הדמיית תהודה מגנטית

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית

יש לך הודעות חדשות (השווה לגרסה הקודמת).

ערך זה זקוק לעריכה, על מנת שיתאים לסגנון המקובל בוויקיפדיה.
הסיבה שניתנה לכך היא שהוא כתוב כמו הרצאה ולא כמו ערך אנציקלופדי. אם אתם סבורים כי אין בדף בעיה, ניתן לציין זאת בדף השיחה שלו.

הדמיית תהודה מגנטית - חתך סגיטלי

סדרה של הדמיות של חתכים רוחביים של מוח, מהקודקוד מטה

הדמיית תהודה מגנטית (באנגלית: Magnetic Resonance Imaging, בראשי תיבות: MRI ) היא סוג סריקה לא פולשנית המשמשת להדמיית פנים הגוף ללא שימוש בקרני רנטגן, בעיקר למטרות רפואיות.

הבדיקה יעילה בעיקר להדמיית מערכת העצבים המרכזית - המוח ועמוד השדרה - והמפרקים, כדוגמת הברך והכתף. בתמונת MRI רואים רק רקמות רכות - לא רואים את העצמות עצמן אלא רק את מוח העצם. דוגמאות לשימושים נפוצים: חיפוש גידולים במוח, אבחון של טרשת נפוצה (multiple sclerosis), הערכת מצב מיניסקוסים בברכיים והדמיית פריצת דיסק בעמוד השדרה. יתרון נוסף של ה-MRI הוא היכולת לראות ממצא (כגון גידול) מכל מבט - סגיטלי (sagittal), קורונלי (coronal), אקסיאלי (axial) או אפילו בשחזור תלת-ממדי.

בתחילה נקראה השיטה דימות תהודה מגנטית גרעינית (NMRI). קהיליית הרופאים חששה שהציבור הרחב יקשר (שלא בצדק) בין המילה "גרעינית" לבין פצצות גרעיניות, רדיואקטיביות וכדומה, ולכן החליטו להשמיט את המילה מהשם ומראשי התיבות.

[עריכה] אופן הפעולה הפיזיקלי

MRI תלת-ממדי של מוח

הדמיית תהודה מגנטית מבוססת על תהודה מגנטית גרעינית (NMR). כשמים חומר שלגרעינים שלו יש מומנט מגנטי מתרחשות מספר תוצאות:

בנוכחות שדה מגנטי חיצוני, החומר מתמגנט. המגנטיזציה יחסית לשדה החיצוני $\vec M \propto \vec B$
אם $\vec M$ מוצבת בזווית (לא אפס) לשדה $B 0$ הוא יבצע פרצסיה (נקיפה) בתדר לרמור שפרופורציוני לעוצמת השדה החיצוני $\nu_{Larmor} \propto B_0$
בנוכחות שדה מגנטי נוסף (שמסומן $\vec B_1$ ) שניצב ל- $B 0$ ומסתובב מסביבו בתדר לרמור אזי $\vec M$ מתחיל לנטות מן הכיוון של $\vec B_0$ . שדה זאת נקראת "פולס RF". פולס RF של $900$ מסובב את $\vec M$ ב- $900$ מכיוון $\vec B_0$ .
אחרי סיום פולס ה-RF, כל רכיב של $\vec M$ שניצב לכיוון $\ \vec B_0$ מבצע פרצסיה בתדר לרמור. תנועה זאת נקראת פרצסיה חופשית (free precession). באנטנה שנמצאת בקרבת מקום יושרה מתח שמשתנה בתדר $ν L a r m o r$ על ידי חוק פאראדיי.
בנסף לפרצסיה חופשית, רכיב המגנטיזציה שמקביל לשדה חוזר בצורה אקספוננציאלית לערכו בשיווי משקל תרמי $\ (M_0)$ , ורכיב המגנטיזציה שניצב לשדה דועך לאפס בצורה אקספוננציאלית.

בהדמיה, בנוסף לשדה החיצוני הקבוע והאחיד, מייצרים שדה מגנטי שמשתנה ממקום למקום. בקירוב, השדה משתנה בצורה לינארית בחלל המגנט, ולכן שדה זה נקרא "גרדיינט". כתוצאה מהגרדיינט משתנה תדר הפרצסיה ממקום למקום. לדוגמה, אם הגרדיינט הוא בציר X אזי

$\nu=(\frac{\gamma}{2\pi})\cdot B_0=(\frac{\gamma}{2\pi})\cdot G\cdot x$ .

