Branduolinis magnetinis rezonansas (BMR) yra branduolio spektroskopija, plačiai naudojama visuose fiziniuose moksluose ir pramonėje. BMR už tiria atomo branduolių vidines sukimosi savybes naudojamas didelis magnetas. Kaip ir bet kuri spektroskopija, ji naudoja elektromagnetinę spinduliuotę (radijo dažnio bangas VHF diapazone), kad sukurtų perėjimą tarp energijos lygių (rezonanso). Chemijoje BMR padeda nustatyti mažų molekulių struktūrą. Branduolinis magnetinis rezonansas medicinoje buvo pritaikytas magnetinio rezonanso tomografijoje (MRT).
Atidarymas
BMR 1946 m. atrado Harvardo universiteto mokslininkai Purcell, Pound ir Torrey bei Blochas, Hansenas ir Packardas Stanforde. Jie pastebėjo, kad 1 H ir 31 P branduoliai (protonas ir fosforas-31) gali sugerti radijo dažnio energiją, kai juos veikia magnetinis laukas, kurio stiprumas būdingas kiekvienam atomui. Sugerti jie pradėjo rezonuoti, kiekvienas elementas savo dažniu. Šis stebėjimas leido išsamiai išanalizuoti molekulės struktūrą. Nuo tada BMR buvo pritaikytas kietųjų medžiagų, skysčių ir dujų kinetiniams ir struktūriniams tyrimams, dėl kurių buvo paskirtos 6 Nobelio premijos.
Sukimosi ir magnetinės savybės
Branduolys susideda iš elementariųjų dalelių, vadinamų neutronais ir protonais. Jie turi savo kampinį impulsą, vadinamą sukimu. Kaip ir elektronų, branduolio sukimąsi galima apibūdinti kvantiniais skaičiais I ir magnetiniame lauke m. Atominiai branduoliai, kuriuose yra lyginis protonų ir neutronų skaičius, turi nulinį sukimąsi, o visi kiti – ne nulinį. Be to, molekulės, kurių sukimasis ne nulinis, turi magnetinį momentą μ = γ aš, kur γ yra giromagnetinis santykis, proporcingumo tarp magnetinio dipolio momento ir kampinio momento, kuris yra skirtingas kiekvienam atomui, konstanta.
Dėl magnetinio branduolio momento jis elgiasi kaip mažas magnetas. Jei nėra išorinio magnetinio lauko, kiekvienas magnetas orientuojamas atsitiktinai. BMR eksperimento metu mėginys dedamas į išorinį magnetinį lauką B0, dėl kurio mažos energijos strypo magnetai išsilygina B0 kryptimi, o didelės energijos strypiniai magnetai – priešinga kryptimi. Tokiu atveju pasikeičia magnetų sukimosi orientacija. Norint suprasti šią gana abstrakčią sąvoką, BMR eksperimento metu reikia atsižvelgti į branduolio energijos lygį.
Energijos lygiai
Norint apversti sukimąsi, reikalingas sveikasis kvantų skaičius. Bet kuriam m yra 2m + 1 energijos lygiai. 1/2 sukimosi branduoliui yra tik 2 - žemas, užimtas sukimų, sulygiuotų su B0, ir aukštasis, kurį užima sukimai, suderinti su B0. Kiekvienas energijos lygis apibrėžiamas išraiška E = -mℏγB 0, kur m yra magnetinis kvantinis skaičius, šiuo atveju +/- 1/2. Energijos lygiai m > 1/2, žinomi kaip kvadrupolio branduoliai, yra sudėtingesni.
Energijos skirtumas tarp lygių yra lygus: ΔE = ℏγB 0, kur ℏ yra Planko konstanta.
Kaip matyti, magnetinio lauko stiprumas turi didelę reikšmę, nes jo nesant lygiai išsigimsta.
Energijos perėjimai
Kad įvyktų branduolinis magnetinis rezonansas, turi įvykti sukimosi pokytis tarp energijos lygių. Energijos skirtumas tarp dviejų būsenų atitinka elektromagnetinės spinduliuotės energiją, dėl kurios branduoliai keičia energijos lygį. Daugumai BMR spektrometrai B 0 yra 1 tesla (T), o γ yra 10 7 eilės. Todėl reikalinga elektromagnetinė spinduliuotė yra 10 7 Hz. Fotono energija pavaizduota formule E = hν. Todėl sugerčiai reikalingas dažnis: ν= γB 0 /2π.
