Dr. Raymond Damadian, en läkare och vetenskapsman, slet i flera år för att försöka producera en maskin som noninvasivt kunde skanna kroppen med hjälp av magneter. Tillsammans med några doktorander, konstruerade han en supraledande magnet och formade en spole av antenntrådar. Eftersom ingen ville vara den första i den här utrustningen, erbjöd Damadian att bli den första patienten.
När han klättrade in hände dock ingenting. Damadian tittade på bortkastade år på en misslyckad uppfinning, men en av hans kollegor föreslog modigt att han kanske var för stor för maskinen. En snäll doktorand gav sig frivilligt ett försök, och den 3 juli 1977 gjordes den första MR-undersökningen på en människa. Det tog nästan fem timmar att producera en bild, och den originalmaskinen, som heter "Indomitable", ägs nu av Smithsonian Institution.
På bara några decennier användes magnetisk resonanstomografi (MRT ) skannrar har vuxit enormt. Läkare kan beställa MR-undersökningar för att hjälpa till att diagnostisera multipel skleros, hjärntumörer, trasiga ligament, tendinit, cancer och stroke, för att bara nämna några. En MR-skanning är det bästa sättet att se inuti människokroppen utan att skära upp den.
Det kan vara lite tröst för dig när du gör dig redo för en MR-undersökning. Du blir fråntagen dina smycken och kreditkort och ställt detaljerade frågor om alla metalliska instrument du kan ha inuti dig. Du läggs på en liten platta och trycks in i ett hål som knappast verkar tillräckligt stort för en person. Du utsätts för höga ljud, och du måste ligga helt stilla, annars kommer de att göra det här mot dig igen. Och för varje minut kan du inte låta bli att undra vad som händer med din kropp medan den är i den här maskinen. Kan det verkligen vara så att denna prövning verkligen är bättre än en annan bildbehandlingsteknik, som en röntgen eller en CAT-skanning? Vad har Raymond Damadian åstadkommit?
Innehåll
MRI-skannrar varierar i storlek och form, och vissa nyare modeller har en större grad av öppenhet runt sidorna. Ändå är den grundläggande designen densamma, och patienten trycks in i ett rör som bara är cirka 24 tum (60 centimeter) i diameter [källa:Hornak]. Men vad finns där?
Den största och viktigaste komponenten i ett MR-system är magneten. Det finns ett horisontellt rör - samma som patienten går in i - som löper genom magneten framifrån och bak. Detta rör är känt som hålet . Men det här är inte vilken magnet som helst – vi har att göra med ett otroligt starkt system här, ett som kan producera ett stort, stabilt magnetfält.
Styrkan hos en magnet i ett MRI-system bedöms med hjälp av en måttenhet som kallas tesla . En annan måttenhet som vanligtvis används med magneter är gauss (1 tesla =10 000 gauss). Magneterna som används idag i MRI-system skapar ett magnetfält på 1,5-tesla till 7,0-tesla, eller 15 000 till 70 000 gauss. När du inser att jordens magnetfält mäter 0,5 gauss kan du se hur kraftfulla dessa magneter är.
De flesta MR-system använder en supraledande magnet , som består av många spolar eller lindningar av tråd genom vilka en ström av elektricitet passeras, vilket skapar ett magnetfält på upp till 2,0 tesla. Att upprätthålla ett så stort magnetfält kräver en hel del energi, vilket åstadkoms genom supraledning , eller minska motståndet i ledningarna till nästan noll. För att göra detta badas ledningarna kontinuerligt i flytande helium vid 452,4 grader under noll Fahrenheit (269,1 under noll grader Celsius) [källa:Coyne]. Denna kyla är isolerad av ett vakuum. Även om supraledande magneter är dyra, möjliggör det starka magnetfältet bildbehandling av högsta kvalitet, och supraledning gör att systemet är ekonomiskt att använda.
Två andra magneter används i MRI-system i mycket mindre utsträckning. Resistiva magneter är strukturellt som supraledande magneter, men de saknar flytande helium. Denna skillnad innebär att de kräver en enorm mängd el, vilket gör det oöverkomligt dyrt att driva över en nivå på 0,3 tesla. Permanenta magneter har ett konstant magnetfält, men de är så tunga att det skulle vara svårt att konstruera ett som kan upprätthålla ett stort magnetfält.
Det finns också tre gradientmagneter inuti MRI-maskinen. Dessa magneter har mycket lägre styrka jämfört med huvudmagnetfältet; de kan variera i styrka från 180 gauss till 270 gauss. Medan huvudmagneten skapar ett intensivt, stabilt magnetfält runt patienten, skapar gradientmagneterna ett variabelt fält som gör att olika delar av kroppen kan skannas.
