Jak działa aparat do rezonansu magnetycznego w ortopedii

MRI oznacza obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego. W rzeczywistości właściwą nazwą dla tego badania jest obraz magnetycznego rezonansu jądrowego (NMRI), ale kiedy technika ta była rozwijana do użytku w opiece zdrowotnej, konotacja słowa „jądrowa” była uważana za zbyt negatywną i została pominięta. przyjęta nazwa.

MRI opiera się na fizycznych i chemicznych zasadach magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR), techniki wykorzystywanej do uzyskiwania informacji o naturze cząsteczek.

Jak działa rezonans magnetyczny

Na początek spójrzmy na części maszyny MRI. Trzy podstawowe elementy urządzenia MRI to:

• Magnes główny

  • Największa część rezonansu magnetycznego to magnes pierwotny. Wytworzenie pola magnetycznego o odpowiedniej sile do tworzenia obrazów MRI było wczesną przeszkodą do pokonania w rozwoju tej technologii.

• Magnesy gradientowe

  • Magnesy gradientowe są częścią „dostrajania” aparatu MRI. Pozwalają MRI skupić się na określonej części ciała. Magnesy gradientowe są również odpowiedzialne za „odgłos dzwonienia” w rezonansie magnetycznym.

• Cewka

  • Obok obrazowanej części ciała znajduje się cewka. Istnieją cewki na ramiona, kolana i inne części ciała. Cewka będzie emitować fale radiowe, które umożliwiają wykonanie rezonansu magnetycznego.

Magnes główny

Magnes trwały (jak ten, którego używasz na drzwiach lodówki) wystarczająco silny, aby użyć go w MRI, byłby zbyt kosztowny w produkcji i zbyt nieporęczny do przechowywania. Innym sposobem na wytworzenie magnesu jest zwinięcie przewodu elektrycznego i przepuszczenie przez niego prądu. To tworzy pole magnetyczne w środku cewki. Aby wytworzyć wystarczająco silne pole magnetyczne do wykonania rezonansu magnetycznego, zwoje drutu nie mogą mieć oporu; dlatego są skąpane w ciekłym helu w temperaturze 450 stopni Fahrenheita poniżej zera! Dzięki temu cewki wytwarzają pola magnetyczne od 1,5 do 3 tesli (siła większości medycznych rezonansów magnetycznych), ponad 20 000 razy silniejsze niż ziemskie pole magnetyczne.

Magnesy gradientowe

W urządzeniu do rezonansu magnetycznego znajdują się trzy mniejsze magnesy zwane magnesami gradientowymi. Magnesy te są znacznie mniejsze niż magnes pierwotny (o sile około 1/1000), ale umożliwiają bardzo precyzyjną zmianę pola magnetycznego. To właśnie te magnesy gradientowe umożliwiają tworzenie obrazu „plasterków” ciała. Zmieniając magnesy gradientowe, pole magnetyczne może być specjalnie skoncentrowane na wybranej części ciała.

Cewka

MRI wykorzystuje właściwości atomów wodoru do rozróżniania różnych tkanek w ludzkim ciele. Organizm ludzki składa się głównie z atomów wodoru (63%), inne wspólne pierwiastki to tlen (26%), węgiel (9%), azot (1%) oraz stosunkowo niewielkie ilości fosforu, wapnia i sodu. MRI wykorzystuje właściwość atomów zwaną „spin” do rozróżniania różnic między tkankami, takimi jak mięśnie, tłuszcz i ścięgna.

Gdy pacjent znajduje się w urządzeniu do rezonansu magnetycznego i magnes jest włączony, jądra atomów wodoru mają tendencję do wirowania w jednym z dwóch kierunków. Te jądra atomów wodoru mogą zmienić swoją orientację spinu lub preces na przeciwną orientację. Aby obrócić się w innym kierunku, cewka emituje częstotliwość radiową (RF), która powoduje to przejście (częstotliwość energii wymaganej do wykonania tego przejścia jest określona i nazywana częstotliwością Larmoura).

Sygnał używany do tworzenia obrazów MRI pochodzi z energii uwalnianej przez cząsteczki przechodzące lub precesujące, od ich stanu wysokoenergetycznego do ich stanu niskoenergetycznego. Ta wymiana energii między stanami spinowymi nazywana jest rezonansem, a stąd nazwa rezonansem magnetycznym.

