1. UVOD

Rezonancija

Rezonancija je fizička pojava koja nastaje  kada se frekvencija spoljašnje sile koja

djeluje na oscilatorni sistem poklopi sa sopstvenom frekvencijom tog sistema.

Pojava rezonancije zavisi od prigušenja, tj. odnosa energije gubitaka i ukupne

energije sistema. Rezonancija se uočava u mnogim područjima

fizike: mehanici, akustici, elektrotehnici, atomskoj i nuklearnoj fizici. Pojam

rezonancije povezan je s porastom intenziteta oscilacija kada se učestalost

spoljašnje sile koja uzrokuje oscilacije podudara s učestalošću rezonantne

frekvencije sistema. Tokom tog procesa dolazi najčešće do naizmeničnog

pretvaranja jednog oblika energije u drugi, kao na primjer kinetičke u potencijalnu,

ili energije električnog polja u energiju magnetskog polja. Pojave vezane za

rezonanciju mogu se, međutim, uočiti i u drugim fizičkim sistemima.

Prepoznatljiva karakteristika rezonantnih sistema je da jednom pobuđeni, mogu

samostalno da osciluju još neko vreme u zavisnosti od prigušenja oscilatornog

sistema. U zamišljenom idealnom rezonantnom sistemu gde nema prigušenja,

rezonantni sistem bi nastavio da osciluje zauvijek.

Pojava rezonancije u prirodi i tehnici je od izuzetnog značaja, kako po štetnosti

njenog dejstva tako i po korisnim efektima. U principu, svako tijelo, uređaj, mašina

ili dio uređaja i mašine može oscilovati i time predstavlja jedan oscilatorni sistem

( oscilator ), koji se može podvrgnuti rezonantnom kretanju.

Sopstvena frekvencija aviona ili njegovih krila mora se jako razlikovati od

frekvencije elise da ne bi došlo do katastrofe. Kolona vojnika ne smije ići preko

mosta u korak jer je često sopstvena frekvencija mosta bliska frekvenciji koraka

kolone i može doći do rušenja mosta. Pomoću ultrazvuka dovodi se žučni kamenac

1

do rezonancije usled čega se razbija u sitne djeliće, tako da nije potrebno uvijek

vršiti operaciju. U radiotehnici imamo električnu rezonanciju kod oscilatornih kola

što recimo, omogućuje emisiju i prijem signala u telekomunikacijama. Rezonantni

procesi su česti kod atoma, molekula i atomskog jezgra gdje se često javlja

rezonantni prenos energije.

2

2. OSNOVE MAGNETNE REZONANCE

Magnetna rezonanca je radiološka dijagnostička metoda poznata još od 1946.

godine, kada se koristila samo za hemijsku analizu i biološke naučne studije. Od

1973. godine, magnetna rezonanca se razvila u tehnološkom smislu i od tada se

koristi u medicinskoj radiološkoj dijagnostici uz velike potencijalne mogućnosti.

Magnetna rezonanca predstavlja tehniku prikazivanja tjelesnih struktura bez

upotrebe jonizujućeg zračenja. Do današnjeg dana nisu potvrđena štetna dejstva

magnetnog polja na organizam čovjeka ( snaga koje se koriste u dijagnostici,

odnosno 0,2 – 3,0 T ), tako da zahvaljući toj činjenici i visokom kvalitetu dobijenih

slika, u velikom broju pregleda MR superiorno preuzima mjesto ostalih do sada

korišćenih rendgenoloških procedura.

Princip rada MR : jezgra atoma će se u stalnom magnetnom polju postaviti tako

da svojom magnetnom osom budu parelelna magnetnim linijama sila spoljašnjeg

magnetnog polja. Spoljašnjim emitovanjem radiofrekventnog talasa dolazi do

poremećaja u njihovoj orijentaciji koji traje kratko vrijeme da bi se zatim

paralelnost ponovo uspostavila. Upravo taj poremećaj koji nastaje pod dejstvom

spoljašnjeg radiofrekventnog talasa možemo mjeriti i registrovati kao signal. Iz

velikog broja obrađenih signala komjuterskom obradom stvara se MR slika. Za

poboljšanje izuzetno dobre kontrastnosti slike koju MR pruža koriste se

paramagnetna kontrastna sredstva ( helati gadolinijuma ).

