Szukasz sprzętu medycznego? Wypełnij darmowe zapytanie
Wypełnij darmowe zapytanie
MedicalOnline.pl wyszukuje najlepszych dostawców
i przesyła im Twoje zapytanie
Dostawcy przesyłają Ci oferty handlowe dotyczące zapytania
sprzęt medyczny
Wyślijzapytanie ofertowe

Systemy rezonansu magnetycznego – MRI

mgr inż. Witold Ponikło, Szpital im. L. Rydygiera w Krakowie/PM | 2008-12-04
Systemy rezonansu magnetycznego – MRI

Przez blisko 30 lat, rezonans magnetyczny używany był do laboratoryjnych analiz chemicznych i fizycznych cząstek. W roku 1971, Raymond Damadian dostrzegł różnice w zachowaniu (różny czas relaksacji1, tkanki zdrowej i nowotworowej. Stanowiło to potężny impuls do prac nad możliwością wykorzystania rezonansu do medycznego obrazowania diagnostycznego. Pierwszy system diagnostyczny, nazwany NMR2, powstał w roku 1977. Kolejne etapy rozwoju tej technologii, nazywanej MRI (magnetic resonanse imaging, , związane są z możliwościami matematycznych przekształceń danych uzyskiwanych w czasie badania co stało się możliwe przy wykorzystaniu do tego celu szybko rozwijającej się informatyki.

Diagnostyczne systemy MRI stosowane są do wizualizacji zarówno struktur ciała (pacjenta, jak i procesów zachodzących w tym ciele (fMRI, . Obrazy uzyskiwane z systemów MRI charakteryzują się wysoką rozdzielczością i dużym (w porównaniu do CT, kontrastem tkanek miękkich. Obrazowanie MRI stosowane jest najczęściej w neurologii (szczególnie do badania mózgu, , ortopedii i badaniach onkologicznych. W świetle obecnej wiedzy, badanie diagnostyczne MRI nie jest związane ze skutkami ubocznymi.

Konstrukcja systemu MRI przypomina nieco konstrukcję systemu CT. Podczas badania, pacjent umieszczany jest w zespole diagnostycznym (gantry, , zawierającym magnes i cewki. Badanie diagnostyczne z użyciem systemu MRI składa się z trzech faz, które w znacznym uproszczeniu można opisać w następujący sposób:

*faza wstępna
- umieszczenia pacjenta na stole, który wsuwany jest do wnętrza gantry, gdzie panuje jednorodne pole magnetyczne, w zależności od modelu aparatu od 0,2 do 3,0 T3. Generalnie, im wyższe natężenie pola magnetycznego systemu MRI, tym większa rozdzielczość obrazu4 i krótszy czas badania. Warto w tym miejscu dodać, że w zależności od położenia, natężenie naturalnego pola magnetycznego kuli ziemskiej wynosi „tylko” od 30 do 60 mikrotesli. Uzyskanie tak silnego pola magnetycznego w systemach MRI możliwe jest na trzy sposoby:

*magnes stały - Magnes wykonany z materiału ferromagnetycznego umożliwia uzyskanie ograniczonego natężenia pola magnetycznego (zwykle poniżej 0,4 T, , o relatywnie (w porównaniu do elektromagnesu nadprzewodzacego5, niskiej stabilności i jednorodności. Inną, negatywną cechą takiej konstrukcji jest ciężar magnesu, który w ekstremalnym przypadku może być równy 100 ton. Zaletą systemu MRI z magnesem stałym jest relatywnie (w porównaniu do elektromagnesu nadprzewodzącego, niski koszt eksploatacji.

*elektromagnes - Silne pole magnetyczne jest w tej konstrukcji uzyskane z wykorzystaniem cewki przewodzącej prąd elektryczny. Koszt eksploatacji systemu MRI z elektromagnesem jest znaczący, ze względu na dużą ilość energii elektrycznej jaką pobiera elektromagnes. Z tego powodu, jak również z uwagi na ograniczone natężenie pola magnetycznego i jego niezadowalającą stabilność, systemy MRI z elektromagnesem uznawane są za przestarzałe.

*elektromagnes nadprzewodzący - W tym rozwiązaniu, źródłem pola magnetycznego jest elektromagnes zanurzony w ciekłym helu o temperaturze 4K (tj. -269°C, . Cewka wykonana ze stopu niobu z tytanem traci w tej temperaturze rezystancję, pozwalając na bezstratny przepływ prądu o dużym natężeniu, co z kolei umożliwia uzyskanie dużego natężenia pola magnetycznego o dużej stabilności. Mimo wysokiego kosztu eksploatacji, systemy MRI z elektromagnesem nadprzewodzącym są powszechnie stosowane.

W dostępnych na rynku systemach MRI, magnesy mogą mieć różne kształty. Zwykle magnesy stałe wykorzystywane są do otwartych konstrukcji gantry, a magnesy nadprzewodzące do gantry cylindrycznej. Umieszczenie pacjenta w silnym polu magnetycznym daje efekt uporządkowania - normalnie bezładnych – spinów6 atomów wodoru7. Będą one wirować utrzymując kierunek pola, a częstotliwość ich wirowania nosi nazwę częstotliwości Larmora.

