Arkiverad

Fysik på sjukhuset: Magnetresonanstomografi (MRI)

Teknik & uppfinningar
Publicerad: 05.03.2008

Moderna sjukhus är fyllda av högteknologiska apparater. Apparaterna kräver kunnig personal, som måste känna till fysiken som ligger bakom, för att kunna använda dem rätt.
En av dessa är en metod som kallas magnetresonanstomografi.

Bild: En MRI-scan av hjärnan. everyone’s idleFlickr, Creative Commons

Magnetresonanstomografi (MRI) är en metod som man kan använda för att undersöka kroppens inre struktur, ungefär på samma sätt som med röntgen. Skillnaden är att man inte behöver använda sig av skadlig strålning och man kan även få bättre bilder av blodflödet och kroppens mjukdelar.

MRI baserar sig på ett fenomen som kallas för kärnmagnetisk resonans, i korthet kan man beskriva det på följande vis: alla partiklar har en egenskap som kallas spinn. Spinnet är ett slags impulsmoment, det beter sig alltså som ett slags ”rotationsrörelsemängd”. Det konstiga är att spinnet inte beror på att partikeln roterar utan är en inneboende egenskap hos partiklar, på samma sätt som massa eller ladding.

Bild: En MRI-skanner. MuffetFlickr, Creative Commons

De partiklar som är särskilt intressanta är väteatomernas kärnor, alltså protoner. Normalt sett har protonernas spinn en slumpmässig riktning, men då man kopplar på ett starkt magnetfält, beter sig protonernas spinn som små magneter; de vrider sig i samma riktning som fältet.

Väldigt små system, t.ex. atomer och atomkärnor, har energinivåer. Dessa fungerar ungefär som hyllor i en bokhylla, på det sättet att boken måste ligga på någon hylla, den kan inte ligga mellan två hyllor. Ifall man vill ändra energinivån måste man tillföra tillräckligt mycket energi för att flytta den till nästa ”hylla”.

Om man nu alltså har en massa protoner vars spinn är parallellt med ett yttre magnetfält kan man sända ut en radiovåg som har precis den energi som behövs för att ”lyfta” protonerna till nästa energinivå. Men när magnetfältet kopplas bort kommer protonerna att falla tillbaka till sitt tidigare energitillstånd och då måste den extra energi som de fick av fotonen ta vägen någonstans. Lösningen på det här är att protonen skickar ut en radiovåg, som egentligen också är en foton. De här radiovågorna kan sedan registreras och bygga upp en bild av kroppen som visar var det finns mycket väte.

Vad har man då för nytta av detta? Jo det är så att vatten och fett innehåller mycket väte, och därför kan man genom att göra en bild av hur mycket väte det finns på olika ställen i kroppen konstruera en bild, som visar hur kroppen ser ut inuti. Sedan kan radiologerna undersöka bilderna. MRI används ofta för att lokalisera och bestämma storleken på en tumör som man redan känner till.

För att bygga en bra skanner behöver man en mycket stark magnet, ofta använder man sig av en sk. supraledande elektromagnet. Det här betyder att man har gjort en spole av ett ämne som mister all elektrisk motståndsförmåga, alltså resistans, då det kyls ner till en viss temperatur. Det här betyder att man kan ha en väldigt stor ström i spolen, vilket i sin tur gör att man får ett mycket starkt magnetfält, normalt använder man sig av en till tre Tesla. Bättre magnet betyder bättre bilder. De här magneterna måste ofta kylas med flytande helium, vilket gör att de är ganska dyra i drift.

Bild: En MRI-scan av hjärnan uppifrån. ☣ bionerd ☢Flickr, Creative Commons

Eftersom man inte använder joniserande strålning i MRI anses metoden vara relativt ofarlig, det kan dock i vissa fall orsaka illamående och svettning. Man måste också komma ihåg att eftersom magnetfältet är så starkt är det viktigt att man inte har några magnetiska metallföremål i närheten av en MRI-skanner i drift, eftersom de kommer att accelerera mot magneten och kan skada patienten eller skannern. Det starka magnetfältet kan också skada de elektroniska kretsarna som finns i en pacemaker, vilket betyder att patienter med pacemaker inte kan skannas.

Den första MRI-skannern i Finland togs i bruk år 1984 och år 2006 fanns det ungefär 80 maskiner i landet. Antalet undersökningar som görs uppgår till ett par hundratusen per år (2005).

Läs också: Myter om hjärnan

Artikelns författare Erik Holm studerar fysik vid Åbo Akademi för tredje året, vid sidan av studierna jobbar han på Resurscenter för matematik, naturvetenskap och teknik i skolan. Erik tycker att fysik är intressant eftersom man dels får undersöka och fundera på hur världen fungerar men också hur man kan använda den här kunskapen i praktiken.