MRI historia och människorna bakom den.
Mansour Geramyari
[email protected]
Elektro.
Cam Hiep Tran
[email protected]
Data.
1
SAMMANFATTNING
För några dagar sen meddelades vinnarna av Nobelpriset i medicin. Paul C. Lauterbur och
Sir Peter Mansfield fick det hedrande priset för sina upptäckter angående magnetiskt
resonansavbildning. Det är bara ett bevis på hur viktigt MRI1 har varit för mänskligheten och
dess utveckling. Detta avhandlig är ett försök till att presentera den komplexa teorin bakom
MRI och dess historiska tankegång.
1
Magnetisk resonans avbildning.
2
INNEHÅLLSFÖRTECKNING
INLEDNING .............................................................................................................................. 3
Introduktion till MRI .......................................................................................................... 3
Grundprincipen av MRI........................................................................................................... 3
NMRI eller MRI ? .............................................................................................................. 4
Människorna om människorna bakom MRI. ............................................................... 5
Bilder. ......................................................................................................................................... 7
SLUTSATSER.......................................................................................................................... 8
Fördelar ................................................................................................................................. 8
Nackdelar .......................................................................................................................... 8
REFERENSER......................................................................................................................... 9
Websites. ............................................................................................................................ 9
INLEDNING
Introduktion till MRI
Den 3 juli 1977 hände det något som skulle för alltid förändra landskapet för den moderna
medicinen.
Utanför det medicinska samfundet utförde detta inte något större jubel från början.
Denna händelse var den första undersökningen av människans kropp under MRI, det tog
nästan fem timmar för att framkalla en bild, och med dagens standard skulle den bilden vara
helt odugligt.
Dr. Raymond Damadian, läkare och vetenskapsman med arbetskamraten Dr. Larry Minkoff
och Dr. Michael Goldsmith laborerade i sju långa år för att komma fram till dessa resultat.
De kallade sitt apparat för "Indomitable" (outtröttlig) för att vissa lidanden bakom
upptäckten.
Denna apparat återfinns nu på Smithsonian Institution. Så sent som 1982 fanns det fåtal MRI
apparater i hela världen, idag skulle inte ett sjukhus fungera utan en MRI enhet.
MRI är en väldigt komplicerad teknologi, inte förstådd av många.
I denna avhandling kommer vi att försöka kasta ljus över dess grund ide, historia, risker och
fördelar.
Grundprincipen av MRI.
Kroppen består av biljoner atomer, samma grundmaterial som allting är
uppbyggt av.
Atomkärnor med udda antal protoner eller neutroner har ett
rotationsimpulsmoment, s.k. spinn. Då kärnorna även har en laddning
medför spinnet ett magnetiskt moment.
Fig. 1.1: Spinn.
3
I ett yttre magnetfält strävar spinnet att ställa in sig i magnetfältets riktning
som en stavmagnet.
Men det reagerar som ett gyro på denna kraft som försöker ställa in spinnet
parallellt med det yttre magnetfältet. Detta resulterar i att den vrider sig
vinkelrätt mot denna kraft och rör sig i en spiralformad bana runt
magnetfältets riktning. Se fig. 1.2.
Denna rörelse kallas för precession.
Fig. 1.2: Precession
Rörelsen har en bestämd frekvens som är proportionell mot magnetfältet den s.k.
Larmorfrekvensen.
Det måste nämnas att det är väte atomer som är intressanta i medicinska MRI undersökningar.
När alla spinn ställt in sig parallellt med magnetfältet kan man få de att avvika från denna
riktning genom att utsätta objektet för en radiofrekvent (RF) puls med Larmorfrekvensen.
När vi stänger av RF signalen försöker atomerna ”bli av med” energin som de har tagit upp,
detta genom att sända ut en signal som motsvarar nästan den RF signal de mottagit.
Denna signal ligger inom det radiofrekventa området och kan registreras med hjälp av
mottagare. Detta ger möjlighet att bestämma mängden kärnor av viss typ och bestämma den
typ av kemisk förening i vilken de ingår.
NMRI eller MRI ?
Magnetiskt resonans skanning är en avbildnings teknologi som först och främst används i
medicinska åtagande för att framkalla hög upplösliga bilder av människor kroppens inre
organ.
MRI är baserat på principen av nukleär magnetiskt resonans (NMR).
Ett ”spektroskopisk” teknologi använd av försakare för att undersöka molekyler.
Denna teknologi kallas för magnetiskt resonansavbildning då namnet nukleär magnetisk
resonans ofta associeras med kärnvapen och annat otäckt , detta under 70 talet skulle vara ett
förrådande sätt att marknadsföra en produkt på, därför valde man att kalla den för magnetiskt
resonansavbildning (MRI).
[Joseph], [Bertil].
.
4
Människorna om människorna bakom MRI.
Historien bakom MRI är som de flesta upptäckter en innovation av flera stegs upptäckter och
många olika individets lidelse för vetenskapen.
Här har vi tänkt och berätta lite om de olika upptäckterna och personerna bakom dessa. Många
individer har var och en bidragit med upptäckter som har lett till den information nödvändigt
för att bygga den första MRI apparaten.
Baptisten Joseph Jean Fourier föddes i Frankrike (17681830). Han var ett geni inom matematiken och han
utvecklade olika teorier om sinus vågor och omvandlingen
av våg energin. Han bidrog med en hel del till matematiken,
fysiken och den teknik som används i dagens röntgen.
Fouriers omvandlingen är grunden för MRI tekniken.
