Tuumamagnetresonantstomograafia: erinevus redaktsioonide vahel

'''(Tuuma)magnetresonantstomograafia ((T)MRT)''' ([[inglise keel]]es ''(nuclear)'' ''magnetic resonance imaging''; lühend ''(N)MRI'') on peamiselt tuntud kui meetod kujutiste tekitamiseks elusate [[organism]]ide läbipaistmatute elundite sisemusest ning vee hulga kindlakstegemiseks [[geoloogia|geoloogilistes]] [[struktuur|struktuurides]] [[magnetmoment|magnetmomenti]] omavate aatomite ning tugeva [[magnetväli|magnetvälja]] abil. Seetõttu kasutatakse meetodit põhiliselt elus[[kude]]de [[patoloogia|patoloogiliste]] või [[füsioloogia|füsioloogiliste]] muutuste [[Visualiseerimine|visualiseerimiseks]] ning selleks, et hinnata näiteks [[kivim]]ite [[läbilaskvus]]t [[süsivesinik]]e suhtes. Laialdasemas kasutuses on võimalik uurida muidki aineid,magnetmomendiga misaatomeid sisaldavadsisaldavaid teatud [[magnetmoment|magnetmomenti]] omavaid aatomeidaineid.

[[Tuumamagnetresonants|Tuumamagnetresonantsi]] kui nähtust kirjeldas esmakordselt [[Isidor Isaac Rabi]] 1938. aastal, arendades edasi [[Otto Stern|O. Sterni]] ja [[Walther Gerlach|W.Gerlachi]] poolt 1922. aastal läbi viidud pöördelise tähtsusega [[Kvantmehaanika|kvantmehaanilist]] katset, mis kujutas endast laetud osakeste juhtimist läbi [[Heterogeenne süsteem|heterogeense]] [[Magnetväli|magnetvälja]]. I.I.Rabi sai avastuse eest 1944. aastal füüsika [[Nobeli preemia]].

Rabi täheldas, et magnetilised aatomituumad nagu ¹H ([[prooton]]) ning ³¹P ([[fosfor]]) suudavad neelata [[Raadiosagedus|raadiosageduslikku]] energiat, kui need tuumad asuvad magnetväljas ning tuumasid mõjutav sagedus on valitud spetsiifiliselt konkreetsetet tüüpi aatomituumasid silmas pidades. See avastus pani aluse omaette uurimismeetodile – tuumamagnetresonantsile – mille abil on võimalik tuumasid mõjutava [[Elektromagnetiline kiirgus|elektromagnetilise]] sageduse varieerimisega uurida erinevaid aatomituumasid ning lausa erinevaid ühendeid, mille koostises uurimise all olevad aatomituumad paiknevad.

1950-ndatel aastatel toimus valdkonnas hüppeline areng, mil nähtust kasutati laialdaselt erinevate [[Orgaanilised ühendid|orgaaniliste ühendite]] analüüsiks ning dokumenteerimiseks. 1971. aasta septembris leiutas [[Paul Lauterbur|P. C. Lauterbur]] [[Herman Carr|H.Carri]] ühedimensionaalset TMR-i edasi arendades TMRT, mille teooria ning esimesed katsepildid avaldas ta 1973. aasta märtsis. Füüsik-matemaatik [[Peter Mansfield|P.Mansfield]] aitas 1970-ndate aastate lõpus välja arendada matemaatilise tehnika, mille abil muutus TMRT hulga kiiremaks. Esimene uuring elava inimese peal viidi läbi 1977. aastal, esimene kasvaja tuvastati MRT abil 1980. aastal.

[[Tuumamagnetresonantsspektroskoopia]]t, mis on ajalooliselt magnetresonantstomograafia meetodite aluseks, kasutatakse laialdaselt ainete struktuuri uurimiseks. Selle meetodi arendamise eest sai [[šveitslased|šveitslane]] [[Richard Ernst]] [[1991]] [[Nobeli füüsikaauhind|Nobeli füüsikaauhinna]] ja [[šveitslased|šveitslane]] [[Kurt Wüthrich]] [[2002]] [[Nobeli keemiaauhind|Nobeli keemiaauhinna]]. [[2003]]. aasta lõpu seisuga oli maailmas kasutusel umbes 22 000 MRT-aparaati. Aastal 2003 tehti maailmas umbes 60 miljonit MRT-uuringut. Ühe uuringu maksumus on umbes 500 [[euro]]t, nii et uuringuid tehti umbes 30 miljardi euro eest.

== Lihtsustatud seletus meditsiini valdkonnas ==

Tänapäeval kasutatakse parema MRT signaali saamiseks pidevlaine[[Pidevkiirguse spektroskoopia|pidevkiirguse spektroskoopilise]] (CWS) meetodi asemel [[Fourier' teisendus|Fourier' teisendusega]] TMR (FT-TMR) meetodeid, mille põhimõtteks on tugevas magnetväljas (B₀) olevate aatomituumade [[periood|perioodiline]] mõjutamine lühikeste raadiosageduslike impulssidega (1-10 μs), mis tekitavad esialgse magnetväljaga risti oleva lisamagnetvälja B₁. Viimase toimel orienteeruvad magnetmomenti omavad tuumad magnetväljas ümber (asustavad kõrgema(id) [[energiatase|energiataseme]](id)) ning pärast impulsi lõppemist lähevad tuumad teatud aja jooksul [[Pretsessioon|pretsesseerudes]] tagasi algolekusse (B₀ magnetväljaga samasse sihti) – tuumad relakseeruvad. Algolekusse naasmine tekitab vastaval [[Larmori sagedus|Larmori sagedusel]] (ω = - γ B₀, kus γ on on [[güromagnetiline suhe]] [Hz/T]) [[Fluktuatsioon|fluktueeruva]] magnetvälja, mis [[Induktsioon|indutseerib]] ümbritsevas MRT aparaadi mõõtemähises (poolis) ajas kahaneva amplituudiga pinge – vabasumbumise (ingl k. ''free induction decay'') – teisisõnu mõõdetakse B₁-ga samas suunas relakseerumise tulemusel toimuvat magnetvälja muutust ajas, mida kuvatakse pärast Fourier' teisendust TMR [[spekter|spektri]] sagedusteljel piigina.