Branduolinis ekranavimas
BMR fizika remiasi branduolinio ekranavimo koncepcija, kuri leidžia nustatyti medžiagos struktūrą. Kiekvienas atomas yra apsuptas elektronų, kurie skrieja aplink branduolį ir veikia jo magnetinį lauką, o tai savo ruožtu sukelia nedidelius energijos lygio pokyčius. Tai vadinama ekranavimu. Branduoliai, kurie patiria skirtingus magnetinius laukus, susijusius su vietine elektronine sąveika, vadinami neekvivalentiniais. Norint pakeisti energijos lygius, kad būtų galima suktis, reikia kitokio dažnio, o tai sukuria naują BMR spektro smailę. Atranka leidžia struktūriškai nustatyti molekules, analizuojant BMR signalą naudojant Furjė transformaciją. Rezultatas yra spektras, susidedantis iš smailių rinkinio, kurių kiekviena atitinka skirtingą cheminę aplinką. Smailės plotas yra tiesiogiai proporcingas branduolių skaičiui. Išsamią informaciją apie struktūrą išgauna BMR sąveika, įvairiais būdais keičiantis spektrą.
Atsipalaidavimas
Atsipalaidavimas reiškia reiškinį, kai branduoliai grįžta į savo termodinamiškai būsenos, kurios yra stabilios po sužadinimo iki aukštesnio energijos lygio. Taip išlaisvinama energija, sugerta pereinant iš žemesnio lygio į aukštesnį. Tai gana sudėtingas procesas, vykstantis skirtingais laiko tarpais. Du labiausiai bendras atsipalaidavimo tipai yra sukimasis-gardelė ir sukimasis-sukinys.
Norint suprasti atsipalaidavimą, būtina atsižvelgti į visą modelį. Jei branduoliai dedami į išorinį magnetinį lauką, jie sukurs tūrio įmagnetinimą išilgai Z ašies. Jų sukimai taip pat yra nuoseklūs ir leidžia aptikti signalą. BMR perkelia masinį įmagnetinimą iš Z ašies į XY plokštumą, kur jis pasirodo.
Sukimo-gardelės atsipalaidavimas apibūdinamas laiku T 1, kurio reikia norint atkurti 37% tūrio įmagnetinimo išilgai Z ašies. Kuo efektyvesnis atsipalaidavimo procesas, tuo mažesnis T 1 . Kietosiose medžiagose, kadangi judėjimas tarp molekulių yra ribotas, atsipalaidavimo laikas yra ilgas. Matavimai dažniausiai atliekami impulsiniais metodais.
Sukimo-sukimosi relaksacijai būdingas tarpusavio koherencijos laiko T 2 praradimas. Jis gali būti mažesnis arba lygus T1.
Branduolinis magnetinis rezonansas ir jo taikymas
Dvi pagrindinės sritys, kuriose NMR pasirodė itin svarbios, yra medicina ir chemija, tačiau kasdien kuriamos naujos programos.
Branduolinio magnetinio rezonanso tomografija, plačiau žinoma kaip magnetinio rezonanso tomografija (MRT), yra svarbi medicininės diagnostikos priemonė, naudojamas žmogaus organizmo funkcijoms ir sandarai tirti. Tai leidžia gauti išsamius bet kurio organo, ypač minkštųjų audinių, vaizdus visose įmanomose plokštumose. Naudojamas širdies ir kraujagyslių, neurologinių, raumenų ir kaulų sistemos bei onkologijos vaizdavimo srityse. Skirtingai nuo alternatyvaus kompiuterinio vaizdo, magnetinio rezonanso tomografijoje nenaudojama jonizuojanti spinduliuotė, todėl jis yra visiškai saugus.
MRT gali aptikti subtilius pokyčius, kurie atsiranda laikui bėgant. BMR vaizdavimas gali būti naudojamas siekiant nustatyti struktūrinius sutrikimus, atsirandančius ligos eigoje, kaip jie veikia tolesnį vystymąsi ir kaip jų progresavimas koreliuoja su psichiniais ir emociniais sutrikimo aspektais. Kadangi MRT blogai vizualizuoja kaulą, jis sukuria puikius intrakranijinių ir intravertebrinis turinys.
