مقدمه
دانش تصویربرداری در پزشکی همانند بسیاری از شاخه های علوم تجربی با سرعتی غیرقابل تصور راه پیشرفت و تکامل را در دهه های اخیر پیموده و با بهره گیری از دانش متخصصین رشته های مختلف علوم از جمله پزشکی، فیزیک و مهندسی پزشکی به موفقیت های چشمگیری دست یافته است. پس از كشف اشعه ايكس به سال 1895 ميلادي توسط دكتر ويليام كنراد رونتگن عليرغم ابداع ابزارها و روش‌هاي تصويربرداري پيشرفته از جمله راديوگرافي‌هاي ساده، سونوگرافي، سي‌تي‌اسكن، پزشكي هسته‌اي و ...، مي‌توان به M. R. I به عنوان انقلابي ديگر در دانش تصويربرداري پزشكي اشاره نمود.
توانايي اين روش در نمايش بسياري از اعضاء و بافت‌هاي بدن، جاذبه‌هاي استفاده از آن را در تشخيص بسياري از بيماري‌ها به اوج خود رسانيده و دنياي ديدي را فراروي متخصصين رشته‌هاي مختلف پزشكي گشوده است. با اين وجود بايد خاطرنشان ساخت كه جايگاه خاص انواع روش‌هاي تصويربرداري در بسياري از موارد محفوظ مانده و شايد يادآوري اين نكته ضروري باشد كه هميشه گران‌ترين روش تصويربرداري مناسب‌ترين و ... دقيق‌ترين روش براي ارزيابي همه انواع بيماري‌ها نيستف بلكه عوامل متعددي در انتخاب نوع تصويربرداري در هر بيمار مؤثرند. همانند تمامي آزمون‌هاي تشخيصي نقش بيماران و آمادگي آنان پيش از انجام M. R. I نيز واجد اهميتي خاص و غيرقابل انكار است. بي‌ترديد پزشكان با در نظر گرفتن تمامي اين جوانب مبادرت به انتخاب روش تصويربرداري مناسب مي‌نمايند. نوشتار حاضر بخش دوم از مجموعه سه جلدي تصويربرداري در پزشكي است (بخش اول تحت عنوان سونوگرافي، قبلاً انتشار يافته است) كه به آشنايي بيماران گرامي با مفاهيم اوليه و آمادگي‌هاي مورد نياز بيماران پيش از انجام انواع تصويربرداري‌ها در روش M. R. I اختصاص دارد.

