اصطلاحات T2 ،T1 را برای نشان دادن مقدار زمان‌های استراحت به‌کار برده بود.

فلیکس بلوخ (Felix Bloch) (زاده‌ی ۲۳ اکتبر ۱۹۰۵ م - درگذشته‌ی ۱۰ سپتامبر ۱۹۸۳ م)، دانشمند یهودی آمریکایی سوئیسی-تبار و یکی از مخترعین تشدید مغناطیسی هسته است، که به‌خاطر این کشف خود، برنده‌ی جایزه‌ی نوبل فیزیک سال ۱۹۵۲ گردید. وی کارمند آزمایشگاه ملی لاس‌آلاموس در پروژه‌ی منهتن بود و نیز در کرسی استادی در دانشگاه استنفورد و دانشگاه هاروارد خدمت می‌نمود.

دکتر دامادیان در اوایل دهه ۱۹۷۰ متوجه شد که ساختمان آب در تصویربرداری ام‌آرآی عنصری بسیار حیاتی است. زیرا هر مولکول آب در واقع یک دو قطبی بسیار قوی است (قطب شمال و جنوب). علت آن است که الکترون‌های مدار هیدروژن زمان بیش‌تری را در مدارهای اطراف اتم اکسیژن می‌گذارنند این وضعیت باعث ایجاد یک منبع قوی برای تولید سیگنال‌های MR می‌شود. دامادیان ثابت کرد سیگنال‌های فوق را می‌توان به‌صورت تصویری مخصوص، آشکار کرد و ثبت نمود.

دامادیان به ارزش تشخیصی این اشعه‌ی مغناطیسی القأشده پی برد. او و همکارانش جهت تصویربرداری کل بدن انسان (Whole Body) مدت ۷ سال را برای طراحی و ساخت اولین اسکنر ام‌آرآی (MRI scanner) صرف کردند. پس از فراز و نشیب‌های فراوان بالاخره در روز سوم ژانویه ۱۹۷۷ اولین تصویر دانسیته‌ی پروتون (Proton density) از بدن انسان تهیه شد.

تصویربرداری فوق که به‌صورت اگزیال بود، به‌مدت ۴ ساعت و ۴۵ دقیقه طول کشید. در این آزمون بیمار بایستی در هنگام تصویربرداری از لحاظ فیزیکی ۱۰۶ مرتبه بر روی یک تخت حرکت داده می‌شد تا تهییج فضایی (Spatital excitation) صورت می‌گرفت. طبق گفته خود دکتر دامادیان، چیزی که او را در این مدت ۷ سال یاری می‌داد تنها قدرت و ایمان مذهبی درونی‌اش بود.

دکتر دامادیان نام اولین اسکنر خود را سرکش (Indomitable) گذاشت که در واقع نشان‌دهنده‌ی عزم، بی‌باکی و خستگی‌ناپذیری او در ساخت دستگاه مذکور بود. این دستگاه اکنون در مرکز تکنولوژی اسمیتسون در واشنگتن (Smithson institute of technology) قرار دارد.

دکتر لاتربور، در حیطه‌ی اسپکتروسکپی با لوله‌های آزمایش دارای موفقیت‌های چشمگیری بود. اما نمی‌توانست مسئله ضروری‌بودن خلوص ماده را برای به‌دست‌آوردن تجزی‌یه اسپکتروسکپی نادیده بگیرد. او می‌دانست که با استفاده از اصول NMR می‌توان یک سری راه‌کارهای عملی جهت تهییج قسمت‌هایی از نمونه‌ی مورد آزمایش ارائه داد، سرانجام او به این نتینجه رسید که اگر بتوان میدان مغناطیسی گرادیان دار ضعیف و کنترل شده‌ای را بر روی میدان مغناطیسی استاتیک (Static) قوی‌تری هم‌پوشانی کرد، آن‌گاه می‌توان برشی از نمونه با همان مقدار فرکانس را مجزا نمود، سیگنال‌های آن‌را آشکار کرد و نهایتاً به‌صورت یک تصویر درآورد. برای اثبات این اندیشه، او به‌مدت چند هفته تحقیقات و آزمایش‌های طاقت‌فرسایی را انجام داد و بالاخره متقاعد شد که:

۱- بااستفاده از سیگنال‌های NMR می‌توان برش مغناطیسی را به‌وجود آورد.

