Magnetresonantstomograafia: erinevus redaktsioonide vahel
Eemaldatud sisu Lisatud sisu
PResümee puudub |
PResümee puudub |
||
6. rida:
== Ajalugu ==
[[Tuumamagnetresonants|Tuumamagnetresonantsi]] kui nähtust kirjeldas esmakordselt [[Isidor Isaac Rabi]] 1938. aastal, arendades edasi [[Otto Stern|O. Sterni]] ja [[Walther Gerlach|W. Gerlachi]]
Rabi täheldas, et magnetilised aatomituumad nagu <sup>1</sup>H ([[prooton]])
1950. aastatel toimus valdkonnas hüppeline areng, mil nähtust kasutati laialdaselt erinevate [[Orgaanilised ühendid|orgaaniliste ühendite]] analüüsiks
[[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]].
16. rida:
[[1960. aastad|1960. aastatel]] tekkisid ideed uue meetodi kasutamiseks meditsiinis. [[1977]] tehti esimene MRT-pilt inimkehast. [[Tuumamagnetresonantsspektroskoopia]]st eraldus omaette valdkonnana magnetresonantstomograafia.
[[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.<ref>[http://www.teslasociety.com/mri.htm A Short History of the Magnetic Resonance Imaging (MRI)] - MRT lühiajalugu (vaadatud: 30.
== Lihtsustatud seletus meditsiini valdkonnas ==
Kõigepealt tekib magnetresonantstomograafi magneti tekitatud tugevas püsi[[magnetväli|magnetväljas]] koe [[molekul]]ide magnetmomenti omavate [[aatomituum]]ade (tüüpiliselt [[vesinik]]<nowiki/>utuumade) [[spinn]]ide
Seejärel rakendatakse püsimagnetväljaga risti olevas tasandis raadiosageduslikke [[impulss]]e, mis muudavad osa vesinikutuumade spinnide orientatsiooni ja toimub n-ö ergastus.
25. rida:
Ergastusimpulsside lõppedes [[Relaksatsioon|relakseeruvad]] tuumade magnetmomentide suunad tagasi algsesse tasakaalulisse olekusse, mille käigus kiirgavad nad teatud raadiosagedusliku energiat, mida patsiendi ümber mähitud [[pool]]id registreerivad. Vastavaid signaale töötleb [[arvuti]], mis [[genereerima|genereerib]] teatud matemaatiliste [[Algoritm|algoritmide]] abil vastava koe detailse kujutise.
Kliinilises praktikas kasutatakse MRT-d patoloogilise koe (näiteks [[ajukasvaja]]) eristamiseks normaalsest koest. <ref>[http://www.howequipmentworks.com/physics/medical_imaging/mri/magnetic_resonance_imaging.html How MRI works?] - Lihtne MRT tööpõhimõtte seletus (inglise keeles) (vaadatud: 30.
== Teaduslik seletus ==
=== Fourier' teisendusega TMR ===
[[File:Fid.jpg|thumb|FT-TMR-i FID
Tänapäeval kasutatakse parema MRT-signaali saamiseks [[Pidevkiirguse spektroskoopia|pidevkiirguse spektroskoopilise]] (CWS) meetodi asemel [[Fourier' teisendus|Fourier' teisendusega]] TMR-i (FT-TMR) meetodeid, mille põhimõtteks on tugevas magnetväljas (B<sub>0</sub>) olevate aatomituumade [[periood|perioodiline]] mõjutamine lühikeste raadiosageduslike impulssidega (1–10 μs), mis tekitavad esialgse magnetväljaga risti oleva lisamagnetvälja B<sub>1</sub>. 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 (B<sub>0</sub> magnetväljaga samasse sihti) – tuumad relakseeruvad. Algolekusse naasmine tekitab vastaval [[Larmori sagedus|Larmori sagedusel]] (ω = – γ B<sub>0</sub>, kus γ on [[güromagnetiline suhe]] [Hz/T]) [[Fluktuatsioon|fluktueeruva]] magnetvälja, mis [[Induktsioon|indutseerib]] ümbritsevas MRT-aparaadi mõõtemähises (poolis) ajas kahaneva amplituudiga pinge – [[vabainduktsioonsumbumine|vabainduktsioonsumbumise]] (ingl k. FID, ''free induction decay'') – teisisõnu mõõdetakse B<sub>1</sub>-ga samas suunas relakseerumise tulemusel toimuvat magnetvälja muutust ajas, mida kuvatakse pärast Fourier' teisendust TMR-i [[spekter|spektri]] sagedusteljel piigina. <ref name=MRT>[http://www.uni-leipzig.de/~energy/pdf/freuse4.pdf Lepzig University - Nuclear Magnetic Resonance] - Leipzig'i Ülikooli õppematerjal MRT kohta (vaadatud: 30.
