การสร้างภาพด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

การสร้างภาพด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (MRI) สร้างภาพตัดขวางจากสัญญาณเรโซแนนซ์แม่เหล็กนิวเคลียร์ของนิวเคลียสไฮโดรเจนในร่างกาย เมื่ออยู่ในสนามแม่เหล็กแรงสูงและถูกกระตุ้นด้วยคลื่นวิทยุ โปรตอนจะปล่อยสัญญาณที่มีความแรงขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของโปรตอนและคุณสมบัติการคลายตัวของเนื้อเยื่อ การเข้ารหัสเชิงพื้นที่ด้วยการไล่ระดับสนามแม่เหล็กจะเปลี่ยนสัญญาณนี้ให้เป็นภาพ MRI ให้ความคมชัดของเนื้อเยื่ออ่อนที่ดีเยี่ยมโดยไม่มีรังสีไอออไนซ์

Definition

การสร้างภาพด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นเทคนิคการสร้างภาพตัดขวางที่ทำแผนที่สัญญาณเรโซแนนซ์แม่เหล็กนิวเคลียร์ที่เข้ารหัสเชิงพื้นที่ของนิวเคลียสไฮโดรเจนในเนื้อเยื่อ โดยมีความคมชัดที่ควบคุมโดยความหนาแน่นของโปรตอนและเวลาการคลายตัว T1 และ T2 เป็นหลัก

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมพื้นฐานทางฟิสิกส์ของสัญญาณเรโซแนนซ์แม่เหล็ก บทบาทของความหนาแน่นของโปรตอนและเวลาการคลายตัว T1 และ T2 ในการสร้างความคมชัดของเนื้อเยื่อ การใช้การไล่ระดับสนามสำหรับการเข้ารหัสเชิงพื้นที่ และวิธีการที่ลำดับพัลส์ที่แตกต่างกันให้น้ำหนักแก่ภาพ นี่คือข้อมูลอ้างอิงเกี่ยวกับวิธีการที่ MRI แสดงภาพทางกายวิภาค ไม่ใช่คำแนะนำทางคลินิก

Core questions

• สัญญาณเรโซแนนซ์แม่เหล็กนิวเคลียร์ของโปรตอนเกิดขึ้นได้อย่างไรในสนามแม่เหล็ก?
• ความหนาแน่นของโปรตอนและเวลาการคลายตัว T1 และ T2 สร้างความคมชัดของเนื้อเยื่อได้อย่างไร?
• การไล่ระดับสนามแม่เหล็กเข้ารหัสตำแหน่งเชิงพื้นที่ลงในสัญญาณได้อย่างไร?
• ลำดับพัลส์กำหนดได้อย่างไรว่าภาพมีน้ำหนัก T1 หรือ T2?

Key concepts

• เรโซแนนซ์แม่เหล็กนิวเคลียร์ของนิวเคลียสไฮโดรเจน
• ความหนาแน่นของโปรตอน
• การคลายตัว T1 (ตามยาว)
• การคลายตัว T2 (ตามขวาง)
• การไล่ระดับสนามแม่เหล็กและการเข้ารหัสเชิงพื้นที่
• ลำดับพัลส์และการให้น้ำหนักภาพ
• รังสีที่ไม่ใช่ไอออไนซ์