۲- مقدار این سیگنال‌ها جهت به‌کارگیری اصول انتقال فوریه (FT) برای تشکیل تصویر کافی است.

۳- برای بهبود کیفیت تصاویر، باید میدان مغناطیسی به اندازه‌ی کافی یکنواخت باشد.

در سال ۱۹۷۲ دکتر لاتربور به‌منظور تصویربرداری از قسمت‌های دلخواه حیوانات و گیاهان مختلف، گرادیان‌های Gx و Gy و Gz را طراحی و از آن‌ها استفاده نمود و بدین‌ترتیب قسمتی از وظیفه دشوار امتزاج و تکمیل سه تئوری فوق‌الذکر را به‌انجام رساند.

در سال ۱۹۸۸ رونالد ریگان (Ronald Reagan)، رئیس‌جمهور وقت آمریکا، نشان ملی تکنولوژی (National Medical of Technology) را به دکتر دامادیان و دکتر لاتربور، تقدیم کرد. این جایزه که ارزنده‌ترین جایزه‌ی ملی امریکا محسوب می‌شود به‌دلیل سهم قابل توجه آن‌ها در ارتقای تکنولوژی و گسترش رفاه ملی تقدیم آنان گردید.

در سال ۱۹۸۸، رونالد ریگان، چهلمین رئیس‌جمهور ایالات متحده‌ی آمریکا (۱۹۸۱–۱۹۸۹) از حزب جمهوری‌خواه، جایزه‌ی ملی فن‌آوری پزشکی امریکا را - به‌منظور ارتقای فن‌آوری ام‌آرآی - به دکتر ریموند دامادیان اهدأ کرد.

اکنون نیز دانشمندان و فیزیک‌دان‌های سراسر جهان تحقیقاتی را به‌طور مداوم انجام می‌دهند و دانش پیشینیان خود را بهبود می‌بخشند. به‌هر حال، دنیای ام‌آرآی مرهون افراد بی‌شماری است که از برجسته‌ترین آن‌ها می‌توان به افراد زیر اشاره کرد:

دهه‌ی ۱۹۵۰: دکتر اروین هان (Hahn Ervin)، به‌خاطر کشف پالس سکانس اسپیناکوی هان. کشف او چنان دگرگون‌کننده بود که نمی‌توان آن‌را با سایر کشفیات مقایسه نمود. او هم‌اکنون در دانشگاه برکلی (Berkeley) است.

دهه‌ی ۱۹۶۰: دکتر ارنست (R. R. Ernst)، او با ابداع محور مختصات فاز (Phase) و فرکانس (Frequency) بر روی شبکه ماتریکس MR، حساسیت آشکارسازی سیگنال‌های ام‌آرآی را افزایش داده و همین‌طور از تبدیل فوریه در روند تصویربرداری فضایی (Spatital imaging process) استفاده نمود. علاوه بر آن، حساسیت و تعادل بین زاویه‌ی چرخش (Flip angle) را افزایش داد. قابل ذکر است که زاویه‌ی چرخش، اساس تصویربرداری سریع را تشکیل می‌دهد. دکتر ارنست هم‌اکنون در شهر زوریخ سوئیس زندگی می‌کند.

دهه‌ی ۱۹۸۰: سر پیتر هانسفیلد (Sir Mansfield peter)، اهل ناتینگهام انگلستان بوده و به‌دلیل کشف تصویربرداری گرادیان اکو در مقابل تصویربرداری مولتی اکو مشهور است. تصویربرداری گرادیان اکو مقدمه‌ای ضروری برای تصویربرداری ام‌آرآی به‌طریق Real time می‌باشد. سرپیتر هانسفیلد به‌دلیل سهم زیادی که در تصویربرداری ام‌آرآی داشت از طرف ملکه‌ی الیزابت دوم مفتخر به دریافت لقب شوالیه (Knighte) شد.

