Μαγνητική Τομογραφία

Που στηρίζεται η μαγνητική τομογραφία.Το άτομο του υδρογόνου (Η) έχει στον πυρήνα του ένα πρωτόνιο. Αυτό το πρωτόνιο περιστρέφεται γύρω από τον άξονά του(όπως η Γη περιστρέφεται γύρω από τον εαυτό της). Αυτή η κίνηση λέγεται spin του πρωτονίου(στα ελληνικά λέγεται ιδιοπεριστροφή).
Το πρωτόνιο όμως έχει φορτίο (θετικό). Η κίνηση ενός φορτίου δημιουργεί ηλεκτρικό ρεύμα. Ένα ηλεκτρικό ρεύμα δημιουργεί γύρω του μαγνητικό πεδίο. Δηλ. το πρωτόνιο είναι σαν ένας μικρός ραβδόμορφος μαγνήτης. Αυτός ο μαγνήτης έχει έναν τυχαίο προσανατολισμό. Αν όμως ο μαγνήτης βρεθεί μέσα σε εξωτερικό μαγνητικό πεδίο, παίρνει έναν καθορισμένο προσανατολισμό(όπως και η πυξίδα, επειδή βρίσκεται μέσα στο μαγνητικό πεδίο της Γης). Αυτός ο προσανατολισμός είναι σταθερός δηλ. χαμηλής ενέργειας. Μπορεί όμως ο προσανατολισμός του μαγνήτη να είναι και ακριβώς ο αντίθετος. Αυτή όμως η κατάσταση είναι ασταθής δηλ. υψηλής ενέργειας. Γι’ αυτό ο μαγνήτης, αν βρεθεί σ’ αυτήν, τείνει να επιστρέψει στην προηγούμενη κατάσταση. ( Τα ίδια συμβαίνουν αν προσπαθήσουμε με το χέρι μας να γυρίσουμε την βελόνα της πυξίδας εντελώς αντίθετα). Άρα λοιπόν το πρωτόνιο όταν βρίσκεται μέσα σε εξωτερικό μαγνητικό πεδίο, μπορεί να βρίσκεται σε 2 καταστάσεις ενεργείας, μια χαμηλή και μια υψηλή(και φυσικά επιλέγει να βρίσκεται στην χαμηλή). Αν εμείς ρίξουμε πάνω στο πρωτόνιο ακτινοβολία που τα φωτόνιά της έχουν ενέργεια ίδια ακριβώς με την διαφορά των 2 ενεργειών, το πρωτόνιο απορροφάει την ενέργεια (διεγείρεται) και μεταβαίνει στην υψηλή ενεργειακή κατάσταση. Αμέσως όμως επιστρέφει στην χαμηλή (αποδιεγείρεται)και αποβάλλει την παραπανίσια ενέργεια εκπέμποντας ακτινοβολία ίδια μ’ αυτήν που το διέγειρε. Την ακτινοβολία που εκπέμπει την πιάνουμε με κατάλληλους δέκτες. Ναι αλλά, πως θα ξέρουμε ποια ακτινοβολία θα απορροφήσει ; Το ακτινοβολούμε ( με ακτινοβολίες του μεγέθους των FM του ραδιοφώνου) και σταδιακά αυξάνουμε την ενέργεια των φωτονίων της ακτινοβολίας. Μόλις ο δέκτης μάς δώσει σήμα, σημαίνει ότι αυτό το φωτόνιο απορροφήθηκε, άρα ξέρουμε την διαφορά των 2 ενεργειακών καταστάσεων του πρωτονίου. Αυτή η διαφορά εξαρτάται από το μέγεθος (πόσο ισχυρό είναι)του εξωτερικού μαγνητικού πεδίου(που το κανονίζουμε εμείς), και από τι άτομα έχει γύρω του το υδρογόνο, άρα καταλαβαίνουμε σε ποια χημική ένωση βρίσκεται.
