एमआरआई सिग्नल तीव्रता और ऊतक विश्राम

चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग एकल घनत्व मान से नहीं, बल्कि इस बात से कंट्रास्ट प्राप्त करती है कि ऊतक में हाइड्रोजन नाभिक रेडियोफ्रीक्वेंसी पल्स के बाद संतुलन में कैसे लौटते हैं। दो विशिष्ट समय — T1 (अनुदैर्ध्य विश्राम) और T2 (अनुप्रस्थ विश्राम) — प्रोटॉन घनत्व के साथ मिलकर यह निर्धारित करते हैं कि कोई ऊतक चमकीला या गहरा दिखाई देता है, और वे ऊतकों के बीच पर्याप्त रूप से भिन्न होते हैं ताकि एमआरआई को उसका समृद्ध नरम-ऊतक कंट्रास्ट मिल सके।

Definition

एमआरआई सिग्नल तीव्रता ऊतक हाइड्रोजन नाभिक द्वारा उत्सर्जित रेडियोफ्रीक्वेंसी सिग्नल का परिमाण है क्योंकि वे उत्तेजना के बाद शिथिल होते हैं; यह प्रोटॉन घनत्व और ऊतक-विशिष्ट अनुदैर्ध्य (T1) और अनुप्रस्थ (T2) विश्राम समय द्वारा नियंत्रित होता है, जिसमें अधिग्रहण के समय द्वारा निर्धारित छवि भारण होता है।

Scope

यह विषय एमआरआई सिग्नल तीव्रता के भौतिक मूल की व्याख्या करता है: प्रोटॉन घनत्व, T1 और T2 विश्राम, और कैसे अनुक्रम भारण यह चुनता है कि कौन सा गुण छवि पर हावी है। इसमें यह भी शामिल है कि कैसे पैरामैग्नेटिक गैडोलीनियम-आधारित एजेंट सिग्नल को बढ़ाने के लिए विश्राम समय को कम करते हैं। यह इस बात का एक संदर्भ विवरण है कि ऊतक एमआर सिग्नल में क्यों भिन्न होते हैं, न कि अनुक्रम निर्धारण या कंट्रास्ट प्रशासन पर मार्गदर्शन।

Core questions

• ऊतक से एमआर सिग्नल कौन सी भौतिक प्रक्रिया उत्पन्न करती है?
• T1 और T2 विश्राम कैसे भिन्न होते हैं, और प्रत्येक को क्या नियंत्रित करता है?
• एक ही ऊतक एक अनुक्रम पर चमकीला और दूसरे पर गहरा क्यों दिखता है?
• गैडोलीनियम-आधारित कंट्रास्ट एजेंट ऊतक सिग्नल को कैसे बदलते हैं?
• द्रव, वसा और ठोस ऊतक विशिष्ट सिग्नल पैटर्न क्यों दिखाते हैं?

Key concepts

• प्रोटॉन (स्पिन) घनत्व
• T1 अनुदैर्ध्य विश्राम
• T2 अनुप्रस्थ विश्राम
• अनुक्रम भारण (T1-, T2-, और प्रोटॉन-घनत्व-भारित)
• गैडोलीनियम-आधारित कंट्रास्ट एजेंट
• रिलैक्सिविटी

Key theories

परमाणु चुंबकीय अनुनाद का विश्राम सिद्धांत (बीपीपी सिद्धांत)

ब्लोमबर्गेन, पर्सल और पाउंड ने बताया कि कैसे आणविक गति नाभिक के चुंबकीय वातावरण को संशोधित करती है और इस प्रकार अनुदैर्ध्य और अनुप्रस्थ विश्राम की दरों को नियंत्रित करती है, जिससे यह भौतिक आधार मिलता है कि T1 और T2 ऊतकों के बीच क्यों भिन्न होते हैं।