Branduolinio magnetinio rezonanso panaudojimo diagnostikoje principai
MRT procedūros metu pacientas guli masyviame tuščiaviduriame cilindriniame magnete ir yra veikiamas galingo, nuolatinio magnetinio lauko. Skirtingi atomai nuskaitytoje kūno dalyje rezonuoja skirtingais lauko dažniais. MRT pirmiausia naudojamas vandenilio atomų, kuriuose yra besisukantis protonų branduolys, turintis nedidelį magnetinį lauką, virpesiams aptikti. Atliekant MRT, foninis magnetinis laukas išlygina visus audinio vandenilio atomus. Antrasis magnetinis laukas, orientuotas kitaip nei foninis laukas, įsijungia ir išsijungia daug kartų per sekundę. Tam tikru dažniu atomai rezonuoja ir išsirikiuoja su antruoju lauku. Kai jis išsijungia, atomai atšoka, susilygiuodami su fonu. Taip sukuriamas signalas, kurį galima priimti ir paversti vaizdu.
Audiniai, kuriuose yra daug vandenilio, kuris yra žmogaus organizme kaip vandens dalis, sukuria ryškų vaizdą, o kai vandenilio yra mažai arba visai nėra (pavyzdžiui, kaulai), atrodo tamsūs. MRT ryškumą padidina kontrastinė medžiaga, tokia kaip gadodiamidas, kurią pacientai vartoja prieš procedūrą. Nors šios priemonės gali pagerinti vaizdo kokybę, procedūros jautrumas išlieka gana ribotas. Kuriami metodai MRT jautrumui padidinti. Perspektyviausias yra paravandenilio panaudojimas – vandenilio forma, pasižyminti unikaliomis molekulinėmis sukimosi savybėmis ir labai jautri magnetiniams laukams.
Patobulinus MRT naudojamų magnetinių laukų charakteristikas, buvo sukurti labai jautrūs vaizdo gavimo metodai, tokie kaip difuzija ir funkcinis MRT, kurie yra skirti labai specifinėms audinių savybėms vaizduoti. Be to, kraujo judėjimui vaizduoti naudojama unikali MRT technologijos forma, vadinama magnetinio rezonanso angiografija. Tai leidžia vizualizuoti arterijas ir venas be adatų, kateterių ar kontrastinių medžiagų. Kaip ir naudojant MRT, šie metodai padėjo pakeisti biomedicinos tyrimus ir diagnostiką.
Pažangios kompiuterinės technologijos leido radiologams iš MRT skaitytuvais gautų skaitmeninių pjūvių sukurti trimates hologramas, kurios naudojamos tiksliai nustatyti pažeidimo vietą. Tomografija ypač vertinga tiriant smegenis ir nugaros smegenis, taip pat dubens organus, tokius kaip šlapimo pūslė ir akytieji kaulai. Metodas gali greitai ir aiškiai tiksliai nustatyti naviko pažeidimo mastą ir įvertinti galimą insulto žalą, todėl gydytojai gali laiku paskirti tinkamą gydymą. MRT iš esmės pakeitė artrografiją, poreikį suleisti kontrastinę medžiagą į sąnarį, kad būtų galima vizualizuoti kremzlės ar raiščių pažeidimus, ir mielografiją, kontrastinės medžiagos injekciją į stuburo kanalą, siekiant vizualizuoti nugaros smegenų ar tarpslankstelinių diskų anomalijas.
Taikymas chemijoje
Daugelis laboratorijų šiandien naudoja branduolinį magnetinį rezonansą svarbių cheminių ir biologinių junginių struktūroms nustatyti. BMR spektruose skirtingos smailės suteikia informacijos apie specifinę cheminę aplinką ir ryšius tarp atomų. Dauguma bendras Magnetinio rezonanso signalams aptikti naudojami izotopai yra 1 H ir 13 C, tačiau tinka ir daugelis kitų, pvz., 2 H, 3 He, 15 N, 19 F ir kt.
Šiuolaikinė BMR spektroskopija plačiai pritaikyta biomolekulinėse sistemose ir atlieka svarbų vaidmenį struktūrinėje biologijoje. Tobulėjant metodikai ir įrankiams, BMR tapo vienu galingiausių ir universaliausių spektroskopinių biomakromolekulių analizės metodų, leidžiančių charakterizuoti jas ir jų kompleksus iki 100 kDa dydžio. Kartu su rentgeno kristalografija tai yra viena iš dviejų pagrindinių jų struktūros nustatymo technologijų atominiame lygmenyje. Be to, BMR suteikia unikalią ir svarbią informaciją apie baltymų funkciją, kuri atlieka svarbų vaidmenį kuriant vaistus. Kai kurie naudojimo būdai BMR spektroskopija pateikiami žemiau.