כאן $\ G$ הוא עוצמת הגרדיינט. היות שכל מומנט בגוף מתנודד בתדר שונה (על פי מיקומו בציר ה-X), האות הכולל שנקלט באנטנה הוא סכום של תדרים רבים. במאה ה-19 פיתח פורייה טכניקה מתמטית לפרק אות לסכום של גלי סינוס בתדרים שונים. טכניקה זאת נקראת התמרת פורייה. בשנות ה-60 של המאה ה-20 פיתחו Cooley ו-Tukey, שני מדענים מ-IBM, שיטה נומרית יעילה מאוד לביצוע ההתמרה. שיטה זאת נקראת (Fast Fourier Transform (FFT. ב-MRI דוגמים את האות שנקלט באנטנה והופכים אותו לרשימת מספרים (עוצמת האות כפונקציה של הזמן). על האות מבצעים FFT. כתוצאה מהקשר בין תדר למקום (שנוצר על ידי שימוש בגרדיינט) התרומה של תדר מסוים באות היא התרומה של מקום מסוים בגוף. כך ניתן לפענח איזה חלק מהאות בא מכל אזור ואזור שבגוף, ולהציג לרופא תמונה דו- או תלת-ממדית. עוצמתו של כל פיקסל בתמונה היא פונקציה של מספר גורמים - כמות החומר שיש שם (בעלת מומנט מגנטי), זמני רלקסציה, מקדם הדיפוזיה, זרימה, נוכחותם של חלקיקים פררומגנטיים מיקרוסקופיים ועוד.

משך זמן הסריקה תלוי בפרטי טכניקת הדימות. ישנן סריקות הנמשכות שניות בודדות ואחרות נמשכות עשרות דקות. בדרך כלל מבקש הרופא לבצע מספר סריקות לאותו נבדק בשיטות סריקה שונות (שמייצרות קונטרסטים שונים) ובגאומטריות וברזולוציות שונות, כגון תמונות מכיוונים שונים. התהליך כולו נמשך בין 20 עד 40 דקות ואין כמעט תופעות לוואי. לפעמים מזריקים לנבדק חומר פרא-מגנטי (גדוליניום) שעשוי להגדיל את הקונטרסט במקרה של גידולים מסוימים.

[עריכה] בחירת פרוסה או נפח

בדרך כלל אין מעוניינים לקבל תרומה מכל החומר שנמצא בתוך האנטנה. כדי להשיג רזולוציה מרחבית יש להתמקד על פרוסה דקה של חומר. ניתן להשיג מטרה זו בהפעלת גרדיינט בזמן שידור פולס ה-RF. בנוכחות הגרדיינט משתנה תדר התהודה ממקום למקום ורק במקום מסוים תדר התהודה שווה לתדר של פולס ה-RF. בצורה מתמטית, אם הגרדיינט מופעל בציר Z, החומר היחיד שיושפע ממנו נמצא בפרוסה הדו-ממדית שבה:

$\frac{\gamma}{2\pi}(B_0 + G \cdot Z ) = \nu_{rf}$

כיון שאין תלות ב-X ו-Y, המשוואה מגדירה פרוסה דו-ממדית. עובי הפרוסה נקבע על ידי רוחב הסרט של פולס ה-RF:

$\frac{\gamma}{2\pi} \cdot G \cdot \Delta Z = \Delta \nu_{rf}$

את כיוון הפרוסה משנים על ידי בחירת ציר הגרדיינט שמופעל בזמן שידור ה-RF (‏X או Y או Z או צירוף של שניים או שלושה בו זמנית). במכשירים מסחריים ניתן בדרך כלל לשלוט ברוחב פרוסה על ידי שינוי עוצמת הגרדיינט.

[עריכה] הפורמליזם של מרחב K

אחרי פולס עירור (כגון פולס RF של $900$ ) האות $\ S(t)$ הוא הסכום של התרומה של כל מומנט מגנטי, כשכל אחד תורם את "סינוס" תדר לרמור שלו באותו רגע. אם הגרדיינטים משתנים בזמן, האות שווה ל:

$S(t) =\int d^3x \rho({\vec x}) e^{i\gamma{\vec x}\cdot\int_0^t{\vec G}(t)dt}= \int d^3x {\tilde \rho}({\vec k}(t))$

כלומר, בכל רגע ורגע אות ה-MRI שווה לערך של התמרת פורייה של המומנטים בחומר הנמדד. שיטות סריקה שונות מכסות את מרחב ה-K בצורות שונות. שיטת spin echo ושיטת gradient echo מכסות את המרחב שורה שורה (תמיד באותו כיוון). שיטת (echo planar imaging (EPI סורקת מספר שורות ברצף, כשחלקן נסרקות בכיוונים הפוכים. גם בשיטת fast spin echo סורקים מספר שורות של מרחב K אחרי כל פולס RF, אבל כל השורות נסרקות באותו כיוון.

