Manyetik rezonans görüntüleme (MRI), doktorların kanser gibi hastalıkları teşhis etmek için kullandıkları yaygın bir stratejidir. Hasta, güçlü bir mıknatıs ve çeşitli bobinler içeren bir tarayıcının deliğine kayan bir masaya yerleştirilir. Makine, hastanın içinin görüntülerini oluşturmak için elde edilen manyetik alanı ve radyo dalgalarını kullanır.
Tam vücut MRI tarayıcıları ilk olarak 1980’lerin başında hastanelerde klinik olarak kullanıldı, ancak bunlar hantal ve pahalıydı. Makineler tarafından üretilen manyetik alan bazen MRI tarayıcısının bulunduğu odanın dışına çıktığı için güvenlik önlemlerinin uygulanması gerekiyordu. Başıboş alan, kalp pillerini ve diğer metal tıbbi cihazları etkileyebileceği için tehlikeliydi.
Manyetik alanı odaya hapsetmek için duvarlara, tavana ve zemine demir levhalar yerleştirildi. olarak bilinen strateji pasif korumabununla birlikte, artan inşaat maliyetleri ve bir tarayıcının kurulumu için geçen süre. Yöntem aynı zamanda makinelerin nerede üretilebileceğini ve kullanılabileceğini de kısıtladı.
1986’da MRI sistemlerinde ikincil aktif korumalı süper iletken mıknatısların eklenmesi, demir sac ihtiyacını ortadan kaldırdı. İngiltere, Oxfordshire’daki Oxford Instruments’ta (şimdi Siemens’in bir parçası) bir bilim insanı ekibi tarafından açıklanan geliştirme, kurulum maliyetlerini düşürdü ve inşaat sürelerini kısalttı.
IEEE, mıknatısları 17 Haziran’da Siemens Oxfordshire tesisinde düzenlenen bir törenle IEEE Kilometre Taşı olarak andı.
İzzet Kale, “Mıknatıslar MRG’yi yaygın olarak kullanılabilir hale getirdi” diyor. IEEE üyesi, Milestone adaylığına sponsor olan IEEE Birleşik Krallık ve İrlanda Bölümünün başkanıdır.
Manyetik alanlar ve radyo dalgaları
MRI tarayıcıları tarafından üretilen görüntüler, normal anlamda gerçekten görüntü değildir. Manyetik alanlar ve radyo dalgaları kullanılarak bir bilgisayar tarafından oluşturulurlar.
İnsan vücudunun yaklaşık yüzde 70’i sudan oluşur ve her su molekülünün iki hidrojen protonu vardır. Protonların manyetik momentleri (bir manyetik alanla hizalanma eğiliminin ölçüsü) genellikle çeşitli yönlerde yönlendirilir, ancak güçlü bir manyetik alana maruz kaldıklarında protonlar polarize olur ve bir duruma göre aynı yönü gösterir. Canon Medical’de MRI hakkında makale. Radyo dalgalarının doğru frekansta uygulanması, protonların oryantasyonunun salınmasını sağlar. Radyo dalgaları kapatıldığında, protonlar önceki durumlarına dönerler ve bir sinyal (ayrıca bir radyo dalgası) yayarlar. Etkileşim manyetik rezonanstır.
Bir MRI makinesi tarafından üretilen manyetik alanın gücü, ABD Ulusal Tıp Kütüphanesi tarafından yayınlanan bir makalede açıklandığı gibi, bakır veya alüminyumdan yapılmış üç gradyan elektrik bobini kullanılarak değiştirilebilir. Gradyan elektrik bobinleri, tarayıcı tüpünün en iç kısmında yer alan tel veya ince iletken levha halkalarıdır. Akım bobinlerden geçtiğinde, ikincil bir manyetik alan veya gradyan alanı oluşturulur. Gradyan alanı, ana manyetik alanı hafifçe bozar ve gücünü değiştirir.
Hastanın vücudunun farklı bölgelerindeki protonlar, manyetik alanın ne kadar güçlü olduğuna bağlı olarak farklı frekanslarda rezonansa girer. Tarayıcı tüpündeki alıcı bobinler, yayılan sinyalin algılanmasını iyileştirir.