=== Relaksatsioon ja resolutsioon ===
37. rida:
[[Pikirelaksatsioon|Pikirelaksatsiooni]] aega T<sub>1 </sub>nimetatakse 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 T<sub>1</sub>.
[[Põikrelaksatsioon|Põikrelaksatsiooni]] aega T<sub>2 </sub>nimetatakse ka [[spinn-spinn relaksatsioon|spinn-spinn relaksatsiooniajaks]] või [[Faas (elekter)|faas]]i[[Koherentsus|koherentsuse]] kadumise ajaks ning see iseloomustab magnetvälja suunaga risti toimuvaid relaksatsiooni mehhanisme. Pärast B<sub>1 </sub>impulssi on tuumad esialgselt ühes suunas orienteeritud
T<sub>2</sub><sup>* </sup>on praktikas mõõdetav FID relaksatsiooniaeg, mis arvestab ka magnetvälja ebahomogeensust. Nii T<sub>2</sub>
Järgnev võrratus kehtib alati: 2T<sub>1</sub>≥T<sub>2</sub>≥T<sub>2</sub><sup>*</sup>
48. rida:
|-
|[[Rasvkude]]
|240–250
|60–80
|-
|[[Maksakude]]
57. rida:
|[[Neerukude]]
|650
|60–75
|-
|[[Muskel|Musklid]]
|860–900
|50
|-
72. rida:
|-
|[[Vesi]]
|4200–4500
|2100–2300
|}
''<small>Tüüpilised ligikaudsed relaksatsiooniajad sõltuvalt inimkoe tüübist 1,5 T juures</small>''<ref>[http://www.robots.ox.ac.uk/~jmb/lectures/medimanallecture1.pdf Brady M. Basics of MRI. Oxford Univ. 2004] - MRT kokkuvõtlik ülevaade meditsiini valdkonnas, relaksatsiooniaegadega kaalutud kuvandid (vaadatud: 30.
=== 1D MRT ===
TMRS puhul mõõdetakse kogu proovist saadud summaarset FID-d, millest saadakse Fourier' teisendusel resonantsi amplituudi ja sageduse (või [[keemiline nihe|keemilise nihke]]) spekter – need mõõtmised toimuvad tüüpiliselt võimalikult ideaalselt homogeenses magnetväljas.
(T)MRT puhul kasutatakse lisaks põhilisele magnetväljale B<sub>0 </sub>täpselt kontrollitud [[lineaarsus|lineaarseid]] magnetvälja [[gradient|gradiente]] erinevates tasandites. [[Larmori sagedus|Larmori sageduse]] valemist ω = – γ B, kus B = B<sub>0 </sub>+ B<sub>lokaalne </sub>(viimane [[komponent]] kirjeldab ruumilist lisamagnetvälja komponenti) selgub, et lineaarselt muutuvas magnetväljas muutub ruumiliselt ka vastava tuuma resonantssagedus. Nähtus võimaldab magnetvälja gradiendi täpsel kontrollimisel registreerida
134'' 2013:4[ - 1D MRT ja k-ruum (vaadatud: 30.
=== 2D MRT ===
88. rida:
ω<sub>RF</sub>(z<sub>0</sub>) = γB<sub>0 </sub>+ γG<sub>z</sub>z<sub>0</sub>,
kus alaindeks RF tähendab raadiosagedusliku impulsi sagedust, mida peaks teatud koha z<sub>0</sub> mõjutamiseks kasutama. Tasandil z = z<sub>0</sub> püsivad [[pöörlev taustsüsteem|pöörlevas taustsüsteemis]] spinnid paigal, samal ajal kui suurematel ja väiksematel z väärtustel pöörlevad spinnid erineva kiirusega, kuna mõjutav RF
Pöörlevas taustsüsteemis on viilu valikul seega oluline vaid z-telje suunaline magnetvälja gradiendi tugevus
==== K-ruum ====
98. rida:
k<sub>x</sub> = γG<sub>x</sub>t = 1/λ<sub>x</sub>,
kus alaindeks x tähistab valitud telge, G<sub>x</sub> tähistab vastava telje suunalist magnetvälja gradienti [T/m] (tüüpiliselt [[suurusjärk|suurusjärgus]] 10–50 mT/m ja kestusega ~0,1ms), t gradiendi rakendamise algusest möödunud aega [s] ning λ<sub>x</sub> 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<sub>r</sub> 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
Täieliku 2D MRT-pildi leidmiseks tuleb leida M<sub>r</sub> väärtused erinevate ruumiliste lainearvude juures
Selgub, et k<sub>x</sub> = 0 ja k<sub>y</sub> = 0 juhul on kõik viilus olevad spinnid [[Koherentsus|koherentsed]] ning registreeritakse maksimaalne võimalik
* [[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
* sagedus sõltub kaugusest keskpunktist (k<sub>x</sub> = 0, k<sub>y</sub> = 0) – mida kaugemal asetseb k-ruumi punkt keskpunktist, seda kõrgema sagedusega planaarlaine tekitab ta reaalses ruumis ning mida rohkem
* nurk reaalse ruumi x-telje suhtes sõltub k<sub>y</sub> väärtusest – kuna k-ruum koosneb peamiselt kompleksarvudest, võib seda pidada [[Analoogia|analoogseks]] tüüpilise kompleksarvude ruumiga, seega kuna k<sub>x</sub> esindab [[reaalarvuline väärtus|reaalarvulisi väärtusi]]
* resolutsioon sõltub k<sub>x</sub><sup>max</sup> ja k<sub>y</sub><sup>max</sup> väärtustest.<ref>[https://archive.org/details/ChrisMooreMRIk_space_d Moore C. Overview of MRI physics, k-space, and image reconstruction. 2006.] - MRT füüsika, k-ruumi ja kuvandi rekonstrueerimise ülevaade (vaadatud: 30.
