Magnetizmus a magnetická rezonancia

1. Magnetizmus a magnetická rezonancia Dominika Zákutná

2. Magnetizmus • Magnesia – Grécke mesto (magnetovec) • Univerzalnosť = elektrónová štruktúra • Elektróny, protóny, neutróny – magnetické momenty (spiny) • Magnetizmus je všade v prírode • Aj zvieratá sú ovplyvnené magnetizmom

3. Aplikácie magnetizmu • Elektromagnety, elektromotory, transformátory • Pamäťové prvky • Senzorika • Spintronika • Supravodivé magnety • Magneto-transport • Magnetomedicína • Analytické metódy v chémii • Biomagnetizmus • Geomagnetizmus • Paleomagnetizmus • Komerčný magnetizmus

4. Spintronika • Využíva magnetickú kvantovú vlastnosť elektrónu- spin • Využíva aj jeho náboj • Spin sám osebe prejavuje magnetické javy

5. Spintronické zariadenia • Kategória:Sem patria čítacie hlavy pevných diskov a prototypy MRAM, ktorých kľúčové súčiastky sú vyrobené z feromagnetických kovových zliatin. • kategória:Sem patria spintronické polovodiče, u ktorých prúd s polarizovanými spinmi prechádza polovodičovým prostredím. • kategória:Tu ide o to, ako tieto zariadenia môžu ovplyvňovať kvantové spinové stavy jednotlivých elektrónov.

6. Magneto-rezonančné zobrazovanie • História • Základné fyzikálne fakty: • Protóny a spin • Protóny a magnetické pole • Precesia • Magnetická rezonancia- prístroje • Úloha rádiofrekvenčného vlnenia • Určenie presnej polohy signálu • SQUIdové zobrazenie

7. História • Prvý článok o zobrazovaní bol v 16.3.1973 autorom bol PaulLauterbur, v roku 2003 dostal Nobelovú cenu za fyziológiu • Lauterbur objavil, že gradienty v magnetickom poli môžu byť použité na vytvorenie dvojrozmerného obrazu • Rádiologická zobrazovacia metóda • Zobrazuje patologické zmeny v ľudskom organizme

8. Základné fyzikálne faktyPŕotóny a spin • Pre MR sú dôležité protóny • Neustále rotujú okolo vlastnej osi- spin • Každý protón tak vo svojom okolí vytvára veľmi slabé magnetické pole, ktoré má svoj smer a pripomína tak malý magnet • Momentálne magnetická rezonancia k zobrazeniu ľudského tela využíva takmer výhradne atómy vodíka

9. Základné fyzikálne faktyProtóny a magnetické pole • Za normálnych okolností - mimo magnetického poľa - sú protóny rozmiestnené chaoticky • Akonáhle ich vložíme do magnetického poľa- môžu smerovať len paralelne a antiparalelne • Paralelne- energetický menej náročné • Antiparalelne- energetický náročnejšie usporiadanie • Usporiadanie závisí od veľkosti vonkajšieho magnetického poľa

10. Základné fyzikálne faktyPrecesia • Okrem rotácie a usporiadania protóny vykonávajú ešte jeden zvláštny pohyb -PRECESIA • predstavte si protón ako tyčku, ktorej jeden koniec je stále na jednom mieste podložky a druhý koniec opisuje kruhovitý pohyb, pričom protón sa valivým pohybom (rotuje i okolo svojej osi) pohybuje po jeho povrchu

11. Magnetická rezonancia- prístroje • prístroje s permanentným magnetom: magnetické pole vytvára trvalo magnetický materiál, na vytvorenie poľa nie je preto v podstate potrebná žiadna ďalšia energia • prístroje s elektromagnetom: magnetické pole sa vytvára elektrickým prúdom, pretekajúcim vinutou cievkou. Sú magnetické len v prípade, že nimi prechádza elektrický prúd • prístroje s hybridným magnetom:sú výhodnou kombináciou predchádzajúcich dvoch typov • prístroje so supravodivým magnetom:v súčasnosti najrýchlejšie sa rozširujúci typ

12. Úloha rádiofrekvečného vlnenia • Do pacienta v MR prístroji sa vysielajú krátke elektromagnetické pulzy • frekvencia sa pohybuje v oblasti rádiových vĺn • Voláme ich rádiofrekvenčné, alebo RFpulzy. • Ich účelom je dodať protónom určité množstvo energie a zmeniť charakter ich precesie. • Rezonancia:Aby mohlo dôjsť k prenosu energie, musia mať RF pulzy frekvenciu totožnú s frekvenciou precesie protónov, ktorú udáva Larmorova rovnica- musia byť v rezonancií

13. Určenie presnej polohy signálu • Po určení miesta a hrúbky rezu je ešte potrebné zistiť, odkiaľ presne z neho prichádzajú jednotlivé signály • jednotlivým pixelom v konečnom obrázku • Používajú sa znovu magnetické gradienty: “Frekvenciu kódujúci gradient“ a “Fázu kódujúci gradient“. • Vďaka týmto prídavným gradientom je možné následné spracovanie signálov, ktoré teraz obsahujú informáciu o svojej polohe vo vrstve. • Matematickým procesom, ktorý sa nazýva Fourierova transformácia sa následne zrekonštruuje celý obraz

14. SQUIDové zobrazenie • spôsob magnetického zobrazovania využíva techniku SQUIDu • spojené s nervovými prúdmi v mozgu • môžu byť použité na zistenie epilepsie, mozgovej porážky, na sledovanie tepov srdca plodu... • MEG prilba- používa 155 SQUID- ov na získanie obrázkov mozgových prúdov z celej hlavy

15. Princíp práce SQUIDu • Magnetické signály sa najľahšie čítajú použitím indukčných cievok v tvare drôtených slučiek • Keď časovo premenný magnetický tok prechádza kolmo na cievku, to indikuje časovo premenný elektrický prúd vnútri drôtu (supravodivé drôty) • zariadenie, ktoré transformuje magnetické polia alebo prúdy na napätie • pracuje ako vysoko ziskový konvertor prúdu na napätie • Napätie SQUIDu je periodická funkcia magnetického toku.

17. Ďakujem za pozornosť