- Tai vienintelis būdas nustatyti biomakromolekulių atominę struktūrą vandeniniuose tirpaluose, esančiuose netoli fiziologinis sąlygomis arba membraną imituojančiomis aplinkomis.
- Molekulinė dinamika. Tai yra galingiausia biomakromolekulių dinaminių savybių kiekybinio nustatymo metodas.
- Baltymų lankstymas. BMR spektroskopija yra galingiausias įrankis, leidžiantis nustatyti išsiskleidusių baltymų ir susilankstančių mediatorių liekamąsias struktūras.
- Jonizacijos būsena. Metodas veiksmingas nustatant funkcinių grupių biomakromolekulėse chemines savybes, pvz., jonizaciją. fermentų aktyviųjų vietų jonizuojamų grupių būsenos.
- Branduolinis magnetinis rezonansas leidžia tirti silpnas funkcines sąveikas tarp makrobiomolekulių (pavyzdžiui, su disociacijos konstantomis mikromoliniuose ir milimoliniuose diapazonuose), kurių negalima atlikti kitais metodais.
- Baltymų drėkinimas. BMR yra vidinio vandens ir jo sąveikos su biomakromolekulėmis nustatymo įrankis.
- Tai unikalu tiesioginės sąveikos aptikimo metodas vandeniliniai ryšiai.
- Atranka ir vaistų kūrimas. Visų pirma, branduolinis magnetinis rezonansas yra ypač naudingas identifikuojant vaistus ir nustatant junginių, susijusių su fermentais, receptoriais ir kitais baltymais, konformacijas.
- Natūralus membraninis baltymas. Kietojo kūno BMR turi potencialą membranos baltymų domenų atominių struktūrų nustatymas gimtosios membranos aplinkoje, įskaitant surištus ligandus.
- Metabolinė analizė.
- Cheminė analizė. Sintetinių ir natūralių cheminių medžiagų cheminis identifikavimas ir konformacinė analizė.
- Medžiagų mokslas. Galingas įrankis tiriant polimerų chemiją ir fiziką.
Kitos programos
Branduolinis magnetinis rezonansas ir jo taikymas neapsiriboja medicina ir chemija. Šis metodas pasirodė esąs labai naudingas kitose srityse, tokiose kaip klimato bandymai, naftos pramonė, procesų valdymas, Žemės lauko BMR ir magnetometrai. Neardomieji bandymai leidžia sutaupyti brangių biologinių mėginių, kurie gali būti naudojami pakartotinai, jei reikia atlikti daugiau tyrimų. Branduolinis magnetinis rezonansas geologijoje naudojamas uolienų poringumui ir požeminių skysčių pralaidumui matuoti. Magnetometrai naudojami įvairiems magnetiniams laukams matuoti.
Branduolinio magnetinio rezonanso spektroskopija yra vienas iš labiausiai paplitusių ir labai jautrių organinių junginių struktūros nustatymo metodų, leidžiančių gauti informaciją ne tik apie kokybinę ir kiekybinę sudėtį, bet ir apie atomų išsidėstymą vienas kito atžvilgiu. Įvairūs BMR metodai turi daug galimybių nustatyti cheminę medžiagų struktūrą, molekulių patvirtinimo būsenas, abipusio poveikio efektus ir intramolekulines transformacijas.
Branduolinio magnetinio rezonanso metodas turi keletą skiriamųjų bruožų: priešingai nei optiniai molekuliniai spektrai, medžiagos elektromagnetinės spinduliuotės sugertis vyksta stipriame vienodame išoriniame magnetiniame lauke. Be to, norint atlikti BMR tyrimą, eksperimentas turi atitikti keletą sąlygų, atspindinčių bendruosius BMR spektroskopijos principus:
1) registruoti BMR spektrus galima tik atomų branduoliams, turintiems savo magnetinį momentą arba vadinamiesiems magnetiniams branduoliams, kuriuose protonų ir neutronų skaičius yra toks, kad izotopų branduolių masės skaičius yra nelyginis. Visi branduoliai, turintys nelyginį masės skaičių, turi sukimąsi I, kurio reikšmė yra 1/2. Taigi branduolių 1 H, 13 C, l 5 N, 19 F, 31 R sukimosi reikšmė lygi 1/2, 7 Li, 23 Na, 39 K ir 4 l R branduolių sukinys yra lygus 3/2 . Branduoliai su lyginiu masės skaičiumi arba visiškai neturi sukimosi, jei branduolio krūvis yra lyginis, arba turi sveikų sukimosi reikšmių, jei krūvis yra nelyginis. Tik tie branduoliai, kurių sukinys yra I 0, gali sukurti BMR spektrą.