Πως εφαρμόζονται αυτά στην πράξη.Το σώμα μας αποτελείται πάνω από 60% από άτομα υδρογόνου(Η). Ας μη ξεχνάμε ότι το σώμα μας αποτελείται περίπου 70% από νερό, Η2Ο. Και ακόμα πολλά άλλα χημικά μόρια όπως τα λιπίδια των μεμβρανών των κυττάρων, περιέχουν υδρογόνο. Βάζουμε το υπό εξέταση τμήμα π.χ. κεφάλι(για μαγνητική εγκεφάλου), μέσα στον τομογράφο. Εφαρμόζεται ισχυρό μαγνητικό πεδίο, ικανό να σηκώσει και ένα αυτοκίνητο, αλλά ακίνδυνο για μας, αρκεί να έχουμε βγάλει όλα τα κοσμήματα, να μην έχουμε πάνω μας συσκευές όπως π.χ. βηματοδότες καρδιάς, και να έχουμε ενημερώσει το προσωπικό αν έχουμε εμφυτευμένα μέταλλα π.χ. ορθοπεδικές λάμες, δακτυλίους ανευρυσμάτων στον εγκέφαλο κλπ. Αρχίζουμε και ακτινοβολούμε κάθε περιοχή του εγκεφάλου με ακτινοβολίες της τάξεως των FM και σταδιακά τις αυξάνουμε και όπως εξηγήσαμε στην προηγούμενη παράγραφο, αρχίζουν και διεγείρονται τα πρωτόνια (λέγεται συντονισμός) ανάλογα σε ποια χημική ένωση βρίσκονται. Όσο περισσότερα είναι τα πρωτόνια που συντονίζονται, τόσο ισχυρότερο είναι και το σήμα(π.χ. σε περίπτωση αφυδάτωσης μιας περιοχής, το σήμα των πρωτονίων από τα μόρια του νερού θα είναι αδύνατο). Περιστρέφοντας το μαγνητικό πεδίο ( και αυτό είναι που προκαλεί τους ενοχλητικούς θορύβους που ακούμε ), γύρω από το σώμα μας, μπορούμε να το εστιάσουμε σε οποιαδήποτε μικρή περιοχή μας ενδιαφέρει να παρατηρήσουμε. Από την ένταση των σημάτων που πιάνουν οι δέκτες καταλαβαίνουμε πόσα είναι τα πρωτόνια και από την θέση των σημάτων καταλαβαίνουμε σε ποια χημική ένωση βρίσκονται. Όλες αυτές οι πληροφορίες διαβιβάζονται σε ηλεκτρονικό υπολογιστή(που έχει βέβαια το κατάλληλο πρόγραμμα), τις επεξεργάζεται και μας δίνει την γνωστή σε όλους μας μαγνητική τομογραφία.
Πλεονεκτήματα της μαγνητικής τομογραφίας.Η τεχνική της μαγνητικής τομογραφίας αναπτύχθηκε στις αρχές της δεκαετίας του 1970 από τους Paul Lauterbur, χημικό στο Πανεπιστήμιο του Illinois και τον Sir Peter Mansfield, του Πανεπιστημίου του Nottingham και γι’ αυτό τους απονεμήθηκε το 2003 το βραβείο Nobel Ιατρικής. Είναι τελείως ακίνδυνη, γιατί χρησιμοποιούνται ραδιοσυχνότητες, ενώ στην αξονική τομογραφία όπως και στις απλές ακτινογραφίες, χρησιμοποιούνται ακτίνες Χ που είναι βλαβερές. Το αστείο είναι ότι επειδή στο όνομα της μεθόδου υπάρχει η λέξη «πυρηνικός»( η μέθοδος λέγεται πυρηνικός μαγνητικός συντονισμός), μερικοί αμερικανοί φοβούνται να την κάνουν, ενώ δεν φοβούνται καθόλου τις ακτίνες Χ. Είναι η καλύτερη μέθοδος(με την μεγαλύτερη ευκρίνεια) για απεικόνιση εσωτερικών οργάνων π.χ. εγκεφάλου, σπλάχνων, μυών, νεύρων κλπ και γενικά κάθε μαλακού ιστού. Πολλοί όγκοι που δεν φαίνονται με ακτίνες Χ, φαίνονται στη μαγνητική. Ένα άλλο πλεονέκτημα είναι ότι όταν παρατηρούμε μια μικρή περιοχή, δεν κάνουν παρεμβολές δομές που είναι μπροστά της και πίσω της. Βέβαια υπάρχει το μειονέκτημα ότι ο απαιτούμενος εξοπλισμός είναι αρκετά ακριβός, με αποτέλεσμα οι μαγνητικές τομογραφίες να είναι ακριβές. Βέβαια για μας καλύπτει την δαπάνη το Ελληνικό Δημόσιο, και ευτυχώς εδώ και λίγο καιρό χωρίς να μας υποβάλλει στην ταλαιπωρία της έγκρισης.


Βιβλιογραφία : 1. Serway & Beichner, Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics, εκδ. Saunders college publishing, Philadelphia, 2000. 2. Ebbing & Gammon, General Chemistry, εκδ. Houghton Mifflin, New York & Boston, 2005. 3. http://physics.miningco.com/msubtext.htm