Tuumamagnetresonantstomograafia: erinevus redaktsioonide vahel

Tänapäeval kasutatakse parema MRT signaali saamiseks [[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[[vabainduktsioonsumbumine|vabainduktsioonsumbumise]] (ingl k. FID, ''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.

(T)MRT puhul kasutatakse lisaks põhilisele magnetväljale B₀täpselt kontrollitud [[lineaarsus|lineaarseid]] magnetvälja [[gradient|gradiente]] erinevates tasandites. [[Larmori sagedus|Larmori sageduse]] valemist ω = - γ B, kus B = B₀+ B_lokaalne(viimane [[komponent]] kirjeldab ruumilist lisamagnetvälja komponenti) selgub, et lineaarselt muutuvas magnetväljas muutub ruumiliselt ka vastava tuuma resonantssagedus. Nähtus võimaldab magnetvälja gradiendi täpsel kontrollimisel registreerida ning viia vastavusse ka ühte tüüpi aatomite asukohta ning hulka gradiendiväljas sõltuvalt nende resonantssagedusest – seda protsessi nimetatakse ka [[Dimensioonaalsus|ühedimensionaalseks]] ehk 1D MRT-ks.    

Selleks, et uurida proovis vaid teatud [[tasand|tasandit]] ning koostada hiljem soovi korral erinevate tasandite TMR piltidest 3D TMR kujutist, tuleb esmalt teatud meetodite abil valida uuritav tasand valida. Tähistades z-teljega uuritavate tasanditega risti oleva telje, tuleb sarnaselt 1D MRT-le rakendada mööda seda telge magnetvälja gradienti G_z-d, misjuhul muutub Larmori sagedus sõltuvaks z-koordinaadist:

kus alaindeks RF tähendab raadiosagedusliku impulsi sagedust, mida peaks teatud koha z₀ mõjutamiseks kasutama. Tasandil z = z₀ püsivad [[pöörlev taustsüsteem|pöörlevas taustsüsteemis]] spinnid paigal, samal ajal kui suurematel ja väiksematel z väärtustel pöörlevad spinnid erineva kiirusega, kuna mõjutav RF impulss ei täida nende kihtide jaoks resonantsitingimust.

Pöörlevas taustsüsteemis on viilu valikul seega oluline vaid z-telje suunaline magnetvälja gradiendi tugevus ning mõjutava RF impulsi [[ribalaius]]: mida kitsam on RF impulsi ribalaius ehk kasutatavate sageduste vahemik, seda õhem uuritav viil valitakse. Kasvava tugevusega magnetväljas tuleb sama tüüpi tuumadest koosneva viilu valimiseks kasutada üha kõrgemat ω_RF-d.

Selleks, et saada MRT kuvandit kahes mõõtmes (eelnevalt välja valitud viilus), kasutatakse praktikas [[k-ruum|k-(väärtuste)ruumi konstrukti]], milles k tähistab samas faasis olevate spinnide ruumilist sagedust ehk [[lainearv|lainearvu]] [1/m], mis avaldub ühedimensionaalsel juhul vastavalt:

kus alaindeks x tähistab valitud telge, G_x tähistab vastava telje suunalist magnetvälja gradienti [T/m] (tüüpiliselt [[suurusjärk|suurusjärgus]] 10 kuni 50 mT/m ja kestusega ~0,1ms), t gradiendi rakendamise algusest möödunud aega [s] ning λ_x lühimat vahemaad ([[lainepikkus|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 [[Imaginaararv|imaginaarne]]) ja seega seda väiksem reaalsetel juhtudel samas faasis olevate spinnide lainepikkus. Ruumiline sagedus k võimaldab kirjeldada iga tuuma spinni [[põikmagnetmoment|põikmagnetmomendi]] M_r ajalist käitumist ruumis (n-ö [[labori taustsüsteem|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.

Täieliku 2D MRT pildi leidmiseks tuleb leida M_r väärtused erinevate ruumiliste lainearvude juures ning teostada seejärel kahedimensionaalne [[Fourier' pöördteisendus]].

Selgub, et k_x = 0 ja k_y = 0 juhul on kõik viilus olevad spinnid [[Koherentsus|koherentsed]] ning registreeritakse maksimaalne võimalik summarse spinni signaal – see moodustab k-ruumi keskpunkti ja paneb paika [[kontrast|kontrasti]] taseme, kuid ei oma ruumilist informatsiooni. Ülejäänud punktid k-ruumis esindavad [[kompleksarv|kompleksarvulisi]] 2D Fourier' teisenduse kordajaid, st. iga k-ruumi punkt lisab reaalse [[kuvandiruum|(kuvandi)ruumi]] peale vahelduva heleduse ja tumedusega [[planaarlaine|planaarlaineid]], mille:

* [[amplituud]] sõltub vastavas punktis mõõdetud summaarsest spinni amplituudist – tüüpiliselt on see esitatud k-ruumis [[hallskaala]] väärtusena, kus heledaim punkt vastab suurimale amplituudile, must madalaimale amplituudile ehk nullväärtusele – seega on k-ruum tegelikult [[kvaasi-n-mõõtmelisus|kvaasi-3D ruum]];

* sagedus sõltub kaugusest keskpunktist (k_x = 0, k_y = 0) – mida kaugemal asetseb k-ruumi punkt keskpunktist, seda kõrgema sagedusega planaarlaine tekitab ta reaalses ruumis ning mida rohkem kõrgemate sagedustega laineid, seda detailsem pilt [[reaalne ruum|reaalses ruumis]] (võrdväärne rohkete järkudega kahedimensionaalse Fourier' seeriaga);

