Manyetik Rezonans Nedir, Ne İşe Yarar

Manyetik rezonans görüntüleme, kısaca MRG veya MR, insan vücudunu ‘noninvaziv’ olarak görüntüleme yöntemlerinden biridir. Ağrısız, alerjen olabilecek ilaç verilme zorunluluğu olmayan ve radyoaktif x-ışını kullanmayan bir tanı tekniğidir. MRG sistemler kompleks sistemler olduğu için kendilerine ait fiziksel denklemlere ve temellere dayanmaktadır. MR Fiziğini burada tam olarak anlatamayacağımız gibi, çalışma sistemini de bu yazıdan tümüyle öğrenemeyeceğiz. Fakat, mühendis beyinler olarak bu sistemin çalışma mantığını basite indirgeyerek, temelleri hakkında fikir sahibi olabiliriz. Bu yazımızda bu sistemlerin bu kompleks yapısını, bir nebze olsun temel bileşenleriyle bilgi haznemize katmaya çalışacağız.

MR cihazını incelediğimizde 3 temel bölümden oluştuğunu görürüz. Bunlar;

• Magnet
• Kabinetler
• Görüntü İşleme ve Operatör Bilgisayarlarıdır.

Magnet kısmı içerisinde çok yüksek hızda dönen ve kabinet içerisinde yüksek seviyede (kabaca dünyanın manyetik alanının 25 bin katı) manyetik alan oluşturan bir elektromıknatıs bulunur. Oluşan bu manyetik alanı kullanarak insan vücudu üzerinde çeşitli etkiler yaratılır.

Peki bu oluşan manyetik alan ne işe yarar

Bunu anlayabilmek için öncelikle şu noktalara değinmeliyiz. İnsan vücudu evrendeki tüm maddeler gibi atomlardan oluşmuştur. Atomlar proton, elektron ve nötronlardan meydana gelir. Atom çekirdeğinde bulunan protonlar ve nötronlar kendi etraflarında(spin), çekirdek çevresinde belirli enerji seviyelerinde bulunan elektronlar ise hem kendi etraflarında, hem de çekirdek etrafında belli yörüngelerde dönmektedirler.

Bilindiği üzere insan vücudunun büyük bir kısmı sudur. Su molekülleri H ve O atomlarından oluşur. Her bir H atomu 1 adet proton içerir. Çekirdeğin içerisinde bulunan ve spin hareketi yapan protonlar, dönme aksislerine paralel bir manyetik moment oluştururlar (M). Bu manyetik moment vektörel olarak aşağıdaki gibi gösterilir.

Normal bir dokuda (şu anda bizim vücudumuzda olduğu gibi) protonların bu manyetik vektörlerinin yönleri belirli bir düzen göstermez. Protonları (yani incelemek istediğimiz dokuyu) güçlü bir manyetik alan içine koyarsak; bu protonların manyetik vektörlerinin bir bölümü magnet vektörüne (Bo) paralel, kalan bölümünü anti-paralel olarak dizer.

Protonlar bu şekilde dizildikten sonra, dokunun net manyetik vektöründen faydalanarak dokudan sinyal elde edilebilmesi için radyo dalgaları (RF) kullanılır. Hidrojen atomundaki protonun salınım frekansında radyo dalgası kullanıldığında, salınım hareketi yapmakta olan bazı protonların RF’den enerjiyi absorbe edip konum değiştirmeleri ve bir süre sonra yine aynı protonların absorbe ettikleri enerjiyi ortama vererek eski konumlarına geri döndükleri gözlenir. İşte bu duruma ‘REZONANS’ denmektedir.

90° RF ve 180° RF pulse  genellikle sırayla uygulanır. Bu RF’lerin M üzerindeki etkisi aşağıdaki grafikteki gibidir. 90° RF pulse etkisiyle M vektörü Bo vektörüne dik açı yapar. Aynı zamanda, 180° RF pulse etkisi ile protonlar arasında “in-phase” durumu oluşmaktadır; bunun anlamı protonların vektor uçlarının aynı anda salınım çemberinin aynı noktasında olmasıdır.  90° RF’ten sonra uygulanan 180° RF genellikle tekrar odaklama için kullanılmaktadır. Genel kullanım şekli 90°-180° şeklindedir. Daha net görüntü istenen durumlarda tekrarlanan 180° RF sayısı artırılabilir (90°-180°-180°.. şeklinde).

Önceden Bo vektörüne paralel olan M vektörü, 90° RF’ten sonra Bo vektörüne dik hale gelir. Bu sırada spin hareketi ilk halindeki gibi devam etmektedir. Değişen sadece M vektörünün yönüdür. Bu konumdaki proton enerjiyi tekrar dışarıya RF dalgası olarak salmaya başlar ve protonlar yavaş yavaş yine Bo vektörüne paralel duruma geçerler. Bu sırada okunan sinyaller görüntü işleme için kullanılan sinyallerdir ve ‘echo’ olarak adlandırılırlar. Aşağıdaki şekil bu işlemi grafiksel olarak göstermektedir.

Echo sinyalleri toplandıktan sonra bilgisayarda işlenir ve ortaya MR görüntüleri çıkar. İşte sağlığımız için son derece önemli olan MR sistemlerinin çalışma mantığının temelleri bu şekildedir. Elbette MR sistemlerinde bu yazıda anlattığımızdan çok daha fazla detay mevcuttur fakat; bu devasa sistemi kafamızda fikir oluşması açısından bu şekilde basite indirgeyebiliriz. Aşağıdaki video da daha iyi anlamanız konusunda size yardımcı olacaktır.