التَّصْويرُ بالرَّنينِ المِغْناطيسِيّ MRI Magnetic Resonance Imaging

[ماهر محمدي يس]

التَّصْويرُ بالرَّنينِ المِغْناطيسِيّ
Magnetic Resonance Imaging MRI





[IMG]http://www5.0zz0.com/2015/07/21/10/321555261.jpeg[/url]
[url]http://www14.0zz0.com/2015/07/21/10/303740060.jpg[/IMG]

التَّصْويرُ بالرَّنينِ المِغْناطيسِيّMRI Magnetic Resonance Imaging


تِقْنيَّة جَديدَة مُمْتازَة ، تُعطي للتَّشْخيص الطِّبِّي تَفاصيل دَقيقة لبِنْيَة الجِسْم البَشَري human body ، باسْتِخْدام الخَصائِص المِغْناطيسِيَّة magnetic properties لأَنْوِيَة nuclei ذَرات الهِيدْروجِين hydrogen atoms بشَكْل رَئيسي في الأَنْسِجَة البَشَرِيَّة human tissues.
وتعتمد على تَحْفيز البروتونات في ذَرات العَناصِر في الجِسْم ، باطلاق إشَارَة ثم التقاطها وتحديد مَوْقِعَها في الجِسْم ، وتُشير إلى قُوَّة الإشَارَة باختلاف الأَنْسِجَة.
وإشَارات الرَّنين المِغْناطيسِيّ النَّوَوِيّ NMR signals تنبع من التَّفاعُل بين المَوْجات الرَّادْيُوِيَّة radio-waves مع الأَنْوِيَة الذَّرِّيَّة atomic nuclei نفسها .

فِكْرَة اسْتِعْمال الرَّنينِ في التَّصْوير الطِّبِّي:

في عام 1972 كان بول لاوتربير Lauterbur Paul أول من طرح فِكْرَة اسْتِعْمال الرَّنينِ في التَّصْوير الطِّبِّي فقد لاحظ :
قابِليَّة نَبَضات الذَّبْذَبَةِ الرَّادْيُوِيَّة radiofrequency pulses لاختراق الأَنْسِجَة البَشَرِيَّة ، كما أن هذه النَّبضات ليست إِشْعاعاً مُؤَيناً ، ولما كانت القُدْرَة التَّشْخيصِيَّة لهذه النَّبضات محدودة من حيث عدم قُدْرَتها على تحديد مكان الإشَارَة الرَّنينِِيَّة MR signal في حَيِّز ، فقد حـاول لاوتربير Lauterbur حل هذه المشكلة باسْتِعْمال مَجالات مغناطيسية مُتدرجَة gradient ، التي تستخدم لإثارة المنطقة المختارة من الجِسْم ، وهذا ما مكن لاوتربير 1972 من إنتاج أول صُورة بالرَّنينِ لعينة من الماء .

واكتشف ريموند داماديان Damadian Raymond تركيب ووفرة الماء في الجِسْم البَشَرِيّ الذي هو متاح للتَّصْوير بالرَّنينِ المِغْناطيسِيّ MRI ، وأن الماء (الهِيدْروجِين) يبعث إشَارَة لإنتاج الصُّورَة ، حيث أن تركيز الماء (الذي يمثل حوالي 70% من الجِسْم البَشَرِيّ) يختلف من عُضْو لآخر ، وقد أمكن اسْتِعْمال الإشَارَة الصادرة منه للتمييز بين الأَعْضاء المختلفة داخِل الجِسْم ، فمثلا كَمِّيَّة الماء بالعِظام تقل عن كَمِّيَّتِها بالعَضَلاَت ، وكذلك لتمييز الجُزْء المَريض من الأَعْضاء السَّليمَة .

في عام 1973 شَهد عالم الطِّبّ طفرة طِبِّيَّة عندما عَمَل لاوتربير Lauterbur ودماديان Damadian بشكل مستقل وواضح في إمكانية عِلْم الرَّنينِ المِغْناطيسِيّ science of magnetic resonance في تَصْوير الجِسْم البَشَرِيّ human body .