MR uređaji snimaju signale koji potiču iz jezgra vodonika ( protona ) koje se

nalaze u molekulama ljudskog tijela koje je postavljeno u snažno,

homogeno magnetno polje. Magnetno polje se označava jedinicom tesla ( T ).

Dobijeni signal se snima u matricu nazvanu k-prostor ( eng. k-space ), analizira

računarom i preračunava u snimak koja odgovara malenom volumenu tkiva

( engl. voxel ).

3

Vodonik 1H ima najjači magnetni momenat i najzastupljenije je jezgro u

organizmu. 63% ljudskog tela je vodonik, u vodi i u mastima. Klinička primjena

ove metode se zasniva na osobinama 1H. U spoljašnjem magnetnom polju, B0,

magnetni momenti se postavljaju paralelno polju.

Slika 1. Orjentacija magnetnog mometa van magnetnog polja i u magnetnom

polju

Izlaganje jezgra vodonika snopu usmjerenih radiotalasa, magnetni momenat

nukleona zaokrene se u odnosu na smjer prvobitnog polja. Kada isključimo izvor

radiotalasa, oni se vraćaju u prvobitni položaj i tada emituju signal u vidu

elektromagnetnih talasa. To vreme traje, a naziva se "vreme relaksacije" spina.

Elektromagnetni talasi u toku relaksacije nukleona predstavljaju signale u vidu

analognih informacija koje se kompjuterski obrađuju i kao konačan rezultat imamo

MR sken ( sliku ).

4

Za emitovanje radiofrekventnih signala koriste se tri vrste sondi da bi se dobili

transverzalni, sagitalni i frontalni presjeci.

MR se sastoji iz sledećih komponenti: magneta ( uz odgovarajuće spirale ),

radiofrekventne transmitere i receptorske dijelove kao i dodatnu opremu za analizu

signala, slike i dokumentovanje podataka. U prošlosti su se koristili i magneti sa

težinom preko 80 t i sa velikim gubitkom tečnog helijuma koji se koristio za

hlađenje. Danas je postignut značajan napredak u konstrukciji MR aparata:

smanjena je težina, potrošnja tečnosti za hlađenje, magnetno polje je

homogenizovano, tako da se jedan sistem magneta od 1 t moze instalirati u prostor

od 40 kv. metara u bilo kojoj zgradi standardne konstrukcije.

Tkiva koja imaju jači magnetizam ( uslovno govoreći, sadrže više protona ) daće

jači signal i slika će biti svetlija i obrnuto, tkiva sa manjom magnetizacijom daće

tamniju sliku. Tako nastaje kontrastna rezolucija dobijene slike, odnosno

mogućnost da se pojedina tkiva razlikuju zavisno jačini magnetizacije koju

poseduju i stvaranju električnog signala na kalemovima smještenim oko dijelova

tijela koji se snimaju. Gustina protona jedan je od činilaca koji utiče na

osvijetljenost i kontrastnost slike. Ali postoji još nekoliko parametara koji utiču na

odnos signala koje pojedini dijelovi tkiva emituju. Najvažniji od njih su vremena

kad se registruje električni impuls u namotaju koji prima magnetizaciju. U

vremenu između dvije indukcije radiofrekventnim talasima, protoni tkiva prolaze

kroz dva različita vremena - vremena relaksacije ( T1 i T2 );

1. T2 je vreme u kojem se većina protona ( 63% ) vratila nakon prestanka

indukcije radio-signala nazad u glavno magnetno polje.

2. T1 je vreme u kojem glavno magnetno polje vraća većinu svog maksimuma.

5

Različita tkiva imaju različito trajanje T1 i T2 vremena, na osnovu čega se takođe

stvara kontrastna rezolucija. Kombinacijom dobijanja slike u T1 i T2 vremenu

lekar dobija potpuniju informaciju i tako stvara sliku kombinacije intenziteta

raznih tkiva. Zatim se ocenjuje da li ispitivani organi imaju signal, kao kod zdravih

tkiva, ili neka tkiva šalju promenjene signale, što upućuje na mogućnost da su

takva tkiva zahvaćena nekim procesom.

