Wie funktioniert ein MRI-Gerät für die Orthopädie?

MRI steht für Magnetresonanztomographie. Tatsächlich ist der richtige Name für diese Studie ein Kernspinresonanzbild (NMRI), aber als die Technik für die Verwendung im Gesundheitswesen entwickelt wurde, wurde die Konnotation des Wortes "Kern" als zu negativ empfunden und wurde nicht berücksichtigt der akzeptierte Name

Die MRI basiert auf den physikalischen und chemischen Grundlagen der Kernspinresonanz (NMR), einer Technik, mit der Informationen über die Natur von Molekülen gewonnen werden können.

Wie funktioniert MRI?

Lassen Sie uns zunächst die Teile des MRI-Geräts betrachten. Die drei Grundkomponenten des MRI-Geräts sind:

• Der Hauptmagnet
  • Der größte Teil der MRI ist der Primärmagnet. Die Entwicklung eines Magnetfelds mit ausreichender Stärke zur Erzeugung von MRI-Bildern war eine frühe Hürde, die bei der Entwicklung dieser Technologie zu überwinden war.
• Die Gradientenmagnete
  • Das Gradientenmagnete sind die Feinabstimmung des MRI-Geräts. Sie ermöglichen es dem MRI, sich auf einen bestimmten Körperteil zu konzentrieren. Die Gradientenmagnete sind auch für das "Klirren" in einer MRI verantwortlich.
• Die Spule
  • Neben dem Teil Ihres Körpers wird abgebildet Die Spule. Es gibt Wicklungen für Schultern, Knie und andere Körperteile. Die Spule sendet eine Radiofrequenz aus, die eine MRI ermöglicht.

Der primäre Magnet

Ein Permanentmagnet (wie Sie ihn an Ihrer Kühlschranktür verwenden), der für eine MRT geeignet ist, wäre zu teuer und zu umständlich, um ihn zu lagern. Die andere Möglichkeit, einen Magneten herzustellen, besteht darin, einen elektrischen Draht zu wickeln und einen Strom durch den Draht zu leiten. Dies erzeugt ein Magnetfeld in der Mitte der Spule. Um ein Magnetfeld zu erzeugen, das stark genug ist, um eine MRI durchzuführen, dürfen die Drahtwicklungen keinen Widerstand haben. Daher werden sie in flüssigem Helium bei einer Temperatur von 450 Grad Fahrenheit unter Null gebadet! Dadurch können die Spulen Magnetfelder von 1,5 bis 3 Tesla (die Stärke der meisten medizinischen MRIs) entwickeln, die mehr als 20.000 Mal stärker sind als das Erdmagnetfeld.

Die Gradientenmagnete

Innerhalb eines MRI-Geräts gibt es drei kleinere Magnete, sogenannte Gradientenmagnete. Diese Magnete sind viel kleiner als der Primärmagnet (etwa 1/1000 stark), erlauben jedoch eine sehr präzise Änderung des Magnetfelds. Mit diesen Gradientenmagneten können Bild- "Scheiben" des Körpers erstellt werden. Durch Ändern der Gradientenmagnete kann das Magnetfeld gezielt auf einen ausgewählten Körperteil fokussiert werden.

Die Spule

Die MRI verwendet die Eigenschaften von Wasserstoffatomen, um zwischen verschiedenen Geweben im menschlichen Körper zu unterscheiden. Der menschliche Körper besteht hauptsächlich aus Wasserstoffatomen (63%), andere übliche Elemente sind Sauerstoff (26%), Kohlenstoff (9%), Stickstoff (1%) und relativ geringe Mengen an Phosphor, Calcium und Natrium. Die MRI verwendet eine Eigenschaft von Atomen, die "Spin" genannt wird, um Unterschiede zwischen Geweben wie Muskeln, Fett und Sehnen zu unterscheiden.

Wenn sich ein Patient in einem MRI-Gerät befindet und der Magnet eingeschaltet ist, neigen die Kerne der Wasserstoffatome dazu, sich in eine von zwei Richtungen zu drehen. Diese Wasserstoffatomkerne können ihre Spinorientierung oder Präzisierung in die entgegengesetzte Orientierung überführen. Um die andere Richtung zu drehen, Die Spule sendet eine Radiofrequenz (RF) aus, die diesen Übergang verursacht (die für diesen Übergang erforderliche Energiefrequenz ist spezifisch und wird als Larmourfrequenz bezeichnet).