Sukimo buvimas yra susijęs su atominio krūvio cirkuliacija aplink branduolį, todėl atsiranda magnetinis momentas μ . Besisukantis krūvis (pavyzdžiui, protonas), kurio kampinis momentas J sukuria magnetinį momentą μ=γ*J . Sukimosi metu atsirandantis kampinis branduolio momentas J ir magnetinis momentas μ gali būti pavaizduoti kaip vektoriai. Jų pastovus santykis vadinamas giromagnetiniu santykiu γ. Būtent ši konstanta lemia šerdies rezonansinį dažnį (1.1 pav.).
1.1 pav. – besisukantis krūvis, kurio kampinis momentas J, sukuria magnetinį momentą μ=γ*J.
2) BMR metodas tiria energijos sugertį arba emisiją neįprastomis spektro formavimo sąlygomis: priešingai nei kiti spektriniai metodai. BMR spektras registruojamas iš medžiagos, esančios stipriame vienodame magnetiniame lauke. Tokie branduoliai išoriniame lauke turi skirtingas potencialios energijos vertes, priklausančias nuo kelių galimų (kvantuotų) vektoriaus orientacijos kampų μ išorinio magnetinio lauko stiprumo vektoriaus H 0 atžvilgiu. Nesant išorinio magnetinio lauko, branduolių magnetiniai momentai arba sukiniai neturi konkrečios orientacijos. Jei magnetiniai branduoliai, kurių sukinys yra 1/2, yra patalpinti į magnetinį lauką, tai dalis branduolio sukinių bus lygiagreti magnetinio lauko linijoms, o kita dalis – antilygiagreti. Šios dvi orientacijos nebėra energetiškai lygiavertės ir sakoma, kad sukimai yra paskirstyti dviem energijos lygiais.
Sukimai, kurių magnetinis momentas nukreiptas išilgai +1/2 lauko, žymimi simboliu | α >, kurio orientacija yra nelygiagreti išoriniam laukui -1/2 - simbolis | β > (1.2 pav.) .
1.2 pav. Energijos lygių susidarymas, kai veikia išorinis laukas H 0.
1.2.1 BMR spektroskopija 1H branduoliuose PMR spektrų parametrai.
1H BMR spektrų duomenims iššifruoti ir signalams priskirti naudojamos pagrindinės spektrų charakteristikos: cheminis poslinkis, sukinio-sukinio sąveikos konstanta, integruoto signalo intensyvumas, signalo plotis [57].
A) Cheminis poslinkis (C.C). H.S Cheminis poslinkis yra atstumas tarp šio signalo ir etaloninės medžiagos signalo, išreiškiamas išorinio lauko stiprumo milijoninėmis dalimis.
Tetrametilsilanas [TMS, Si(CH 3) 4], turintis 12 struktūriškai lygiaverčių, labai ekranuotų protonų, dažniausiai naudojamas kaip etalonas cheminiams protonų poslinkiams matuoti.
B) sukimosi ir sukimosi sąveikos konstanta. Didelės skiriamosios gebos BMR spektruose stebimas signalo padalijimas. Ši skilimo arba smulki struktūra didelės skiriamosios gebos spektruose atsiranda dėl sukimosi ir sukimosi sąveikos tarp magnetinių branduolių. Šis reiškinys kartu su cheminiu poslinkiu yra svarbiausias informacijos apie sudėtingų organinių molekulių struktūrą ir elektronų debesies pasiskirstymą jose šaltinis. Tai nepriklauso nuo H0, bet priklauso nuo molekulės elektroninės struktūros. Magnetinio branduolio, sąveikaujančio su kitu magnetiniu branduoliu, signalas, priklausomai nuo sukimosi būsenų skaičiaus, skaidomas į kelias linijas, t.y. priklauso nuo I branduolių sukinių.
Atstumas tarp šių linijų apibūdina sukimosi ir sukimosi jungties energiją tarp branduolių ir yra vadinamas sukimosi ir sukimosi jungties konstanta n J, kur n- ryšių, skiriančių sąveikaujančius branduolius, skaičius.
Yra tiesioginės konstantos J HH, geminalinės konstantos 2 J HH , vicinalinės konstantos 3 J HH ir kai kurios ilgojo nuotolio konstantos 4 J HH , 5 J HH .
- geminalinės konstantos 2 J HH gali būti teigiamos ir neigiamos ir užimti diapazoną nuo -30 Hz iki +40 Hz.
