Rezonans magnetyczny (powszechnie nazywany „MRI”) to metoda patrzenia do wnętrza ciała bez operacji, szkodliwych barwników lub Promieniowanie rentgenowskie. Zamiast tego skanery MRI wykorzystują magnetyzm i fale radiowe, aby uzyskać wyraźne zdjęcia anatomii człowieka.
Podstawa fizyki
MRI opiera się na zjawisku fizyki odkrytym w latach 30. XX wieku, zwanym „jądrowym rezonansem magnetycznym” - lub NMR - w którym pola magnetyczne i fale radiowe powodują, że atomy emitują niewielkie sygnały radiowe. Felix Bloch i Edward Purcell, pracujący odpowiednio na Uniwersytecie Stanforda i Uniwersytecie Harvarda, odkryli NMR. Stamtąd zastosowano spektroskopię NMR jako środek do badania składu związków chemicznych.
Pierwszy patent MRI
W 1970 roku Raymond Damadian, lekarz medycyny i naukowiec, odkrył podstawy zastosowania obrazowania rezonansu magnetycznego jako narzędzia do diagnozy medycznej. Odkrył, że różne rodzaje tkanek zwierzęcych emitują sygnały odpowiedzi, które różnią się długością i, co więcej co ważne, ta tkanka nowotworowa emituje sygnały odpowiedzi, które trwają znacznie dłużej niż nienowotworowe papierowa chusteczka.
Niecałe dwa lata później zgłosił swój pomysł wykorzystania obrazowania rezonansem magnetycznym jako narzędzia do diagnozy medycznej w Urzędzie Patentowym USA. Nosiła tytuł „Aparatura i metoda wykrywania raka w tkankach”. W 1974 r. Udzielono patentu na pierwszy na świecie opatentować wydane w dziedzinie MRI. W 1977 r. Dr Damadian zakończył budowę pierwszego skanera MRI całego ciała, który nazwał „Niezłomnym”.
Szybki rozwój w medycynie
Od czasu wydania pierwszego patentu zastosowanie rezonansu magnetycznego w medycynie szybko się rozwinęło. Pierwszy sprzęt MRI w stanie zdrowia był dostępny na początku lat osiemdziesiątych. W 2002 r. Na całym świecie użyto około 22 000 kamer MRI i przeprowadzono ponad 60 milionów badań MRI.
Paul Lauterbur i Peter Mansfield
W 2003 r. Paul C. Lauterbur i Peter Mansfield zostali nagrodzeni Nagrodą Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny za odkrycia dotyczące obrazowania metodą rezonansu magnetycznego.
Paul Lauterbur, profesor chemii na State University of New York w Stony Brook, napisał artykuł na temat nowej techniki obrazowania, którą nazwał „zeugmatografią” (z greckiego zeugmo co oznacza „jarzmo” lub „łączenie się”). Jego eksperymenty z obrazowaniem przeniosły naukę z jednego wymiaru spektroskopii NMR do drugiego wymiaru orientacji przestrzennej - podstawy MRI.
Peter Mansfield z Nottingham w Anglii dalej rozwinął wykorzystanie gradientów w polu magnetycznym. Pokazał, w jaki sposób sygnały mogą być analizowane matematycznie, co umożliwiło opracowanie użytecznej techniki obrazowania. Mansfield pokazał również, jak niezwykle szybkie można uzyskać obrazowanie.
Jak działa MRI?
Woda stanowi około dwóch trzecich masy ciała człowieka, a ta wysoka zawartość wody wyjaśnia, dlaczego rezonans magnetyczny ma szerokie zastosowanie w medycynie. W wielu chorobach proces patologiczny powoduje zmiany zawartości wody w tkankach i narządach, co znajduje odzwierciedlenie w obrazie MR.
Woda jest cząsteczką złożoną z wodór i atomy tlenu. Jądra atomów wodoru mogą działać jak mikroskopijne igły kompasu. Gdy ciało jest wystawione na działanie silnego pola magnetycznego, jądra atomów wodoru są uporządkowane - stań „na baczność”. Poddana pulsom fal radiowych zmienia się zawartość energii jąder. Po impulsie jądra wracają do poprzedniego stanu i emitowana jest fala rezonansowa.
Małe różnice w oscylacjach jąder są wykrywane dzięki zaawansowanemu przetwarzaniu komputerowemu; możliwe jest zbudowanie trójwymiarowego obrazu, który odzwierciedla strukturę chemiczną tkanki, w tym różnice w zawartości wody i ruchach cząsteczek wody. Powoduje to bardzo szczegółowy obraz tkanek i narządów w badanym obszarze ciała. W ten sposób można udokumentować zmiany patologiczne.