بخشی از مقاله
تصوير برداري تشديد مغناطيسي(MRI)
در تير ماه ١٣٥٦، اتفاقي روي داد كه براي هميشه پزشكي نوين را متحول كرد. بجز در انجمن تحقيقات پزشكي، اين واقعه در آغاز تنها يك موج كوچك در جهان بيرون بوجود آورد؛ و آن چيزي نبود بجز نخستين آزمايش MRI بر روي بشر.
در آن آزمايش، در حدود ٥ ساعت زمان جهت ايجاد تنها يك تصوير لازم بود. از منظر استانداردهاي امروزي، تصوير اوليه تقريبا زشت بود. دكتر ريموند دامادين، يك دانشمند فيزيك دان، به همراه
همكارانش دكتر لاري مينكف و دكتر مايكل گلداسميت، تلاش خستگي ناپذيري در ٧ سال متمادي براي رسيدن به اين نقطه، انجام دادند. آنان نخستين ماشين خود را براي رد گفته هاي كساني كه آن كار را انجام نشدني مي‌دانستند، شكست ناپذير نام دادند.
اين ماشين اكنون در مؤسسه اسميت سونيان قرار دارد. تا حدود ١٣٦١، MRI هايي با پويشگر كاملا دستي در سراسر ايالات متحده وجود داشت. امروزه هزاران عدد از MRI ها در چند ثانيه كاري كه به ساعتها زمان نياز داشت انجام مي دهند.
MRI يك فن آوري بسيار پيچيده كه توسط بسياري قابل درك نيست، مي باشد. در زير، به توصيف مختصري از آن مي پردازيم.
اساس كار
اگر شما يك دستگاه MRI را ديده باشيد، دانسته ايد كه طرح اصلي آن به صورت يك استوانه بزرگ مي باشد. يك استوانه عادي MRI ، به رغم آنكه مدلهاي جديد به سرعت در حال كوچكتر شدن مي باشند، در حدود ٣ متر طول، ٢ متر عرض و ٢ متر ارتفاع دارد. يك حفره افقي سرتاسري در داخل آهنربا وجود دارد. اين حفره، تونل آهنربا نام دارد. بيمار كه به پشت خوابيده است، توسط يك
تخت مخصوص به داخل تونل كشيده مي شود. اينكه بيمار تا چه مقدار بايد به داخل تونل كشيده شود، بدون توجه به اين كه از سر يا از پا وارد آن مي شود، توسط نوعي تست مشخص مي شود. پويشگر هاي MRI در ابعاد و اشكال گوناگوني يافت مي شوند و مدلهاي جديدتر آنها، داراي چندين درجه آزادي در اطراف مي باشند؛ كه البته طرح اصلي آنها مشابه است. پويش زماني مي تواند آغاز شود كه قسمتي از بدن كه بايد مورد تصوير برداري قرار گيرد، دقيقا هم‌مركز با ميدان
مغناطيسي قرار گيرد.
در هنگام اعمال تپ هايي از انرژي امواج راديويي، پويشگر MRI توانايي تفكيك يك نقطه بسيار ريز در بدن بيمار را دارد و در حقيقت اين سؤال اساسي را از بافت مورد نظر مي پرسد : «شما از كدام نوع بافت هستيد؟». اين نقطه ممكن است مكعبي به اضلاع نيم ميلي متر باشد. سيتم MRI نقطه به نقطه بدن بيمار را پويش مي كند و يك نقشه ٢ يا ٣ بعدي از انواع بافت ها را بوجود مي آورد و تمام اين داده ها را در يك تصوير ٢ بعدي يا مدل ٣ بعدي جمع آوري مي نمايد.
MRI مي تواند يك تصوير مايل از داخل بدن بردارد. ميزان دقت تصوير برداشته شده بطور خارق العاده اي با ديگر روشهاي تصوير برداري رقابت مي نمايد. MRI روشي مرسوم در تشخيص جراحات و حالات مختلف، به دليل توانايي باورنكردني تطابق ويژگيهاي تصوير با مجهولات مورد نظر پزشك مي باشد. با تغيير در مؤلفه هاي تصوير برداري، سيستم MRI مي توان بافت هاي بدن را به فرم ديگري نشان داد كه در تشخيص اينكه بافت مورد نظر سالم يا معيوب است، نقش مثبت بسزايي دارد- ما مي دانيم كه اگر روش A را انجام دهيم، بافت عادي به صورت B ظاهر مي شود؛ و اگر به اين
صورت ظاهر نشد، ممكن است ناهنجاري وجود داشته باشد- . سيستم هاي MRI همچنين قادر به تصوير برداري زنده از جريان خون گذرنده از داخل هر قسمت بدن مي باشند كه اين امر به ما اجازه مي دهد بررسي هايي از سيستم سرخرگي بدن بدون مزاحمت بافتهاي مجاور در تصوير برداشته شده، انجام دهيم. در بسياري موارد، سيستم MRI مي تواند بدون تزريق ماده معرف كنتراست كه در راديولوژي سيستم گردش خون مورد نياز است، تصوير برداري فوق را انجام دهد.