ويرجع الفضـل لداماديان في عام 1977 لِتَصْميـم وإِنْجاز أول ماسِح للرَّنينِ المِغْناطيسِيّ لتَصْوير الجِسْم البَشَرِيّ ، وتطويع ظاهِرة التَّوْصيل الفائِق superconductivity ، وهي اِنْعِدام المُقاوَمَة للتَّيار الكَهْرَبائي في دَرَجات الحَرارَة المُنْخَفضَة جِداً -80م ، للحصول على صُورَة باسْتِعْمال مِغْناطيس فائِق التَّوْصيل الكَهْرَبائي superconductive magnet .

ذَرَّة الهيدْروجين Hydrogen atom
البروتونات المُتَحَركَة mobile protons مُهمة في التَّصْوير بالرَّنينِ المِغْناطيسِيّ MRI ، ونَواة ذَرَّة الهِيدْروجِين hydrogen بها بروتون واحد فقط ولا يوجد بها نيوترون neutron ، وله حَسَاسِيَّة بالِغة بالنسبة للرَّنينِ المِغْناطيسِيّ magnetic resonance .

يقال أن للبروتونات (للهِيدْروجِين الإيجابي الشحنة) حَـرَكَة تَدْويم (حَـرَكَة مِغْزَلِيَّة) spin دائِمَة أو لَف ذاتِي مِغْزَلِيّ حول مِحْوَر ، وحسب قوانين الكَهْرومِغْناطيسِيَّة للجُسَيمات ذات الشُّحْنة التي في حَـرَكَة تَدْويم spin تولد مَجال مِغْناطيسِيّ خاص بها وهذا المَجال له قُوَّة واتِّجاه.

فإن الشُّحْنة الكَهْرَبيَّة الموجبة positive electrical charge ترتبط بالبروتون proton ، وبطبيعة الحال تلف معه ، والشُّحْنة الكَهْرَبيَّة هي تَيار كَهْرَبائي electrical current يُصاحِبه قُوَّة مِغْناطيسِيَّة magnetic force أومَجال مِغْناطيسِيّ magnetic field ، ويمكن اعتباره قَضيب مِغْناطيسِيّ صَغير .

الموضوع له تكملة

[ماهر محمدي يس]

خَطَوات تَوْضيحِيَّة تُبَيِّن كَيفِيَّة الحُصول على صُورَة
Illustrative steps showing how to obtain a MR image

1- قبل وَضْع المَريض في تَجْويف مِغْناطيس جِهاز الرَّنين المِغْناطيسِي magnet of MR machine (مَجال مِغْناطيسِي قوي خارِجيBo ) فإن الاتِّجاه المِغْناطيسِيّ magnetic direction لبروتونات الهِيدْروجِين hydrogen protons في الجِسْم البَشَرِيّ human body تكون في اتِّجاهات عَشْوَائِيَّةrandom directions ، بعيداً عن أي مُؤثر خارِجي قبل وَضْعَها في مَجال مِغْناطيسِيّ خارِجي field external magnetic.

2- لكن عندما يوضع الجِسْم تحت تأثير مَجال مِغْناطيسِيّ خارِجي قَََوي external magnetic field ، (في تَجْويف مِغْناطيس جِهاز التَّصْوير بالرَّنينِ المِغْناطيسِيّ MRI magnet bore) تُصْبح بروتونات الهِيدْروجِين للمَريض مِغْناطيسِيَّات صَغيرة tiny magnets ذات أقطاب شمالية وأقطاب جنوبية ، تَميل إلى أن تصطف في اتِّجاه المَجال المِغْناطيسِي الخارِجي .

وتنقسم بروتونات الهِيدْروجِين تبعاً لكَمِّيَّة الطاقَة المختزنة بها إلى حالتين :
أ- بروتونات نَوى الهِيدْروجِين ذات طاقَة دُنْيا low energy تكون موازية للمَجال المِغْناطيسِي .
ب- بروتونات الهِيدْروجِين ذات طاقة عُلْيا high energy تكون مُضادة لتوازي المَجال المِغْناطيسِي .

أي أن البروتونات لها طريقتين للاِصْطِفَاف: التَّوازِي أو التَّوازِي المُضاد parallel and anti-parallel للمَجال ، وحالَة التَّوازِي هي المفضلة للاِصْطِفَاف حيث تحتاج إلى طاقَة أقل less energy ، وبالتالي يتواجد عدد إضافي من البروتونات .