Mechanisms

एक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र में रखे जाने पर, हाइड्रोजन नाभिक संरेखित होते हैं और एक रेडियोफ्रीक्वेंसी पल्स द्वारा झुकाए जा सकते हैं; जैसे ही वे पुनः संरेखित होते हैं, अनुदैर्ध्य चुंबकत्व समय स्थिरांक T1 के साथ ठीक हो जाता है जबकि अनुप्रस्थ चुंबकत्व समय स्थिरांक T2 के साथ क्षय होता है। दरें इस बात पर निर्भर करती हैं कि आणविक गति स्थानीय चुंबकीय क्षेत्रों को कैसे संशोधित करती है, जैसा कि ब्लोमबर्गेन, पर्सल और पाउंड द्वारा वर्णित है, इसलिए विभिन्न जल बंधन और मैक्रोमोलेक्यूलर सामग्री वाले ऊतकों में अलग-अलग विश्राम समय होते हैं। उत्तेजना और सिग्नल रीडआउट के समय का चयन करके, एक अधिग्रहण को T1, T2, या प्रोटॉन घनत्व की ओर भारित किया जा सकता है। पैरामैग्नेटिक गैडोलीनियम चेलेट्स उतार-चढ़ाव वाले स्थानीय क्षेत्र बनाते हैं जो आस-पास के T1 (और T2) को छोटा करते हैं, T1-भारित छवियों पर ऊतक को चमकीला करते हैं; इस प्रभाव की दक्षता एजेंट की रिलैक्सिविटी है, जिसकी समीक्षा कारवां और सहयोगियों द्वारा की गई है।

Clinical relevance

विश्राम-आधारित कंट्रास्ट एमआरआई को उन ऊतकों को अलग करने की अनुमति देता है जो अन्य तौर-तरीकों पर समान दिखते हैं, जो नरम-ऊतक शरीर रचना की व्याख्या के लिए केंद्रीय है। यह प्रविष्टि एमआर सिग्नल के भौतिक आधार का वर्णन करती है और व्यक्तिगत रोगियों के लिए अनुक्रम, एजेंट या खुराक का चयन करने का आधार नहीं है।

Evidence & guidelines

विश्राम भौतिकी सेमिनल ब्लोमबर्गेन-पर्सल-पाउंड विश्लेषण और एनएमआर छवि निर्माण के लाउटरबर के प्रदर्शन पर आधारित है, जिसमें कंट्रास्ट-प्रासंगिक ऊतक अंतर पहली बार दमाडियन द्वारा उजागर किए गए थे। गैडोलीनियम एजेंटों का रसायन विज्ञान और व्यवहार कारवां और सहयोगियों में समेकित है, और बुशबर्ग और सहयोगियों जैसे ग्रंथों में इमेजिंग भौतिकी।

History

एमआर कंट्रास्ट के अंतर्निहित विश्राम व्यवहार को 1948 में ब्लोमबर्गेन, पर्सल और पाउंड द्वारा चित्रित किया गया था। दमाडियन की 1971 की रिपोर्ट कि ऊतकों के बीच विश्राम समय भिन्न होता है, ने एक नैदानिक उपयोग का सुझाव दिया, और लाउटरबर की 1973 की स्थानिक-एन्कोडिंग विधि ने एनएमआर को एक इमेजिंग तकनीक में बदल दिया। गैडोलीनियम चेलेट्स, जिनकी 1999 में व्यापक रूप से समीक्षा की गई थी, ने बाद में ऊतक विश्राम और इस प्रकार सिग्नल में हेरफेर करने का एक नियंत्रणीय तरीका प्रदान किया।

Key figures

• Paul Lauterbur
• Nicolaas Bloembergen
• Edward Purcell
• Raymond Damadian

Seminal works

• bloembergen-1948
• lauterbur-1973
• damadian-1971

Frequently asked questions

T1 और T2 विश्राम में क्या अंतर है?

T1 बताता है कि अनुदैर्ध्य चुंबकत्व मुख्य क्षेत्र के साथ कितनी जल्दी ठीक होता है, जबकि T2 बताता है कि अनुप्रस्थ चुंबकत्व कितनी जल्दी क्षय होता है; दोनों आणविक गति के विभिन्न पहलुओं से उत्पन्न होते हैं कि कैसे नाभिक को परेशान करता है, इसलिए वे ऊतकों के बीच स्वतंत्र रूप से भिन्न होते हैं।

T2-भारित छवि पर द्रव चमकीला क्यों दिखता है लेकिन T1-भारित छवि पर गहरा क्यों दिखता है?

द्रव में लंबा T1 और लंबा T2 विश्राम समय होता है, इसलिए यह कम सिग्नल देता है जहां T1 अंतर छवि पर हावी होते हैं और उच्च सिग्नल देता है जहां T2 अंतर हावी होते हैं।

गैडोलीनियम कंट्रास्ट ऊतक को कैसे चमकीला करता है?

गैडोलीनियम पैरामैग्नेटिक होता है और उतार-चढ़ाव वाले स्थानीय चुंबकीय क्षेत्र बनाता है जो आस-पास के जल प्रोटॉन के T1 को छोटा करते हैं, T1-भारित छवियों पर सिग्नल बढ़ाते हैं जहां एजेंट जमा होता है।