MRI เป็นเทคโนโลยีการถ่ายภาพแบบไม่รุกรานซึ่งสร้างภาพกายวิภาคที่มีรายละเอียดสามมิติ มักใช้เพื่อการตรวจหา วินิจฉัย และติดตามการรักษา มันใช้เทคโนโลยีที่ซับซ้อนซึ่งกระตุ้นและตรวจจับการเปลี่ยนแปลงในทิศทางของแกนหมุนของโปรตอนที่พบในน้ำที่ประกอบเป็นเนื้อเยื่อของสิ่งมีชีวิต
MRI ทำงานอย่างไร?
MRI ใช้แม่เหล็กอันทรงพลังซึ่งสร้างสนามแม่เหล็กแรงสูงที่บังคับให้โปรตอนในร่างกายอยู่ในแนวเดียวกับสนามแม่เหล็กนั้น เมื่อกระแสความถี่วิทยุถูกพัลส์ผ่านผู้ป่วย โปรตอนจะถูกกระตุ้นและหมุนออกจากสภาวะสมดุล โดยตึงต้านแรงดึงของสนามแม่เหล็ก เมื่อปิดสนามความถี่วิทยุ เซ็นเซอร์ MRI จะสามารถตรวจจับพลังงานที่ปล่อยออกมาเมื่อโปรตอนปรับแนวกับสนามแม่เหล็ก เวลาที่โปรตอนใช้ในการปรับแนวกับสนามแม่เหล็ก รวมถึงปริมาณพลังงานที่ปล่อยออกมา จะเปลี่ยนแปลงไปขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมและลักษณะทางเคมีของโมเลกุล แพทย์สามารถบอกความแตกต่างระหว่างเนื้อเยื่อประเภทต่างๆ โดยพิจารณาจากคุณสมบัติทางแม่เหล็กเหล่านี้
ในการรับภาพ MRI ผู้ป่วยจะถูกวางไว้ในแม่เหล็กขนาดใหญ่ และจะต้องอยู่นิ่งๆ ในระหว่างกระบวนการถ่ายภาพเพื่อไม่ให้ภาพเบลอ อาจให้สารทึบแสง (มักมีธาตุแกโดลิเนียม) แก่ผู้ป่วยทางหลอดเลือดดำก่อนหรือระหว่างการตรวจด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เพื่อเพิ่มความเร็วที่โปรตอนจะปรับแนวกับสนามแม่เหล็ก ยิ่งโปรตอนปรับแนวเร็วเท่าไร ภาพก็จะยิ่งสว่างขึ้นเท่านั้น
MRI ใช้แม่เหล็กประเภทใด
ระบบ MRI ใช้แม่เหล็กพื้นฐานสามประเภท:
-แม่เหล็กแบบต้านทานทำมาจากขดลวดหลายเส้นพันรอบกระบอกสูบซึ่งมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน สิ่งนี้จะสร้างสนามแม่เหล็ก เมื่อไฟฟ้าดับ สนามแม่เหล็กจะตาย แม่เหล็กเหล่านี้มีต้นทุนในการผลิตต่ำกว่าแม่เหล็กที่มีตัวนำยิ่งยวด (ดูด้านล่าง) แต่ต้องใช้ไฟฟ้าจำนวนมากในการทำงานเนื่องจากความต้านทานตามธรรมชาติของสายไฟ ไฟฟ้าอาจมีราคาแพงได้เมื่อจำเป็นต้องใช้แม่เหล็กกำลังสูง
-แม่เหล็กถาวรก็คือแม่เหล็กถาวรนั่นเอง สนามแม่เหล็กจะอยู่ที่นั่นเสมอและมีกำลังเต็มที่เสมอ ดังนั้นจึงไม่มีค่าใช้จ่ายใด ๆ ในการรักษาสนาม ข้อเสียเปรียบที่สำคัญคือแม่เหล็กเหล่านี้มีน้ำหนักมาก บางครั้งอาจมากหรือหลายตัน สนามที่แข็งแกร่งบางแห่งจำเป็นต้องใช้แม่เหล็กที่หนักมากจนสร้างได้ยาก
-แม่เหล็กยิ่งยวดเป็นแม่เหล็กที่ใช้กันมากที่สุดใน MRI แม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดค่อนข้างคล้ายกับแม่เหล็กต้านทาน - ขดลวดที่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านจะสร้างสนามแม่เหล็ก ข้อแตกต่างที่สำคัญคือในแม่เหล็กที่มีตัวนำยิ่งยวด ลวดจะถูกอาบด้วยฮีเลียมเหลวอย่างต่อเนื่อง (ที่อุณหภูมิเย็น 452.4 องศาต่ำกว่าศูนย์) ความเย็นที่แทบจะจินตนาการไม่ได้นี้ทำให้ความต้านทานของสายไฟเหลือศูนย์ ซึ่งช่วยลดความต้องการไฟฟ้าสำหรับระบบได้อย่างมาก และทำให้ประหยัดมากขึ้นในการทำงาน