Vicinalinės konstantos 3 J HH užima 0 20 Hz diapazoną; jie beveik visada teigiami. Nustatyta, kad vicinalinė sąveika sočiose sistemose labai stipriai priklauso nuo kampo tarp anglies-vandenilio ryšių, tai yra nuo dvikampio kampo - (1.3 pav.).
1.3 paveikslas – dvisienis kampas φ tarp anglies-vandenilio ryšių.
Ilgo nuotolio sukimosi ir sukimosi sąveika (4 J HH , 5 J HH ) - dviejų branduolių, atskirtų keturiais ar daugiau ryšių, sąveika; tokios sąveikos konstantos dažniausiai yra nuo 0 iki +3 Hz.
1.1 lentelė. Sukimo ir sukimosi sąveikos konstantos
B) Integruotas signalo intensyvumas. Signalų plotas yra proporcingas tam tikru lauko stiprumu rezonuojančių magnetinių branduolių skaičiui, todėl signalų plotų santykis parodo santykinį kiekvienos struktūros atmainos protonų skaičių ir vadinamas integruotu signalo intensyvumu. Šiuolaikiniuose spektrometruose naudojami specialūs integratoriai, kurių rodmenys registruojami kreivės forma, kurios žingsnių aukštis yra proporcingas atitinkamų signalų plotui.
D) linijų plotis. Norint apibūdinti linijų plotį, įprasta matuoti plotį pusės aukščio atstumu nuo spektro nulinės linijos. Eksperimentiškai stebimas linijos plotis susideda iš natūralaus linijos pločio, kuris priklauso nuo struktūros ir mobilumo bei išplėtimo dėl instrumentinių priežasčių
Įprastas linijos plotis PMR yra 0,1-0,3 Hz, tačiau jis gali padidėti dėl gretimų perėjimų, kurie tiksliai nesutampa, bet nėra išspręsti kaip atskiros linijos, persidengimo. Išplėtimas galimas esant branduoliams, kurių sukimasis didesnis nei 1/2, ir keičiantis cheminei medžiagai.
1.2.2 1H BMR duomenų taikymas organinių molekulių struktūrai nustatyti.
Sprendžiant daugybę struktūrinės analizės problemų, be empirinių verčių lentelių, Kh.S. Gali būti naudinga kiekybiškai įvertinti gretimų pakaitų poveikį Ch.S. pagal efektyvaus atrankos įnašų adityvumo taisyklę. Šiuo atveju paprastai atsižvelgiama į pakaitus, kurie yra ne daugiau kaip 2–3 ryšiai nutolę nuo tam tikro protono, o apskaičiavimas atliekamas naudojant formulę:
δ=δ 0 +ε i *δ i (3)
čia δ 0 yra standartinės grupės protonų cheminis poslinkis;
δi yra pakaito atrankos indėlis.
1.3 BMR spektroskopija 13 C. Spektų gavimas ir įrašymo būdai.
Pirmieji pranešimai apie 13 C BMR stebėjimą pasirodė 1957 m., tačiau 13 C BMR spektroskopijos transformacija į praktiškai naudojamą analitinio tyrimo metodą prasidėjo gerokai vėliau.
Magnetinis rezonansas 13 C ir 1 H turi daug bendro, tačiau yra ir reikšmingų skirtumų. Labiausiai paplitęs anglies izotopas 12 C turi I=0. 13 C izotopas yra I = 1/2, tačiau natūralus jo kiekis yra 1,1%. Tai yra kartu su tuo, kad 13 C branduolių giromagnetinis santykis yra 1/4 protonų giromagnetinio santykio. Tai sumažina metodo jautrumą eksperimentuose su 13 C BMR stebėjimu 6000 kartų, palyginti su 1 H branduoliais.
a) neslopinant sukimosi ir sukimosi sąveikos su protonais. 13C BMR spektrai, gauti nesant visiško sukinio-sukinio rezonanso slopinimo su protonais, buvo vadinami didelės skiriamosios gebos spektrais. Šiuose spektruose yra visa informacija apie 13 C - 1 H konstantas. Palyginti paprastose molekulėse abiejų tipų konstantos – tiesioginės ir ilgalaikės – randamos gana paprastai. Taigi 1 J (C-H) yra 125–250 Hz, tačiau sukimosi ir sukimosi sąveika gali atsirasti ir su tolimesniais protonais, kurių konstantos mažesnės nei 20 Hz.