Nii FT-TMR kui ka klassikalise MRT puhul määrab FID hääbumise kiirus ehk relaksatsioon matemaatilisel teisendusel saadava spektri või pildi resolutsiooni[[resolutsioon]]<nowiki/>i.

[[Pikirelaksatsioon|Pikirelaksatsiooni]] aega T₁nimetatakse ka [[spinn-võre relaksatsiooniaeg|spinn-võre relaksatsiooniajaks]] ning see iseloomustab relaksatsioonimehhanisme, milles tuumade spinnid annavad ümbritsevale keskkonnale energiat ära, saavutades [[Termiline energia|termiliselt]] tasakaalulise jaotuse. Pikirelaksatsiooni nimetus tuleneb faktist, et vastavad mehhanismid üritavad spinnivektorite suunda muuta paralleelseks magnetvälja suunaga. Tüüpiliselt, mida tugevam on magnetväli, seda lühem on ka uurimise all oleva tuuma T₁.

[[Põikrelaksatsioon|Põikrelaksatsiooni]] aega T₂nimetatakse ka [[spinn-spinn relaksatsioon|spinn-spinn relaksatsiooniajaks]] või faasikoherentsuse[[Faas (elekter)|faas]]<nowiki/>i[[Koherentsus|koherentsuse]] kadumise ajaks ning see iseloomustab magnetvälja suunaga risti toimuvaid relaksatsiooni mehhanisme. Pärast B₁impulssi on tuumad esialgselt ühes suunas orienteeritud ning jätkavad pretsesseerumist ümber B₀ telje. Samas kaotavad lühikese aja möödudes tuumade spinnide faasid koherentsuse – mõningate tuumade spinni faasid jäävad teistest maha – see põhjustab B0B₀-ga risti oleva summaarse magnetmomendi hääbumise faaside ühtlase jaotumise tõttu ajas, mida iseloomustabki T₂. Tuuma põikmagnetmomendi amplituud langeb T₂ jooksul 37 protsendile.

T₂^*on praktikas mõõdetav FID relaksatsiooniaeg, mis arvestab ka magnetvälja ebahomogeensust. Nii T₂-te kui ka T₂^*-te on võimalik mõõta Hahn'i kajakatses, misjuhul [[Eksponeeritus|eksponeeritakse]] proovi kahe järjestikuse RF impulsiga, millest esimene pöörab tuuma spinni 90 kraadi B₀ telje suhtes ning teine 180 kraadi B₀-ga risti oleval tasandil (n-ö „peegeldab“ spinnivektoreid). Nendele kahele impulsile järgneb lühiajaline spinnivektorite koherentsus (maksimumis samasuunalisus), mida nimetataks kajaks. Muutes impulsside vahelist aega pikemaks, võib täheldada kaja amplituudi eksponentsiaalset vähenemist, millest avaldub T₂. Kuigi reaalsed FID signaalid hääbuvad ajas väga kiiresti, kasutatakse praktikas n-ö „kadunud signaali“ taastamiseks eelpool mainitud kaja meetodit.

kus alaindeks x tähistab valitud telge, G_x tähistab vastava telje suunalist magnetvälja gradienti [T/m] (tüüpiliselt suurusjärgus 10 kuni 50 mT/m ja kestusega ~0,1ms), t gradiendi rakendamise algusest möödunud aega [s] ning λ_x lühimat vahemaad (lainepikkust) kahe samas faasis oleva spinni vahel piki valitud telge [m]. Seosest selgub, et mida kauem või mida tugevamat magnetvälja gradienti rakendatakse, seda suurem on lainearvu absoluutväärtus (lainearvu väärtus võib olla ka imaginaarne) ja seega seda väiksem reaalsetel juhtudel samas faasis olevate spinnide lainepikkus. Ruumiline sagedus k võimaldab kirjeldada iga tuuma spinni põikmagnetmomendi M_r ajalist käitumist ruumis (labori taustsüsteemis). Viimati mainitud suurus on kõige tähtsam avaldis MRT piltide saamiseks: see on valitud viilu summaarse spinni signaali väärtus k-ruumis, mida mõõdetakse praktikas eelpool mainitud (spinn)kaja (FID) tekitamise ning registreerimise meetodil.

=== Mõõteprotsess3D MRT ===

[[File:MRT mõõtmine.png|thumb|Tüüpiline lihtsustatud MRT mõõteprotseduur|402x402px]]

* CWS – ''Continuous ''Wave Spectroscopy ([[Pideva kiirguse spektroskoopia]])

* DFFT – ''Discrete <nowiki>''</nowiki>Fast Fourier Transform'' ([[Diskreetne kiire Fourier' teisendus]])