Časopis podružnice srpskog lekarskog društva u leskovcu
Yüklə 8,75 Mb. Pdf görüntüsü
|
- Bu səhifədəki naviqasiya:
- Fizički principi magnetne rezonance
- Nuklearni spin u spoljašnjem magnetnom polju
- Princip rada magnetne rezonance
- Slika 9.
|
Tesla (T) Jačina magnetnog polja MR aparata izražava se jedinicom tesla (T). 9,22,23
Oznaka jedinice – T, kao i kod svih drugih SI jedinica koje su nazva - ne po imenima poznatih naučnika, piše se ve li - kim slovom, dok se naziv piše malim početnim slovom – tesla, osim ako se ne nalazi na početku rečenice. Tesla je SI izvedena jedinica za mag- netnu rezonancu (gustinu magnetnog fluksa). Jedinica je nazvana u čast Nikole Tesle, koji je otkrio obrtno magnetno polje (1882. Bu di
m - pešta, Austrougarska Carevina). 23-27 U čast Ni ko - le Tesle jedinica za magnetnu indukciju nalazi se na papirnatoj novčanici od 100 dinara Narodne banke Srbije. 9,23
Tesla je: Veza izmedju tesle i gausa je: 1 tesla = 10.000 gaus U prirodi magnetno polje od 0,2 T je slabo magnetno polje, od 0,2-0,6 T je srednje magnet- no polje, a od 1,0-1,5 T je visoko magnetno polje. Prema jačini magnetskog polja MR aparati se dele na: - MR aparate niske jačine magnetnog polja - do 0,5 T - MR aparate srednje jačine magnetnog polja - od 0,5 T do 1 T - MR aparate visoke jačine magnetnog polja - preko 1 T (mogu biti 1,5 T, 2 T, 3 T,....7 T, 8,5 T..).
46 APOLLINEM MEDICUM ET AESCULAPIUM Vol. 12 - Broj 1 januar-mart/2014. U dijagnostičke svrhe koriste se MR aparati od 0,1 T do 4 T, najčešće od 0,5 T do 1,5 T, dok se MR aparati preko 4 T koriste u eksperimen- talne svrhe. Radi uporedjenja ističemo da je Zemljino ma gnetno polje 50 µT (0,000 005 T), dok MR aparat od 1,5 T ima magnetno polje 30.000 jače od magnetnog polja Zemlje. Fizički principi magnetne rezonance Nukleo magnetna rezonanca (danas: magnet- na rezonanca) bazira na tri momenta: - Nuklearni – radi se o spinovima atomskog jezgra; - Magnetni – homogeno magnetno polje sa magnetnim prelazima spinova nukleusa; - Rezonantni – elektromagnetnim talasom spin nukleusa se dovodi u rezonancu. 9,18-20
Osnovi interakcije Nukleus vodonika ( 1 H
), tj. proton, poseduje ugaoni (mehanički) moment i magnetni mo me - nt, koji zajedno predstavljaju spin (slika 2), ma - da se spin protona (nukeleusa) odnosi na njegov mehanički (ugaoni) moment. 1,2,4,5,9 Medjutim, na - ziv spin se često koristi za česticu kao celinu, tj. za kombinaciju magnetnog i mehaničkog mo - me n ta. Spin jezgra atoma je zbir spinova proto - na i neutrona koji ulaze u njegov sastav. Me ha - ni čki moment i magnetni moment atoma jezgra je univerzalna osobina hemijskih elemenata. Spin atoma jezgra, i njemu pridruženi magnetni moment, su osobina protona i neutrona, poput mase ili naelektrisanja. Slika 2. Proton vodonika poseduje spin (µ + I), tj. ugaoni mo ment (I) i magnetni moment (µ). Kada se jezgro vo do - ni ka nadje u magnetnom polju obrtni moment deluje na pro ton vodonika i uzrokuje spin u magnetnom polju (zbog kvantne prirode) i orjentiše ga samo u smeru polja (para- lelno) ili suprotno magnetnom polu (antiparalelno) Atomska jezgra sa parnim brojem protona i pa r nim brojem neutrona nemaju magnetni mo - me nt, kao što su helijum ( 4 He), ugljenim ( 12 C),
kiseonik ( 16 О) i dr. Medjutim, za svaki element sa parnim rednim brojem (parnim redom proto - na) može se naći stabilan izotop sa neparnim ma senim brojem (sa neparnim brojem neutrona) iz kojeg se MR signal može detektovati, na pri - mer izotopi 3 He, 13 C,
17 О i dr.