=== 3D MRT ===
Leidub
== Mõõteprotsess ==
[[File:MRT mõõtmine.png|thumb|Tüüpiline lihtsustatud MRT mõõteprotseduur|402x402px]]
Tüüpilise spinn-[[kajakuva]] mõõtmine koosneb järgnevatest etappidest (vt
# uuritava viilu valimine teatud magnetgradientvälja G<sub>z</sub> rakendamisega (B<sub>0</sub> on juba varem rakendatud),
# 90-kraadise ehk π/2 raadiosagedusliku impulsi rakendamine,
# hajunud spinnifaaside [[fokuseerimine|refokuseerimine]] nõrgema vastassuunalise Gz väljaga,
# G<sub>y</sub> ja G<sub>x</sub> rakendamine (3. samm võib toimuda samal ajal),
# 180-kraadise ehk π RF
# tekkinud kajasignaali mõõtmine G<sub>x</sub> rakendamisega,
# protsessi kordamine uue G<sub>y</sub> väärtusega pärast TR möödumist = uus rida k-ruumis.
124. rida:
Kui proovile rakendatakse x-teljelist gradienti G<sub>x</sub>, mis muudab k<sub>x</sub> väärtusi, nimetatakse protsessi [[sageduskodeerimine|ruumiliseks sageduskodeerimiseks]], kui aga y-teljelist gradienti G<sub>y</sub>, 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 [[sümmeetria]]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
== Mõõteseadmed ==
131. rida:
* keskmise kihiga tehakse ruumilisi korrektuure magnetvälja [[Heterogeenne süsteem|heterogeensuse]] vähendamiseks või TMRT puhul vastupidiselt täpse magnetvälja gradiendi loomiseks, samuti kasutatakse seda ruumiliseks signaalituvastuseks;
* kõige seesmisema kihiga genereeritakse raadiosageduslik häiritus, samuti kasutatakse seda TMR-signaali tuvastuseks, kusjuures mõõdetakse alati mitme tuuma koondsignaal.
MRT peamine kasutusvaldkond on meditsiin, kus uuritakse inimeste pehmeid kudesid, kuna need sisaldavad
=== Eelised ===
137. rida:
* kasutatakse [[Ioniseeriv kiirgus|mitteioniseerivat kiirgust]];
* [[kujutistasand]] vabalt valitav;
* [[Elusorganism|elusorganismide]] [[invasiivne uurimine|mitteinvasiivne uurimine]] = võimaldab diagnoosidanäiteks [[
* võimaldab teatud mõõteskeemide korral jälgida elusorganisme reaalajas;
* võimaldab paralleelset TMRS-i teostamist ehk ühendite analüüsi;
147. rida:
* töötavale masinale ei tohi läheneda metallist esemetega, sh [[Südamestimulaator|südamestimulaatoritega]], mis sisaldavad metallilisi osi, metallist [[implantaat|implantaatideg]]<nowiki/>a jne;
* elusorganismide puhul piiratud magnetvälja tugevus ja keskkonna temperatuur ohutuse tagamiseks = piiratud registreeritava signaali tugevus;
* väga kulukas osta, pidada
* kuvandi [[artefakt|artefaktid]] ([[defekt|defektid]]) ebapädeval kasutamisel;
* meetod on aeganõudev
== Pildinäiteid ==
|