SIK SIK DUYARIZ, OKURUZ: "Kesin tanı icin doktor MRI (gundelik dilde MR diye yerleşmiş) istedi." Ya da, "Beşiktaş'ın super transferi, imzadan once girdiği MR'da curuk cıktı". Nedir bu bildiğimiz rontgen cihazının pabucunu dama atan mucize aygıt? En basit anlatımıyla farklı şiddetteki manyetik alanlar kullanarak, organlarımız ve dokularımıza ilişkin şikayetlerimizi bizzat o organ ve dokulardaki atom cekirdeklerinden dinleyen bir arac; giderek yaygın kullanım kazanan cağdaş bir tıbbi goruntuleme tekniği.


Hastalık tanılarının, goruntuleme yoluyla saptanmasında devrim yaratan MRI (Magnetic Resonance Imaging -Manyetik Rezonans Goruntuleme) cihazı, gorunuş bakımından kocaman bir kupten ibaret. Farklı buyukluk ve şekillerde olabilse de hepsinin temel tasarımları aynı: Onden arkaya uzanan ve mıknatıs deliği olarak bilinen yatay bir tup ve bu tupun ceperleri boyunca uzanan bir mıknatıs. Ozel ve hareketli bir masa uzerine sırtustu yatan hastalar, bu tupun icine kaydırılarak yerleştiriliyorlar.


MRI sisteminin en onemli bileşeni, oldukca buyuk yer kaplayan mıknatısı. Mıknatısın yarattığı manyetik alan buyukluğu, MRI cihazlannda Tesla (T) ile ifade edilir, 1 Tesla 10.000 Gauss'a eşdeğerdir. Gunumuzde, MRI'da kullanılan mıknatıslar 0,5 - 4 T ya da 5.000 - 40.000 Gauss gucunde. Bazı araştırmalarda, 7 T gucunde mıknatısların kullanıldığı MRI cihazlanndan da soz edilmekte. Dunyanın manyetik alanının 0,5 Gauss olduğu anımsanırsa, gercekte, ne denli buyuk manyetik guclerden soz edildiği kolayca anlaşılır.

MRI tekniğiyle, oldukca kaliteli bir goruntunun elde edilmesinde, manyetik alanın gucu, surekliliği ve duzenliliği, ana manyetik alanı şekillendiren cok kritik belirleyiciler. Her MRI sisteminde, birincil manyetik alanı oluşturan ana mıknatısın yanısıra, dereceli mıknatıslar olarak adlandırılan ikinci tur mıknatıslar bulunur. MRI cihazlarının gurultusunun kaynağı olan bu mıknatıslar, ana manyetik alanla kıyaslandığında, gucu cok daha az manyetik alanlar uretirler; uretilen manyetik alanın buyukluğu 180-270 Gauss ya da 18-27 mT (Teslanın binde biri) aralığında değişken olabilir. Ana mıknatıs hasta uzerinde kararlı ve cok şiddetli bir manyetik alan uygularken, dereceli mıknatıslar değişken manyetik alanlar oluşturulmasını sağlarlar. Bir MRI sistemi, cok guclu bir bilgisayar sistemi, tarama sırasında hasta vucuduna gonderilecek radyo frekans (RF) dalga itmelerinin taşınmasını sağlayan bazı donanımlar ve pek cok ikincil bileşen de icerir.

