مقدمه:

همه مواد دارای مولکول هایی هستند که دائما در حال حرکت اند. این حرکت مولکولی شامل حرکات چرخشی و انتقالی است.

هر چه حرکت مولکولی سریع تر باشد آزاد کردن انرژی برای آن ماده دشوارتر است .

مقایسه مولکول چربی و آب :

بدلیل این تفاوت ها ،بافت هایی که شامل چربی و آب هستند کنتراست های متفاوتی را ایجاد می کنند. این پدیده به علت تفاوت در زمان های آسایش بافت های مختلف رخ می دهد.

Chemical shift چیست؟

همانطور که توضیح دادیم، اتم قدرتمند اکسیژن (از نظر الکترونگاتیویته) در مولکول آب، تمایل دارد تا ابر الکترونی محافظت کننده ی اطراف هسته ی هیدروژن را برباید، که اصطلاحا به آن deshielding effect گفته می شود. این اثر پروتونهای هیدروژن را در معرض یک میدان مغناطیسی نسبتاً قوی قرار می دهد. در صورتی که اگر چنین پدیده ای وجود نداشت این اتفاق نمی افتاد. از این رو پروتونهای مولکول های آب رزونانس سریعتری نسبت به پروتونهای مولکولهای تری گلیسیرید (چربی) دارند. این تفاوت در فرکانس های رزونانس بین مولکولهای آب و چربی با افزایش قدرت میدان مغناطیسی از طریق عاملی به نام chemical shift افزایش می یابد. Chemical shift بین چربی و آب تقریباً 3.5 قسمت در میلیون (ppm) اندازه گیری شده است.

Chemical shift به عنوان یک نسبت (ratio) در نظر گرفته می شود، زیرا اختلاف فرکانس واقعی به میدان مغناطیسی اعمال شده بستگی خواهد داشت.

محاسبه اختلاف واقعی فرکانس چربی و آب آسان است بدین صورت که شما فرکانس را در هر قدرت میدان که استفاده می کنید در 3.5 ppm ضرب میکنید.

برای مثال:

در یک اسکنر T1.5(64 مگاهرتز) ، تفاوت بین فرکانس چربی و آب (Δf) به صورت زیر خواهد بود:

Δf = (64 MHz)(3.5 ppm) = (64 x Hz)(3.5 x) ≈ 220 Hz

در اسکنرهای 3Tکه فرکانس Larmor 128مگاهرتز است ، تغییر فرکانس چربی آب دو برابر بیشتر خواهد شد.

زمان آسایش T1 در چربی :

ریکاوری زمان آسایش T1 به دلیل دادن انرژی هسته مولکول های چربی به محیط اطراف اتفاق می افتد. گفتیم که مولکول چربی انرژی ذاتی کمی دارد و می تواند به راحتی انرژی را از هسته های هیدروژن به شبکه خود جذب کند.

حرکت مولکولی آهسته در مولکول چربی سبب می شود تا پروسه ریکاوری در آن نسبتا سریع اتفاق بیوفتد، زیراسرعت حرکت مولکولی در مولکول چربی با فرکانس لارمور مطابقت دارد و در نتیجه امکان تبادل انرژی از هیدروژن به شبکه مولکولی اطراف فراهم می شود. این بدان معنی است که بردار مغناطیسی برآیند هسته های مولکول چربی توانایی آسایش و ریکاوری مغناطش طولی سریعی دارند؛ یعنی NMV چربی به سرعت با B0 تنظیم می شود و در نتیجه زمان آسایش T1 مولکول چربی کوتاه می باشد.

زمان آسایش T1 در آب:

ریکاوری زمان آسایشT1 دراثر انتقال انرژی حاصل از پالس تحریکی RF به شبکه (محیط اطراف) رخ می دهد. همانطور که گفتیم مولکول آب دارای انرژی ذاتی بالایی است و به راحتی نمی تواند انرژی را از هسته های هیدروژن به درون شبکه خود جذب کند. آب، تحرک مولکولی زیادی دارد، در نتیجه ریکاوری زمان آسایش T1 نمی تواند کارآمد باشد چرا که سرعت حرکت مولکولی مولکولهای آب با فرکانس لارمور هماهنگ نیست و اجازه ی تبادل کافی انرژی هسته های هیدروژن به شبکه مولکولی اطراف را نمی دهند. بردار های مغناطیسی برآیند مولکول آب زمان بیشتری راصرف آسایش و بازیابی مغناطش طولی خود می کنند یعنیNMV مولکول آب زمان بیشتری را صرف می کند تا با B0 تنظیم شود ،در نتیجه زمان آسایش T1 آب بلند می باشد.

فروپاشی T2چربی :

فروپاشی T2 در نتیجه فعل و انفعالات میدانهای مغناطیسی هسته با هم دیگر اتفاق می افتد.

این فرآیند در اتم هیدروژن موجود در مولکول چربی به خوبی اتفاق می افتد چرا که مولکول ها ی چربی در فاصله کمی از هم قرار دارند، و در نتیجه تعاملات SPIN-SPIN بیشتر اتفاق می افتد.

