Magnetic Resonance Imaging

1. Magnetic Resonance Imaging Prof. Moustafa M. Mohamed

2. Magnetic field present

3. لشرح ذلك دعنا نستعرض هذا المثال: • الإنسان يستطيع تنظيم نفسه مع اتجاه مجال الجاذبية الأرضية بحث يسير علي قدميه (التوازي) أيضا يستطيع آن يسير على اليدان بحيث تكون قدميه ألي اسفل (عكس التوازي). • كلتا الحالتين في مستوى طاقة مختلف ولذا يحتاج الإنسان كمية طاقة مختلفة حيث أن الحركة على الأقدام تحتاج مجهود أقل من الحركة على اليدان . • بالطبع الحالة الأفضل هي تلك التي تحتاج كمية طاقة أقل لذلك فأن البروتونات في مستوى الطاقة المنخفض (الموازي للمجال)(يسير على قدميه) اكثر من تلك في مستوى الذي يحتاج طاقة أعلى (عكس التوازي) (يسير على يديه).

4. الفرق بين عدد البروتونات في الحالتين يكون صغيرا ويعتمد على شدة المجال المغناطيسي الخارجي. • الآن أصبح من الواضح أهمية بروتونات ذرات الجسم آلتي تلف حول نفسها ذاتيا في التصوير بالرنين المغناطيسي.

5. الآن نلقى نظره أقرب على حركة البروتونات Magnetic Field • البروتونات تتحرك ليس فقط مع التوازي أو عكس التوازي ولكنها تتحرك حركة أكثر تقدما على شكل مخروطي. • هذه الحركة سريعة جدا لذلك فمن الصحب رسمها. • من الضروري معرفة سرعة اللف المخروطي للبروتون. تلك السرعة يمكن قياسها بقياس تردد اللف المخروطي (عدد مرات اللف المخروطي للبروتون في الثانية الواحدة). • هذه السرعة تزداد بازدياد شدة المجال المغناطيسي الخارجي

6. معادلة لارمور(Larmor Equation) • لحساب تردد اللف المخروطي تستخدم معادلة لارمور (Larmor Equation) : wo =gbo wo عبارة عن التردد المخروطي (بالهرتز أو الميجاهرتز) bo شدة المجال المغناطيسي الخارجي وتقاس بالتسلا (Tesla (T g تسمى بالنسبة الجيرومغناطيسية وهى تختلف باختلاف المواد ( وتساوي 45.5 ميجاهرتز/هرتز بالنسبة للبروتون)

7. ملخص ما سبق • البروتونات لها شحنة كهربية موجبة تتحرك بانتظام حول نفسها في مسار مخروطي (لف ذاتي). • حركة الشحنة الكهربية ليست اكثر من تيار كهربي والأخير يولد مجال مغناطيسي. • لذلك كل بروتون له مجال مغناطيسي ويمكن اعتباره كقضيب مغناطيسي صغير. • عندما نضع مريض في المجال المغناطيسي البروتونات تخلق مجالات مغناطيسية صغيرة وتنظم نفسها فى المجال المغناطيسي الخارجي. • البروتونات تفعل ذلك بطريقتين أم متوازية أو عكس التوازي مع المجال الخارجي. الحالة التى تحتاج طاقة اقل هى المفضلة ولذلك يوجد عدد بروتونات مع التوازي اكثر من تلك في وضع عكس التوازي. • التردد المخروطي يحسب من معادلة لارمور.

8. المريض مغناطيس • القوي المغناطيسية في الاتجاهات المعاكسة تلاشي بعضها البعض • هكذا كل بروتون يتجه إلي أسفل يلاشى القوة المغناطيسية لبروتون يتجه إلى اعلي. • وحيث أنت عدد البروتونات المتوازية إلى أعالي اكبر من تلك إلى اسفل وبذلك تكون المحصلة عدد من البروتونات متجه إلى اعلي ويسبب ذلك قوة مغناطيسية متجهة إلي أعلى هي مجموع المجالات المغناطيسية • . هذا يعني انه بوضع المريض في المجال المغناطيسي لوحدة الرنين المغناطيسي المريض نفسه يصبح مغناطيس • يسمي ذلك بالمغنطة الطولية (Longitudinal magnetization) لجسم المريض حيث يكون مع اتجاه المجال المغناطيس الخارجي.