b) visiškas sukimosi ir sukimosi sąveikos su protonais slopinimas. Pirmoji didelė pažanga 13 C BMR spektroskopijos srityje yra susijusi su visišku sukimosi ir sukimosi sąveikos su protonais slopinimu. Naudojant visišką sukimosi ir sukimosi sąveikos su protonais slopinimą, multipletai susilieja ir susidaro vienetinės linijos, jei molekulėje nėra kitų magnetinių branduolių, tokių kaip 19 F ir 31 P.
c) nepilnas sukimosi ir sukimosi sąveikos su protonais slopinimas. Tačiau visiško atsiejimo nuo protonų būdo naudojimas turi trūkumų. Kadangi dabar visi anglies signalai yra pavienių pavidalo, prarandama visa informacija apie sukimosi ir sukimosi sąveikos konstantas 13 C-1 H. Siūlomas metodas, leidžiantis iš dalies atkurti informaciją apie tiesioginės sukimosi ir sukimosi sąveikos konstantas 13 C-1 H ir tuo pačiu išsaugoma daugiau plačiajuosčio ryšio atsiejimo pranašumų. Tokiu atveju spektruose atsiras skilimai dėl tiesioginių sukimosi ir sukimosi sąveikos konstantų 13 C - 1 H. Ši procedūra leidžia aptikti signalus iš neprotonuotų anglies atomų, nes pastarieji neturi protonų, tiesiogiai susijusių su 13 C ir pasirodo spektruose su nepilnu atsiejimu nuo protonų kaip singletai.
d) CH sąveikos konstantos, JMODCH spektro moduliavimas. Tradicinė 13C BMR spektroskopijos problema yra protonų, susijusių su kiekvienu anglies atomu, skaičiaus nustatymas, ty anglies atomo protonavimo laipsnis. Dalinis protonų slopinimas leidžia atskirti anglies signalą iš daugialypumo, kurį sukelia ilgo nuotolio sukimosi ir sukimosi sąveikos konstantos, ir gauti signalo padalijimą dėl tiesioginio 13 C-1 H sujungimo konstantų, tačiau stipriai susietų sukimosi sistemų AB atveju o multipletų sutapimas OFFR režime apsunkina vienareikšmišką signalų skiriamąją gebą.
Branduolinis magnetinis rezonansas
Branduolinis magnetinis rezonansas
Branduolinis magnetinis rezonansas (BMR) – atomų branduolių elektromagnetinių bangų rezonansinė sugertis, atsirandanti pasikeitus jų pačių kampinio momento (sukinių) vektorių orientacijai. BMR atsiranda mėginiuose, patalpintuose į stiprų pastovų magnetinį lauką, tuo pačiu metu juos veikiant silpnam kintamam elektromagnetiniam laukui radijo dažnių diapazone (kintamojo lauko linijos turi būti statmenos pastovaus lauko linijoms). Vandenilio branduoliams (protonams), esantiems pastoviame 10 4 oerstedų magnetiniame lauke, rezonansas vyksta esant 42,58 MHz radijo bangų dažniui. Kitų branduolių, esančių 10 3 – 10 4 magnetiniuose laukuose, BMR stebimas 1–10 MHz dažnių diapazone. BMR plačiai naudojamas fizikoje, chemijoje ir biochemijoje tiriant kietųjų kūnų ir sudėtingų molekulių struktūrą. Medicinoje BMR naudojamas žmogaus vidaus organų erdviniam vaizdui gauti, kurio skiriamoji geba yra 0,5–1 mm.
Panagrinėkime BMR reiškinį paprasčiausio branduolio – vandenilio – pavyzdžiu. Vandenilio branduolys yra protonas, turintis tam tikrą savo mechaninio kampinio momento (sukinio) vertę. Remiantis kvantine mechanika, protonų sukimosi vektorius erdvėje gali turėti tik dvi viena kitai priešingas kryptis, sutartinai žymimas žodžiais „aukštyn“ ir „žemyn“. Protonas taip pat turi magnetinį momentą, kurio vektoriaus kryptis yra griežtai susieta su sukimosi vektoriaus kryptimi. Todėl protono magnetinio momento vektorius gali būti nukreiptas „aukštyn“ arba „žemyn“. Taigi protonas gali būti pavaizduotas kaip mikroskopinis magnetas su dviem galimomis orientacijomis erdvėje. Jei protoną patalpinsite į išorinį pastovų magnetinį lauką, protono energija šiame lauke priklausys nuo to, kur nukreiptas jo magnetinis momentas. Protono energija bus didesnė, jei jo magnetinis momentas (ir sukimasis) bus nukreiptas priešinga laukui kryptimi. Pažymėkime šią energiją E ↓. Jei protono magnetinis momentas (sukinys) nukreiptas ta pačia kryptimi kaip laukas, tai protono energija, žymima E, bus mažesnė (E<
E ↓).