[עריכה] שימושים נוספים

בשנים האחרונות פותחו יישומים נוספים ל-MRI מלבד צילומי אנטומיה, לדוגמה:

דימות הלב בפעולה ומדידת תפקוד הלב
אנגיוגרפיה - דימות כלי דם
מדידת תפקוד מוחי - fMRI) functional MRI). חוקרים גילו שלאחר שמשתשים באזור מסוים במוח יורדת זמנית עוצמת אות ה-MRI באזור זה. חוקרי המוח מנצלים תופעה זו כדי ללמוד אילו אזורים במוח פעילים כשמבצעים מטלות שונות. לדוגמה, מצלמים את המוח בזמן מנוחה ולאחר מכן מצלמים את אותו אזור, בזמן שמראים לנבדק תמונה או משמיעים לו קול מסוים. כשמחסרים את שתי תמונות ה-MRI רואים בניתוח התמונה את האזור במוח שהיה בשימוש. מלבד חשיבותו ככלי לחקר המוח, fMRI הוא כלי חשוב לתכנון ניתוחי מוח. מתמונות fMRI יכול המנתח לאתר את מרכזי הדיבור והשמיעה של החולה (הם נמצאים במקומות שונים אצל אנשים שונים) כדי לתכנן ניתוח שימזער את הנזק הנלווה להסרת הגידול עצמה.
diffusion weighted imaging DWI - מדידת מקדם הדיפוזיה של המוח. הוכח שדרך דימות מקדם הדיפוזיה ניתן להבחין בין שבץ שנוצר כתוצאה מפיצוץ כלי דם (hemorhagic stroke) לבין שבץ שנוצר על ידי סתימת כלי דם (ischemic stroke). אבחנה זו קריטית כדי לתאם טיפול נכון ויעיל לנבדק. יש גם אינדיקציות שניתן להשתמש ב-DWI לצורך מיפוי החומר הלבן והחומר האפור במוח.

[עריכה] חסרונות

MRI אינה מתאימה לאנשים שבגופם הושתל קוצב לב, עקב היותו עשוי לרוב ממתכת. כמו כן, אנשים שיש חשש כי בגופם יש רסיסים ממתכת או עברו ניתוחים כלשהם, יעדיפו בדיקת CT במקום בדיקות MRI.
למרות התקוות הגדולות שתלו ב-MRI, השיטה אינה יכולה להבחין בין גידול סרטני ממאיר לגידול שפיר.

[עריכה] פרס נובל

בשנת 2003 הוענק פרס נובל לרפואה לפול לוטרבר ופיטר מנספילד על המצאת ה-MRI, עקב חשיבותו ככלי אבחוני. שניהם יחד המציאו את השימוש בגרדיינטים מרחביים כדי לקשר בין תדר לבין מיקום.

[עריכה] מדוע אין MRI לאלקטרונים?

גם לאלקטרון יש מומנט מגנטי, הרבה יותר גדול מהמומנט של הפרוטון. קיימת תופעת (EPR (electron paramagmetic resonance אבל בגוף אי אפשר לנצלו לדימות. אלקטרונים תמיד באים בזוגות עם כיווני ספין הפוכים^[1], וכתוצאה מכך אי אפשר לנצל את ה-EPR לדימות.

[עריכה] הערות שוליים

^ , מלבד מברדיקלים חופשיים, שכמעט אינם קיימים בגוף בריא

[עריכה] ראו גם

[עריכה] קישורים חיצוניים

זאב לוז, דימות אדם - בעזרת תהודה מגנטית גרעינית, "מדע", כרך כ"ח 2.
עפר קפלן, מי מפחד מ-NMR? : רותמים את תופעת התהודה המגנטית הגרעינית לתועלת האדם

מקור: http://he.wikipedia.org../../../%D7%94/%D7%93/%D7%9E/%D7%94%D7%93%D7%9E%D7%99%D7%99%D7%AA_%D7%AA%D7%94%D7%95%D7%93%D7%94_%D7%9E%D7%92%D7%A0%D7%98%D7%99%D7%AA.html

קטגוריות: ויקיפדיה: ערכים הדורשים עריכה | טכנולוגיה רפואית | בדיקות רפואיות | ספקטרוסקופיה

We provide Linux to the World