MR Manyetik Rezonans

Elektronlara göre büyük kütleli proton ve nötronlar atom içinde hareketsizdirler, bu nedenle yörünge açısal momentumları yoktur. Hareketsiz denilse de bu tam bir hareketsizlik değil, onların içinde de değişik renk yükünde üçer adet fırıldaktan oyuncakları var. Böylece, elektronlar gibi proton ve nötronlar da manyetik dipol momentlere mp sahip... Güneş, gezegenler etrafında dolanmaz…kendi etrafında dönebildiği kadar döner; yoksa onu kim ne yapsın, böylece birileri onu nihayet farketmiş, Merkür’ün neredeyse dönmeden dolanarak alevle dansı (Merkür’de arka arkaya iki Güneş doğuşu arasında geçen süre 176 gündür, bir başka deyişle Merkür’de 88 gün boyunca aydınlık ve sonraki 88 gün boyunca da karanlık olur), sıcağa bayılırım deyip hamdım, yandım piştim güzellik kraliçesi Venüs’ten, Dünya, Kızıl gezegen Mars, dev gaz gezegenler Jüpiter, Satürn, Uranüs, Neptün başlamışlar etrafında dolanmaya..O da kendini böylece Evren’in merkezinde zannetmiş.. Batlamyus’un Dünya merkez fikrinden sonra Kopernik, Kepler Evren’in merkezine Güneşi oturtmuşlar. Güneş ve gezegenlerin kendi etraflarında dönüşü biraz mide ve baş dönmesine yol açar diyelim, başı dönen birisi düşecek gibi olur, yalpalamaya başlar, tabiki düşenin dostu olmaz, ama bu biraz farklı hacıyatmaz, yani hacı yatar, tepetaklak olur ama bir şekilde bir enerji kaynağına rezone olur ve evelallah ayağa kalkar, şimdilerde büyüklerimiz buna kuantum fiziği diyorlar.

Bir proton, örneğin hidrojen çekirdeği bir dış B manyetik alana maruz kalırsa manyetik momentinden dolayı bir tork etkisinde kalır: T= mpxB . Bu tork protonun manyetik momentinin dış manyetik alan yönünde topaç şeklinde gezinim (presesyon) hareketi yapmasına neden olur. (Sabah sporu yapan birisinin belini soldan sağa ya da sağdan sola çevirmesi gibi; sağ elini kullanan insanlar bellerini saat yönü tersi yönde çevirmeye yatkındırlar, proton galiba sağ elli ). Kuantum mekaniği, biri yukarı spin ve diğeri de aşağı spin olmak üzere, yalnızca iki koni presesyon hareketi belirler.
Dış manyetik alan içindeki bir m manyetik momenti, U=-m.B ile verilen bir potansiyel enerjiye sahiptir. Yukarı spin hareketine karşılık gelen potansiyel enerji, aşağı spin hareketine karşılık gelen potansiyel enerjiden daha düşüktür; Minimum enerji düzeyi ve maksimum kararlılık! Böylece sistem kendisini otomatik olarak koruma altına alıyor. Hayatta kalmak garanti. Dış manyetik alanda Larmor (presesyon) hareketi yapan sisteme, bu alana dik belirli bir frekansla dönen bir manyetik alan uygulanır. Alan kaynağı olarak, frekans aralığı tutan radyo dalgaları seçilir. Bu işinde kolayı var alternatif akım kaynağı ve üzerinde akım gezindiği bir bobin… bobinin içine kanserli hastayı yerleştirmek işin tek zorlu yanı; oracıkta biraz bekleyecek, (gerçi başı dışarıda beklemekten ne olacak ki) birden bire daha önce olmayan kapalı alan korkuları belirecek ve radyasyona maruz kalmayacaksın denilmesine rağmen çok mu radyasyon aldım diyecek. Laf anlatmak zor… neyse, ilerde bu işler nasıl olsa cafe de çay ikram ederken olup bitecek….Radyo dalgalarının açısal frekansı, presesyon hareketinin açısal frekansı ile tamamen eşleştiği anda (rezonans olarak bilinen durum) manyetik dipol momentleri önceki hizalanmasından uzaklaştırır ve manyetik momenti tersine çevirir. Bu durumda, dönen manyetik alan, proton spinini yukarıdan aşağıya çevirmek için gereken enerjiyi, 2mp.B yi sağlar veya proton spinini aşağıdan yukarıya çevirmek için bu miktar enerjiyi soğurur. Bu olaya nükleer manyetik rezonans (NMR) denir. Spindeki bu yön değişikliği protonun bir sinyal yaymasına neden olur; yayılan sinyal miktarı proton yoğunluğunun bir ölçüsü olacaktır.