*faza aktywacji - W tej fazie, na statyczne pole magnetyczne nałożone zostaje zmienne pole elektromagnetyczne o częstotliwości rezonansowej (Larmora8, , która to częstotliwość jest funkcją natężenia pola magnetycznego. Cewka umieszczona w gantry generuje krótki impuls pola elektromagnetycznego, skierowanego prostopadle do kierunku pola pochodzącego z magnesu stałego. Jądra wodoru pochłaniają energię tego pola i odchylają się od kierunku narzuconego stałym polem magnetycznym.

*faza relaksacji - W tej fazie, cewki elektromagnesu zmieniają swoją rolę – już nie emitują pola elektromagnetycznego (nadajnik, , lecz stają się odbiornikami energii emitowanej przez pojedyncze jądra atomu, które po fazie aktywacji, wracają do położenia narzuconego stałym polem magnetycznym. Ów powrót oznacza emisję sygnału w dwóch kierunkach: w kierunku pola (czas relaksacji podłużnej T1, i w kierunku prostopadłym do pola (czas relaksacji poprzecznej T2, . Czasy T1 i T2 różnią się zarówno ze względu na fizykę opisanego zjawiska, jak też ze względu na gęstość protonów w tkance. Ta różnica, pozwala na rekonstrukcję przekroju ciała (pacjenta, , w tym także zachodzących w nim procesów chorobowych. Wybór „przekroju” z którego zbierana jest informacja, wymaga zastosowania dodatkowej cewki zewnętrznej, dającej efekt gradientu pola poprzecznego.


Obrazowanie diagnostyczne z wykorzystaniem systemów MRI jest kosztowną technologią medyczną. System o natężeniu stałego pola magnetycznego 1,5 T kosztuje od 3,0 do 4,5 mln złotych, a system z magnesem 2 T od 5,0 do 6,5 mln zł. Do tego należy dodać koszt instalacji systemu – adaptacja i ekranowanie pomieszczenia w którym zainstalowany jest system oraz koszt jego eksploatacji – rocznie około 20 - 25% wartości zakupu. Mimo to, obrazowanie z wykorzystaniem systemów MRI staje się standardem diagnostycznym w wielu chorobach lub wręcz jedyną dostępną technologią. Na przykład, fMRI pozwala na ocenę aktywności neuronów w mózgu. Wykorzystywany jest w tym celu mechanizm nazwany BOLD (blood-oxygen-level-dependend, , bazujący na zjawisku zwiększania ilości utlenionej hemoglobiny zgodnie z zapotrzebowaniem na tlen aktywnych neuronów.

Wszystko wskazuje na to, że systemy MRI znajdować będą coraz szersze zastosowania. Przykładem tego może być terapia MRgFUS9. W tej technologii, łączącej obrazowanie i terapię, efekt ablacji uzyskiwany jest poprzez skierowanie skupionej wiązki ultradźwięków na wykazującą zmiany chorobowe tkankę. Następuje punktowe podgrzanie komórek ciała - zidentyfikowanych jako chorobowe - do temperatury wyższej niż 65°C, czyli ich zniszczenie. System MRI dostarcza precyzyjny, trójwymiarowy obraz tkanki przeznaczonej do ablacji, a następnie pozwala na śledzenie „termicznych” efektów wykonywanej procedury. Unikalność tej technologii polega na możliwości ciągłego śledzenia procesu narastania temperatury tkanki na obrazie przy braku efektów ubocznych wizualizacji wykonywanej z wykorzystaniem MRI. Inną możliwością rozwoju systemów MRI jest wykorzystanie do obrazowania takich pierwiastków jak hel, węgiel, tlen, sód, fosfor i ksenon. Trwają badania nad systemami MRI które będą dostarczały obraz uzyskany z procesu rezonansu kilku różnych atomów (multinuclear imaging, .

Z punktu widzenia pacjenta, badanie z wykorzystaniem systemu MRI jest bezpieczne (brak efektów ubocznych, , jednak uciążliwe. Przebywanie w bezruchu przez czas badania (kilka do kilkunastu minut, w cylindrycznym otworze gantry oraz hałas związany z pracą cewek indukcyjnych (wprawdzie ograniczony przez wkładane do uszu stopery, jednak dobrze słyszalny, powodują, że w wielu przypadkach, systemy rezonansu z otwartym magnesem wydają się „lepsze” niż z magnesem cylindrycznym. Z punktu widzenia personelu medycznego, problem jest bardziej złożony. Po pierwsze, należy mieć pewność, że badany pacjent nie ma wszczepionych implantów – szczególnie dowolnego rodzaju rozrusznika serca, implantu ślimakowego lub implantu ortopedycznego. Wprowadzenie takiego pacjenta już w bezpośrednie sąsiedztwo silnego pola magnetycznego i elektromagnetycznego może spowodować bardzo poważne niebezpieczeństwo. Innym wyzwaniem jest wykonywanie badania MRI u pacjentów, u których wspomagane są procesy życiowe – na przykład prowadzona jest sztuczna wentylacja płuc. W takim przypadku, cała aparatura medyczna musi być wykonana z materiałów nie wykazujących właściwości magnetycznych.


Przejdź do katalogu MRI

Inne artykuły o "rezonans magnetyczny":
Rezonans magnetyczny – kosztowna inwestycja