Cekirdeğin İşlevi
Bir atom cekirdeği proton ve notron denilen parcacıkları icerir. Cekirdeğin temel bileşenleri olan proton ve notronlar, tek başına olduklarında, ince bir cubuk mıknatısın ozelliklerine benzeyen bir manyetik etkiye sahipler. Ancak, cekirdek icinde protonla protonun, notronla notronun oluşturdukları proton ya da notron ciftleri, birinin diğeri uzerindeki manyetik etkisini yok etme eğilimindedir. Hem proton, hem de notronlan cift sayıda olan bir cekirdekte, proton-proton, notron-notron eşlenmesi tamamlandığından, cekirdek icinde fazladan bir manyetik etki oluşamaz. Bu nedenle, cift sayıda proton ve cift sayıda notrona sahip bir cekirdeğin net bir manyetikliğinden soz edilemezken, tek sayıda protonu ya da tek sayıda notronu olan bir cekirdek, Nukleer Manyetik Rezonans (NMR) olgusunu olanaklı kılabilecek net bir manyetiklik yaratır. Bu tur manyetikliğe sahip elementlerin sayısı, oldukca sınırlı. Yalnızca bir protonlu ve notronsuz hidrojen, altı protonlu-yedi notronlu karbon-13, 11 protonlu-12 notronlu sodyum-23 ve 15 protonlu-16 notronlu fosfor-31 atomlarının ya da izotoplarının cekirdeklerinde, cekirdeğin tumunde manyetik moment yaratmayı sağlayacak eşlenmemiş bir proton ya da notron bulunmakta. Ustelik bu elementlerin hemen hepsi biyolojik dokularda doğal olarak bulunuyor.

a- Bir dış manyetik alan uygulandığında hidrojen protonlarının hareketi gelişiguzeldir.

b- Dış bir manyetik alan etkisinde kalan protonlar bu manyetik alanla aynı ya da zıt yonde yonlenirler.

c- Uygulanan RF itmesi hidrojen protonlarının enerji soğurarak başka bir duzleme taşınmasını sağlar.

d- RF itmesi kesildiğinde hidrojen protonları enerji salarak eski durumlarına donmeye calışır.


Eşlenemeyen tek bir proton iceren bir cekirdek yapısına sahip hidrojen atomu, tum cekirdekler arasında en guclu manyetikliği olan tek cekirdek. Dış bir manyetik alan uygulaması olmaksızın, hidrojen cekirdeğinin manyetizması, cekirdeği donuş yonune dik bir manyetik vektor etrafında dondurur. Spin adı verilen bu kendi etrafında donmenin gelişiguzel yonlerde olması, bir doku orneği icindeki hidrojen cekirdeklerinin net manyetikliğinin sıfır olmasına neden olur. Ancak guclu bir manyetik alan icine konulduğunda, gelişiguzel yonlerde donen hidrojen cekirdeklerinin manyetikliğiyle, cevredeki makro-molekuller arasındaki gelişiguzel termal etkileşmeler, proton manyetik vektorunun, daha duşuk (aynı yonde koşut) ve daha yuksek (zıt yonde koşut) enerji durumları arasında ileri ya da geri yonlenmesine neden olur. Yani, hidrojen cekirdeklerindeki proton manyetik vektorlerinin, coğunun, uygulanan manyetik alanla aynı, daha azının da uygulanan manyetik alana zıt yonde yonlenmesini sağlar. Yonlenmeler arasındaki bu sayısal fark, dışandan uygulanmakta olan guclu manyetik alanla aynı yonde, yeni bir manyetik alan oluşmasına neden olur. MRI goruntulemenin kabaca temeli, yeni oluşan bu manyetik alanın varlığına dayanır.

MR goruntulemenin neredeyse tek sinyal kaynağı olarak kullanılan hidrojen atomları, hem su hem yağ yapısında yer aldıklarından, insan vucudunda cok bol bulunur. Yumuşak bir dokunun her 1 mm3'unde yaklaşık 1019 (10 milyar kere milyar) hidrojen atomunun var olması, cok şaşırtıcı gelebilir. Guclu bir manyetik etkiye sahip olması ve dokuda bol miktarda bulunması gibi nedenlerle, insan vucudunda hidrojenden alınan sinyaller, diğer herhangi bir atom cekirdeğinden elde edilenlerden bin kat daha guclu olur.