Slika 2. Prikaz T1 i T2 sekvence

Posebna briga je potrebna kod trudnica, jer, iako nije dokazano štetno djelovanje

samog MR snimanja, kontrast koji sadrži metal gadolinijum prolazi kroz placentu

u plod i postoji sumnja da ga može oštetiti. Stoga žene kod kojih postoji

mogućnost trudnoće trebaju to napomenuti prije snimanja.

Komponente uređaja

1. izvor homogenog magnetnog polja

2. gradijentni podsistem

3. radiofrekventi kalemovi

4. računar

6

Slika 3. Izgled MR uređaja

Tehnika snimanja

1. MR se obično radi u ambulantim uslovima,

2. Ispitanik se postavlja u ležećem položaju na pokretni sto i kaiševima se fiksira

za njega kako bi održao pravilan položaj tela tokom snimanja,

3. Mali uređaji koji sadrže namotaje žice sposobne za slanje i prijem radio-talasa

mogu biti postavljeni u blizini ili pored dela tijela koji se ispituje,

4. Ako se u toku MR koristi kontrast sestra ili ljekar ispitaniku postavljaju

intravensku liniju, najčešće na ruci, kroz koju se postepeno ubrizgava kontrast.

Nakon početne serije skeniranja bez kontrasta, sledeći niz snimaka će biti

snimljen u toku ili nakon ubrizgavanja kontrasta,

5. Za vreme snimanja medicinsko osoblje se nalazi u komandnoj sobi odakle

upravljaju i kontrolišu tok snimanja,

7

6. Kada je ispitivanje završeno, ispitanik čeka izvijesno vrijeme dok

radiolog provjerava snimke kako bi u slučaju potrebe mogao da sačini i

dodatne.

7. Nakon završenog snimanja intravenska linija se uklanja,

8. MR uglavnom uključuje više radnih procesa ( sekvenci ), od kojih neki mogu

trajati nekoliko minuta, a cio postupak snimanja obično traje od 30 do 60

minuta.

Prednosti

Magnetna rezonanca je jedna od trenutno najsavremenijih radioloških

dijagnostičkih metoda u dijagnostikovanju oboljenja organa i organskih sistema

celog tela, sa predominacijom na CNS koji je do pojave kompjuterizovane

tomografije bio nedostupan radiološkoj dijagnostici.

Glavne prednosti magnetne rezonantne tomografije ( MRT ) u odnosu na druge

radiološke metode su :

1. visoka osetljivost na promjene sadržaja vode unutar tkiva u patološkim

stanjima, kao i visoka kontrastnost različitih tkiva,

2. visoka osetljivost u otkrivanju tumora, njihovog smeštaja i odnosa prema

okolini, što pruža bolje informacije o obimu peritumorskog edema, krvarenju,

nekrozi, kao i ependimalnom ili meningealnom širenju tumora lobanje.

3. savršena vizuelizaciji organa koja se približava slikama iz anatomskog atlasa,

jer je MRT senzitivnija i rezolutnija metoda od kompjuterizovane tomografije,

4. dobijeni snimci, organe prikazuju u sve tri glavne ravni ili njihovoj kombinaciji,

5. u toku snimanja ne koristi se rendgensko zračenje i, koliko je do sada istraženo

MRT nema štetnih dejstava na organizam,

8

6. potpuno bezbolna, neinvazivna, komforna i bezopasna metoda, kako za

pacijenta tako i za zdravstveno osoblje koje učestvuje u pregledu,

7. prisustvo vazduha u tijelu i koštane struckture nisu prepreke koje

onemogućavaju vizuelizaciju tkiva.