Nuklearni spin u spoljašnjem magnetnom polju Van magnetnog polja energija izolovanog nu - k leusnog spina ne zavisi od njegove orijentacije. To je hipotetička pretpostavka jer su nukleusni spinovi okruženi elektronima, koji predstavljaju ma le magnete. Oko elektrona se prostire magne - t no polje koje potiče od sopstvenog spina i od nje
govog orbitalnog kretanja. Magnetna polja ele ktrona moga se zanemariti (slika 3). U odsustvu spoljašnjeg magnetnog polja nu - kle arni spin je praktično nevidljiv. Unet u mag- netno polje, nuklearni spin se orijentiše, poput ma gnetne igle kompasa u magnetnom polju Ze - m lje. Zbog kvantne prirode moguće su samo di - s kretne orjentacije spinova čiji je broj definisan spi nskim kvantnim brojem.
Spin poseduje mehanički moment, dakle po - na ša se kao čigra. Po analogiji, kao što Zemljino gravitaciono polje ne može da obori čigru dok se ok reće već je navodi na procesiono kretanje, ta - ko i spoljašnje magnetno polje ne može u potpu - no sti da orijentiše spin već ga navodi na proce- si o no kretanje (slika 2). Dakle, u spoljašnjem ma g
polja na gnutog pod odredjenim uglom. Pri tome je pro
c esiona frekvencija jednaka rezonantnoj fre k venciji.
Energija spina u spoljašnjem magnetnom po - lju, kao i kod makroskopskog magnetnog mo - me n ta, zavisi od ugla koji spin zaklapa sa pol- jem. Pošto svakom uglu odgovara odredjena ene rgija to su i moguća energetska stanja nukle - u snog sp i na podeljena na diskretne, dobro defin- isane ni voe. Energetska razlika medju susednim ni vo i ma zavisi od prirode spinova i jačine (in d- ukcije) spoljašnjeg magnetnog polja. Što je jače polje, to je i razlika veća. Spinski prelazi Pod uticajem elektromagnetnih talasa spinovi iz jednog energetskog nivoa mogu da predju u drugi energetski nivo, ali samo ako je energija kva nta (elektromagnetnog talasa) jednaka ener- getskoj razlici medju nivoima. Iz uslova jednakost energija, koji se naziva i rezonantni uslov, sledi da u datom polju prelaz mogu da izazovu samo elektromagnetni talasi od redjene frekvencije. Kada se energije poklo - pe, onda spin ima jednaku verovatnoću da će da se nadje u nekom od dozvoljenih stanja; dakle, dolazi do rezonancije. Pošto je broj spinova u nižem energetskom ni vou veći od broja spinova u višem energets - kom nivou, ukupan rezultat je da prilikom re zo- nancije dolazi do apsorpcije radio talasa (ra di o - frekvenog signala). Apsorbovana energija elektromagnetnog ta - la sa (radiofrekventnog signala – RF) neće ostati u pobudjenom nukleusu za dugo, već će se iz po budjenog nukleusa osloboditi višak energije u vidu novog elektromagnetnog talasa. Pobudjeni nu kleus se vraća u svoje prvobitno stanje emi tu - ju ći radiofrekventni signal (elektromagnetni ta - las). Kažemo da taj nukeus u svojoj okolini od - je kuje. Signal koji se emituje u okolinu je odjek. Odjeci se detektuju, analiziraju i obradjuju i uz po moć kompjutera pretvaraju u sliku (tomo- gram, sken ili presek). Princip rada magnetne rezonance Rad MR zasniva se na kretanju protona iz je - z gra vodonika koji sadrži spin (mehanički mo - me nt i magnetni moment). 1,2,4,9,18-20 Ljudsko telo se sastoji od 63% atoma vodo - nika. Koriste se ato mi vodonika u molekulima vode i lipida. Kada nukleusi vodonika ( 1 H 1 ) vode i lipida ni su u magnetnom polju, ponašaju se kao slobo - d ni magneti, nasumice orjentisani (slika 4). 2
U magnetnom polju jezgra vodonika počinju da se ponašaju kao čigra (spoljašnje magnetno po lje Zemlje ne može potpuno da orijentiše či g - ru već je navodi na procesiono kretanje). U sp o l- jašnjem magnetnom polju spin je u procesiji (rotira kao žiroskop, tj. kao čigra) oko pravca po lja nagnutog pod odredjenim uglom (slika 2 i sl ika 5) i nalazi se u karakterističnoj frekvenciji po znatoj kao Larmer-ova frekvencija. Pre ce si o - na frekvencija jednaka je rezonantnoj frekvenci- ji.