درنتیجه دفازه شدن اسپین ها و از دست دادن مغناطش طولی به سرعت اتفاق خواهد افتاد.و زمان آسایشT2چربی کوتاه است.

فروپاشی T2آب : فروپاشی T2 در مولکول آب همانند مولکول چربی به خوبی اتفاق نمی افتد ، زیرا مولکول های آب از یکدیگر فاصله دارند و تعاملات SPIN-SPIN کمتر اتفاق می افتد؛ در نتیجه دفازه شدن اسپینی به آهستگی رخ می دهد واز دست دادن مغناطش عرضی به طور تدریجی اتفاق می افتد. بنابراین زمان آسایش T2 آب طولانی خواهد بود .

کنتراست T1 به چه صورت است:

از آنجایی که زمان آسایش T1 مولکول چربی از مولکول آب کوتاه تر است بردار مولکول چربی سریع تر از بردارمولکول آب با B0هماهنگ می شود. همچنین جز طولی مغناطش مولکول چربی بزرگتر از مولکول آب می باشد.پس از یکTRخاص که کوتاه تر از همه ی زمان های آسایش بافت ها است، پالس RFبعدی اعمال می شود. پالس RF اعمال شده جز طولی مغناطش مولکول چربی وآب را به صفحه عرضی میبرد.(با فرض استفاده از پالس 90 درجه) مانند شکل زیر از آنجا که مغناطش طولی بیشتری در مولکول چربی قبل از پالس RF وجود دارد، مغناطش عرضی بیشتری هم بعد ازاعمال پالس RF در آن وجود دارد.

بنابراین چربی سیگنال بالایی دارد ودر تصاویرT1 روشن ظاهر می شود.

واز آنجا که مغناطش طولی کمتری در مولکول آب قبل از پالس RFوجود دارد،مغناطش عرضی کمتری هم بعد از پالس RF در آن وجود دارد.

بنابراین آب سیگنال پایینی دارد ودر تصاویرT1 تیره ظاهر می شود. به این تصاویر T1 WEIGHTED یا تصاویر با وزن T1 گفته می شود.

کنتراست چربی و آب در ام آر آی

کنتراست T2به چه صورت است:

زمان آسایش T2مولکول چربی کوتاه تر از مولکول آب است ،بنابراین جز عرضی مغناطش چربی سریعتر فروپاشی می شود.

اندازه ی بردار مغناطش عرضی مولکول آب بزرگ است،آب سیگنال بالایی دارد و در تصاویر با کنتراستT2به صورت روشن دیده می شود.با این حال اندازه مغناطش عرضی در چربی کوچک است، بنابراین چربی سیگنال کمی دارد و در تصویر کنتراست T2 تیره به نظر می رسد. به این تصاویر T2 WEIGHTED یا تصاویر با وزن T2 گفته می شود.

کنتراست دانسیته پروتونی یا PD به چه صورت است?

کنتراست دانسیته پروتونی به تفاوت در شدت سیگنال بین بافتها اشاره دارد .برای تولید این کنتراست می بایست جز عرضی مغناطش این تفاوت ها را نشان دهد.بافت های دارای دانسیته پروتونی بالا نظیر بافت مغز جز عرضی مغناطش بزرگی دارند در نتیجه سیگنال بالاتری هم دارند ودر تصاویر با کنتراستPD به صورت روشن دیده می شوند.

بافت های دارای دانسیته پروتونی پایین نظیر کورتکس استخوان جز عرضی مغناطش کوچکتری دارند در نتیجه سیگنال پایین تری هم دارند ودر تصاویر با کنتراست PD به صورت تیره دیده می شوند.

با این که دانسیته پروتونی به بیمار ومحل اسکن شده بستگی دارد، اما همیشه وجود خواهد داشت.

جمع بندی:

• مولکول چربی زمان T1 و T2کوتاهی دارد.
• مولکول آب زمان T1 و T2 بلندی دارد.
• به منظور تولید یک سیگنال بلند می بایست، جز مغناطش ذاتی( coherent magnetization )بزرگی در صفحه ی عرضی وجود داشته باشد تا سیگنال بزرگی در کویل القا شود.
• به منظور تولید یک سیگنال کوتاه می بایست، جز مغناطش ذاتی کوچکی در صفحه ی عرضی وجود داشته باشد تا سیگنال کوچکی در کویل القا شود.
• در تصاویر T1 WEIGHTED چربی روشن و آب تیره دیده خواهد شد.
• در تصاویر T2 WEIGHTED چربی تیره و آب روشن دیده خواهد شد.
• در تصاویر PD نقاط دارای دانسیته پرتونی بالا به رنگ روشن و نقاط دارای دانسیته پروتونی پایین، تیره دیده میشوند.

REFERENCES:

MRI at a Glance/CATHERINE WESTBROOK

MRI IN PRACTICE/Catherine Westbrook/ John Talbot/ Carolyn Kaut Roth

http://mriquestions.com