9. المجال المغناطيسي للمريض يمكن أن يستخدم للحصول علي إشارة مغناطيسية تدل علي حالة المريض • توجد مشكلة حيث أننا لا نستطيع قياس هذه القوة المغناطيسية مباشرة لأنها في اتجاه المجال المغناطيسي الخارجي • لذلك من الضروري أن تكون القوي المغناطيسية المتولدة علي جسم المريض مستعرضة على اتجاه المجال المغناطيسي الخارجي.

10. المجالات الكهرومغناطيسية (EM Fields) • بينما يكون الجسم تحت تأثير المجال المغناطيسى توجه الى انسجة الجسم نبضة عالية من الموجات الكهرومغناطيسية • الموجات الكهرومغناطيسية تتكون من مجالات كهربية وأخرى مغناطيسية • مركب الموجات المغناطيسية تؤثر بقوة على مغناطيسية البروتون وتوجهها فى اتجاه عمودى فتصيح مستعرضة

13. T1 Weighting T2 Weighting

17. الأجزاء الهامة في أجهزة الرنين المغناطيسي: • المغناطيس Magnet • الملفات Coils • مصدر ذبذبات عالي التردد (ذبذبات موجة رادار) (Radio-frequency Source) • ملحقات الجهاز

18. Magnetالمغناطيس • أهم جزء من أجزاء ماكينة التصوير بالرنين المغناطيسي هو المغناطيس الرئيسي ويجب أن يكون مغناطيس قوي ليسمح بعمل صورة للجسم بالرنين المغناطيسي. • الحساسية والقدرة التحليلية لجهاز التصوير بالرنين المغناطيسي تعتمد على شدة وكفاءة المجال المغناطيسي. • كلا من الحساسية ومقدرة التحليل تزداد بزيادة شدة المجال المغناطيسي. تعطى شدة المجال المغناطيسي بالتسلا (Tesla) أو الجاوس (Gauss): • 1 Tesla = 10 000 Gauss • شدة المغناطيس المستخدم غالبا من 0.5 إلي 1.5 تسلا ( للمقارنة المجال المغناطيسي للأرض من 0.3 إلى 0.7 جاوس). • المجال المغناطيسي يجب أن يكون متجانس. يحسب معامل التجانس

19. توجد ثلاثة أنواع من المغناطيسات تستخدم مع أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي: • المغناطيسات الدائمة (Permanent magnets) • المغناطيسات الكهربية أو مغناطيسات المقاومة (Electromagnets or Resistive magnets) • المغناطيسات فائقة التوصيل (Superconductivity magnets)

20. المغنطيسات الدائمة (Permanent magnets) • المغنطيسات الدائمة تستخدم في عدد من الأجهزة التجارية ويمتاز هذا النوع من المغنطيسات أنها ممغنطة دائما • لا تستخدم في عملها آي طاقة • من عيوبها أنها غير مستقرة مع الحرارة حيث تفقد مغنطتها بالتسخين وأيضا ثقيلة (مغناطيس من هذا النوع يزن 100 طن ليعطى 0.5 تسلا) .

21. المغناطيسات الكهربية أو مغناطيسات المقاومة (Electromagnets or Resistive magnets) • في مغنطيسات المقاومة يمر تيار كهربي خلال ملف فيولد مجال مغناطيسي. • هذه المغنطيسات تظل ممغنطة فقط أثناء مرور التيار الكهربي في الملف لذلك فهي تحتاج إلى طاقة كهربية. • الملف له مقاومة للتيار الكهربي لذلك يسخن أثناء مرور التيار خلاله ويؤدى ذلك إلى ارتفاع درجة حرارة المغناطيس ويجب تبريده.