Energija spina u spoljašnjem magnetnom po - lju, zavisi od ugla koji spin zaklapa sa magnet- nim poljem, gde svakom uglu odgovara odedje- na energija. Energetska stanja spina su podelje- na na diskretne, dobro definisane nivoe. Spin nu
k leusa može da se nadje u dva energetska nivoa – spin gore (paralelan magnetnom polju) i spin dole (antiparalelan magnetnom polju). Spin gore je manjeg energetskog nivoa od spin dole. Dakle, kada se u tunelu MR aparata bolesnik iz loži snažnom magnetnom polju postaje nam- ag netisan. Pri tome protoni ne miruju, nego ro ti- raju oko smera magnetnog polja u kojem se na - la ze (slično kao što se magnetna igla kompasa ok reće u Zemljinom magnetnom polju). Uče s ta - lo st tog rotiranja je Larmer-ova frekvencija, koja 48 APOLLINEM MEDICUM ET AESCULAPIUM Vol. 12 - Broj 1 januar-mart/2014. je proporcionalna jačini spoljašnjeg magnetnog polja.
Slika 5. Nukleusi vodonika se u spoljašnjem magnetnom polju procesiono kreću. Javljaju se dva energetska nivoa – spin gore i spin dole 2 Jačina namagnetisanosti tela bolesnika zavisi od broja protona unutar volumena tkiva, odnos- no od gustine protona. Veliki broj protona uz ro - ku je jaku magnetnu indukciju koja stvara ele k tr - i čnu struju u radiofrekventnim kalemovima sm - e š tenim oko dela tela koji se izlaže magnetnom po lju.
Spinovi iz jednog energetskog nivoa mogu da predju u drugi pod uticajem elektromagnetnih ta lasa (radiofrekvencije - RF), pod uslovom da je energija elektromagnetnog talasa jednaka en - er getskoj razlici medju nivoima. Samo spinovi nukleusa koji procesiraju apsorbuju energiju ko - ja uzrokuje da se spin nukleusa okrene za 180° (slika 6). Jačina MR signala zavisi od jačine magne t - nog polja. Što je magnetno polje jače, to je MR signal jači i bolji. Tkiva koja imaju jači magne- tizam (sadže više protona) dat će jači MR signal i slika će biti svetlija i obrnuto, tkiva sa manjom magnetizacijom daju tamniju sliku. Tako nastaje kontrastna rezolucija dobijene MR slike, odnos- no mogućnost da se pojedina tkiva razlikuju za - vi sno od jačine namagnetisanosti koju poseduju i stvorenog električnog signala na namotajima smeštenim oko delova tela koji se snimaju. Apsorbovana energija elektromagnetnog ta - la sa (radiofrekventni signal - RF) neće ostati u po budjenom nukleusu za dugo, već će se oslo- bo diti višak energije u vidu novog elektromag- ne tnog talasa. Pobudjeni nukleus se vraća u svo - je prvobitno stanje emitujući radiofrekventni si - g nal (elektromagnetni talas) u svoju okolinu, pa se kaže da nukleus odjekuje. Ovi RF signali se detektuju, analiziraju i obradjuju i uz pomoć ko - m jutera i daju u vidu slike (slika 7).
Gustina protona je jedan od činioca koji utiču na osvetljenost i kontrastnost slike. Postoji još nekoliko parametara koji utiču na odnos signala koje emituju pojedini delovi tela. Najvažniji od njih su vremena kada se registruje ele ktrični impuls u namotaju, kao i vreme iz me - dju dve indukcije RF talasima (protoni tkiva pro laze kroz dva različita vremena relaksacije) (slika 8 i slika 9): - Т1- vreme u kojem glavno magnetno polje vraća većinu svog maksimuma; - Т2 - vreme u kojem se većine protona (63%) vraća nakon prestanka indukcije RF signala nazad u glavno magnetno polje.