Mechanisms

เมื่อร่างกายอยู่ในสนามแม่เหล็กสถิตที่แรง นิวเคลียสไฮโดรเจนจะจัดเรียงตัวตามสนามและสามารถถูกกระตุ้นด้วยพัลส์คลื่นวิทยุได้ เมื่อนิวเคลียสคลายตัว พวกมันจะปล่อยสัญญาณคลื่นวิทยุออกมา แอมพลิจูดของสัญญาณสะท้อนถึงความหนาแน่นของโปรตอนในท้องถิ่น ในขณะที่อัตราการฟื้นตัว (T1, การคลายตัวตามยาว) และการสลายตัว (T2, การคลายตัวตามขวาง) แตกต่างกันไปในแต่ละเนื้อเยื่อและเป็นแหล่งกำเนิดความคมชัดหลัก (Pykett et al., 1982) การไล่ระดับสนามแม่เหล็กที่ซ้อนทับบนสนามหลักทำให้ความถี่เรโซแนนซ์และเฟสขึ้นอยู่กับตำแหน่ง ซึ่งช่วยให้สัญญาณสามารถเข้ารหัสเชิงพื้นที่และสร้างใหม่เป็นภาพได้ (Lauterbur, 1973) โดยการปรับเปลี่ยนเวลาของพัลส์ ลำดับพัลส์สามารถทำให้น้ำหนัก T1, น้ำหนัก T2 หรือน้ำหนักความหนาแน่นของโปรตอน ซึ่งเน้นคุณสมบัติของเนื้อเยื่อที่แตกต่างกัน ฟิสิกส์โดยละเอียดครอบคลุมอยู่ในเอกสารอ้างอิงมาตรฐาน (Bushberg et al., 2012)

Clinical relevance

MRI ให้ความคมชัดของเนื้อเยื่ออ่อนที่เหนือกว่าสำหรับการแสดงภาพทางกายวิภาคของระบบประสาท กล้ามเนื้อและกระดูก และอวัยวะภายในโดยไม่มีรังสีไอออไนซ์ และความสัมพันธ์ระหว่างน้ำหนักของลำดับพัลส์กับลักษณะของเนื้อเยื่อเป็นสิ่งสำคัญพื้นฐานในการอ่านภาพเหล่านี้ (Pykett et al., 1982) ข้อมูลนี้อธิบายว่า MRI แสดงภาพทางกายวิภาคอย่างไร และไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยหรือการตัดสินใจในการรักษาเฉพาะบุคคล

History

MRI พัฒนามาจากการตรวจวัดสเปกตรัมเรโซแนนซ์แม่เหล็กนิวเคลียร์ในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 ในปี 1973 Paul Lauterbur แสดงให้เห็นว่าการไล่ระดับสนามแม่เหล็กสามารถเข้ารหัสเชิงพื้นที่สัญญาณ NMR เพื่อสร้างภาพได้ และ Peter Mansfield มีส่วนร่วมในวิธีการเข้ารหัสเชิงพื้นที่และการสร้างภาพที่รวดเร็ว ทั้งสองได้รับรางวัลโนเบลสาขาสรีรวิทยาหรือการแพทย์ในปี 2003 หลักการทางคลินิกเบื้องต้นได้รับการรวบรวมในทศวรรษต่อมา (Pykett et al., 1982) หลังจากนั้นความแรงของสนามที่สูงขึ้นและลำดับพัลส์ที่เร็วขึ้นได้ขยายการประยุกต์ใช้ทางกายวิภาคของเทคนิคนี้อย่างต่อเนื่อง

Key figures

• Paul Lauterbur
• Peter Mansfield

Seminal works

• lauterbur-1973
• pykett-1982

Frequently asked questions

เหตุใด MRI จึงไม่ใช้รังสีไอออไนซ์?

MRI สร้างสัญญาณจากนิวเคลียสไฮโดรเจนที่ตอบสนองต่อสนามแม่เหล็กแรงสูงและพัลส์คลื่นวิทยุ แทนที่จะใช้รังสีเอกซ์ ดังนั้นจึงไม่ทำให้ผู้ป่วยได้รับรังสีไอออไนซ์

อะไรเป็นตัวกำหนดว่าภาพมีน้ำหนัก T1 หรือ T2?

การกำหนดเวลาของลำดับพัลส์เป็นตัวกำหนดว่าคุณสมบัติการคลายตัวใดมีอิทธิพลต่อความคมชัด: พารามิเตอร์ที่เหมาะสมจะทำให้ภาพเน้นการคลายตัว T1 (ตามยาว) หรือ T2 (ตามขวาง) ซึ่งจะเปลี่ยนลักษณะที่ปรากฏของเนื้อเยื่อ