* nurk reaalse ruumi x-telje suhtes sõltub k_y väärtusest – kuna k-ruum koosneb peamiselt kompleksarvudest, võib seda pidada [[Analoogia|analoogseks]] tüüpilise kompleksarvude ruumiga, seega kuna k_x esindab [[reaalarvuline väärtus|reaalarvulisi väärtusi]] ning k_y [[imaginaarväärtus|imaginaarseid väärtusi]], avaldub vastav nurk järgnevalt: θ = atanarctan(k_y/k_x);

Leidub paljusid erinevaid mõõteskeeme[[Mõõtmine|mõõtmisskeeme]], millel kõigil on omad eelised ja puudused, kuid kõik annavad lõpuks k-ruumi, kus iga punkt tähistab hallskaalas vastava [[Konfiguratsioon|konfiguratsiooni]] summarse spinni väärtust. Pärast kahedimensionaalset k-ruumi Fourier’ teisendust saab [[difraktsioonimuster|difraktsioonimustrit]] meenutavast ruumilise info pildist reaalse ruumi kuvand. Skaneerides 2D MRT kuvandeid järjestikku asetsevate viilude jaoks, on võimalik saada ka 3D MRT kuvand. 

Tüüpilise spinn-[[kajakuva]] mõõteprotsessmõõtmine koosneb järgnevatest etappidest (vt. joonisseletav skeem):

# Uuritava viilu valimine teatud magnetgradientvälja G_z rakendamisega (B₀ on juba varem rakendatud),

# 90-kraadise ehk π/2 RFraadiosagedusliku impulsi rakendamine,

# hajunud spinnifaaside [[fokuseerimine|refokuseerimine]] nõrgema vastassuunalise Gz väljaga,

Kui proovile rakendatakse x-teljelist gradienti G_x, mis muudab k_x väärtusi, nimetatakse protsessi [[sageduskodeerimine|ruumiliseks sageduskodeerimiseks]], kui aga y-teljelist gradienti G_y, nimetatakse seda [[faasiline kodeerimine|faasiliseks kodeerimiseks]], kuigi sisuliselt on protsessid samaväärsed.

Kirjeldatud mõõteprotseduuriga täidetakse k-ruum rida-rida haaval, kuid võimalikud on ka teistsugused skeemid, mis kasutavad suuresti ära k-ruumi sümmeetriat[[sümmeetria]]<nowiki/>t ning millest igaühel on omad eelised ja puudused. Kõik need annavad 2D Fourier' teisendusel (praktikas 2D [[diskreetne kiire Fourier' teisendus|DFFT]]-d kasutades) reaalses ruumis 2D MRT pildi. Sealhulgas võidakse kasutada kontrasti suurendamiseks T₁ ning T₂ väärtustega [[kaalufunktsioon|kaalufunktsioone]] või teatud [[kontrastaine|kontrastaineid]].

Tuumamagnetresonantsi tekitavad ja registreerivad MRT seadmed koosnevad tavaliselt mitmekihilisest [[koaksiaalsus|koaksiaalsest]] [[silinder|silindrilisest]] [[mähis|mähissüsteemist]], mille abil:

* väliseima ja ka suurima kihiga luuakse põhiline magnetväli, mis [[polariseerimine|polariseerib]] spinnid;

* keskmise kihiga tehakse ruumilisi korrektuure magnetvälja [[Heterogeenne süsteem|heterogeensuse]] vähendamiseks või TMRT puhul vastupidiselt täpse magnetvälja gradiendi loomiseks, samuti kasutatakse seda ruumiliseks signaalituvastuseks;

MRT peamiseim kasutusvaldkond on meditsiin, kus uuritakse inimeste pehmeid kudesid, kuna need sisaldavad hulganisti vett, mis omakorda koosneb MRT uuringuteks sobilikest ¹H isotoopidest. Meditsiinis on statsionaarse magnetvälja tugevused tavaliselt 1,5 või 3 teslat[[tesla]]<nowiki/>t. MRT seadmed, mis kasutavad tugevamaid magnetväljasid, ei kasutata inimeste uurimisel.

=== Eelised =ja puudused ==

Järgnevalt on välja toodud peamiseimadPeamiseimad MRT eelised:

* kasutatakse [[Ioniseeriv kiirgus|mitteioniseerivat kiirgust]];

* [[kujutistasand]] vabalt valitav;

* [[Elusorganism|elusorganismide]] [[invasiivne uurimine|mitteinvasiivne uurimine]] = võimaldab nt. diagnoosida [[multipleksskleroos|multipleksskleroosi]], [[ajukasvaja|ajukasvajaid]], [[lülisammas|lülisamba]] [[infektsioon|infektsioone]], [[Südameatakk|südameataki]] varajasi tundemärke jne.;

* väga kulukas osta, pidada ning skaneerida: parema ja ohutuma magnetvälja saamiseks jahutatakse peamähist vedela [[heelium|heeliumiga]] ning seda läbivat voolu hoitakse pidevalt sees;

* kuvandi [[artefakt|artefaktid]] ([[defekt|defektid]]) ebapädeval kasutamisel;

== Tüüpilised valdkonnas kasutatavad inglise keelest pärinevad lühendid ==

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

* FID – ''Free Induction Decay'' (VabasumbumineVabainduktsioonsumbumine)

* FOV – ''Field Of View ''([[Vaateväli]])

* TE – ''Time of Echo'' (kajaregistreerimisaegkaja(signaali) registreerimise aeg)