Nedostaci

1. za razliku od CT, MRT nije u stanju da sačini slike depozita kalcijuma,

2. ponekad se snimci načinjeni MRT nekih arterija ne podudaraju sa onima

dobijenim konvencionalnom kateter angiografijom,

3. MRT malih krvnih sudova, može ponekad praviti poteškoće, a ponekad može

biti teško i da se odvoje prikazi arterija od vena,

4. kod ispitanika koji ne mogu duže da leže, ili kod onih koji se ne mogu položiti

na leđa, snimci načinjeni MRT mogu biti lošeg kvaliteta,

5. neki testovi u toku MRT, zahtevaju od ispitanika da zadrže dah 15 do 25

sekundi kako bi se dobio dobar i kvalitet snimaka MRT, što može stvarti

poteškoće kod snimanja određenih bolesnika,

6. MRT je teško obaviti kod uznemirenih, zbunjenih ili osoba sa jakim bolovima,

jer kod takvih osoba postoje poteškoće da duže leže u toku snimanja.

7. izuzetno gojazne osobe ne mogu da stanu u otvor konvencionalnih aparata za

magnetnu rezonancu.

8. prisustvo implantata ili drugih metalnih predmeta, ponekad otežava dobijanje

jasne slike kao i pomeranja pacijenta koje može da ima isti učinak.

9

Indikacije

MR se koristi za pregled mnogih dijelova tijela, uključujući:

Pregled glave: mozak, kraniocervikalni prelaz, zadnja lobanjska jama,

pontocerebelarni uglovi.

Pregled vrata: spinalni kanal, meke strukture vrata, traheje i jednjak.

Pregled toraksa: torakalni spinalni kanal, srce.

Pregled lumbosakralnog spinalnog kanala i okolnih struktura.

Pregled abdomena: jetra, žučna kesa, pankreas, slezina, nadbubrežne žlijezde,

bubrezi, velike arterije, limfni čvorovi.

Pregled karlice: bešika, uterus, prostata, ovariji, testesi, vezikule seminales, uretra.

Pregled zglobova: koleno, koksofemoralni, skočni, ručni, temporomandibularni i

drugi zglobovi u ljudskom telu.

Pregled telesne muskulature: extremiteta, grudnog koša i abdomena.

3. OSLIKAVANJE

MRI ( magnetno rezonantno oslikavanje ) je tehnika kojom se stvaraju

trodimenzionalne slike MR signala u objektu ( ljudskom tijelu ).

Koristi se signal koji potiče od 1H u vodi i mastima. MR omogućava kristalno jasan

prikaz organa celog tela, kao i njihove patološke promjene. Na kraju analize se

dobijaju pikseli poznatih intenziteta signala i frekvencija. Intenzitet signala je

proporcionalan broju spinova ( jezgara ) u vokselu ( deo zapremine ispitivanog

objekta iz koga se dobija signal ). Intenzitet signala se izražava u skali svijetlo-

tamno i tako se dobija slika.

10

Zahvaljujući softverskom rješenju, omogućena je karakterizacija tkiva: tečnost,

hrskavica, solidno tkivo, edem, hematom, krvarenja. Slike dobijene MR

predstavljaju distribuciju atoma vodonika u tkivu. Snimci MR jako podsjećaju na

snimke dobijene CT-om, ali su ipak potpuno drugačiji, jer signal MR sadrži

informacije ne samo o gustini nukleona atoma, već i o njihovoj povezanosti i o

uticaju sredine u kojoj se nalaze. To je, zapravo, informacija ne samo o morfologiji

tkiva kao kod CT-a, već i o hemijskim i fizičkim karakteristikama tkiva. Svi

dobijeni podaci računarski se obrađuju i proizvode se serijski snimci slojeva tkiva

u sve tri glavne ravni ili kombinacijom tih ravni, što omogućava dobijanje

kontrastne rezolucije i savršene prostorne rezolucije što je vrlo važno hirurzima pre

planiranja operativnog ili nekoga drugog invazivnog zahvata.

Konstrukcija slike

2D – snima se svaki sloj posebno

Može se izvesti na dva načina :

1. snimanje jednog sloja - prvo se primjeni gradijentno polje, a onda se na željeni

sloj tkiva dijeluje odgovarajućom frekvencijom radiotalasa,

2. višeslojno snimanje - prvo se primjeni gradijent a onda se na različite slojeve

tkiva deluje radiotalasima različitih frekvencija, ali ne baš istovremeno, nego sa

malim kašnjenjem.