Т1 relaksaciono vreme (slika 8) ogleda se u činjenici da po prestanku dejstva RF talasa jez- gra protona se vraćaju u prethodnu relaksaciju. Ene rgija se predaje okolini (spin-rešetka). Us po - s tavlja se longitudinalna relaksacija. Relaksacija ide po eksponencionalnom zakonu. Uzima se vr eme potrebno da se obnovi 63% od maksima - l ne longitudinalne magnetizacije. MR sliku Т 1 relaksacionog vremena daju masti. MR slika do - bijena u Т 1 relaksacionom vremenu je obrnuta od MR slika dobijenih u Т 2 relaksacionom vre- menu. MR slika u Т1 relaksacionom vremenu je slična CT skenu. Tako npr. moždane komore zb - og obilja vode (cerebrospinalne tečnosti) su ta - m ne, tj. crne (слика 10). Slika 8. Т 1 relaksaciono vreme 2 Т 2 relaksaciono vreme (slika 9) ogleda se u činjenici da nakon prestanka dejstva RF talasa pro toni prestaju sinhrono da se kreću. Sve je ma - nje protona usmereno u istom pravcu. Nastaje interakcija izmedju molekula (spin-spin). Beleži se vreme potrebno da se transverzalna magneti- zacija smanji na 37%. MR slika dobijena u Т 2 relaksaciono vreme daje voda (Н 2 О), npr. cere- brospinalna tečnost. MR slika u Т 2 relaksaci o - nom vremenu je obrnuta od MR slike u Т 1 relak- sacionom vremenu. Moždane komore zbog obil- ja vode (cerebrospinalne tečnosti) su svetle, tj. bele (slika 11). Razlićita tkiva imaju različito trajanje Т 1 i Т
2 relaksacionog vremena. Kombinacijom virtualnih slika Т 1 i Т 2 vreme -
nu rezolucije dobija se platforma kombinacija digitalnih slika (slika 12 i slika 13). Zatim se ocenjuje da li ispitivani organi ima - ju signal. Detektovani signali uz pomoć računara se ob - ra djuju i snimaju u sve tri ravni (x, y, z), a kom- bi nacijom tih informacija dobija se savršena i prostrana rezolucija (Т 1 i Т
2 ).
2 relaksaciono vreme 2 Slika 10. Grafički prikaz Т 1 relaksacionog vremena. Ak si - ja lni MR tomogram mozga u Т 1 relaksaciono vreme. Po t - re bno Т 1 relaksaciono vreme da se dobije MR tomogram mo zga. Slika 11. Grafički prikaz Т 2 relaksacionog vremena. Ak si - ja lni MR tomogram mozga u Т 2 relaksaciono vreme. Po t - re bno Т 2 relaksaciono vreme da se dobije MR tomogram mo zga. Slika 12. Grafički prikaz Т 1 i Т 2 relaksacionog vremena. Ak sijalni MR tomogram mozga u Т 1 i Т 2 relaksaciono vre - me. Potrebno Т 1 i Т 2 relaksaciono vreme da se dobije MR tomogram mozga. 50 APOLLINEM MEDICUM ET AESCULAPIUM Vol. 12 - Broj 1 januar-mart/2014. Slika 13. Šematski i grafički prikz Т 1 iТ 2 relaksacionog vre- mena. Zaključak Magnetna rezonanca predstavlja budućnost ra diološke dijagnostike. Rad MR zasniva se na pri meni jakog homogenog magnetnog polja i sa - vre mene računarske tehnike. MR predstavlja mi nijaturan radiološki informacioni sistem. MR je nejonizujuća, neinvazivna radiološka metoda pre gleda, kojom se vizualizuju i dijagnostikuju ana tomska, morfološka i funkcionalna stanja or - ga na ljudskog tela. Od relevantnog značaja je i ad ekvatno znanje iz medicine, radiologije i fi zi - ke.