En annan del av MR-systemet är en uppsättning spolar som överför radiofrekvensvågor in i patientens kropp. Det finns olika spolar för olika delar av kroppen:knän, axlar, handleder, huvuden, halsar och så vidare. Dessa spolar överensstämmer vanligtvis med konturen av den kroppsdel som avbildas, eller befinner sig åtminstone mycket nära den under undersökningen. Andra delar av maskinen inkluderar ett mycket kraftfullt datorsystem och ett patientbord, som skjuter in patienten i hålet. Om patienten går i huvudet eller fötterna först avgörs av vilken del av kroppen som behöver undersökas. När kroppsdelen som ska skannas är i exakt mitten, eller isocenter , av magnetfältet, kan skanningen börja.
Vad händer under en skanning? Ta reda på det härnäst.
MRT-utvecklingMRT-maskiner utvecklas så att de är mer patientvänliga. Till exempel kan många klaustrofobiska människor helt enkelt inte stå ut med de trånga gränserna, och hålet kanske inte rymmer överviktiga människor. Det finns mer öppna skannrar, som ger större utrymme, men dessa maskiner har svagare magnetfält, vilket innebär att det kan vara lättare att missa onormal vävnad. Mycket små skannrar för att avbilda specifika kroppsdelar utvecklas också. Andra framsteg görs inom MRI-området. Funktionell MRT (fMRI ), skapar till exempel hjärnkartor över nervcellsaktivitet sekund för sekund och hjälper forskare att bättre förstå hur hjärnan fungerar. Magnetisk resonansangiografi (MRA ) skapar bilder av rinnande blod, artärer och vener i praktiskt taget vilken del av kroppen som helst.
När patienter glider in i en MRT-maskin tar de med sig de miljarder atomer som utgör människokroppen. För en MRT-skanning är vi bara oroliga för väteatomen, som är riklig eftersom kroppen till största delen består av vatten och fett. Dessa atomer snurrar slumpmässigt eller precesserar , på sin axel, som ett barns topp. Alla atomer går i olika riktningar, men när de placeras i ett magnetfält, ställer atomerna upp i fältets riktning.
Dessa väteatomer har ett starkt magnetiskt moment , vilket betyder att de i ett magnetfält ställer upp i fältets riktning. Eftersom magnetfältet löper rakt ner i mitten av maskinen, räcker väteprotonerna upp så att de pekar mot antingen patientens fötter eller huvudet. Ungefär hälften går åt varsitt håll, så att den stora majoriteten av protonerna tar ut varandra -- det vill säga för varje atom som är uppradad mot fötterna, är en uppradad mot huvudet. Endast ett par protoner av varje miljon raderas inte ut. Det här låter inte så mycket, men det stora antalet väteatomer i kroppen är tillräckligt för att skapa extremt detaljerade bilder. Det är dessa oöverträffade atomer som vi bryr oss om nu.
Därefter applicerar MRT-maskinen en radiofrekvens (RF) puls som endast är specifik för väte. Systemet riktar pulsen mot det område av kroppen vi vill undersöka. När pulsen appliceras absorberar de oöverträffade protonerna energin och snurrar igen i en annan riktning. Detta är "resonans"-delen av MRI. RF-pulsen tvingar dem att snurra vid en viss frekvens, i en viss riktning. Den specifika resonansfrekvensen kallas Larmour-frekvensen och beräknas baserat på den speciella vävnaden som avbildas och styrkan på huvudmagnetfältet.
Ungefär samtidigt hoppar de tre gradientmagneterna till handlingen. De är arrangerade på ett sådant sätt inuti huvudmagneten att när de slås på och av snabbt på ett specifikt sätt, ändrar de huvudmagnetfältet på lokal nivå. Vad detta innebär är att vi kan välja exakt vilket område vi vill ha en bild av; detta område kallas "skivan". Tänk på ett bröd med skivor så tunna som några millimeter -- skivorna i MRI är så exakta. Skivor kan tas av vilken del av kroppen som helst i vilken riktning som helst, vilket ger läkare en enorm fördel jämfört med alla andra bildbehandlingsmetoder. Det betyder också att du inte behöver röra dig för att maskinen ska få en bild från ett annat håll – maskinen kan manipulera allt med gradientmagneterna.
Men maskinen avger en enorm mängd ljud under en skanning, vilket låter som ett kontinuerligt snabbt hamrande. Det beror på att den stigande elektriska strömmen i trådarna till gradientmagneterna motsätts av huvudmagnetfältet. Ju starkare huvudfält, desto högre gradientbrus. I de flesta MRT-centra kan du ta med en musikspelare för att dränka racketen, och patienterna får öronproppar.
När RF-pulsen stängs av återgår väteprotonerna långsamt till sin naturliga inriktning inom magnetfältet och frigör energin som absorberas från RF-pulserna. När de gör detta avger de en signal som spolarna tar upp och skickar till datasystemet. Men hur omvandlas denna signal till en bild som betyder något?