پيشينه MRI

در سال 1942 نخستين‌بار دو دانشمند به نام‌هاي ادوارد پورسل و فليكس بلاچ موفق به تعريف پديده رزونانس مغناطيسي هسته‌اي (MMR) شدند و به جهت اين كشف جايزه نوبل فيزيك به آنان اهداء شد. در سال 1971 بود كه آقاي لوتر بور به كار برد NMR در تصويربرداري اشاره نمود و دكتر داماديان (پزشك آمريكايي تركيه‌اي الاصل) در همان سال به استفاده از اين روش در شناخت سرطان‌ها دست يافت. از ديگر پيشگامان اين موضوع مي‌توان به دكتر مانسفيلد اشاره نمود. اصطلاح NMR كه دربردارنده مفهوم هسته‌اي بود باعث ترس و وحشت بيماران مي‌گرديد، به همين خاطر بعدها عبارت تصويربرداري با روش رزونانس مغناطيسي (M. R. I) جايگزين NMR گرديد. به تدريج دستگاه‌هاي M. R. I پيشرفته‌تر شده و از قدرت بالاتري برخوردار گرديدند و اين سير تكامل كماكان ادامه .
اصول MRI
بدن انسان از مقدار زيادي آب تشكيل شده است. هر مولكول آب متشكل از يك اتم اكسيژن و دو اتم هيدروژن است و هر اتم هيدروژن در هسته خود واجد يك پروتون مي‌باشد. هر پروتون به صورت يك ذره كروي حول محول خود در حال گردش است و به لحاظ اين گردش، ميداني مغناطيسي در اطراف آن ايجاد مي‌شود. دانشمندان اين نوع گردش را همانند چرخش كره زمين به دور محور خود در نظر مي‌گيرند. پس شباهت يك پروتون به كره زمين بسيار زياد است. يعني براي هر پروتون دو قطب شمال (N) و جنوب (S) فرض مي‌شود.
دستگاه M. R. I كه واجد آهن‌ربايي تحت عنوان مگنت مي‌باشد قادر است تا بخشي از پروتون‌هاي موجود در اتم هيدروژن بدن انسان را كه هريك مانند آهن‌ربايي كوچك عمل مي‌كنند تحت تأثير قرار داده، سپس آنها را شمارش نموده (كميّت) و مكان و موقعيت آنها (كيفيت) را در بافت‌هاي مختلف (عضله، چربي، مغز ... ) نشان دهد. گرچه عامل ايجاد تصوير، بررسي تعداد و موقعيت‌ اتم‌هاي هيدروژن است، ليكن تصوير حاصله در بافت‌هاي مختلف متفاوت بوده و حتي در مايعات مختلف از قبيل خون، ادرار، مايع مغزي نخاعي، كره چشم و مايعاتي كه در تورم‌هاي مختلف بافتي وجود دارند با هم تفاوت دارد. هنگامي كه بيمار روي تخت دستگاه M. R. I قرار گرفته و به داخل كانال عكس‌برداري (مگنت) هدايت مي‌گردد، محور اكثريت پروتون‌هاي بدن بر حسب نيروي ميدان مغناطيسي مگنت دستگاه تغيير جهت داده و در راستايي خاص ثابت مي‌شوند كه در واقع نقطه صفر (Zero pint) محسوب مي‌شود.
در مرحله بعد امواج راديويي با طول موج كوتاه (مانند امواج راديويي F. M)به پروتون‌هاي تحريك شده مي‌تابند و سبب وضعيت جديدي در آنها مي‌شوند. پس از خاموش كردن بخش مولد امواج راديوييف انرژي پس داده شده سنجش مي‌شود و به اين ترتيب دستگاه «آواز كُر پروتون‌هاي بدن» را شنيده و آن را به تصوير مورد نظر از بافت‌هاي بدن حاصل مي‌آيد.

یک دستگاه پویشگر ام‌آرآی ۳ تسلا از نوع Philips Achieva ام‌آرآی (به انگلیسی: MRI) که مخفف عبارت (به انگلیسی: Magnetic Resonance Imaging) است و تصویرسازی تشدید مغناطیسی نامیده می‌شود، روشی پرتونگارانه در تصویربرداری تشخیصی پزشکی و دامپزشکی است که در دهه‌های اخیر بسیار فراگیر شده‌است و بر اساس رزنانس مغناطیسی هسته است.

تشریح MRI

چگونگی قرار گرفتن اسپین‌های هسته‌ای در میدان مغناطیسی و نوسان با فرکانس لارمور

با ام آر آی می‌توان در جهات فوقانی-تحتانی (اگزیال)، چپ‌راستی (ساژیتال) و پس‌وپیش (کورونال) و حتی در جهات اُریب و مایل تصویرگیری نمود. یک سیستم ام آر آی از سه میدان مغناطیسی استفاده می‌کند:
1. میدان خارجی ثابت و قوی (B0)
2. میدان ضعیف گرادیانی متغیر
3. میدان حاصل از پالس RF الکترومغناطیسی (B۱)

سیستمهای امروزی MRI

سیستمهای ام آر آی امروزه غالباً دارای قدرت میدانهای 0.2، 1، 1.5، و 3 تسلا می‌باشند. در ایالات متحده آمریکا بیمارستان‌ها و مراکز خدمات بهداشتی اجازه استفاده از سیستم‌های تا ۴ تسلا را نیز برای یک بیمار دارند. اما از چهار تسلا به بالا صرفاً جنبه و کاربردهای تحقیقاتی دارد. بزرگ‌ترین تولید کننده‌های سیستمهای ام آر آی امروزه شرکت‌های زیمنس (آلمان)، جی‌ای (آمریکا)، توشیبا (ژاپن)، و فیلیپس (هلند) می‌باشند