وسيكون هناك دائماً مَزيد من البروتونات protons مُوازِيَة لاتِّجاه المَجال المِغْناطيسِي ، عن البروتونات التي في الاتِّجاه المُضاد لتُوازي المَجال ، وزيادة قُوَّة المَجال المِغْناطيسِي strength of magnetic field تزيد البروتونات في الاتِّجاه المُوازي .

3- قبل إرسال نَبْضَة الذَّبْذَبَةِ الرَّادْيُوِيَّة radio-frequency RF، تقع كل المَغْنَطَة magnetization في المُسْتَوى الطُّولَى longitudinal plane مُوازية لاتِّجاه المَجال المِغْناطيسِي الخارِجي Bo ، لذلك فإن القُوى المِغْناطيسِيَّة للبروتونات في اتِّجاه مُضاد للتَّوازِي ستلغي مِقْدَار مُساوي من القُوى المِغْناطيسِيَّة للبروتونات في الاتِّجاه المُوازي ، حيث تُلْغي كل نَواة nucleus القُوى المِغْناطيسِيَّة magnetic forces للنَّواة الأخرى من الاتِّجاه المُضاد لأنه له اتِّجاه مُعاكِس .
القُوى المِغْناطيسِيََّة magnetic forces الباقية تكون مُحَصِّلَة للمَجالات المِغْناطيسِيََّة لهذه البروتونات الزائِدة ، وتكون مَوازِِيَّة للمَجال المِغْناطيسِي الخارِجي Bo ، تسمى مُتَّجِه صَافي المَغْنَطَة net magnetization vector (NMV) الباقي حيث يعتمد عليه جِهـاز الرَّنين المِغْناطيسِيّ .
ومُتَّجِه صَافي المَغْنَطَة NMV يكون كَمِّيَّة مُتَّجِه لها قُوَّة مِغْناطيسِيََّة magnetic strength واتِّجاه في اتِّجاه المَجال المِغْناطيسِيّ الخارِجي Bo، يتألف مُتَّجِه صَافي المَغْنَطَة NMV من اثنين من مكونات المَغْنَطَة two component of magnetization ، واحدة في اتِّجاه المَغْنَطَة الطُّوليَّة والأخرى في اتِّجاه المَغْنَطَة المُسْتَعْرِضَة transverse magnetization .

4- قبل تطبيق نَبْضَة الذَّبْذَبَةِ الرَّادْيُوِيَّة RF pulse ، نجد أن كل المَغْنَطَة magnetization تقع في المُسْتَوى الطُّوليّ longitudinal plane مُوازِيَّة لاتِّجاه المَجال المِغْناطيسِيّ الخارِجيBo ، الجُزْء الأكبر أو مُتَّجِه صافي المَغْنَطَة net magnetization vector .

5- عندما يتم اسْتِخْدام جِهاز التَّصْوير بالرَّنين المِغْناطيسِيّ MRI system مع مَجال مِغْناطيسِيّ عالي high magnetic field ، تكتسب حَرَكَة بروتونات الهِيدْروجِين حَرَكَة تَدْوير ذاتِي حول مِحْوَر مَجال المِغْناطيسِيّ الخارِجي تسمى مُدَاوَرَة precession مثل لعبة الدوامة (النحلة) للأطفال ، وتُولِد مَجال مِغْناطيسِيّ خاص به ، ويعتمد تَرَدُّد (سرعة) المُدَاوَرَة precession frequency المكتسب للبروتونات التي تحت تَأْثير المَجال المِغْناطيسِيّ الخارِجي على قُوَّة هذا المَجال .
6- وعند تطبيق نَبْضَة الذَّبْذَبَةِ الرَّادْيُوِيَّة RF(من الملف coil) ، تحرف المَغْنَطَة الطُّوليَّة longitudinal magnetization إلى مُسْتَوى المَغْنَطَة المُسْتَعْرِضَة transverse magnetization والمَغْنَطَة الطُّوليَّة تضمحل عند توقِف نَبْضَة الذَّبْذَبَةِ الرَّادْيُوِيَّة RF pulse .
وحالما تتوقف فإن المَغْنَطَة الطُّوليَّة تسترد recover ، والمَغْنَطَة المُسْتَعْرِضَة تبدأ في الاضمحلال decay ، وهذا يحدث في نفس الوقت ولكن بشكل مستقل ، وهـذا يسمى وَقْت الاِسْتِرْخاء relaxation time ، وَقْت الاِسْتِرْخاء ضروري لنسترد 63 ٪ من المَغْنَطَة الطُّوليَّة longitudinal magnetization .
بينما المَغْنَطَة المُسْتَعْرِضَةُ transverse magnetization تنقص والمَغْنَطَة الطُّوليَّة تزداد و تبدأ إطلاق الطاقة التي اكتسبتها سابقاً في صورة صدى (رنين) echo ، من نَبَضات الذَّبْذَبَةِ الرَّادْيُوِيَّة pulses RF .

