المپياد جهاني فيزيك
 پيوندهاي المپياد فيزيك
 
 جادوي MRI (زنگ تفريح شماره‌ي 94)
جادوي MRI (زنگ تفريح شماره‌ي 94)زنگ تفريح فيزيك
معرفي MRI
جادوي MRI 








مقدمه

پرتو X در پزشکی تصاویر اندام‌ها را نشان دهد، ولی از تشعشع زيادي استفاده نمی شود که به سلول‌ها آسیب برساند. فناوری کاملاً متفاوت و کامل‌تر از آن، تصویربرداری تشدید مغناطیسی (MRI) است. این فناوری در دهه‌ی 1970 به وجود آمد. این روش تصاویری با جزئیات بسیار از بافتهای نرم ، بدون نیاز به پرتو X  ارائه داد. MRI برمبنای تشدید مغناطیسی هسته ای، تکنیکي پیشرفته برای بررسی ساختار مولکولی است.

با توجه به اضطراب عمومی درباره‌ی رادیواکتیو و انرژی هسته ای کلمه ی «هسته ای» خارج از نام این نوع جدید تصویربرداری نگه داشته شد. در غیر این صورت می توانستیم آن را NMRI (تصویربرداری تشدید مغناطیسی هسته‌اي) بنامیم.



حركت تقديمي پروتون ها

برای درک MRI، مولکولی را فرض کنید که هیدروژن دارد (مانند آب یا چربی). هسته‌ی اتم‌های هیدروژن، پروتون است. هر پروتون یک اسپین ذاتی دارد. بنابراین مانند اسپین بالا عمل می کند. اکنون تصور کنید ما مولکول را بین دو قطب آهنربا قرار می‌دهیم؛ یعنی پروتون‌ها در یک میدان مغناطیسی هستند. هر پروتون اکنون هم جهت میدان مانند يك ژيروسكوپ كوچك می‌چرخد (شكل1 را ببینید). این گردش «حرکت تقدیمی» نامیده می شود.

 

شكل1. پروتون در ميدان مغناطيسي:
پيكان متصل پروتون نشان مي‌دهد
محور چرخش پروتون است؛ نوك پيكان 
عمود بر ميدان مغناطيسي اعمالي است. 

وقتي پروتون‌ها به اين شكل حركت مي‌كنند، براساس مکانیک کوانتم می‌تواند دو جهت داشته باشد. به دلیل وجود میدان مغناطیسی این دو جهت گیری اندکی به تفاوت انرژی‌ها مربوط است. اگر ما موج رادیویی را به این پروتون‌ها بتابانیم، و موج‌های رادیویی فرکانس درستی داشته باشد، پروتون‌هایی با انرژی کم تر نمی توانند فوتون‌های رادیویی را که به سویشان پرتاب مي‌شود، جذب کنند (مکانیک کوانتمی به ما می گوید که انرژی فوتون‌ها با فرکانس آن‌ها متناسب است). با مشاهده‌ی جزئیات این انرژی جذبی که به محیط اطراف پروتون‌ها وابسته است، می‌توان فهمید که برای مثال پروتون‌ها در آب یا چربی است.

 

شكل2. تصوير MRI عمود بر مغز.
(Basics of MRI)

 

شكل3. تصوير MRI افقي از مغز.
(Basics of MRI)


اگر تعداد زیادی اندازه گیری را تحلیل کنیم، تصویر برشي از اندام را می‌توان به دست آورد. توجه کنید که جزئیات بافت‌های نرم دیده می‌شود. تصاویر MRI مشخصه‌هایی به کوچکی 1 میلی‌متر را نشان می‌دهد.



تشديد

تشديد پديده اي متداول و بسيار مهم است. يك سيستم تناوبي‌، مانند تاب خوردن در زمين‌ بازي است كه گردش يا الگوي آن تكرار مي‌شود. به‌طور منظم در زمان‌هاي مشابه فركانس سيستم تعداد تكرار‌ها در هر ثانيه است. اگر كسي يك بچه‌ در حال تاب خوردن را هُل دهد در هر بار هُل دادن، تاب آماده‌ي حركت به سمت جلوتر است، فشار انرژي را به سيستم اضافه مي‌كند و بچه بلندتر تاب مي‌خورد. اگر فركانس هل دادن برابر فركانس تاب باشد، مقدار بيشينه‌ي انرژي به سيستم اضافه مي‌شود. در هر بار هل دادن، تاب خوردن و فشار دادن با شدت معادل هستند. به طور مشابه در MRI اگر فوتون فقط فركانس صحيح داشته باشد،‌ انرژي آن برابر اختلاف بين انرژي‌هاي پروتون‌هاي دو جهت‌گيري و مجموع فوتون‌هايي است كه مقدار بيشينه انرژي را جذب مي‌كنند.