وضوح بلافاصله بعد از ابداع سیستم ام‌آرآی دستگاه‌های مذکور با سرعتی بی‌سابقه طراحی و ساخته شدند و بدین‌ترتیب دامادیان و لاتربور توانستند افراد بیش‌تری را نسبت به این سیستم خوش‌بین نمایند. امروزه بیش از دو هزار دستگاه ام‌آرآی در ایالات متحده امریکا و تقریباً همین مقدار در دیگر کشورها وجود دارد. در ابتدا دستگاه‌های ام‌آرآی تنها در ایالات متحده ساخته می‌شدند، اما طولی نکشید که این صنعت به سایر نقاط جهان نیز کشیده شد.

هر یک از صادرکنندگان دستگاه‌های ام‌آرآی نیز می‌خواستند که در بازار رقابت، موفقیت بهتری را به‌دست آورند و بدین‌ترتیب بازار رقابت بین‌المللی ام‌آرآی گرم شد و در نتیجه آن اصطلاحات جدید و واژه‌های گیج‌کننده‌ی به حوزه‌ی تکنیکی آن وارد شد.

اپراتورها نیز در ابتدا با مشکلات زیادی توانستند زبان ام‌آرآی را تثبت کنند. در نهایت، با افزایش تولید دستگاه‌های ام‌آرآی و پراکندگی زیاد آن در سراسر کشور ایالات متحده، شکاف بین بخش صنعت و مرکز تصویربرداری ام‌آرآی زیاد شد. سازندگان دستگاه‌های ام‌آرآی برنامه‌های آموزشی پر سروصدایی را به‌مدت یک تا دو هفته برای کارکنان ثابت ام‌آرآی ترتیب دادند، اما برخی از آن‌ها هیچ‌گونه آشنایی بامشاغل بهداشتی نداشتند. مشکلاتی که در رابطه با پروتکل‌ها و مسائل حفاظتی پیش می‌آمد. معمولاً از طریق تلفن به نزدیک‌ترین اداره‌ی مرکزی کارخانه‌ی سازنده اطلاع می‌دادند و پاسخ می‌گرفتند. حتی باتجربه‌ترین اپراتورها نیز نمی‌توانستند که در هنگام مواجه با بیماران مبتلا به هیجان‌های کلاستر و فوبیا (تونل ترسی) چگونه از کامپیوتر استفاده کنند و یا در چه مواردی باید کنتراست تصویر را برای مشاهده ضایعه‌ای خاص افزایش دهند.

امروزه قدرت مغناطیسی دستگاه‌های ام‌آرآی را در سه سطح ضعیف، متوسط و قوی می‌سازند که هرکدام دارای مزایا و نقص‌های خاص خود می‌باشند اما با ابداع مواد حاجب تزریقی، دستگاه‌های ام‌آرآی فوق‌هادی (Super conducting) با قدرت مغناطیسی بالا به‌عنوان مطلوب‌ترین روش تصویربرداری برای مشاهده ضایعات عصبی مطرح شدند. این مواد حاجب به‌منظور افزایش کنتراست تصاویر ساخته شده و در سال ۱۹۸۸ مورد تایید FDA قرار گرفتند.

پیشرفت‌هایی که در زمینه‌های الکترونیک و نرم‌افزارهای کامپیوتری ام‌آرآی اتفاق افتاده باعث شد تا موارد کاربرد تصویربرداری افزایش پیدا کند. به‌عنوان مثال امکان تصویربرداری از عروقی که به‌نام آنژیوگرافی تشدید مغناطیسی یا MRA معروف است، فراهم شد. البته با وجود این که MRA هنوز در مراحل ابتدایی خود می‌باشد؛ اما موضوعی است که علاقه و نظر بسیاری از افراد را به‌خود جلب کرده و در برخی موارد به‌عنوان راه حل نهایی انتخاب می‌شود. به‌طور کلی امروزه سیستم‌های تصویربرداری به‌طرف تصویربرداری غیرتهاجمی از شبکه‌ی عروقی بدن پیش می‌روند. این نوع تصویربرداری‌ها قادرند که آناتومی عروق مغزی را نشان دهند و همین‌طور میزان جریان خون آن‌ها نیز محاسبه می‌نمایند. در حال حاضر چند نوع تصویربرداری MRA وجود دارد که از مهم‌ترین آن‌ها می‌توان به دو تکنیک TOF و (Timeof Phase contrast) Fight اشاره نمود. با به‌کارگیری صحیح گرادیان اکو (gradient echoes)، پیش‌اشباع (Presaturation) اسکن سریع (fast scan)، پالس spoliter reminder و پالس آماده‌کننده (Preparatory Pulses) می‌توان کیفیت تصاویر را افزایش داد.

