En guide til magnetisk resonansavbildning (MRI)

Hvordan magneter og radiobølger forandret medisinen for alltid

Dana Neely/Getty Images

Magnetisk resonansavbildning (ofte kalt 'MR') er en metode for å se inn i kroppen uten å bruke kirurgi, skadelige fargestoffer eller Røntgenstråler . I stedet bruker MR-skannere magnetisme og radiobølger for å produsere klare bilder av menneskets anatomi.

Grunnlaget i fysikk

MR er basert på et fysikkfenomen oppdaget på 1930-tallet kalt 'kjernemagnetisk resonans' – eller NMR – der magnetiske felt og radiobølger får atomer til å avgi små radiosignaler. Felix Bloch og Edward Purcell, som jobbet ved henholdsvis Stanford University og Harvard University, var de som oppdaget NMR. Derfra ble NMR-spektroskopi brukt som et middel til å studere sammensetningen av kjemiske forbindelser.

Det første MR-patentet

I 1970 oppdaget Raymond Damadian, en lege og forsker, grunnlaget for å bruke magnetisk resonansavbildning som et verktøy for medisinsk diagnose. Han fant at forskjellige typer dyrevev sender ut responssignaler som varierer i lengde, og, enda viktigere, at kreftvev sender ut responssignaler som varer mye lenger enn ikke-kreftvev.

Mindre enn to år senere sendte han inn ideen sin for bruk av magnetisk resonansavbildning som et verktøy for medisinsk diagnose til U.S. Patent Office. Den hadde tittelen 'Apparat og metode for å oppdage kreft i vev.' Et patent ble gitt i 1974, og produserte verdens første patentere utstedt innen MR. I 1977 fullførte Dr. Damadian konstruksjonen av den første MR-skanneren for hele kroppen, som han kalte 'Ukuelig'.

Rask utvikling innen medisin

Siden det første patentet ble utstedt, har den medisinske bruken av magnetisk resonansavbildning utviklet seg raskt. Det første MR-utstyret innen helse var tilgjengelig på begynnelsen av 1980-tallet. I 2002 var omtrent 22 000 MR-kameraer i bruk på verdensbasis, og mer enn 60 millioner MR-undersøkelser ble utført.

Paul Lauterbur og Peter Mansfield

I 2003 ble Paul C. Lauterbur og Peter Mansfield tildelt Nobelprisen i fysiologi eller medisin for sine oppdagelser angående magnetisk resonansavbildning.

Paul Lauterbur, professor i kjemi ved State University of New York i Stony Brook, skrev en artikkel om en ny bildeteknikk som han kalte 'zeugmatografi' (fra gresk zeugmo som betyr 'åk' eller 'sammenføyning'). Bildeeksperimentene hans flyttet vitenskapen fra enkeltdimensjonen til NMR-spektroskopi til den andre dimensjonen av romlig orientering - et grunnlag for MR.

Peter Mansfield fra Nottingham, England videreutviklet utnyttelsen av gradienter i magnetfeltet. Han viste hvordan signalene kunne matematisk analyseres, noe som gjorde det mulig å utvikle en nyttig bildeteknikk. Mansfield viste også hvor ekstremt rask bildebehandling kunne oppnås.

Hvordan fungerer MR?

Vann utgjør omtrent to tredjedeler av et menneskes kroppsvekt, og dette høye vanninnholdet forklarer hvorfor magnetisk resonansavbildning har blitt allment anvendelig i medisin. Ved mange sykdommer resulterer den patologiske prosessen i endringer i vanninnholdet blant vev og organer, og dette gjenspeiles i MR-bildet.

Vann er et molekyl som består av hydrogen og oksygenatomer. Kjernene til hydrogenatomene er i stand til å fungere som mikroskopiske kompassnåler. Når kroppen utsettes for et sterkt magnetfelt, vil kjerner av hydrogenatomene er rettet i rekkefølge – stå 'på oppmerksomhet.' Når de utsettes for pulser av radiobølger, endres energiinnholdet i kjernene. Etter pulsen går kjernene tilbake til sin forrige tilstand og en resonansbølge sendes ut.

De små forskjellene i oscillasjonene til kjernene oppdages med avansert databehandling; det er mulig å bygge opp et tredimensjonalt bilde som gjenspeiler vevets kjemiske struktur, inkludert forskjeller i vanninnhold og i vannmolekylenes bevegelser. Dette resulterer i et svært detaljert bilde av vev og organer i det undersøkte området av kroppen. På denne måten kan patologiske endringer dokumenteres.