Η μαγνητική τομογραφία είναι μια μη επεμβατική τεχνολογία απεικόνισης που παράγει τρισδιάστατες λεπτομερείς ανατομικές εικόνες. Συχνά χρησιμοποιείται για την ανίχνευση ασθενειών, τη διάγνωση και την παρακολούθηση της θεραπείας. Βασίζεται σε εξελιγμένη τεχνολογία που διεγείρει και ανιχνεύει την αλλαγή στην κατεύθυνση του άξονα περιστροφής των πρωτονίων που βρίσκονται στο νερό που συνθέτουν τους ζωντανούς ιστούς.
Πώς λειτουργεί η μαγνητική τομογραφία;
Οι μαγνητικές τομογραφίες χρησιμοποιούν ισχυρούς μαγνήτες που παράγουν ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο που αναγκάζει τα πρωτόνια στο σώμα να ευθυγραμμιστούν με αυτό το πεδίο. Όταν ένα ρεύμα ραδιοσυχνότητας διοχετεύεται στη συνέχεια μέσω του ασθενούς, τα πρωτόνια διεγείρονται και περιστρέφονται εκτός ισορροπίας, τεντώνοντας την έλξη του μαγνητικού πεδίου. Όταν το πεδίο ραδιοσυχνοτήτων είναι απενεργοποιημένο, οι αισθητήρες MRI είναι σε θέση να ανιχνεύσουν την ενέργεια που απελευθερώνεται καθώς τα πρωτόνια ευθυγραμμίζονται εκ νέου με το μαγνητικό πεδίο. Ο χρόνος που χρειάζεται για να ευθυγραμμιστούν εκ νέου τα πρωτόνια με το μαγνητικό πεδίο, καθώς και η ποσότητα ενέργειας που απελευθερώνεται, αλλάζει ανάλογα με το περιβάλλον και τη χημική φύση των μορίων. Οι γιατροί είναι σε θέση να πουν τη διαφορά μεταξύ διαφόρων τύπων ιστών με βάση αυτές τις μαγνητικές ιδιότητες.
Για να ληφθεί μια εικόνα μαγνητικής τομογραφίας, ένας ασθενής τοποθετείται μέσα σε ένα μεγάλο μαγνήτη και πρέπει να παραμείνει πολύ ακίνητος κατά τη διαδικασία απεικόνισης για να μην θολώσει η εικόνα. Τα σκιαγραφικά (συχνά που περιέχουν το στοιχείο γαδολίνιο) μπορούν να χορηγηθούν σε έναν ασθενή ενδοφλεβίως πριν ή κατά τη διάρκεια της μαγνητικής τομογραφίας για να αυξηθεί η ταχύτητα με την οποία τα πρωτόνια ευθυγραμμίζονται εκ νέου με το μαγνητικό πεδίο. Όσο πιο γρήγορα ευθυγραμμίζονται τα πρωτόνια, τόσο πιο φωτεινή είναι η εικόνα.
Τι είδους μαγνήτες χρησιμοποιούν οι μαγνητικές τομογραφίες;
Τα συστήματα μαγνητικής τομογραφίας χρησιμοποιούν τρεις βασικούς τύπους μαγνητών:
-Οι ανθιστικοί μαγνήτες κατασκευάζονται από πολλά πηνία σύρματος τυλιγμένα γύρω από έναν κύλινδρο μέσω του οποίου διέρχεται ηλεκτρικό ρεύμα. Αυτό δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο. Όταν διακόπτεται η ηλεκτρική ενέργεια, το μαγνητικό πεδίο πεθαίνει. Αυτοί οι μαγνήτες έχουν χαμηλότερο κόστος κατασκευής από έναν υπεραγώγιμο μαγνήτη (βλ. παρακάτω), αλλά χρειάζονται τεράστιες ποσότητες ηλεκτρικής ενέργειας για να λειτουργήσουν λόγω της φυσικής αντίστασης του σύρματος. Η ηλεκτρική ενέργεια μπορεί να γίνει ακριβή όταν χρειάζονται μαγνήτες υψηλότερης ισχύος.
-Ένας μόνιμος μαγνήτης είναι ακριβώς αυτό -- μόνιμος. Το μαγνητικό πεδίο είναι πάντα εκεί και πάντα σε πλήρη ισχύ. Επομένως, δεν κοστίζει τίποτα η διατήρηση του γηπέδου. Ένα σημαντικό μειονέκτημα είναι ότι αυτοί οι μαγνήτες είναι εξαιρετικά βαρείς: μερικές φορές πολλοί, πολλοί τόνοι. Ορισμένα ισχυρά πεδία θα χρειάζονταν μαγνήτες τόσο βαρείς που θα ήταν δύσκολο να κατασκευαστούν.