در اين تصوير، مي توانيد قطعات خرد شده مچ دستي كه در سقوط از ارتفاع شكسته را ببينيد.
شدت ميدان مغناطيسي
براي اينكه بفهميم MRI چگونه كار مي كند، اجازه دهيد از واژه مغناطيسي در «تصوير برداري تشديد مغناطيسي» آغاز نماييم. بزرگترين و مهمترين بخش در در سيستم MRI آهنربا مي باشد. قدرت آهنربا در يك سيستم MRI با واحد تسلا اندازه گيري مي شود. واحد ديگر معمول اندازه گيري قدرت آهنربا گاوس (١ تسلا برابر ١٠٠٠٠ گاوس مي باشد.) است. آهنرباهايي كه امروزه در MRI استفاده مي شود، در محدوده ٥/٠ تا ٠/٢ تسلا (٥٠٠٠ تا ٢٠٠٠٠ گاوس) قدرت دارند. شدتهاي
بزرگتر از ٠/٢ تسلا در تصوير برداري پزشكي كاربرد ندارند؛ در حالي كه آهنربا هاي بسيار قدرتمند تر – تا حدود ٦٠ تسلا- در مصارف تحقيقاتي به كار مي روند. در مقايسه با ميدان مغناطيسي ٥/٠ گاوسي زمين مي توانيد ببينيد اين آهنرباها چقدر قوي هستند.
اعداد فوق، مي توانند تصوري از قدرت مغناطيسي فوق العادة آهنرباي MRI بدست دهند، ولي ذكر چند نمونه روزمره مفيد است. در صورت عدم مراعات احتياطات سختگيرانه، اتاق MRI مي‌تواند مكاني بسيار خطرناك باشد. اشياء فلزي در صورت ورود به داخل اتاق تصوير برداري ، مي توانند پرتابه هاي خطرناكي باشند. به عنوان مثال، گيره كاغذ، خودكار، كليد، قيچي، هموستات، گو
شي طبي و اشياي مشابهي كه مي توانند بي خبر از درون جيب يا از بدن جدا شده وبا سرعت بسيار زيادي به سوي مدخل آهنربا پرواز كنند كه مي توانند تهديدي براي اشخاص داخل اتاق باشند. كارتهاي اعتباري، كارتهاي بانكي و هر جسم داراي كد رمز مغناطيسي توسط بيشتر سيستم هاي MRI پاك مي شوند.
نيروي مغناطيسي كه بر يك جسم وارد مي شود، با نزديك شدن به آهنربا به طور نمايي افزايش مي يابد. تصور كنيد كه در فاصله ٦/٤ متري يك آهنربا، به همراه يك آچار لوله باز كن در دست ايستاده ايد. در اين حالت شما يك كشش ناچيز احساس مي كنيد. اگر دو قدم به آهنربا نزديك تر شويد، كشش خيلي قوي تر مي شود. اگر در يك متري آهنربا قرار گيريد، آچار لوله باز كن از دستتان قاپيده مي شود. هرچه جرم جسم بيشتر باشد، خطرناك تر است و نيروي مغناطيسي وارد بر آن قوي تر است. سطل فلزي زمين شويي، جارو برقي، IV pole ، كپسول اكسيژن، برانكار حمل بيمار، نشانگر قلب و اجسام بيشمار ديگري به داخل ميدان مغناطيسي دستگاه MRI كشيده مي شوند. بزرگترين جسمي كه من ديده ام كه به داخل آهنربا كشيده شده است، يك چرخ دستي پر از بار بوده است (تصوير پايين را ببينيد). اشياي كوچكتر را مي توان با دست از آهنربا جدا نمود؛ در حالي كه اشياي بزرگتر را يا بايد با جراثقال و يا حتي با قطع ميدان مغناطيسي جدا كرد.
در اين تصوير ، يك چرخ دستي پر از بار كه به داخل تونل يك سيستم MRI مكيده شده است را مي بينيد.