3D – snima se cijela zapremina a slojevi se razdvajaju pri rekonstrukciji slike.

Složeni proces koji pobuđuje protone iz određene zapremine. 3D proces daje

najtanje slojeve, ali dugo traje.

11

Uz pomoć računara objedinjuje se rad podsistema i veliki broj operacija koje

moraju da budu sinhrone. Bira se odgovarajući protokol. Prikupljeni podaci

obrađuju u više ciklusa zatim slijedi rekonstrukcija i prikaz slike ( Fourier

transformacija - radi se o matematičkim operacijama ) i na kraju se memorišu

podaci.

4. SPEKTROSKOPIJA

Uopšteno, spektroskopija je eksperimentalna metoda kojom se sistem proučava

tako što se ispituje interakcija sistema i zračenja. U NMR spektroskopiji se

analizira apsorpcija i emisija zračenja jezgara u polju B0 pod uticajem

kratoktrajnog delovanja promenljivog polja B1.

Signal u NMR spektroskopiji potiče od apsorpcije energije pri prelasku iz

paralelnog u antiparalelnog stanje i ( toj istoj ) energiji koja se emituje kad se ukine

promenljivo polje B1. Signal je proporcionalan razlici broja spinova u dva

stanja. Frekvencija na kojoj dolazi do apsorpcije pri odredjenom polju B0 zavisi od

vrste jezgra. Medjutim, jedno isto jezgro u različitim molekulima će apsorbovati

na nešto različitim frekvencijama zato što je magnetno polje izmenjeno u različitim

okruženjima pod uticajem raznih hemijskih veza.

Različita patološka stanja mjenjaju biohemijski sastav ispitivanog tkiva na različite

načine, što se odražava i na dobijene MRS rezultate. Daljom analizom ovih

rezultata moguće je utvrditi promenu u metaboličkom profilu i na osnovu njega,

često vrlo pouzdano, postaviti dijagnozu poremećaja kao što su intrakranijalne

neoplazme, infekcije, neurokutani sindromi, oboljenja bijele moždane mase,

degenerativne bolesti, metabolički poremećaji, ishemija, itd.

12

5. ZAKLJUČAK

Iz svega navedenog može se zaključiti da magnetna rezonanca predstavlja

značajnu tehniku pregleda u radiologiju, prije svega što nije štetna po zdravlje

pacijenta, jer do sada nije dokazano štetno dejstvo magnetnog polja na organizam,a

sa druge predstavlja izvanrednu slikovnu tehniku.

Razvojem tehnologije, cijene MR aparata i ispitivanja postaju prihvatljivije i

predviđa se da će MR potisnuti mnoge radiološke metode koje koriste štetno

jonizujuće zračenje. Najjasnije slike pomoću MRI se dobijaju ako se koristi u

ispitivanju mekih (ne kalcifikovanih) tkiva.

13

6. LITERATURA

1. ) I. Janić, D. Mirjanić, J. Šetrajčić, Opšta fizika i biofizika, Matićgraf,

Banja Luka,1993.

2. ) P.Bošnjaković, Praktikum kliničke radiologije za studente medicine.

Niš : Medicinski fakultet Univerziteta u Nišu, 2006

3. ) Aparati u radiološkoj dijagnostici i njihov utjecaj na zdravlje ljudi

http://www.zzjzpgz.hr/nzl/31/aparati.htm

4.) Vizualizacija uzorkovanih podataka u medicini i strojarstvu

http://www.zemris.fer.hr/~zeljkam/radovi/95_mipro.pdf

5.) Magnetna rezonancija – fizički principi

http://www.med.pr.ac.rs/Studije/Predavanja/Radiologija%20Sto/MRI

%20sn.pdf

6.) Magnetska rezonancija

http://www.svkatarina.hr/magnetska-rezonancija.aspx

7.) NMR Spektroskopija

http://www.scribd.com/doc/78859218/NMR-Spektroskopija

14

15