Das Signal, das zur Erzeugung von MRI-Bildern verwendet wird, wird von der Energie abgeleitet, die von Molekülen freigesetzt wird, die sich in einen energiereichen Zustand umwandeln oder in den Zustand niedrigerer Energie übergehen. Dieser Energieaustausch zwischen den Spinzuständen wird als Resonanz und daher als Magnetresonanztomographie bezeichnet.

Alles zusammenfügen

Die Spule dient auch dazu, die durch die magnetische Induktion von den Atomen abgeleitete Energie zu erfassen. Ein Computer interpretiert die Daten und erstellt Bilder, die die unterschiedlichen Resonanzeigenschaften verschiedener Gewebetypen anzeigen. Wir sehen dies als ein Bild von Graustufen - einige Körpergewebe zeigen dunkler oder heller, je nach den oben genannten Vorgängen.

Patienten, bei denen eine MRI geplant ist, werden einige spezifische Fragen gestellt, um festzustellen, ob die MRI für diesen Patienten sicher ist. Einige der angesprochenen Themen sind:

• Metall im Körper
  • Patienten mit Metallimplantaten im Körper müssen das MRI-Personal vor einem MRT-Test benachrichtigen. Einige Metallimplantate sind mit MRI kompatibel, einschließlich der meisten orthopädischen Implantate. Einige Implantate verhindern jedoch, dass Patienten jemals ein MRT erhalten, wie z. B. Aneurysmaklammern im Gehirn und metallische Augenimplantate.
• Implantierte Geräte
  • Patienten mit Herzschrittmacher oder internen Defibrillatoren müssen das MRI-Personal benachrichtigen, da diese Geräte die Verwendung eines MRI-Tests verhindern.
• Kleidung / Schmuck
  • Metallkleidung oder Schmuck sollten vor einer MRT-Untersuchung entfernt werden.

Metallgegenstände in der Nähe einer MRT können gefährlich sein. Im Jahr 2001 wurde ein sechsjähriger Junge getötet, als ein Sauerstofftank das Kind traf. Wenn der MRI-Magnet eingeschaltet wurde, wurde der Sauerstofftank in das MRI eingesaugt, und das Kind wurde von diesem schweren Objekt getroffen. Aufgrund dieses potenziellen Problems achten die MRI-Mitarbeiter sehr sorgfältig auf die Sicherheit der Patienten.

Der Lärm

Patienten klagen häufig über ein "klirrendes" Geräusch, das von MRI-Geräten verursacht wird. Dieses Geräusch kommt von den zuvor beschriebenen Gradientenmagneten. Diese Gradientenmagneten sind im Vergleich zum primären MRI-Magneten zwar recht klein, sie sind jedoch wichtig, damit kleine Veränderungen im Magnetfeld den entsprechenden Körperteil am besten "sehen" können.

Der Raum

Einige Patienten sind klaustrophobisch und möchten nicht in ein MRT-Gerät geraten. Zum Glück gibt es mehrere Möglichkeiten.

• MRT der Extremität
  • Bei neuen MRIs müssen Sie nicht in einer Röhre liegen. Patienten mit einer MRI des Knies, des Knöchels, des Fußes, des Ellbogens oder des Handgelenks können diesen Körperteil einfach in das MRI-Gerät einlegen. Dieser Maschinentyp funktioniert nicht für die MRT der Schultern, der Wirbelsäule, der Hüften oder des Beckens.
• Öffnen Sie MRIs
  • Offene MRIs hatten erhebliche Qualitätsprobleme, aber die Bildtechnologie hat sich in den letzten Jahren ein wenig verbessert. Während geschlossene MRIs von vielen Ärzten immer noch bevorzugt werden, kann das offene MRI eine geeignete Alternative sein.
• Sedierung
  • Einige Patienten haben Schwierigkeiten, die 45 Minuten, die für die Durchführung einer MRT erforderlich sind, still zu sitzen, insbesondere mit dem Geräusch, das von der Maschine abgeht. Daher kann es angebracht sein, vor einer MRI-Studie ein Medikament einzunehmen, um sich zu entspannen. Besprechen Sie dies mit Ihrem Arzt, bevor Sie die MRI-Studie planen.