نكات ايمني
قبل از اينكه به بيمار يا متصدي دستگاه اجازه ورود به اتاق تصوير برداري داده شود، يك بازرسي كامل براي يافتن اشياي فلزي به عمل مي‌آيد. از اين پس، ما تنها از واژه شئ خارجي براي اشاره به اين نوع ابزار استفاده خواهيم كرد. ولي با اين همه، بسياري از بيماران داراي ايمپلنت هايي در بدن خود هستند كه قرار گيري در معرض ميدان مغناطيسي را براي آنان خطرناك مي سازد. قطعات فلزي داخل چشم، به علت احتمال جابجايي آنها در اثر ميدان، ممكن است موجب صدمه يا كوري
چشم شوند زيرا بافت چشم، دور اين قطعات فلزي بافت همبند پيوندي بوجود نمي آورد – برعكس قسمتهاي ديگر بدن – و بنابراين قطعه اي كه ٢٥ سال قبل در چشم قرار داده شده است، به اندازه روز اول قابليت تحرك دارد و در نتيجه خطرساز است. كساني كه داراي دستگاه تنظيم ضربان قلب هستند نيز به علت احتمال خرابي دستگاه در اثر اعمال ميدان مغناطيسي، نمي توانند مورد تصوير برداري قرار گيرند. كليپ هاي اتساع شريان مغز به دليل امكان حركت آنها در اثر ميدان و پا
ره شدن رگهايي كه در داخل آنها قرار گرفته اند، خطرناك مي باشند. برخي ايملپنت هاي دنداني هم خواص مغناطيسي دارند. ايمپلنت هاي ارتوپدي حتي با اينكه ممكن است فرومغناطيس باشند، به علت اينكه كاملا در درون استخوان محكم شده اند، خطر كمتري دارند. حتي استاپل هاي فلزي داخل بسياري قسمتهاي بدن، همين كه چند هفته از نصب آنها گذشته باشد ( معمولا شش هفته ) به دليل فراگرفتن بافت همبند كافي در اطراف آنها و محكم شدن آنها در جاي خود، مشكلي ندارند. هر بار با يك بيمار با يك ايمپلنت يا جسم فلزي در بدن، مواجه مي شويم، بايد بررسي كاملي براي اطمينان از بي خطر بودن تصوير برداري بر روي او انجام دهيم. برخي از بيماران برگشت داده مي شوند زيرا ريسك ، بيش از حد مجاز است. در اين موارد، عموما روش جايگزيني براي تصوير برداري آنها به جاي اين روش به كمك گرفته مي شود.
اين تصوير مقايسه اي بين مغز يك جوان(چپ)، مغز يك ورزشكار ٨٠ ساله(وسط) و فرد ديگري مبتلا به آلزايمر در همين سنين (راست) با مقياس هاي يكسان، به عمل مي آورد.
خطر شناخته شدة زيستي در اثر قرارگيري در معرض ميدان مغناطيسي مورد استفاده در تصوير برداري هاي امروزي وجود ندارد. بسياري ترجيح مي دهند زنان باردار را تصوير برداري نكنند. اين بدان علت است كه تحقيقات زيادي در تأثير هاي زيست شناختي بر روي جنين در حال رشد به عمل نيامده است. دوره سه ماهه اول بارداري به دليل زمان تقسيم و توليد سلولي بسيار سري
ع، بحراني ترين دوره بارداري مي باشد. تصميم گيري در مورد تصوير برداري از بيمار باردار، به مشاوره رو در روي متصدي MRI و پزشك متخصص زايمان بستگي دارد. منفعت انجام تصوير برداري بايد بر مضرات هر چند كوچك آن بر روي جنين و مادر برتري داشته باشد. همچنين كاركنان بخش MRI در صورت بارداري مي توانند با خودداري از ورود به اتاق اصلي MRI در طول دوران بارداري سر كار خود حاضر شوند.
آهنربا
سه نوع عمده آهنربا در سيستم هاي MRI به كار مي روند.
• آهنربا هاي مقاومتي كه از چندين دور پيچش سيم در پيرامون يك استوانه توپر يا توخالي تشكيل شده اند كه جريان الكتريكي از درون آنها مي گذرد و توليد ميدان مغناطيسي مي نمايد. اگر جريان الكتريكي قطع شود ، ميدان مغناطيسي از بين مي رود. ساخت اين آهنرباها كم هزينه تر از نوع ابررساناي آن است(پايين را ببينيد) اما مصرف انرژي بالايي (در حدود ٥٠ كيلووات) به دليل مقاومت ذاتي سيم ها دارد. همچنين ساخت اين آهنرباها در مقياس بيش از ٣/٠ تسلا به صرفه نمي باشد.
اين تصوير رشد توموري را در مغز يك زن، از يك مقطع جانبي نشان مي دهد.
• آهنرباهاي دائمي همانگونه كه از نام آن بر مي آيد، داراي ميدان مغناطيسي بيشينه دائمي است و برقراري ميدان در آن هزينه اي در بر ندارد. مشكل عمده اين آهنربا ها سنگيني بيش از حد آنها است: چندين ده تن در آهنرباي با قدرت ٤/٠ تسلا. ساخت آهنرباهاي با قدرت و سنگيني بيشتر مشكل تر است. آهنربا هاي دائمي در حال كوچكتر شدن هستند، ولي هنوز در محدوده ميدان هاي ضعيف باقي مانده اند.