▲

مکانیسم

ام‌آرآی (تصویربرداری تشدید مغناطیسی) روش تولید تصاویر با جزییات کامل از بافت‌ها و ارگان‌های بدن بدون استفاده از پرتوهای ایکس و پرتوهای یونیزه‌شده می‌باشد که همین مزیت است که سبب شده آن‌را از عکس‌برداری به‌کمک اشعه‌ی ایکس متمایز سازد. در زمان گذشته این‌گونه تصویربرداری از بافت را NMRI (ان‌ام‌آرآی - تصویربرداری تشدید مغناطیسی هسته‌ای)می‌نامیدند، چراکه در اوایل از پرتوهای یونیزه‌شده هسته‌ای جهت عکس‌برداری استفاده می‌شد؛ اما بعد از گذشت زمان و پیشرفت تکنولوژی این پرتوهای یونیزه‌شده حذف شده و دستگاه به ام‌آرآی (MRI) تغییر نام داد.

دستگاه ام‌آرآی (MRI system)، معمولاً در غالب یک مکعب غول‌پیکر در ابعاد به‌طول ۳ متر و عرض و ارتفاع ۲ متر طراحی می‌شود هرچند با پیشرفت تکنولوژی مدل‌هایی روانه‌ی بازار شده‌اند که دارای ابعاد کوچک‌تری هستند. در داخل این دستگاه یک لوله‌ی افقی وجود دارد که از جلو به‌عقب درون یک مغناطیس حرکت می‌کند و به منفذ یا کالیبر مغناطیس موسوم است. بیمار در حالی‌که به پشت بر روی یک میز مخصوص دراز کشیده، وارد کالیبر شده و بسته به‌نوع اسکنی که قرار است بر روی وی انجام شود، وی را تا حد مورد نیاز از سمت سر و یا پا وارد کالیبر می‌کنند تا زمانی‌که بافت هدف کاملاً در مرکز میدان مغناطیسی قرار بگیرد. به‌کمک امواج رادیویی، دستگاه ام‌آرآی می‌تواند یک نقطه‌ی کوچک به کوچکی یک مکعب به ضلع ۰،۵ میلی‌متر را جهت اسکن انتخاب کند. سیگنال‌های فرستاده‌شده از طرف این نقطه‌ی کوچک به مرکز پردازش دستگاه موجب تولید تصاویر دو و یا سه بُعدی از بافت هدف می‌شود. با تغییر پارامترهای آزمایش ام‌آرآی می‌توان تصاویر با ظواهر و کارایی‌های متنوع تولید کرد که اصلاً قابل قیاس با تصویر تولیدشده توسط دیگر اسکنرها از قبیل سی‌تی‌اسکن نیست.

دستگاه ام‌آرآی (MRI system)

به‌طور خلاصه - در مورد مکانیسم دستگاه ام‌آرآی - می‌توان گفت که در درون دستگاه ام‌آرآی، دو آهن‌ربای (Magnet) بزرگ و قدرت‌مند قرار دارد، که میدان مغناطیسی (Magnetic field) بسیار قوی ایجاد می‌کند. در هنگام تصوبرداری با روش ام‌آرآی (توسط MRI scanner)، بدن بیمار در این میدان مغناطیسی قرار می‌گیرد. میدان مغناطیسی دو اثر متمایز پدید می‌آورد که نتیجه‌ی آن به‌وجود آوردن تصویر از بافت‌های درون بدن بیمار است.

◼ ساختار، فیزیک و طرز کار

دستگاه ام‌آرآی (MRI system) از چند اجزای عمده ترکیب شده است که کارکرد هماهنگ این اجزا، سبب می‌شود تا تصویر رزونانس مغناطیسی (MR image) شکل بگیرد. این اجزا عبارت‌اند از: مگنت، کویل‌های فرکانس رادیویی، کویل‌های گرادیان و سیستم نرم‌افزار.

