Magnetresonanztomographie (MRT) - Funktionsprinzip

1973 veröffentlichte der amerikanische Chemiker Paul Lauterbur in der Zeitschrift Nature einen Artikel mit dem Titel „Erstellen eines Bildes durch induzierte lokale Interaktion; Beispiele basierend auf Magnetresonanz. " Später wird der britische Physiker Peter Mansfield ein fortgeschritteneres mathematisches Modell für die Aufnahme eines Bildes eines gesamten Organismus anbieten. 2003 erhalten Forscher den Nobelpreis für die Entdeckung der MRT-Methode in der Medizin.

Einen wichtigen Beitrag zur Schaffung einer modernen Magnetresonanztomographie leistet der amerikanische Wissenschaftler Raymond Damadyan, der Vater des ersten kommerziellen MRT-Geräts und Autor der 1971 veröffentlichten Arbeit „Detektion eines Tumors mit Kernspinresonanz“.

Fairerweise ist jedoch anzumerken, dass der sowjetische Wissenschaftler Vladislav Ivanov bereits 1960, lange bevor westliche Forscher die Prinzipien der MRT ausführlich darlegten, die Urheberschaftsbescheinigung erst 1984 erhielt. Lassen Sie uns die Debatte über die Urheberschaft verlassen und schließlich den General betrachten skizzieren Sie das Funktionsprinzip eines Magnetresonanz-Imagers.

In unseren Organismen gibt es viele Wasserstoffatome, und der Kern jedes Wasserstoffatoms ist ein Proton, das als kleiner Magnet dargestellt werden kann, der aufgrund des Vorhandenseins eines Spins ungleich Null auf dem Proton existiert. Die Tatsache, dass der Kern eines Wasserstoffatoms (Proton) einen Spin hat, bedeutet, dass er sich um seine Achse dreht. Es ist auch bekannt, dass der Wasserstoffkern eine positive elektrische Ladung hat und die Ladung, die sich zusammen mit der Außenfläche des Kerns dreht, wie eine kleine Spule mit einem Strom ist. Es stellt sich heraus, dass jeder Kern eines Wasserstoffatoms eine Miniaturquelle eines Magnetfelds ist.

Wenn nun viele Kerne von Wasserstoffatomen (Protonen) in einem externen Magnetfeld platziert sind, werden sie versuchen, dieses Magnetfeld wie die Pfeile des Kompasses zu navigieren. Während einer solchen Neuorientierung beginnen die Kerne jedoch zu prozessieren (wie es die Gyroskopachse beim Versuch, sie zu kippen, prozessiert), da das magnetische Moment jedes Kerns mit dem mechanischen Moment des Kerns verbunden ist, wobei der oben erwähnte Spin vorhanden ist.

Angenommen, ein Wasserstoffkern wurde mit einer Induktion von 1 T in ein externes Magnetfeld gebracht. Die Präzessionsfrequenz beträgt in diesem Fall 42,58 MHz (dies ist die sogenannte Larmorfrequenz für einen bestimmten Kern und für eine bestimmte Magnetfeldinduktion). Und wenn wir jetzt mit einer elektromagnetischen Welle mit einer Frequenz von 42,58 MHz einen zusätzlichen Effekt auf diesen Kern haben, tritt das Phänomen der Kernspinresonanz auf, dh die Präzessionsamplitude nimmt zu, da der Vektor der Gesamtmagnetisierung des Kerns größer wird.

Und es gibt eine Milliarde Milliarden solcher Kerne, die sich bewegen und mitschwingen können. Da jedoch die magnetischen Momente aller Wasserstoffkerne und anderer Substanzen in unserem Körper im normalen Alltag miteinander interagieren, ist das gesamte magnetische Moment des gesamten Körpers Null.

Indem sie durch Radiowellen auf Protonen einwirken, erhalten sie eine resonante Verstärkung der Schwingungen (Zunahme der Amplituden der Präzessionen) dieser Protonen, und nach Abschluss der äußeren Einwirkung neigen die Protonen dazu, in ihre anfänglichen Gleichgewichtszustände zurückzukehren, und emittieren dann selbst Photonen von Radiowellen.

So wird in einem MRT-Gerät der Körper einer Person (oder eines anderen untersuchten Körpers oder Objekts) periodisch in einen Satz Funkempfänger oder einen Satz Funksender umgewandelt. Der Apparat untersucht auf diese Weise ortsübergreifend ein räumliches Bild der Verteilung der Wasserstoffatome im Körper.Und je höher die Magnetfeldstärke des Tomographen ist, desto mehr Wasserstoffatome können an andere Atome in der Nähe gebunden werden (desto höher ist die Auflösung des Magnetresonanztomographen).

Moderne medizinische Tomographen als Quellen eines externen Magnetfeldes enthalten supraleitende Elektromagnetegekühlt mit flüssigem Helium. Einige offene Tomographen verwenden permanente Neodym-Magnete.

Die optimale Magnetfeldinduktion in einem MRT-Gerät beträgt jetzt 1,5 T. Damit können Sie qualitativ hochwertige Bilder von vielen Körperteilen erhalten. Mit einer Induktion von weniger als 1 T ist es nicht möglich, ein qualitativ hochwertiges Bild (mit einer ausreichend hohen Auflösung) zu erstellen, beispielsweise vom kleinen Becken oder der Bauchhöhle, aber solche schwachen Felder sind geeignet, um herkömmliche MRT-Bilder des Kopfes und der Gelenke zu erhalten.

Für die korrekte räumliche Ausrichtung verwendet eine Magnetspule neben einem konstanten Magnetfeld auch Gradientenspulen, die eine zusätzliche Gradientenstörung in einem gleichmäßigen Magnetfeld erzeugen. Infolgedessen wird das stärkste Resonanzsignal in dem einen oder anderen Abschnitt genauer lokalisiert. Die Leistungs- und Betriebsparameter von Gradientenspulen - die wichtigsten Indikatoren in der MRT - die Auflösung und Geschwindigkeit des Tomographen hängen von ihnen ab.