• آهنربا هاي ابررسانا كه بيشترين مورد استفاده را دارند، مانند آهنرباهاي مقاومتي از طريق عبور جريان الكتريكي از داخل سيم هاي پيچيده شده به دور استوانه توليد ميدان مغناطيسي مينمايند. تفاوت عمده اين آهنربا ها با آهنرباهاي مقاومتي، قرار گيري آنها در حمامي از هليم
مايع در ١/٢٦٩ درجه زير صفر است. بله، زماني كه شما در دستگاه MRI قرار داريد، در محاصره ماده اي به اين سردي قرار داريد! البته جاي نگراني نيست؛ هليم با روشي مشابه فلاسك خلأ، به خوبي عايق بندي شده است. اين سرماي تقريبا غير قابل تصور، سبب از بين رفتن مقاومت سيم مي شود كه اين به نوبه خود باعث كاهش قابل ملاحظه برق مصرفي و صرفه اقتصادي بيشتر سيستم مي شود. سيستم هاي ابررسانا هنوز هم بسيار گران قيمت هستند ، ولي مي توانند به راحتي ميدان هايي با شدت ٥/٠ تا ٠/٢ تسلا جهت تصوير برداري با كيفيت بالا را فراهم نمايند.
ديگر آهنرباها
آهنرباها سيستم هاي MRI را سنگين مي كنند، اما با هر مدل تازه، در حال سبكتر شدن مي باشند. به عنوان مثال، از هشت سال قبل به اين طرف، برخي دستگاه هاي ٧/٧ تني، در مدلهاي جديد ٤/٤ تني ساخته مي شوند كه طول آهنربا در آنها ٢/١ متر كوتاه تر شده و به ٨/١ متر رسيده است. اين مسأله از نظر رواني براي بيماراني كه ظاهر دستگاه براي آنان ترسناك است، مفيد مي باشد.
اين تصوير MRI برخي از اندامهاي داخلي بالاتنه را نشان مي دهد.
يك ميدان يكنواخت يا همسانگرد با قدرت و ثبات باورنكردني براي تصوير برداري با كيفيت بالا ضروري است. آهنرباهايي كه در بالا به توصيف آنها پرداخته شد، توليد چنين ميدان مغناطيسي را بر عهده دارند. نوع ديگري از آهنربا كه در سيستم MRI يافت مي شود، آهنرباي گراديان نام دارد. سه آهنرباي گراديان در دستگاه MRI با قدرتي بسيار بسيار كمتر از آهنرباي ميدان اصلي وجود دارند كه شدتي در حدود ١٨٠ تا ٢٧٠ گاوس (١٨ تا ٢٧ ميلي تسلا) توليد مي كنند. كار اين آهنرباهاي گراديان در ادامه خواهد آمد.
ميدان مغناطيسي اصلي ، بيمار را در يك ميدان يكنواخت و بسيار قوي قرار مي دهد، و آهنرباهاي گراديان ، يك ميدان متغير بوجود مي آورند. بقيه سيسنم MRI از يك رايانه قدرتمند، تجهيزاتي براي تابش تپ هاي RF(فركانس راديويي) به بدن بيمار، در زماني كه در داخل پويشگر قرار دارد، و تعدادي دستگاه هاي ثانويه ديگر، تشكيل شده است. حال به بررسي برخي از اصولي كه بر تصويربرداري حاكم اند مي پردازيم.
تشريح فن آوري: اتمها
بدن انسان از بي شمار اتم تشكيل شده است كه سنگ بناي تشكيل هر ماده اي را تشكيل مي دهند. ذرات بنيادي تشكيل دهنده هسته يك اتم داراي اسپين مي باشند كه به صورت دوران حول يك محور آن را مي توان توضيح داد. براي درك بهتر ، مي توان هسته را به صورت ذره اي كه به دور محوري در حال گردش است، و البته با زاويه معيني دور محور عمودي حركت تقديمي دارد، تصور نمود.
محور مخروط، نسبت به محور عمودي حركت تقديمي دارد و بنا بر اين مي گوييم ذره داراي اسپين است.
ميلياردها هسته را كه با اسپينهاي تصادفي در هر جهت پراكنده شده اند را در نظر بگيريد. در بدن انواع متنوعي اتم وجود دارند ولي ما در تصوير برداري به روش MRI تنها با اتم هيدروژن سر و كار داريم؛ زيرا به دليل داشتن تنها يك پروتون در هسته و ممان مغناطيسي بزرگ، اتم ايده آلي به شمار مي رود. ممان مغناطيسي بزرگ به اين معني است كه زماني كه در يك ميدان مغناطيسي اتم هيدروژن قرار گيرد اين اتمها تمايل شديدي به هم خط شدن با ميدان مغناطيسي دارند.