Michael Faraday (1791-1867).Föddes i en fattig familj i
London, han var extremet nyfiken, ifrågasatte allt. Han är
erkänd som upphovsmannen bakom lagen om
elektromagnetisk induktion. År 1819, upptäckte han att
elektricitet producerar magnetism. Senare upptäckte han att
magnetiska fält orsakar elektrisk ström, vilket är grunden
för upptäckten av MRI signaler, när dom passerar genom en
mottagande spole.
Nikola Tesla var en Kroatisk/Amerikansk fysiker. På 1884talet uppfann han den första elektriska motorn. Senare
uppfann han Tesla spolen, en trådlös elektronisk frekvensmottagare. Tesla enheten användes för att mäta magnetism,
det var uppkallad efter honom. (1 T=10,000 Gauss).
Otto Stern (1888-1969), amerikansk fysiker, tillsammans
med Walther Gerlach lyckades de mäta det nukleära spinnet
i väteatomen.
5
Felix Bloch och Edward Purcell, amerikanska fysiker
upptäckte magnetisk resonans i spektroskopi. Det var de
första som använde radiofrekvens (RF) pulser för
avbildning. De kunde upptäcka och spela in det utstrålande
molekylära signalerna och omvandla signalerna till en bild.
Bloch var den första att använda termerna T1 och T2. De
fick Nobelpriset i fysik år 1952. (T1=relaxations tid, T2=
spinn-spinn relaxations tid).
Raymond Damadian teoretiserade att MRI teknologin
kunde användas säkert hos människan. År 1979 designade
han och byggde den första hel kroppsskannern och gjorde
den första skanningen. Hans första undersökning var på
ryggraden. Det tog 5 timmar. Han var också den första som
upptäckte att vattnet i friska celler varierade i utseende
medan sjuka celler inte gjorde det.
Richard R. Ernst (Schweiz), fick nobelpriset (1991) för sitt
bidrag till utveckling av MRI bilder med hög upplösning.
Kurt Wüthrich, (Schweiz), för sina insatser i att försöka
analysera molekyler i 3D med hjälp av MRI och registrering
av över 2500 molekyler där inte bara längden av molekyler
varit av intresse, fick han nobelpriset i kemi år 2002.
Sir Peter Mansfield (England).
Hans matematiska former för analysering av gradienter
ligger till grund för dagens hög upplösliga bilder av MRI..
Paul Lauterbur, han förslog att genom att man placerade
6
gradient på ett magnetisk induktionsfält, kunde man se från
olika plan. Han provade teorin med att skanna trekvistar,
pekannötter och valnötter. Han upptäckte att MRI kunde
användas till för exceptionellt lätt vävnad genom selektiv
excitation av celler. (Paul Lauterbur är årets nobel
pristagare i medicin tillsammans med Peter Mansfield)
Det finns förstås många andra som vi inte nämner i denna rapport som har mer eller mindre
varit aktiva i forskningen kring MRI och dess applikationer, inte för att tala om dem som har
bidragit till fysikens och matematikens historia som är direkt kopplad till utvecklingen av
MRI.
Vad vi ser är att upptäckten av MRI inte kunde ha varit möjligt om inte det vore för så många
stora vetenskapsmän som vardera har bidragit till små pussel bitar i ett gigantiskt arbete som
resulterat i denna för människan så viktiga MRI apparat.
Bilder.
Ett exempel på vad dagens
magnetkameror, i detta fall från GE
Medical Systems, kan åstadkomma är
bilden ovan till vänster. Som synes är
detaljrikedomen mycket hög i bilden på
knäet. T ex syns menisken, broskskivan
mellan ledytorna i knäet, mycket tydligt.
Fig1.3. MRI bild av knäet.
7
Här ser vi upptäckten av en tumör i
hjärnans högra del.( glioblastoma)
Fig 1.4. MRI bild av hjärnan.
SLUTSATSER
Fördelar
MR-tekniken har en stor fördel jämfört med CT-tekniken (CT =Computer Tomography) t.ex.
och andra kropps avbildnings tekniker, nämligen att patienten inte utsätts för joniserat
strålning.
Tekniken har stor värde för undersökningar av mjukdelar, där blödningar, infarkter, tumörer
och andra vävnadsförändringar ger kontraster gentemot normala strukturer. 3D bilder hjälper
till förberedelser av operationer. Inga kontrast medel erfordras, och patientens lidande
minimeras.
Nackdelar
Vi hade tänkt skriva om riskerna med MRI, då man vet att ett så starkt magnetiskt fällt som
det är på MRI apparater kan orsaka olika typer av cancer, men ju mer vi försökte hitta
information om det ju mindre hittar vi. Det närmaste resultatet i risk analys är det resultat man
har fått fram i Amerikanska tidskrifter angående lång tids exponering för stark magnetfällt
t.ex. Folk som har bott under kraftledningar, där har man kunnat notera fler cancerfall än
andra område, men man kan fortfarande inte säga att det är ett direkt resultat av magnetiska
fältet. Det känns ändå att man inte helt hjärtat vill undersöka detta då det finns mycket pengar
och politik inblandat i energis värld.
8
REFERENSER
[David] David Kean och Michael Smith, Magnetic resonance imaging.
[Joseph] Joseph J. Carr och John M. Brown, Introduction to biomedical equipment
technology, fourth edition.
[Bertil] Bertil Jacobson, medicin och teknik. Fjärde upplagan.
Joseph P. Hornak, Ph.D, The basics of MRI.
Websites.
http://www.cis.rit.edu/htbooks/mri/inside.htm
http://www.glaciermedicaled.com/history/hxmed12.html
9