Aslında dış bir manyetik alan etkisine maruz bırakılan hidrojen protonlarının manyetik vektorleri, uygulanan manyetik alanın yonune, kendi donmeleri nedeniyle tam olarak surekli koşut kalamazlar; yani bulundukları yerde, guclu manyetik alan vektorunun cevresinde kucuk yalpalanmalar yaparlar. Hidrojen cekirdeği icin, yalpa sıklığı da denilen yalpa oranı, sadece manyetik alanın gucuyle tanımlanır. Daha guclu bir manyetik alan, daha hızlı bir yalpa sıklığı demektir. Yalpa sıklığı, hastaya, cekirdeği uyarmak uzere gonderilecek eletromanyetik RF dalga itmesinin ve hastadan gelecek olan sinyallerin de duzenlendiği alıcı antenlerin de şıklığıyla aynı. Sıklıkların aynılığı rezonansı yaratır.

Verilen bir dokunun hacmindeki butun hidrojen cekirdeklerinin manyetikliğinin vektor toplamı, o dokunun net manyetiklenmesini verir. Doku dış bir manyetik alan icinde değilse, dokunun net manyetikliği sıfırdır. Doku bir manyetik alan icine konduğunda, 5-10 saniye gibi kısa bir sure icinde uygulanan dış manyetik alanın yonune koşut net bir manyetiklenme yaratır. Dış manyetik alanla m yonde yonlenen bu manyetiklik, x,y,z ucboyutu duşunulduğunde, z yonundedir.

Dokunun net manyetiklenmesi, uygulanan dış manyetik alanla aynı doğrultuda yonlendiğinde, dış manyetik alanın cok buyuk oluşu nedeniyle doku manyetikliğinin olculmesi cok zorlaşır. Bu olcumu yapmak icin doku manyetikliği, uygulanan dış manyetik alana dik olan xy duzlemine taşınır. Bu taşıma işlemi icin dış manyetik alana dik olacak bicimde ve yalpa sıklığına eşit sıklıkta bir elektromanyetik RF dalga itmesi gonderilir.

RF'in İşlevi
MRI cihazı, hidrojene ozgu bir RF itmesini uygular. Sistem, itmeyi vucudun incelenmek istenen dokusuna yoneltir. RF itmesi, incelenen doku icindeki protonların farklı bir yonde donme ya da yalpalama hareketlerini, farklı bir duzlemde (xy duzlemi) surdurmelerini sağlayacak enerji soğurumuna neden olur. Daha once de değindiğimiz gibi, yalpalayan protonların yalpa sıklığıyla, dışarıdan gonderilen RF itmesinin sıklıkları aynıdır. Bu iki sıklığın aynı oluşu rezonansa neden olur. MRI'ın oluşmasını sağlayan olcum parametreleri, bu etkileşmeden doğar.

MRI cihazlarında, RF itmeleri, vucudun baş, omuz, diz, bilek gibi farklı bolumleri icin farklı tasarımlanmış antenlerle uygulanır. Antenler, genellikle incelenecek bolgenin vucut hatlarına uygun ve en yakınına yerleştirilebilir ozeliklerde tasarımlanır. Antenlerin RF itmelerini gondermeleriyle hemen hemen eş zamanlı olarak, dereceli mıknatıslar da devreye girerler. Dereceli mıknatıslar, ana manyetik alan şiddetinin belirli bir bicimde kullanılmasını sağlayarak, goruntulenmek istenen dokuyu, diğer dokulardan tumuyle ayırırlar. MRI, aslında goruntulenecek bolgeyi cok ince dilimlere ayırır; bu sayede, hastanın hareket etmesini gereksiz kılarak her yonden goruntu alabilir. Cihaz, tum bu yonlenmeleri dereceli mıknatıslar yardımıyla yapar.

