במהלך השנים האחרונות הפך ה-MRI (דימות תהודה מגנטית) לאחד הכלים החשובים ברפואה המודרנית. כלי זה מאפשר סריקה לא חודרנית של רקמות שונות בגוף מכף רגל ועד לרקמות המוח המסובכות, ומספק תמונה באיכות גבוהה ובדיוק רב.
MRI פועל על ידי שילוב של שדה מגנטי חזק בכיוון מסוים, ושדה מגנטי משתנה בעל תדירות קבועה (RF) בכיוון אחר. כתוצאה מכך, הספין של הפרוטונים שבאטומי המימן שבגופנו עובר תהליך הנקרא פרצסיה. הספין רוצה להצביע באותו הכיוון כמו השדה המגנטי החזק, אולם באמצעות השדה המשתנה בזמן ניתן להביא אותו למצב בו הוא אינו מיושר לחלוטין עם השדה המגנטי החזק, אלא יש זווית כלשהי ביניהם. כתוצאה מכך מתחיל הספין לבצע מעין תנועה מעגלית, כאשר הוא מסתובב מסביב לציר השדה המגנטי החזק.
בנוסף לכך יש לקחת בחשבון כי הספין של הפרוטון מגיב כל העת עם הסביבה בה הוא נמצא, וזו משנה את מצבו. במהלך הסיבוב פולט הפרוטון קרינה אלקטרומגנטית, אותה ניתן לקלוט ולנתח אותה וממנה לקבל תמונה של החומר הנבדק.
התדר בו מסתובב הספין תלוי בחוזק השדה המגנטי החזק והקבוע. על ידי יצירת שדה מגנטי בעוצמה שונה לאורך הדוגמה הנבדקת (המוח לדוגמה), ניתן ליצור מצב בו קיים קשר בין התדר בו מסתובב הספין למיקומו המרחבי. הספין פולט קרינה בתדר זהה לתדר בו הוא מסתובב, ועל כן כאשר מנתחים את הקרינה הנפלטת מן הדוגמה, על ידי הפרדה שלה לתדרים שונים, ניתן לדעת איזו קרינה נפלטה מאיזה איזור בדוגמה.
השדה המשתנה בזמן נוצר על ידי סליל בו מוזרם זרם. גם הקרינה אשר נפלטת מן הדוגמה נקלטת באמצעות סליל דומה. שני סלילים אלו נמצאים במרחק קטן מן הדוגמה הנבדקת. במקרה של מכשיר MRI רפואי, הכוונה היא כי הם נמצאים בקרבת לאדם הנבדק. הדבר יוצר גם חוסר נוחות, וגם מייקר מאוד את עלות המכשור.
בנוסף לכך לא ניתן להפיק מסלילים אלו תמונה טובה במידה ואורך הגל של הקרינה הנפלטת מן הדוגמה קטן מגודל הסליל. עובדה זו מגבילה את התדר של השדה המגנטי המשתה. תדר זה צריך להתאים לעוצמתו של השדה המגנטי החזק והקבוע, ולכן גודלו של הסליל מגביל בסופו של דבר את העוצמה של השדה המגנטי הקבוע בה ניתן לעבוד. תיאורטית עוצמה גבוהה יותר תאפשר קבלת תמונה מדויקת יותר, ועל כן גודלו של הסליל מגביל את איכות התמונה המתקבלת.
לאחרונה נערך לראשונה ניסוי, אשר מוכיח כי ניתן להתגבר על בעיה זו, על ידי שימוש באנטנה מרוחקת ולא בסלילים קרובים. קבוצת חוקרים מציריך, החליפו את מערך סלילי הRF של מכשיר MRI במערכת חדשה, המורכבת מאנטנה רחוקה ומוליך גלים המוליך את גלי הRF (גלים אלקטרומגנטיים, כלומר בעלי שדה מגנטי המשתנה בזמן בתדירות קבועה, כנדרש) אל הדוגמה, במקרה זה אדם.
שיטה זו עושה למעשה שימוש בסוג גל שונה. בעוד שהסלילים ייצרו גל עומד, בשיטה החדשה מייצרים החוקרים גלים המתקדמים במרחב, דרך מוליך הגלים ולאחר מכן דרך הדוגמה (האדם). שיטה זו אפשרה לחוקרים לכוון את הגל כך שיתאים לעבודה עם שדה מגנטי גבוה ביותר של כ7 טסלה (לשם השוואה מכשירי MRI רפואיים פועלים לרוב בג1.5 עד 3 טסלה בלבד).
החוקרים השתמשו במכשור זה על מנת לבצע סריקה של מתנדב. תמונה 1 מדגימה את התוצאות. בתמונה ניתן לראות משמאל את תוצאות הסריקה בשיטה החדשה, לעומת תוצאות הסריקה בשיטה הישנה. קל לזהות כי כעת ניתן לזהות פרטים רבים והתמונה השתפרה בהרבה.
אומנם מדובר בניסוי ראשון בלבד, אולם התוצאה נראית מבטיחה ביותר. השיטה החדשה תאפשר לא רק שיפור באיכות התמונה, אלא גם תקטין בעתיד את עלות מכשירי הMRI, ותשפר את נוחות השימוש במכשיר.
השוואה בין תמונה אשר התקבלה בשיטה החדשה (שמאל) והישנה (ימין)
ביבליוגרפיה
1. P. Glover, R. Bowtell, Nature 457, 971-972
2. D. O. Brunner et al. Nature 457, 994-997
מאת: ירון גרוס
המחלקה לפיסיקה של חומר מעובה
מכון ויצמן למדע
הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה תמיד מתקבלות בברכה.