ساختار دستگاه ام‌آرآی

اجزای اصلی سیستم تصویربرداری رزونانس مغناطیسی. در واقع، ام‌آرآی، با استفاده از دو یا سه مغناطیس‌ قوی، موج‌های رادیوی، و یک کامپیوتر ویژه، قادر به ساخت تصاویر دیجیتالی از بافت‌های داخل بدن می‌شود.

□ انواع مغناطیس‌‌های مورد استفاده در دستگاه ام‌آرآی

در دستگاه‌های ام‌آرآی برای اعمال میدان مغناطیس خارجی، از ۳ نوع مگنت کار گرفته می‌شود که هر کدام مزایا و معایب خاص خود را دارند: الف - مغناطیس‌‌های دایمی (Permanent magnets)، ب - مغناطیس‌‌های مقاومتی (Resistive magnets) و ج - مغناطیس‌‌های ابررسانا (Superconducting Magnets).

الف - مغناطیس‌‌های دایمی (Permanent magnets)
این مغناطیس‌ها از آهن‌ربای طبیعی نعلی‌شکل که به‌صورت دو بلوک بزرگ مقابل هم قرار گرفته‌اند، تشکیل شده است. معایب این مغناطیس‌ها، یکنواختی میدان پایین، روشن‌بودن به‌صورت دایم، وزن زیاد و قدرت مغناطیسی پایین آن‌ها (حداکثر ۰،۴ تسلا) می‌باشد. از محاسن آن می‌توان از شدت میدان یکنواخت در طول زمان آزمایش، مصرف جریان برق پایین و عدم نیاز به خنک‌کننده را نام برد.


ب - مغناطیس‌‌های مقاومتی (Resistive magnets)
این مغناطیس‌ها براساس استفاده از خاصیت القای مغناطیسی حاصل از عبور جریان الکتریکی از یک سیم‌پیچ ساخته می‌شوند. یکنواختی شدت میدان در این مغناطیس‌ها خوب و پایداری آن متوسط است. از این مغناطیس‌ها برای ایجاد شدت بین ۰،۴ تا ۰،۶ تسلا استفاده می‌شود.


ج - مغناطیس‌‌های ابررسانا (Superconducting Magnets)
سیم‌پیچ این مغناطیس‌ها از مواد ابررسانا ساخته شده است، بنابراین به‌دلیل مقاومت الکتریکی خیلی کم، گرمای ناچیزی در آن‌ها تولید می‌شود. با این مغناطیس‌ها می‌توان میدان‌های قوی (حد اکثر ۴،۲ تسلا) تولید نمود. یکنواختی و پایداری شدت میدان مغناطیسی تولیدشده خیلی خوب است. برای ایجاد خاصیت ابررسانایی، این مغناطیس‌ها را در درجه حرارت هلیوم مایع (۲،۴ درجه کلوین) قرار می‌دهند.

MRI (magnetic resonant imaging) machines work by generating a very large magnetic field using a super conducting magnet and many coils of wires through which a current is passed. Maintaining a large magnetic field needs a lot of energy, and this is accomplished using superconductivity, which involves trying to reduce the resistance in the wires to almost zero.

□ کویل‌های فرکانس رادیویی و پارامترهای آن

کویل‌های فرکانس رادیویی (Radio frequency با مخفف RF) از یک‌سری حلقه‌های سیم‌پیچ‌مانند تشکیل شده‌ است و برای دریافت سیگنال‌های ام‌آرآی از بدن استفاده می‌شود. در تصوبرداری ام‌آرآی، مولد سیگنال در واقع همان بافتی است که مورد تصویربرداری قرار می‌گیرد. این کویل‌ها باید در جای مناسب قرار گیرند تا سیگنال را به‌خوبی دریافت نمایند. این کویل‌ها در اندازه‌ها و شکل‌های مختلف ساخته می‌شوند.