-Οι υπεραγώγιμοι μαγνήτες είναι μακράν οι πιο συχνά χρησιμοποιούμενοι στις μαγνητικές τομογραφίες. Οι υπεραγώγιμοι μαγνήτες είναι κάπως παρόμοιοι με τους ωμικούς μαγνήτες - πηνία σύρματος με διερχόμενο ηλεκτρικό ρεύμα δημιουργούν το μαγνητικό πεδίο. Η σημαντική διαφορά είναι ότι σε έναν υπεραγώγιμο μαγνήτη το σύρμα λούζεται συνεχώς με υγρό ήλιο (σε ψυχρό 452,4 βαθμούς κάτω από το μηδέν). Αυτό το σχεδόν αδιανόητο κρύο μειώνει την αντίσταση του καλωδίου στο μηδέν, μειώνοντας δραματικά την απαίτηση ηλεκτρικής ενέργειας για το σύστημα και καθιστώντας το πολύ πιο οικονομικό στη λειτουργία του.
Τύποι μαγνητών
Ο σχεδιασμός της μαγνητικής τομογραφίας ουσιαστικά καθορίζεται από τον τύπο και τη μορφή του κύριου μαγνήτη, δηλαδή κλειστή, τύπου σήραγγας μαγνητική τομογραφία ή ανοιχτή μαγνητική τομογραφία.
Οι πιο συχνά χρησιμοποιούμενοι μαγνήτες είναι οι υπεραγώγιμοι ηλεκτρομαγνήτες. Αυτά αποτελούνται από ένα πηνίο που έχει γίνει υπεραγώγιμο με υγρή ψύξη ηλίου. Παράγουν ισχυρά, ομοιογενή μαγνητικά πεδία, αλλά είναι ακριβά και απαιτούν τακτική συντήρηση (δηλαδή συμπλήρωση της δεξαμενής ηλίου).
Σε περίπτωση απώλειας υπεραγωγιμότητας, η ηλεκτρική ενέργεια διαχέεται ως θερμότητα. Αυτή η θέρμανση προκαλεί ένα γρήγορο βρασμό του υγρού ηλίου το οποίο μετατρέπεται σε πολύ μεγάλο όγκο αερίου ηλίου (σβήσιμο). Για την αποφυγή θερμικών εγκαυμάτων και ασφυξίας, οι υπεραγώγιμοι μαγνήτες διαθέτουν συστήματα ασφαλείας: σωλήνες εκκένωσης αερίου, παρακολούθηση του ποσοστού οξυγόνου και θερμοκρασίας μέσα στο δωμάτιο μαγνητικής τομογραφίας, άνοιγμα της πόρτας προς τα έξω (υπερπίεση εντός του δωματίου).
Οι υπεραγώγιμοι μαγνήτες λειτουργούν συνεχώς. Για τον περιορισμό των περιορισμών εγκατάστασης μαγνήτη, η συσκευή διαθέτει ένα σύστημα θωράκισης που είναι είτε παθητικό (μεταλλικό) είτε ενεργό (ένα εξωτερικό υπεραγώγιμο πηνίο του οποίου το πεδίο αντιτίθεται σε αυτό του εσωτερικού πηνίου) για μείωση της έντασης του αδέσποτου πεδίου.
Η μαγνητική τομογραφία χαμηλού πεδίου χρησιμοποιεί επίσης:
- Ηλεκτρομαγνήτες με αντίσταση, οι οποίοι είναι φθηνότεροι και ευκολότεροι στη συντήρηση από τους υπεραγώγιμους μαγνήτες. Αυτά είναι πολύ λιγότερο ισχυρά, καταναλώνουν περισσότερη ενέργεια και απαιτούν σύστημα ψύξης.
-Μόνιμοι μαγνήτες, διαφορετικών μορφών, αποτελούμενοι από σιδηρομαγνητικά μεταλλικά στοιχεία. Αν και έχουν το πλεονέκτημα ότι είναι φθηνά και εύκολα στη συντήρηση, είναι πολύ βαριά και αδύναμα σε ένταση.
Για να αποκτήσετε το πιο ομοιογενές μαγνητικό πεδίο, ο μαγνήτης πρέπει να ρυθμιστεί με ακρίβεια («λαμπαδίζει»), είτε παθητικά, χρησιμοποιώντας κινητά κομμάτια μετάλλου, είτε ενεργά, χρησιμοποιώντας μικρά ηλεκτρομαγνητικά πηνία κατανεμημένα μέσα στον μαγνήτη.
Χαρακτηριστικά του κύριου μαγνήτη
Τα κύρια χαρακτηριστικά ενός μαγνήτη είναι:
-Τύπος (υπεραγώγιμοι ή ηλεκτρομαγνήτες με αντίσταση, μόνιμοι μαγνήτες)
-Δύναμη του παραγόμενου πεδίου, μετρημένη σε Tesla (T). Στην τρέχουσα κλινική πρακτική, αυτό κυμαίνεται από 0,2 έως 3,0 Τ. Στην έρευνα, χρησιμοποιούνται μαγνήτες με ισχύ 7 Τ ή ακόμη και 11 Τ και άνω.
-Ομοιογένεια