MRI tarayıcıları, protonların tepki verme biçimindeki farklılıkları gösteren görüntüler üretmek için bu sinyalleri kullanır.
MRG’yi tıbbi teşhisin temel unsuru haline getirmek
Hastanelerde MRI tarayıcıları tanıtıldığında, aktif korumalı süper iletken mıknatısların patentine göre, harici manyetik alanın odanın dışına çıkmasını önlemek için 40 tona kadar demir gerekiyordu. Ancak, makinenin genellikle bağımsız bir binada veya hastanenin bodrum katında yapılması gerektiğinden, ekstra güvenlik önlemleri bir tarayıcının kurulumunu daha pahalı ve zor hale getirdi.
Maliyeti düşürmeye yardımcı olmak ve tarayıcıların kurulumunu kolaylaştırmak için, dört Oxford Instruments bilim adamı (John Bird, Frank Davis, IEEE Üyesi David Hawksworth ve John Woodgate) 1986’da tarayıcıyı ikinci bir aktif korumalı süper iletken mıknatıs seti ile geliştirdi. Bird projenin baş mühendisiydi, Davis şirketin teknik direktörüydü, Hawksworth mühendislik direktörüydü ve Woodgate genel müdürdü.
“Aktif olarak korunan süper iletken mıknatıslar, MRI’yı yaygın olarak kullanılabilir hale getirdi.”
Birincil elektromıknatıslar gibi süper iletken durumda çalışan ikincil elektromıknatıslar yarattılar: bir elektrik akımının akışına karşı dirençleri yoktur ve aşırı ısınmadan büyük akımlar taşıyabilirler. Mühendislik ve Teknoloji Tarihi Wiki’deki Milestone ile ilgili bir girişe göre, elektromıknatıslar, eksi 269.1 °C’de sürekli olarak sıvı helyum içinde yıkanarak süper iletken bir duruma zorlandı.
Mıknatıslar, niyobyum ve titanyum veya niyobyum ve kalaydan oluşan iki tel bobinden yapılmıştır. Bobinler bakır içine gömülüdür.
Bobinlerden her biri kendi manyetik alanını üreten bir elektrik akımı geçirilir. Bobinler, teknolojinin patentine göre ürettikleri manyetik alanlar birbirine zıt olacak şekilde yönlendirilir.
Örneğin, ilk bobin 2 Tesla’lık bir manyetik alan üretiyorsa ve ikinci bobin 0,5 T’lik bir alan oluşturuyorsa, toplam manyetik alanın gücünü 1,5 T’ye düşürür. Tesla, bir manyetik alanın ölçüm birimidir. büyüklük.
Geliştiriciler, patent başvurularında, tarayıcının manyetik alanının gücü, aktif koruma tarafından azaltılsa da, başıboş manyetik alanı odanın içinde tutar.
Kale, aktif olarak korunan süper iletken mıknatıslar sayesinde MRG’nin artık “modern tıbbın bağlı olduğu” temel bir teşhis aracı olduğunu söylüyor. “Aktif koruma, MRG’nin bu kadar yaygın ve önemli hale gelmesini sağlayan önemli bir etkendi.”
IEEE Tarih Merkezi tarafından yönetilen ve bağışçılar tarafından desteklenen Milestone programı, dünya çapındaki olağanüstü teknik gelişmeleri tanır. Oxfordshire’ın Eynsham bölümündeki Siemens Magnet Technology binasının içinde sergilenecek olan mıknatısların Milestone plaketi şöyle:
“Bu sitede, tanısal manyetik rezonans görüntüleme (MRI) kullanımı için ilk aktif korumalı süper iletken mıknatıslar tasarlandı, tasarlandı ve üretildi. Aktif koruma, MRI sistemlerinin boyutunu, ağırlığını ve kurulum maliyetini azalttı, bu sistemlerin daha kolay taşınmasını ve avantajlı bir şekilde konumlandırılmasını sağladı ve böylece dünya çapında gelişmiş tıbbi teşhisten faydalandı.”