Protona uygulanan bu dış manyetik alan, onun iki alt enerji düzeyine ayrılmasına neden olur. Manyetik alan protona enerji vererek üst enerji seviyesine çıkmasına; aşağı spin (Sz , B ye antiparalel) ya da enerjisini soğurarak alt enerji seviyesine düşmesine; yukarı spin (Sz , B ye paralel) sebep olur; burada yönelimden sorumlu olan uygulanan manyetik alandır, enerji seviyeleri arasında gezinmesinden sorumlu olan ise uygulanan RF kaynaktan radyo dalgalarının rezonansıdır …

Kanserli yapıların tespitinde madde örneği, tüm vücut veya vücudun belli bir bölümü bir bobinle çevrilir, bu bobine bir alternatif akım kaynağından f frekanslı sinüzoidal bir akım uygulanır. Bu akım bobindeki elektronları ivmelendirir ve akımla aynı frekanslı EM elektromanyetik dalga yayar. Yayılan bu EM, örnek madde protonları tarafından soğrularak spin terslenmesinde kullanılır. Radyo Frekans kaynağı, frekans değerini belli aralıklarda gezdirirken hidrojen atomlarına ait proton soğurma spektrumunda spin terslenmelerinin olduğu bölgelerde rezonans tepeleri belirir. Bu tür grafikler NMR tayfıdır. Bu tayfta hidrojen (proton) miktarı ne kadar fazla ise soğurulan enerji o kadar çok olacaktır. Kanserli hücreler, yapısal bozukluklar sonucu H2O fakiridir ve sağlıklı dokuya göre enerji soğurmada düşük rezonans tepesi sergiler.

Manyetik rezonans görüntüleme (MR) malzeme araştırılmasında ve tıbbi teşhislerde kullanılır. Burada tıpta kanserli hücrelerin teşhisi kısmı daha dikkat çekicidir. Ayırma gücü X-ışını tomografisinden daha yüksektir. Vücuttaki hidrojen haritasını ortaya çıkarır. Bu iş için ya MR, ya da X-ışınları tomografisi kullanılabilir. MR’da, X-ışınlarından farklı olarak kullanılan radyo frekans ışınımı canlı dokuya zarar vermez. X-ışınları tomografisi düşük hidrojen yoğunluğuna sahip kemiklerin görüntülenmesinde tercih nedenidir, Tıbbi teşhislerde vücudumuzun büyük çoğunluğunun bileşiminde hidrojen bulunan su (H2O) olmasından yararlanılır. Daha yüksek bir hidrojen yoğunluğuna sahip yağ tabakası, daha düşük bir hidrojen yoğunluğuna sahip olan kaslardan ayırt edilir. Kanserli hücreler (tümörler), çok az hidrojene sahip olduklarından (galiba kanserli hücreler suyu çok seviyorlar ve bulundukları bölgelerde su tüketimi fazla oluyor ya da kendilerini suya dahi ihtiyaç duymayacak şekilde yapısal bir değişikliğe uğradılar) çok zor görülen sinir dokusu ve kemiklerden kolaylıkla ayırt edilebilir. Tersine bir durumda da hidrojen bakımından yetersiz olan kemiklerin görüntülenmesinde X-ışınları tomografisi MR’dan daha üstündür.