MRI شما!

لباس مخصوص بپوشيد تا مطمئن شويد مواد مغناطيسي، ‌آهنربايي شده‌اند. تصوير معلق‌سازي كمربند فلزي نشان مي‌دهد كه آهنربا چقدر قدرت دارد. اين آزمايش بين نيم تا يك ساعت طول مي‌كشد. بايد چند دقيقه در بعضي حالت‌ها قرار گرفته و باقي بماند. راديولوژيست‌، پزشكي‌ است كه براي بررسي تصاوير تعليم ديده است، و نتايج را تفسير مي‌كند.


 

شكل4. نيروي مغناطيسي كمربند فلزي.
(Basics of MRI)



تحقيق

ربع قرن است كه دستگاه‌هاي MRI اختراع شده‌اند، تصويربرداري MRI به‌صورت مؤثري اصلاح شده و پيشرفت‌ كرده‌ است. آهنرباهاي بهتر ديود نوري دارند چراكه در تونل‌هاي بزرگ ماشين‌هاي MRI با محفظه‌ي وسيع‌تر كارا‌تر هستند. اين ماشين‌ها مي‌توانند بيماران بيشتري را در يك دستگاه جا دهند و كم‌تر موجب هراس اشخاصي شوند كه دوست ندارند در فضاي محصور ماشين‌هاي MRI قرار بگيرند.

الكترونيك پيشرفته و سيستم‌هاي پردازش سيگنال، جزييات قابل رويت بيشتري را نشان مي‌دهند و حتي امكان بررسي تصاوير ميكروسكوپي حشرات و ساير نمونه‌هاي كوچك را مي‌دهند. MRI اين امكان را فراهم كرده كه بتوان بدن انسان را به‌صورت لايه لايه تصويربرداري كنيم.

اخيراً ماشين‌هاي MRI در تصويربرداري و رديابي تغييرات فيزيولوژيكي بدن انسان و حيوانات پيشرفت بسيار كرده اند. اساس MRI تغييراتي است كه در گردش (شار) خون و اكسيژن رساني انجام مي‌شود و همين نشانه‌ي تغيير در فعاليت‌هاي مغز است. FMRI شيوه‌اي كلينيكي براي بررسي كاركرد ذهني بيماران است. FMRI فيلمي از كاركرد مغز (مثلاً عصب‌ها) تهيه مي‌كند كه با محرك‌هايي مثل فعاليت ذهني به هر شكل، واكنش نشان مي‌دهد. نواحي با يك سنسور اوليه به هم متصل هستند و فعاليت اين محرك مورد بررسي قرار مي گيرد. اين نواحي با فعاليت هاي فكري پردازش مي‌شوند، به هم مي‌پيوندند و در هر شرايط تغيير مي‌كنند.


 

شكل5. تصوير ميكروسكپي MRI جزييات
جالبي را از سلول تخم قورباغه نشان مي‌دهد.
ساختار خاكستري هسته‌ي اين سلول را نشان مي‌دهد.
(Pacific Northwest National Labratorary)

شكل6. اين تصوير قطاعي از شكم،
يكي از هزاران تصوير است كه با جزييات زياد
 از بدن گرفته شده است. 
(The Visible Human Project)


تعدادي از كلينيك‌ها اهميت و تفاوت اين روش را كه براساس نقشه‌برداري از مناطق فعال مغز هستند، با روش‌هاي ديگري نشان مي‌دهند و اين‌طور به نظر مي‌رسد كه بررسي باليني اعضاي بدن بسيار دقيق‌‌تر و جالب‌تر پيش‌ خواهد رفت.

1387/8/22لينک مستقيم

نظر شما پس از تاييد در سايت قرار داده خواهد شد
نام :
پست الکترونيکي :
صفحه شخصي :
نظر:
تاییدانصراف
 
 المپياد فيزيك

 

     

 

 

صفحه‌ي اصلي

     

 

راهنماي سايت

     

 

 

آموزش

     

 

بانك سوال

     

 

 

مسابقه

     

 

 

زنگ تفريح

     

 

 

مصاحبه و گزارش

     

 

 

معرفي كتاب

     

 

 

مشاوره

     

 

 

پرسش‌و‌پاسخ‌علمي

     

 

اخبار

 

فعاليت‌هاي علمي

 سايت‌هاي المپياد فيزيك
 بازديدها
كاربران غيرعضو آنلاينكاربران غيرعضو آنلاين:  1105
 كاربران عضو آنلاين:  0
  کل كاربران آنلاين:  1105