Kładąc wszystko razem

Cewka działa również w celu wykrywania energii wydzielanej przez indukcję magnetyczną z procesu przetwarzania atomów. Komputer interpretuje dane i tworzy obrazy, które przedstawiają różne charakterystyki rezonansowe różnych typów tkanek. Widzimy to jako obraz odcieni szarości – niektóre tkanki ciała są ciemniejsze lub jaśniejsze, wszystko w zależności od powyższych procesów.

Pacjenci, którzy mają zostać poddani rezonansowi magnetycznemu, zostaną poproszeni o kilka szczegółowych pytań w celu ustalenia, czy rezonans magnetyczny jest bezpieczny dla tego pacjenta. Niektóre z problemów, które zostaną rozwiązane, obejmują:

• Metal w ciele

  • Pacjenci z metalowymi implantami w ciele muszą powiadomić personel MRI przed poddaniem się badaniu MRI. Niektóre implanty metalowe są kompatybilne z MRI, w tym większość implantów ortopedycznych. Jednak niektóre implanty, takie jak klipsy tętniaka w mózgu i metalowe implanty oka, uniemożliwiają pacjentom wykonanie rezonansu magnetycznego.

• Wszczepiane urządzenia

  • Pacjenci z rozrusznikami serca lub wewnętrznymi defibrylatorami muszą ostrzec personel MRI, ponieważ urządzenia te uniemożliwiają wykonanie testu MRI.

• Odzież/Biżuteria

  • Wszelkie metalowe ubrania lub biżuterię należy zdjąć przed poddaniem się badaniu MRI.

Metalowe przedmioty w pobliżu rezonansu magnetycznego mogą być niebezpieczne. W 2001 roku sześcioletni chłopiec został zabity, gdy w dziecko uderzył butla z tlenem. Kiedy magnes MRI został włączony, zbiornik z tlenem został zassany do MRI, a dziecko zostało uderzone tym ciężkim przedmiotem. Ze względu na ten potencjalny problem personel MRI jest niezwykle ostrożny w zapewnieniu bezpieczeństwa pacjentom.

Hałas

Pacjenci często skarżą się na „brzęczący” dźwięk powodowany przez aparaty do rezonansu magnetycznego. Ten hałas pochodzi z magnesów gradientowych, które zostały opisane wcześniej. Te magnesy gradientowe są w rzeczywistości dość małe w porównaniu z pierwotnym magnesem MRI, ale są ważne, ponieważ umożliwiają subtelne zmiany pola magnetycznego, aby jak najlepiej „zobaczyć” odpowiednią część ciała.

Przestrzeń

Niektórzy pacjenci cierpią na klaustrofobię i nie lubią wchodzić do aparatu do rezonansu magnetycznego. Na szczęście dostępnych jest kilka opcji.

• Rezonans magnetyczny kończyn
• Nowe rezonanse magnetyczne nie wymagają leżenia w rurce. Pacjenci poddawani rezonansowi magnetycznemu kolana, kostki, stopy, łokcia lub nadgarstka mogą po prostu umieścić tę część ciała w urządzeniu do rezonansu magnetycznego. Ten typ urządzenia nie działa w przypadku rezonansu magnetycznego ramion, kręgosłupa, bioder lub miednicy.
• Otwórz rezonans magnetyczny
• Otwarte rezonanse magnetyczne miały poważne problemy z jakością, ale technologia obrazowania znacznie się poprawiła w ciągu ostatnich kilku lat. Podczas gdy zamknięty rezonans magnetyczny jest nadal preferowany przez wielu świadczeniodawców opieki zdrowotnej, otwarty rezonans magnetyczny może być odpowiednią alternatywą.
• Opanowanie
• Niektórzy pacjenci mają problemy z siedzeniem w bezruchu przez 45 minut potrzebne do wykonania rezonansu magnetycznego, zwłaszcza z brzęczącym dźwiękiem. Dlatego przed wykonaniem badania MRI może być właściwe zażycie leków relaksacyjnych. Porozmawiaj o tym z lekarzem przed zaplanowaniem badania MRI.