MRT-skannern kan plocka ut en mycket liten punkt inuti patientens kropp och fråga den i huvudsak:"Vilken typ av vävnad är du?" Systemet går igenom patientens kropp punkt för punkt och bygger upp en karta över vävnadstyper. Den integrerar sedan all denna information för att skapa 2-D-bilder eller 3-D-modeller med en matematisk formel känd som Fourier-transformen . Datorn tar emot signalen från de snurrande protonerna som matematiska data; data omvandlas till en bild. Det är den "avbildande" delen av MRT.
MRT-systemet använder injicerbar kontrast , eller färgämnen, för att ändra det lokala magnetfältet i vävnaden som undersöks. Normal och onormal vävnad svarar olika på denna lilla förändring, vilket ger oss olika signaler. Dessa signaler överförs till bilderna; ett MRI-system kan visa mer 250 nyanser av grått för att skildra den varierande vävnaden [källa:Coyne]. Bilderna gör det möjligt för läkare att visualisera olika typer av vävnadsavvikelser bättre än de kunde utan kontrasten. Vi vet att när vi gör "A" kommer normal vävnad att se ut som "B" -- om den inte gör det kan det finnas en abnormitet.
En röntgen är mycket effektiv för att visa läkare ett brutet ben, men om de vill ha en titt på en patients mjukvävnad, inklusive organ, ligament och cirkulationssystemet, kommer de troligen att vilja ha en MRT. Och, som vi nämnde på sista sidan, är en annan stor fördel med MRI dess förmåga att avbilda i vilket plan som helst. Datortomografi (CT) är till exempel begränsad till ett plan, det axiala plan (i analogin med brödlimpa skulle det axiella planet vara hur ett bröd normalt skivas). Ett MRT-system kan skapa axiella bilder såväl som sagitall (skiva brödet från sida till sida på längden) och krona (tänk på lagren i en lagerkaka) bilder, eller någon grad däremellan, utan att patienten någonsin rör sig.
Men för dessa högkvalitativa bilder kan patienten inte röra sig särskilt mycket alls. MRT-skanningar kräver att patienterna håller stilla i 20 till 90 minuter eller mer. Även mycket små rörelser av den del som skannas kan orsaka förvrängda bilder som måste upprepas. Och det är en hög kostnad för denna typ av kvalitet; MRT-system är mycket dyra att köpa, och därför är undersökningarna också mycket dyra.
Men finns det några andra kostnader? Hur är det med patientens säkerhet?
Kanske är du orolig för den långsiktiga effekten av att ha alla dina atomer blandade, men när du väl är ute ur magnetfältet återgår din kropp och dess kemi till det normala. Det finns inga kända biologiska faror för människor från att utsättas för magnetfält av den styrka som används inom medicinsk bildbehandling idag. Det faktum att MRT-system inte använder joniserande strålning, som andra bildapparater gör, är en tröst för många patienter, liksom det faktum att MRT-kontrastmaterial har en mycket låg förekomst av biverkningar. De flesta anläggningar föredrar att inte avbilda gravida kvinnor, på grund av begränsad forskning om de biologiska effekterna av magnetfält på ett utvecklande foster. Beslutet om huruvida en gravid patient ska skannas eller inte fattas från fall till fall med samråd mellan MR-radiologen och patientens förlossningsläkare.
MRI-sviten kan dock vara en mycket farlig plats om strikta försiktighetsåtgärder inte iakttas. Kreditkort eller annat med magnetisk kodning kommer att raderas. Metallföremål kan bli farliga projektiler om de tas in i skanningsrummet. Till exempel kan gem, pennor, nycklar, saxar, smycken, stetoskop och andra små föremål dras ur fickorna och från kroppen utan förvarning, då de flyger mot magnetens öppning i mycket höga hastigheter.
Stora föremål utgör också en risk - mopphinkar, dammsugare, IV-stavar, patientsträckare, hjärtmonitorer och otaliga andra föremål har alla dragits in i magnetfälten i MRI. År 2001 dödades en ung pojke som genomgick en skanning när en syretank drogs in i det magnetiska hålet [källa:McNeil]. En gång flög en pistol ut ur en polismans hölster, kraften som fick pistolen att avfyra. Ingen skadades.
För att garantera säkerheten bör patienter och stödpersonal kontrolleras noggrant för metallföremål innan de går in i skanningsrummet. Ofta har patienter dock implantat inuti sig som gör det mycket farligt för dem att vara i närvaro av ett starkt magnetfält. Dessa inkluderar:
De flesta moderna kirurgiska implantat, inklusive häftklamrar, konstgjorda leder och stentar, är gjorda av icke-magnetiska material, och även om de inte är det kan de godkännas för skanning. Men låt din läkare veta, eftersom viss ortopedisk hårdvara i området för en skanning kan orsaka förvrängningar i bilden.