RF itmesi kesildiğinde, hidrojen protonları cevresel etkileşmeler de yaparak, yavaşca onceki durumlanna (z duzlemine) donerler ve RF itmesiyle soğurdukları fazla enerjiyi salarlar. Enerji salınımının yarattığı sinyal, anten tarafından secilir ve bilgisayar sistemine gonderilir. Matematiksel verileri alan bilgisayar, Fourier donuşumlerini kullanarak, bu verileri gri olcekte, goruntuye donuşturur.

Olcum Parametreleri
Manyetik rezonans, dokularda ya da sıvılardaki hidrojen konsantrasyonunun, bir dokudan diğerine farklılık gosteren sinyallerine duyarlıdır. RF dalga itmesine maruz kalan hidrojen protonlarının, RF kesildiğinde, bir enerji salarak onceki konum ve durumlarına donduklerini soylemiştik. Hidrojen protonlarının uyarılarak gonderildikleri xy duzleminden, daha once bulundukları z duzlemine gecişleri belirli bir zaman diliminde gercekleşir. MRI'da onemli bir sinyal olcum unsuru sayılan bu sure, T1 durulma zamanı adını alır. T1 durulma zamanı hidrojen protonlarının cevre etkileşmelerine bağlı olarak birkac yuz milisaniye ya da birkac saniye aralığında değişir. Suda, kanda ya da beyin omurilik sıvısındaki hidrojen protonlarının durulma zamanı daha uzunken, doku icindeki hidrojen protonlarının durulma zamanı cok daha kısadır. Durulma zamanlarındaki bu farklılık MRI goruntulerinde farklı parlaklıkların oluşmasını sağlar.

Bir dokuyu diğerinden ayırmak uzere elde edilen ve T2 olarak adlandırılan oteki olcum unsuru, MRI'ı cok yonlu olmaya iter. Hidrojen cekirdeği kendi ekseni etrafında spin denilen bir donme hareketi yapar; donme kuzeyden başlayarak, once batıya, sonra guneye, daha sonra doğuya ve son olarak kuzeye ulaşan dairesel bir yonde değişmeksizin kayar. Cok sayıda hidrojen cekirdeğinin bir demet oluşturacak bicimde, aynı yonde, aynı kaymayla spin hareketi yaparak bir arada bulunması durumuna "fazda" denir. MRI sırasında, RF itmesi uygulandığında, hidrojen cekirdekleri sıralanır ve spinleri faz icine girer. İtme kesildiğinde cekirdek spinleri dereceli olarak fazdışı hale gelirler ve sinyalleri zayıflar. Sıralanma bozuldukca, sinyaller daha da gucsuzleşir. Spinler kendi gelişiguzel hareketlerine donduklerinde sinyaller yok olur. Spinlerin, RF'in kesilmesinden başlayarak tumuyle fazdışı kalmalarına kadar gecen sure de T2 zamanı olarak anılır.

Durulma zamanı gibi, fazdışı oranları da, goruntulenen dokunun ozelliklerine bağlı olarak değişir; ancak bu ozellikler T1 durulma zamanını etkileyen ozelliklerden biraz farklı ve daha karmaşıktır.

MRI goruntulerin oluşmasındaki bu iki sinyal kaynağı, elde edilecek goruntulerin kalitesindeki belirleyiciler olarak kullanılırlar.

MRI tarayıcı, hasta bedenindeki dokuları, dilimlere, dilimleri de cok kucuk parcalara ayırarak, dokunun turunu anlamaya calışır. Olcum parametreleri sayesinde doku turune, sıvı hareketine ya da ne inceleniyorsa ona ait bilgileri toplar; bu bilgileri birleştirerek iki boyutlu goruntuler ya da 3 boyutlu modeller yaratır.

Hastalık tanılarının konulmasında ya da hastalığın akışının izlenmesindeki yetenekleriyle MRI sistemleri radyoloji alanının vazgecilemez, etkin bir elemanı olmayı daha uzun yıllar surdurecek gibi gorunuyor.
kaynak:drkoray.com/