تاریخچهMRI

در سال ۱۹۵۰، حصول تصویر یک بعدی MRI، توسط هرمن کر (Herman Carr) گزارش گردید. پاول لاتربر (Paul Lauterbur)، شیمیدان آمریکائی، با کار بر روی تحقیقات پیشین، موفق به ابداع روش‌هایی برای تولید تصاویر دو بعدی و سه بعدی MRI گردید. سرانجام وی در سال ۱۹۷۳ اولین تصویر گرفته شده بر اساس تشدید مغناطیس هسته‌ای (NMR) خود را منتشر نمود.اولین تصویر مقطع نگاری از یک موش زنده، در ژانویه ۱۹۷۴ منتشر گردید. اولین تحقیقات و پیشرفت‌ها در زمینه ی تصویر برداری بر اساس تشدید مغناطیس هسته‌ای (Nuclear magnetic resonance)، در دانشگاه ناتینگهام،انگلستان صورت پزیرفت.پروفسور پیتر منسفیلد، فیزیکدان برجسته ی انگلیستان، با گسترش یک روش ریاضی، موفق به کاهش زمان تصویربرداری و افزایش کیفت تصاویر، نسبت به روش بکارگرفته شده توسط لاتربر، گردید. دانشمند آمریکایی ارمنی تبار ریموند دامادیان، استاد دانشگاه ایالتی نیویورک در سال ۱۹۷۱، در مقاله‌ای که در مجله Science منتشر گردید، اعلام نمود که امکان تشخیص تومور از بافت‌های عادی به کمک تصویر برداری NMR میسر می‌باشد.
جایزه نوبل پزشکی سال ۲۰۰۳ به خاطر اختراع ام آر آی به پاول لاتربر از دانشگاه ایلینوی در اوربانا شامپاین و پیتر منزفیلد از انگلستان اعطا گردید.

طرز کار MRI

چگونگی تولید تصویر ام آر آی فرایند بس پیچیده ایست. در این روش از خاصیت ویژه اسپین‌های هسته‌های هیدرژنی در میدان مغناطیسی (B0) استفاده می‌شود. پس از انتخاب برش، اسپین‌ها تحت تاثیر میدان مغناطیسی پالس‌های الکترومغناطیسی (B۱) قرار گرفته و سپس از این حالت برانگیختگی به مرور به حالت اولیه خود بازمی گردند.در هر بافتی این مدت زمان متفاوت است. بطور مثال در ۱٫۵ تسلا٫ ثابت T1 برای بافت چربی ۲۶۰ میلی ثانیه و برای بافت ماده خاکستری مغز ۹۲۰ میلی ثانیه می‌باشد. بسته به اینکه چه نوع دنباله پالسیی انتخاب شود، و پارامترهای مثل TE و TR چگونه تعیین شوند، می‌توان با T1 و T2 کنتراست دلخواه را به تصویر کشید و توانایی ام آر آی در همین خاصیت ویژه قرار دارد. بطور مثال در یکی چربی روشن و در دیگری تاریک می‌شود.
هر برش تصویری توسط فاز و بسامد امواج دریافت شده بترتیب در محورهای y و x کدگذاری می‌گردد. برای انجام کد گذاری احتیاج به میادین مغناطیسی متغیر می‌باشد که این امر بکمک آهن رباهای از نوع ابررسانا هر لحظه تولید می‌گردد. اطلاعات دریافتی در فضایی داده‌ای بنام فضای k واریز شده و نهایتا به کمک تبدیلات فوریه ای به شکل تصویر در آورده می‌شوند.

کیفیت تصویری MRI

معمولا بهبود کیفیت تصویری در ام آر آی را با مقیاس‌هایی همانند قدرت تفکیک می‌سنجند. و معمولا نیز بهبود قدرت تفکیک با خود عواقبی همانند کاهش سیگنال مفید (SNR) بهمراه دارد. اما می‌توان این مشکلات را با راه حل‌هایی همانند استفاده از سیستمهای با قدرت میدان Bo بالاتر، ویا استفاده از ماده حاجب (contrast agents) مناسب تصحیح نمود.