در مورد نحوه‌ی انتخاب کویل‌ها چند قاعده اساسی وجود دارد که به آن‌ها اشاره می‌شود:

اول - اندازه‌ی کویل باید متناسب با آناتومی و ناحیه‌ی مورد تصویربرداری انتخاب شود. اگر اندازه کویل بزرگ‌تر از ناحیه‌ی مورد درخواست باشد، تأثیر منفی شدیدی روی «نسبت سیگنال به نویز» (Signal to Noise ratio با مخفف SNR) می‌گذارد.

دوم - میدان دید (Field of view با مخفف FoV) باید متناسب با اندازه کویل باشد. صورت قدرت تفکیک تصاویر بهینه شده و ضرورت استفاده از تکنیک‌های ضد آرتیفکت الایزینگ کاهش پیدا می‌کند.

الف - کویل بدن (Body Coil)
کویل‌هایی که در اغلب سیستم‌ها از این طریق امواج رادیویی (RF) تولید و تابش می‌گردند، و در داخل خود مگنت قرار دارد.


ب - کویل‌های حجمی (Volume Coil)
این نوع کویل‌هابرای پوشش دادن کل ناحیه‌ی آناتومی استفاده می‌شود و یکنواختی میدان مغناطیسی بیش‌تری نسبت به بقیه انواع کویل‌ها دارد.


ج - کویل‌های سطحی (Surface Coil)
کویل‌های که برای قرار گرفتن حول یک ناحیه و یا منطقه خاص طراحی شده‌اند. به‌طور معمول از این کویل‌ها در مناطقی که آناتومی مورد نظر به سطح بدن نزدیک‌تر (مفصل شانه) است، استفاده می‌شود. این کار بدان علت صورت می‌گیرد که SNR بالایی حاصل شود.


د - کویل‌ آرایه فازی (Phased Array Coil)
در کویل‌های آرایه فازی، هر کویل مجزا از کویل دیگر بوده و دارای کانال گیرنده خاص خود می‌باشد. این مسئله باعث بهبود SNR شده و پوشش کل مجموعه نیز افزایش می‌یابد. اگر کویل‌ها به‌صورت خطی با یکدیگر ترکیب شوند، می‌توان آناتومی قسمت‌هایی بلند مانند مهره‌ها را مورد تصویربرداری قرار داد، بدون آن‌که سیگنال حاصل از قسمت‌های عمیق‌تر بدن دریافت شود. نوعی دیگری از کویل به‌نام آرایه حجمی وجود دارد که برای تصویربردای از لگن مورد استفاده قرار می‌گیرد. بدین‌صورت که دو کویل در قسمت خلفی و دو کویل در قسمت قدامی بدن قرار می‌گیرد. کاربرد این نوع کویل در تصویربرداری از اندام‌های فوقانی و تحتانی، شکم و قفسه صدری است.


برخی دیگر از کویل‌ها برای قرارگرفتن در قسمت‌های درونی بدن طراحی شده‌اند و در سه شکل مختلف ساخته می‌شوند که هر کدام برای تصویربرداری از قسمت‌ خاصی به‌کار می‌رود. این کویل‌ها عبارت‌اند از کویل‌های پروستات، رکتوم و رحم.

□ کویل‌های گرادیان

برای تشکیل تصویر، نیاز به دانستن محل دقیق سیگنال دریافتی می‌باشد. در واقع باید دانست این سیگنال از کجای بدن بیمار آمده است. برای انجام این کار از کویل‌های گرادیان (Gradient Coils) استفاده می‌شود. کویل‌‌های گرادیان، شیب خطی لازم را در میدان مغناطیسی فراهم می‌نمایند. دامنه‌ی این گرادیان، بستگی به میزان جریان عبوری از سیم‌پیچ‌ها داشته و در جهت و مسیر خاصی به‌وجود می‌آید. شیب قدرت میدان مغناطیسی، متناسب با مقدار جریان عبوری از سیم‌پیچ‌ها، تعداد سیم‌پیچ‌ها، اندازه حلقه‌های سیم‌پیچ و میزان نزدیکی این حلقه‌ها به‌هم دارد. چنان‌چه تناسب لازم در ابتدا و انتهای میدان متفاوت خواهد بود که به این حالت، گرادیان مغناطیسی (Gradient Magnetic) گویند.