ประเภทของแม่เหล็ก
การออกแบบ MRI นั้นถูกกำหนดโดยประเภทและรูปแบบของแม่เหล็กหลัก เช่น MRI แบบปิด แบบอุโมงค์ หรือ MRI แบบเปิด
แม่เหล็กที่ใช้กันมากที่สุดคือแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีตัวนำยิ่งยวด สิ่งเหล่านี้ประกอบด้วยคอยล์ที่ทำให้เกิดตัวนำยิ่งยวดโดยการระบายความร้อนด้วยของเหลวฮีเลียม พวกมันผลิตสนามแม่เหล็กที่แข็งแกร่งและเป็นเนื้อเดียวกัน แต่มีราคาแพงและต้องมีการบำรุงรักษาเป็นประจำ (กล่าวคือ การเติมถังฮีเลียม)
ในกรณีที่สูญเสียความเป็นตัวนำยิ่งยวด พลังงานไฟฟ้าจะกระจายไปในรูปความร้อน การให้ความร้อนนี้ทำให้ฮีเลียมเหลวเดือดอย่างรวดเร็ว ซึ่งถูกเปลี่ยนเป็นก๊าซฮีเลียม (ดับ) ในปริมาณที่สูงมาก เพื่อป้องกันการไหม้จากความร้อนและภาวะขาดอากาศหายใจ แม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดมีระบบความปลอดภัย: ท่อระบายก๊าซ การตรวจสอบเปอร์เซ็นต์ของออกซิเจนและอุณหภูมิภายในห้อง MRI ประตูที่เปิดออกด้านนอก (แรงดันเกินภายในห้อง)
แม่เหล็กยิ่งยวดทำงานอย่างต่อเนื่อง เพื่อจำกัดข้อจำกัดในการติดตั้งแม่เหล็ก อุปกรณ์มีระบบป้องกันแบบพาสซีฟ (โลหะ) หรือแบบแอคทีฟ (ขดลวดตัวนำยิ่งยวดด้านนอกซึ่งมีสนามตรงข้ามกับขดลวดด้านใน) เพื่อลดความแรงของสนามแม่เหล็กที่หลงทาง
MRI สนามต่ำยังใช้:
- แม่เหล็กไฟฟ้าแบบต้านทาน ซึ่งมีราคาถูกกว่าและบำรุงรักษาง่ายกว่าแม่เหล็กที่มีตัวนำยิ่งยวด สิ่งเหล่านี้มีกำลังน้อยกว่ามาก ใช้พลังงานมากกว่า และต้องใช้ระบบทำความเย็น
-แม่เหล็กถาวรที่มีรูปแบบต่างกัน ประกอบด้วยส่วนประกอบโลหะที่เป็นเฟอร์โรแมกเนติก แม้ว่าจะมีข้อดีคือมีราคาไม่แพงและบำรุงรักษาง่าย แต่ก็มีความเข้มข้นมากและมีน้ำหนักน้อย
เพื่อให้ได้สนามแม่เหล็กที่เป็นเนื้อเดียวกันมากที่สุด แม่เหล็กจะต้องได้รับการปรับอย่างละเอียด (“ชิมมิง”) ไม่ว่าจะแบบพาสซีฟ โดยใช้ชิ้นส่วนโลหะที่เคลื่อนย้ายได้ หรือใช้ขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้าขนาดเล็กที่กระจายอยู่ภายในแม่เหล็ก
ลักษณะของแม่เหล็กหลัก
ลักษณะสำคัญของแม่เหล็กคือ:
- ประเภท (แม่เหล็กไฟฟ้ายิ่งยวดหรือตัวต้านทานไฟฟ้า แม่เหล็กถาวร)
-ความแข็งแกร่งของสนามที่ผลิตได้ วัดเป็น Tesla (T) ในการปฏิบัติทางคลินิกในปัจจุบัน ค่านี้จะแตกต่างกันไปตั้งแต่ 0.2 ถึง 3.0 T ในการวิจัย จะใช้แม่เหล็กที่มีความแข็งแกร่งตั้งแต่ 7 T หรือแม้แต่ 11 T ขึ้นไป
-ความเป็นเนื้อเดียวกัน
