Magnetresonantstomograafia füüsika
Magnetresonantstomograafia (MRI) füüsika käsitleb magnetresonantstomograafia meetodite füüsikalisi põhiaspekte ja magnetresonantstomograafiaseadmete tehnoloogilisi aspekte. Magnetresonantstomograafia on meditsiiniline piltdiagnostika meetod, mida kasutatakse peamiselt radioloogias ja nukleaarmeditsiinis, et uurida keha anatoomiat ja füsioloogiat ning tuvastada muu hulgas patoloogiaid, sealhulgas kasvajaid, põletikke, neuroloogilisi haigusi, nagu insult, lihaste ja liigeste häireid ning südame ja veresoonte kõrvalekaldeid. Kontrastaineid võib süstida intravenoosselt või liigesesse, et parandada kujutist ja hõlbustada diagnoosi. Erinevalt kompuutertomograafiast ja röntgenist ei kasutata MRT-s ioniseerivat kiirgust ja seetõttu on see ohutu protseduur, mis sobib diagnoosimiseks lastel ja korduvas perspektiivis. Patsiendid, kellel on spetsiifilised mitteferromagnetilised metalliimplantaadid, sisekõrvaimplantaadid ja südamestimulaatorid, võivad tänapäeval tugevate magnetväljade mõjudest hoolimata samuti MRT-d teha. See ei kehti vanemate seadmete puhul, üksikasjad meditsiinitöötajatele annab seadme tootja. Teatud aatomituumad on võimelised neelama ja kiirgama raadiosagedusenergiat, kui neid asetatakse välisesse magnetvälja. Kliinilises ja teaduslikus magnetresonantstomograafias kasutatakse kõige sagedamini vesiniku aatomeid, et tekitada tuvastatav raadiosagedussignaal, mida võtavad vastu antennid uuritava anatoomia vahetus läheduses. Vesiniku aatomeid leidub looduslikult rohkesti inimestes ja muudes bioloogilistes organismides, eriti vees ja rasvades. Seetõttu kaardistab enamik magnetresonantstomograafilisi uuringuid sisuliselt vee ja rasva asukoha kehas. Raadiolainete impulsid ergutavad tuuma spinni energia üleminekut ja magnetvälja gradiendid lokaliseerivad signaali ruumis. Impulsside järjestuse parameetrite muutmisega saab tekitada kudede vahel erinevaid kontrasti, mis põhinevad nende vesinikuaatomite lõõgastumisomadustel. Skanneri magnetvälja (B0) sees olles joonduvad prootonite magnetmomendid kas paralleelselt või antiparalleelselt välja suunaga. Kuigi iga üksik prooton võib olla ainult üks kahest asendist, näib, et prootonite kogum käitub nii, nagu oleks neil võimalik mis tahes asend. Enamik prootoneid joondub paralleelselt B0-ga, kuna see on madalama energiaga olek. Seejärel rakendatakse raadiosagedusimpulssi, mis võib ergutada prootonid paralleelsest joondusest antiparalleelsesse joondusse, kuid ülejäänud arutelu jaoks on olulised ainult viimased. Vastuseks jõule, mis toob prootonid tagasi tasakaaluorientatsiooni, teevad prootonid läbi pöörleva liikumise (pretsessioon), nagu pöörlev ratas gravitatsiooni mõjul. Prootonid naasevad madala energiaga olekusse spinn-võre lõõgastumise protsessi kaudu. See ilmneb magnetvooluna, mis annab signaali andmiseks muutuva pinge vastuvõtumähistel. Sagedus, millega prooton või prootonite rühm vokselis resoneerib, sõltub kohaliku magnetvälja tugevusest prootoni või prootonite rühma ümber; tugevam väli vastab suuremale energiavahele ja kõrgema sagedusega footonitele. Rakendades täiendavaid magnetvälju (gradiente), mis varieeruvad lineaarselt ruumis, saab valida konkreetsed pildistatavad lõigud ja saada kujutis, võttes signaali ruumiliste sageduste (k-ruumi) 2D Fourier'-transformatsiooni. B0-st tuleneva magnetilise Lorentzi jõu tõttu gradientspiraalides voolavale voolule püüavad gradientspiraalid liikuda, tekitades valju koputusheli, mille tõttu patsiendid vajavad kuulmiskaitset.