با تغییر میدان مغناطیسی، گرادیان‌ها، سیگنال با فرکانس متفاوت ایجاد نموده و در نتیجه می‌توان کدگذاری فرکانس و فاز و انتخاب برش را انجام داد. برای انجام این کار از سه گرادیان در جهات X، Y و Z استفاده می‌شود. برای مثال جهت حصول تصاویر آگزیال، گرادیان Z، انتخاب‌گر برش می‌باشد و هم‌زمان با ارسال پالس RF (فرکانس رادیویی) روشن می‌شوند. هم‌چنین گرادیان X و Y به‌ترتیب جهت کدگذاری فرکانس و فاز استفاده می‌شوند و هنگام دریافت اکو روشن می‌شوند.

مبانی فیزیک ام‌آرآی

ام‌آرآی از این واقعیت فیزیکی استفاده می‌کند که پروتون‌هایی که در هسته اتم‌ها قرار گرفته‌اند، مانند کره‌ی زمین در حول محور خود با سرعت زیادی می‌چرخند و در نتیجه یک میدان معناطیسی در اطراف خود تشکیل می‌دهند.

در ام‌آرآی بیمار در یک میدان مغناطیسی بسیار قوی قرار می‌گیرد. این میدان موجب می‌شود محور چرخش پروتون‌های هسته‌ی اتم‌ها در تمام بافت‌های بدن (به‌خصوص پروتون‌هایی که در هسته‌ی مولکول آب قرار دارند) در امتداد خطوط میدان مغناطیسی ام‌آرآی قرار گیرند.

سپس امواج رادیویی خاصی به‌سوی بدن بیمار تابانده می‌شود. این امواج که به‌صورت پالس فرستاده می‌شوند موجب می‌گردند تا محور چرخش پروتون‌ها کمی تغییر کند.

با اتمام پالس رادیویی، محور چرخش پروتون مجدداً 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 پروتون‌ها ساطع می‌شوند به‌توسط گیرنده‌های دستگاه ام‌آرآی دریافت شده و به کامپیوتر آن ارسال می‌گردند. کامپیوتر ام‌آرآی بسیار پرقدرت و با توان محاسباتی بالا است.

در این کامپیوتر امواج دریافت شده به‌سرعت تحلیل شده و سپس تصاویری براساس این تحلیل‌ها ساخته می‌شود که پزشک آن‌ها را بر روی مانیتور دستگاه می‌بیند و در صورت لزوم آن‌ها را چاپ می‌کند.

در کامپیوتر ام‌آرآی مشخص می‌شود که چه جاهایی از بدن موج رادیویی بیش‌تری از خود ساطع کرده‌اند. هرچه شدت موج دریافتی از نقطه‌ای از بدن بیش‌تر باشد نشانه‌ی تراکم بیش‌تر پروتون در آن نقطه است و چون فراوان‌ترین 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.

در واقع کاری که ام‌آرآی انجام می‌دهد، این است که نشان دهد در چه نقاطی ار بدن آب بیش‌تری وجود دارد. چون غلظت مولکول آب در بافت‌های بدن متفاوت است و با بیمار شدن بافت‌ها این غلظت‌باز هم تغییر می‌کند می‌توان با استفاده از اطلاعات دریافتی تصویر بسیار دقیقی از شکل بافت‌های گوناگون بدن ایجاد کرد.

◼ اسکن‌های پایه ام‌آرآی

▲	سیستم‌های امروزی و کیفیت تصویری

[▲] يادداشت‌ها

[▲] پيوست‌ها

...

[▲] پی‌نوشت‌ها

...

[▲] جُستارهای وابسته

□
□
□

[▲] سرچشمه‌ها

□
□
□
□

[▲] پيوند به بیرون

□ [۱ ٢ ٣ ۴ ۵ ٦ ٧ ٨ ٩ ۱٠ ۱۱ ۱٢ ۱٣ ۱۴ ۱۵ ۱٦ ۱٧ ۱٨ ۱۹ ٢٠]

رده‌ها │ پزشکی │ تصویربرداری پزشکی │ رادیولوژی