يستقبل المِلَفّ coil نَبَضات الذَّبْذَبَةِ الرَّادْيُوِيَّة (الإشَارَة signal) ويرسلها إلى الكمبيوتر الخاص بالجهاز إلى حيِّز تَخَيُّلِيّ يسمى حيِّز- ك k-space له مِحْوَرَين ، مِحْوَر الطَّور الأُفُقِيّ horizontal phase axis ، ومِحْوَر التَّرَدُّد الرَأْسِيّ vertical frequency axis ، هاذان المِحْوَران كل منهما عمودياً على الآخر . تُخَزِن هذه المَحاوِر بَيانَات الإشَارات المُسْتَقْبِلَة من الملف coilطبقاً لمَوْضِعها من مِنْطَقَة المَسْح scanning area مع جَلاء حَيِّزِيّ عَاليhigh spatial resolution ، من أجل إِعادَة بِناء الصُّوَر reconstruction image في وقت لاحق .

في التَّصْوير بالرَّنينِ المِغْناطيسِيّ MRI ، يتم بِناء الصورة image of construction مع مجموعة من الإشَارات signals، ويتم إنشـاء الصُّورَة من قبل ثلاثـة مُتَثابِتات (عَوامِل) parameters وهي :
كَثافَة البروتونات proton density ، وأَزْمِنَة الاِسْتِرْخاء relaxation times : زَمَن الاِسْتِرْخاء الطُّولَى (ن1) T1 T1 relaxation time ، زَمَن الاِسْتِرْخاء المُسْتَعْرِض (ن2) T2 T2 relaxation time .

تَعْرِِض الأنواع المختلفة للصُّوَر various types of images خَصائِص الأَنْسِجَة النَّوْعِيَّة specific tissues ، التي يمكن من خلالها التمييز بين الأَنْسِجَة.

بَعْض المُلاحَظات العَمَلِيَّة على قِراءَة الصُّوَر
Some practical hints to image interpretation

تَعْتمـد على كَثافَة density تَوْزيع البروتونات داخِل الأَنْسِجَة المختلفة various tissues ، مَناطِق كَثافَة البروتونات العالِيَّة لها إشَارَة عالِيَةhigh signal وتَظْهر ساطِعة bright على صُورَة تَبايُن كَثافَة البروتونات proton density contrast image.
المناطق ذات كَثافَة البروتونات المنخفضة low proton density لها إشَارَة منخفضة low signal ، وتبدو مُعْتِمَة dark ، والمَناطِق ذات كَثافَة البروتونات المتوسطة تظهر (رمادية) بين المُشْرِقة والمُعْتِمَة .

والتعرف ما إذا كانت الصَّوَر ذات ثقل ن 1 T1- weighted ، أو ن 2 T2- weighted ، بعد الحصول عليها بواسطة تَسَلْسُل نَبْضي pulse sequence .

كقاعدة عامة :
إذا رأيت سائِلا يبدو باللون الأبيض ، مثل السَّائِل المُخِّيّ الشَّوكيّ أو البَول CSF or urine ، فتكون الصُّورَة ذات ثقل ن2 T2- weighted، وإذا ظهر السَّائِل داكِناً أكثر من المادَّة الصُّلْبَة ، فإنه يكون لدينـا صُورَة ذات ثقل ن 1 T1-weighted image ، ويلاحظ أن التباين بين المادَّة الرمادية والمادَّة البيضاء فإنه يكون لدينـا صُورَة ذات ثقل كَثافَة البروتون proton-density .




ماهر محمدي يس / خبير تقني الأشعة والتصوير الطبي
عضو شبكة تعريب العلوم الصحية - منظمة الصحة العالمية – شرق المتوسط