22. المغنطيسات فائقة التوصيل (Superconductivity magnets) • المغنطيسات فائقة التوصيل هي الأكثر انتشارا في ماكينات التصوير بالرنين المغناطيسي • هى مغنطيسات كهربية تعمل عند درجة حرارة منخفضة للغاية ( - 269 0م) . عند درجة الحرارة هذه يصبح الملف فائق التوصيل للتيار الكهربي ويوصل التيار بدون مقاومة. • عادة يستخدم في التبريد غاز الهليوم المسال أو النتروجين المسال. وتمتاز هذه المغنطيسات أيضا بأنها متجانسة للغاية. ولكن يعيبها ارتفاع ثمنها وتكلفة استخدمها. • عادة تستخدم المجالات المغناطيسية عالية الشدة في أجهزة الأطياف المغناطيسية آما الأنظمة ذات المجالات المنخفضة فتستخدم مع أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي لأجهزة الجسم حيث أنها رخيصة الثمن.

23. الملفات (Coils): • في التصوير بالرنين المغناطيسي تستخدم عدة أنواع من الملفات الكهربية لإرسال نبضات من موجات الرادار وذلك لإثارة البروتونات واستقبال الإشارة الناتجة عن هذه الإثارة

24. ملفات الحجم (Volume coils)

25. ملفات الحجم (Volume coils):- تحيط جزء الجسم آو الحجم المراد تصويره ويجب أن تكون اقرب ما يكون إلى الجزء المراد تصويره وتستخدم عادة مع الأجزاء الكبيرة من الجسم. • ملف الخوذة أو ملف الرأس (Hamlet coil) ويستقبل النبضات الصادرة من الرأس. • ملفات القميص(Shim Coil): وتستخدم للحصول على مجال اكثر تجانسا وذلك باستخدام تيار كهربي يمر خلال هذه الملفات مع الضبط الميكانيكي. • ملفات الانحدار (Gradient coils): وتستخدم ملفات الانحدار لأحداث مجالات إضافية عند نقطة معينه من الفراغ ثلاثي الأبعاد. وهى غلبا تسبب بعض الضوضاء التي يمكن سمعها أثناء التصوير بالرنين المغناطيسي. • ملفات السطح (Surface Coils): وتوضع مباشرة فوق السطح موضع الاهتمام المراد تصويره وهى ملفات استقبال فقط تستقبل الإشارات الناتجة من أنسجة الجسم القريبة (الأنسجة السطحية) ولا يمكن استخدمها في قياس الإشارات المغناطيسية الناتجة من الأنسجة العميقة.

26. مصدر ذبذبات عالي التردد (ذبذبات موجة رادار) (Radio-frequency Source) • الإشارة من مذبذب الترددات العالية (المرسل) (Transmitter) تغذى زوج الملفات الذي يصنع زاوية 90 درجة مع خطوط المجال المغناطيسي. وتستخدم عادة ذبذبة ثابتة 60 أو 90 أو 100 ميجاهرتز • يجب أن تكون ثابتة للحصول على مقدرة تحليل عالية • . قدرة الخرج لهذا المصدر عادة اقل من 1 وات ولا تتغير اكثر من 1% خلال عدة دقائق.

27. ملحقات الجهاز: • المجالات المغناطيسية العالية يمكن آن تجذب بعض المعادن المغناطيسية القريبة منها ويمكن أن تؤثر كذلك علي بعض الأجهزة مثل الكومبيوتر وأجهزة مراقبة المريض وأجهزة الصدمات الكهربية وأشعة اكس. • يمكن لجهاز الرنين المغناطيسي التأثر بموجات الراديو المنتشرة في الأثير وحركة العربات والمصاعد • لمنع تلك التداخلات والتأثيرات يحاط الجهاز تماما بواسطة ما يسمى بقفص فراداي.