Risonanza magnetica (MRI) - principio di funzionamento

Nel 1973, un chimico americano Paul Lauterbur pubblicò un articolo sulla rivista Nature intitolato "Creare un'immagine usando l'interazione locale indotta; esempi basati sulla risonanza magnetica ". Successivamente, il fisico britannico Peter Mansfield offrirà un modello matematico più avanzato per l'acquisizione di un'immagine di un intero organismo e, nel 2003, i ricercatori riceveranno il premio Nobel per la scoperta del metodo MRI in medicina.

Un contributo significativo alla creazione della moderna risonanza magnetica sarà dato dallo scienziato americano Raymond Damadyan, padre del primo apparato commerciale di risonanza magnetica e autore dell'opera "Rilevare un tumore usando la risonanza magnetica nucleare", pubblicata nel 1971.

Ma in tutta onestà, vale la pena notare che molto prima che i ricercatori occidentali, nel 1960, lo scienziato sovietico Vladislav Ivanov avesse già esposto in dettaglio i principi della risonanza magnetica, tuttavia ha ricevuto il certificato di paternità solo nel 1984 ... Lasciamo il dibattito sulla paternità e, infine, consideriamo il generale delinea il principio di funzionamento di un riproduttore d'immagini a risonanza magnetica.

Ci sono molti atomi di idrogeno nei nostri organismi e il nucleo di ciascun atomo di idrogeno è un protone, che può essere rappresentato come un piccolo magnete, che esiste a causa della presenza di una rotazione diversa da zero sul protone. Il fatto che il nucleo di un atomo di idrogeno (protone) abbia una rotazione significa che ruota attorno al suo asse. È anche noto che il nucleo di idrogeno ha una carica elettrica positiva e la carica che ruota insieme alla superficie esterna del nucleo è come una piccola bobina con una corrente. Si scopre che ogni nucleo di un atomo di idrogeno è una fonte in miniatura di un campo magnetico.

Se ora molti nuclei di atomi di idrogeno (protoni) sono collocati in un campo magnetico esterno, allora inizieranno a provare a navigare in questo campo magnetico come le frecce dei compassi. Tuttavia, durante tale riorientamento, i nuclei inizieranno a precessione (come l'asse del giroscopio procede quando tenta di inclinarlo), perché il momento magnetico di ciascun nucleo è associato al momento meccanico del nucleo, con la presenza della rotazione sopra menzionata.

Supponiamo che un nucleo di idrogeno sia stato posto in un campo magnetico esterno con un'induzione di 1 T. La frequenza di precessione in questo caso sarà di 42,58 MHz (questa è la cosiddetta frequenza di Larmor per un dato nucleo e per una data induzione del campo magnetico). E se ora abbiamo un ulteriore effetto su questo nucleo con un'onda elettromagnetica con una frequenza di 42,58 MHz, si verificherà il fenomeno della risonanza magnetica nucleare, cioè l'ampiezza della precessione aumenterà, poiché il vettore della magnetizzazione totale del nucleo diventerà più grande.

E ci sono un miliardo di miliardi di miliardi di tali nuclei che possono precessione e risuonare. Ma poiché i momenti magnetici di tutti i nuclei di idrogeno e di altre sostanze nel nostro corpo interagiscono tra loro nella vita quotidiana ordinaria, il momento magnetico totale dell'intero corpo è zero.

Agendo sui protoni dalle onde radio, ottengono un'amplificazione risonante delle oscillazioni (aumento delle ampiezze delle precessioni) di questi protoni e, al completamento dell'azione esterna, i protoni tendono a ritornare ai loro stati iniziali di equilibrio, e quindi essi stessi emettono fotoni di onde radio.

Pertanto, in un dispositivo MRI, il corpo di una persona (o qualche altro corpo o oggetto oggetto di studio) viene periodicamente trasformato in un set di ricevitori radio o in un set di trasmettitori radio. Studiando in questo modo sito dopo area del corpo, l'apparato costruisce un quadro spaziale della distribuzione degli atomi di idrogeno nel corpo.E maggiore è l'intensità del campo magnetico del tomografo - più atomi di idrogeno legati ad altri atomi situati nelle vicinanze possono essere studiati (maggiore è la risoluzione dell'imager di risonanza magnetica).

I tomografi medici moderni come fonti di un campo magnetico esterno contengono elettromagneti superconduttoriraffreddato da elio liquido. Alcuni tomografi di tipo aperto usano magneti al neodimio permanenti.

L'induzione ottimale del campo magnetico in una macchina per risonanza magnetica è ora di 1,5 T, che consente di ottenere immagini di qualità abbastanza elevata di molte parti del corpo. Con un'induzione inferiore a 1 T, non sarà possibile creare un'immagine di alta qualità (di una risoluzione sufficientemente elevata), ad esempio della pelvi piccola o della cavità addominale, ma campi così deboli sono adatti per ottenere immagini MRI convenzionali della testa e delle articolazioni.

Per il corretto orientamento spaziale, oltre a un campo magnetico costante, una bobina magnetica utilizza anche bobine a gradiente, che creano un'ulteriore perturbazione del gradiente in un campo magnetico uniforme. Di conseguenza, il segnale di risonanza più forte viene localizzato più precisamente in una o nell'altra sezione. I parametri di potenza e funzionamento delle bobine a gradiente - gli indicatori più significativi nella risonanza magnetica - la risoluzione e la velocità del tomografo dipendono da esse.