1. Magnetna rezonantna tomografija. http://sr.wikipedia. org (Otvoreno: децмбар 2013) 2. MRI basics http://www.cardiff.ac.uk/biosi/research- sites/emric/basics.html 3. Felix Rоland, Heshiki Atsuko, Hricak Hedving, Chang Kee-Hyun Chang, Hosten Norbert, Lemke Arne-Jörn: Magnevist. Monograph.Blackwell Science Berlin. Vienna. 2001. 4. Sudimac D. Dijana: Magnetna rezonanca. Master rad. Prirodno-matematički fakultet. Department za fiziku. Univerzitet u Nišu. Niš. 2013. http://www.pmf.ni.ac.rs 5. Smiljanić Ljubica. Difuzni tenzorski imidžing (TDI) kod bolesnika sa vaskularnom demencijom. Master rad. Departemnt za fiziku. Prirodno-matematički fa - kultet u Novom Sadu. Univerzitet u Novom Sadu. Novi Sad. 2011. 6. Zhukov L, Barr A: Oriented Tensor Reconstruction: Tracing Neural Pathways from Diffusion Tensor MRI. IEEE Visualization 2002, Proceedings of Vis 2002, pp 387-394, 2002. 7. Cekić Sonja, Risimić Dijana, Stanković-Babić Gordana, Babić Rade, Jakšić Vesna, Jovanović Ivan, Djordjević-Jocić Jasmina: Papilledema as a diagnostic challenge – report of three cases. Central European Journal of Medicine 2012; 7 (1). 103-107. 8. Babić Strahinja. Zdravstveni informacioni sistem. Seminarski rad. Medicinski fakultet. Univerzitet u Nišu. Niš. 2012. 9. Babić Strahinja, Ivanković Nemanja: Tehnike snimanja u magnetnoj rezonanci. Seminarski rad. Medicinski fakultet. Univerzitet Niš. 2013. 10. Babić R Rade, Milošević Zoran, Djindjić Boris, Stanković Babić Gordana: Radiološki informacioni sistem. Acta Medica Medianae 2012; 51 (4): 39-46. 11. Babić R Rade, Milošević Zoran, Stanković Babić Gordana: Web technology in health information sys- tem Acta Facultatis Medicinae Naissensis 2012; 29 (2): 81-87.. 12. Babić R Rade, Milošević Zoran, Stanković Babić Gordana: Teleradiology – radiology at distance Acta Facultatis Medicinae Naissensis 2012; 29 (3): 145- 151. 13. Strahinjić Spira, Babić R. Rade: Prevencija bubrežnih bolesti. Udžbenik. Medicinski fakultet Niš. Univerz i - tet u Nišu. Sven – Niš. Niš. 2012. 14. Edward Mills Purcell. http://en.wikipedia.org/wiki/ Edward_Mills_Purcell 15. Felix Bloch http://sr.wikipedia.org/sr/ 16. Paul Christian Lauterbur. http://en.wikipedia.org/ wiki/Paul_Lauterbur 17. Sir Peter Mansfield. http://en.wikipedia.org/wiki/ Peter_Mansfield 18. Babić Radomir: Kompjuterizovana medicinska slika. Naučni podmladak 1982; 14 (3-4): 123-130. 19. Babić Radomir: Nuklearno magnetska rezonancija. Acta medica Medianae 1983; 22(1): 121-124. 20. Babić Radomir: Mogućnosti primene NMR u medici- ni. Naučni podmladak 1983; 14 (1-2): 111-115 21. Dušan Mitrović: In memoriam Radomir M Babić (1932-2006). Acta medica Medianae 2006; 44 (4): 67. 22. Tesla (jedinica): http://sr.wikipedia.org/sr 23. Babić RR, Stanković-Babić Gordana: Medicina u notafiliji – III deo. Medicinski pregled 2013; 66 (5-6): 268-272. 24. Babić RR: Tesla o X-zracima. Vojnosanitetski pregled. 2006; 11: 979-982. 25. Babić RR: Nikola Tesla i X-zraci. Acta Medica Medianae 2004; 4: 81-82. 26. Babić RR: Nikola Tesla i osnove rendgenografiranja. Acta Medica Medianae 2005; 1: 85-87. 27. Babić RR: Nikola Tesla o štetnom dejstvu X-zraka. Acta Medica Medianae 2005; 3: 67-69.
Definicija časopisa APOLLINEM MEDICUM ET AESCULAPIUM je ča sopis Podružnice SLD u Leskovcu. Objavljuje ori - gi nalne radove iz svih grana medicine, stomatologije i srodnih medicinskih grana, stručne radove, pre t -
hod na saopštenja, prikaze slučajeva, metode le če - nja i hirurških tehnika, radove iz eksperimentalne me dicine, istorije medicine i zdravstva, revijske ra do - ve po pozivu, radove sa kongresa i sastanaka od r ža - nih u zemlji i inostranstvu, preglede stručne literatu - re, pisma glavnom uredniku i sve informacije od zna - ča ja za razvoj medicine i zdravstva. Radovi i ab - strakti sa stručnih sastanaka, simpozijuma i kongre- sa publikuju se kao supplementum. Yüklə 8,75 Mb. Dostları ilə paylaş:
|