My daddy was scheduled for his first MRI scan the other day, and as the designated family technical expert, Pop had plenty of questions for me about what to expect. I told him everything I knew about the process, having had a few myself, but after the exam he asked the first question that everyone seems to ask: “Why is that thing so damn loud?”
Sadly, I didn’t have an answer for him. I’ve asked the same question myself after my MRIs, hoping for a tech with a little a lot more time and lot a lot more interest in the technology he or she uses to answer me with a lot more than the “it’s the maker that makes the noise” brush-off. ভাল duh.
MRI is one of those technologies that I don’t feel I have a firm enough grasp on, and it seems like something I must really be better versed in. So I made a decision to delve into the innards of these modern medical marvels to see if I can answer this basic question, plus see if I can address a few a lot more complicated questions.
Spin Doctors
Magnetic Resonance Imaging is based on the technique of nuclear magnetic resonance spectroscopy. NMR uses powerful magnets to align a chemical sample’s atomic nuclei and then tickle them RF waves, revealing structural and chemical properties of the sample under test. NMR spectroscopy has been used for decades to explore the structure of matter; nearly every academic or industrial chemistry lab has access to NMR nowadays.
An MRI scanner uses the principles of NMR to map the water molecules in the body by probing for the single proton in the nucleus of hydrogen atoms. A large superconducting magnet produces a strong and stable magnetic field down the long axis of the core of the scanner. When a individual is put into the maker — fair alerting to claustrophobics that this is not going to be a delighted time for you — the magnetic field gets to work on the protons in the water (and fat) in the patient’s tissues.
Each proton has a quantum property called spin, which is a little like the earth spinning on its axis. outside of a magnetic field, each proton’s spin axis is randomly oriented, but inside the field, everything snaps into alignment. A little a lot more than half the protons are oriented toward the patient’s head, which is the low energy state, and the rest are aligned toward the feet, which is a slightly higher state and as a result less favored. The result is a minor net spin moment oriented toward the head, indicating that your body is turned into a bar magnet during the exam.
Once the protons are all lined up, a powerful pulse of RF energy is transmitted into the tissue being studied. The exact parameters depend on the study being conducted, but typically the frequency is in the 10 to 100 MHz range at a power of 10 to 30 kW. It’s akin to putting your precious self a few inches from the antenna of a shortwave radio station, which is nearly never a good idea. but the RF is rapidly pulsed during the exam, which reduces the task cycle and decreases exposure risk. but there are cases where significant heating can occur in a patient’s tissues as a result of the radio pulses, to the point where certain positions are forbidden to stop RF loops that could cause internal heating, and there are guidelines for reporting “heating events.” I’ve felt this myself; during my last MRI my wedding ring, which was overlooked in the pre-exam search for metal, heated up to the point where I nearly asked the tech to stop the exam.
These powerful RF waves stimulate the protons that aligned in the high energy state to flip to their low energy state, releasing RF energy in the process. The amount of signal received is proportional to the number of protons, which in turn represents the amount of water in the different tissues. Of course, this is a drastic simplification of the real physics here. I’ve left out all kinds of detail, like the Larmor frequency, spin precession, relaxation, and a bunch of other stuff. but those are the basics of getting a map of the water in your body
Noisy Coils
But still: why the noise? and a lot more importantly to me: how do we get spatial data from a single antenna? other imaging techniques using X-rays, like CT scans, are easy to understand — a gantry moves an X-ray tube and a digital detector around your body and turns the stream of density data into a 2D-image based on the position of the beam relative to your body. but nothing moves in an MRI scanner other than the individual bed, and that stays still during the scan. how does an MRI scanner scan?
It turns out that the answers to both those questions are related to another set of magnets inside the scanner: the gradient magnets, or gradient coils. The gradient coils are essentially powerful electromagnets that are created to slightly distort that very carefully aligned, stable, powerful field running down the bore of the scanner. There are three coils located inside the main magnet, set up to perturb the main field in threeমাত্রা. ফলাফলটি বিভিন্ন শক্তির একটি চৌম্বকীয় ক্ষেত্র যার অবস্থানটি সঠিকভাবে তিনটি মাত্রায় নিয়ন্ত্রিত হতে পারে। স্ক্যানার এর সফটওয়্যারটি তিনটি গ্রেডিয়েন্ট ক্ষেত্র দ্বারা সংজ্ঞায়িত অবস্থানের কাছে ফেরত আরএফ সিগন্যালকে সমর্থন করে, যা আমরা দেখেছি যে গভীরভাবে গভীরতম চিত্রগুলি তৈরি করে।
কিন্তু গোলমাল সম্পর্কে কি? যে গ্রেডিয়েন্ট coils যে কোন কাঠামো চিত্রিত করা প্রয়োজন জুড়ে সুদের বিন্দু স্ক্যান করতে খুব দ্রুত pulsed করা প্রয়োজন। লোরেনজ বাহিনীর ধন্যবাদ, সেই ডালগুলির প্রত্যেকটিই কোয়েলগুলি যান্ত্রিকভাবে একটি বিটকে ডিফেক্ট করার কারণ করে, যা বাতাসে একটি কম্পন সৃষ্টি করে। ডালগুলি সাধারণত কয়েক কিলহের্টেজের পরিসরে, অডিও ফ্রিকোয়েন্সি পরিসরের মধ্যে ভাল। এবং তারা 110 ডিবি বা তার বেশি মত উচ্চ হতে পারে। আমার স্ক্যানগুলিতে ফিরে চিন্তা করে, আমি শব্দের একটি অন্তর্নিহিত সময়সীমা প্রত্যাহার করতে পারি – ল্যাথিক্যাল পরিবর্তনগুলি সম্ভবত কীভাবে গ্রেডিয়েন্টটি শরীর জুড়ে জুড়ে রাস্ট্রেশন করে। আপনি যখন আপনার মনের অন্তরে ঘুরে বেড়ানোর জন্য আপনার মনকে অভ্যন্তরীণভাবে ঘুরিয়ে দেন।
এমআরআই এখানে কীভাবে কাজ করে তার পৃষ্ঠটি আমি মাত্র স্ক্র্যাচ করেছি, কিন্তু অন্তত আমি মনে করি আমি এখন এই প্রযুক্তি সম্পর্কে অনেক কিছু জানি। এটা আমাকে যে শোরগোল নল মধ্যে shoved করা কোন সুখী করা হবে না, কিন্তু অন্তত আমি সময় পাস করার জন্য আমার চারপাশে যা ঘটছে তা নিয়ে চিন্তা করতে সক্ষম হব।
এবং যাইহোক, আমার বাবা জরিমানা করেনি, এবং কৃতজ্ঞতার সাথে তারা কিছু ভুল পাইনি।