Пусть протон оказался именно в этом последнем состоянии. Если теперь протону
добавить энергию Δ Е =
E ↓ − E ,
то он сможет скачком перейти в состояние с большей энергией, в котором его
спин будет направлен против поля. Добавить энергию протону можно, “облучая”
его квантами электромагнитных волн с частотой ω, определяемой соотношением
ΔЕ = ћω.
Pereikime nuo vieno protono prie makroskopinio vandenilio mėginio, kuriame yra daug protonų. Situacija atrodys taip. Pavyzdyje dėl atsitiktinių sukimosi orientacijų vidurkio, veikiant pastoviam išoriniam magnetiniam laukui, atsiras maždaug vienodas protonų skaičius, kurių sukimai nukreipti „aukštyn“ ir „žemyn“ šio lauko atžvilgiu. Mėginio apšvitinimas elektromagnetinėmis bangomis, kurių dažnis ω = (E ↓ − E )/ћ, sukels „masinį“ protonų sukinių (magnetinių momentų) poslinkį, dėl kurio atsidurs visi mėginio protonai. būsenoje su sukimais, nukreiptais prieš lauką. Tokį masinį protonų orientacijos pokytį lydės staigus (rezonansinis) spinduliuojančio elektromagnetinio lauko kvantų (ir energijos) sugertis. Tai yra NMR. BMR galima stebėti tik mėginiuose, kuriuose yra daug branduolių (10 16), naudojant specialią techniką ir labai jautrius instrumentus.
Terminas „magnetinis rezonansas“ reiškia selektyvų (rezonansinį) kintamo elektromagnetinio lauko energijos sugertį, kurį atlieka nuolatinio magnetinio lauko veikiamos medžiagos elektroninis arba branduolinis posistemis. Sugerties mechanizmas yra susijęs su kvantiniais perėjimais šiuose posistemiuose tarp atskirų energijos lygių, atsirandančių esant magnetiniam laukui.
Magnetiniai rezonansai paprastai skirstomi į penkis tipus: 1) ciklotroninį rezonansą (CR); 2) elektronų paramagnetinis rezonansas (EPR); 3) branduolinis magnetinis rezonansas (BMR); 4) elektronų feromagnetinis rezonansas; 5) elektroninis antiferomagnetinis rezonansas.
Ciklotronų rezonansas. CR metu puslaidininkiuose ir metaluose, esančiuose pastoviame magnetiniame lauke, stebima selektyvi elektromagnetinio lauko energijos absorbcija, kurią sukelia kvantiniai elektronų perėjimai tarp Landau energijos lygių. Išoriniame magnetiniame lauke esančių laidumo elektronų beveik nepertraukiamas energijos spektras yra padalintas į tokius vienodo atstumo lygius.
CR fizinio mechanizmo esmę galima suprasti klasikinės teorijos rėmuose. Laisvasis elektronas juda pastoviame magnetiniame lauke (nukreiptas išilgai ašies) spiraline trajektorija aplink magnetinės indukcijos linijas ciklotrono dažniu
kur ir yra atitinkamai elektrono krūvio dydis ir efektyvioji masė. Dabar įjunkite radijo dažnio lauką, kurio dažnis ir vektorius yra statmeni (pavyzdžiui, išilgai ašies). Jei elektronas turi tinkamą judėjimo išilgai spiralės fazę, tada, kadangi jo sukimosi dažnis sutampa su išorinio lauko dažniu, jis pagreitės ir spiralė išsiplės. Elektrono greitinimas reiškia jo energijos padidėjimą, kuris atsiranda dėl jo perdavimo iš radijo dažnio lauko. Taigi, rezonansinė absorbcija yra įmanoma, jei tenkinamos šios sąlygos:
išorinio elektromagnetinio lauko, kurio energija sugeriama, dažnis turi sutapti su elektronų ciklotronų dažniu;
elektromagnetinės bangos elektrinio lauko stiprumo vektorius turi turėti pastovaus magnetinio lauko krypčiai statmeną dedamąją;
vidutinė elektronų laisvosios kelionės kristale trukmė turi viršyti ciklotronų svyravimų periodą.
CR metodas naudojamas efektyviajai puslaidininkių nešėjų masei nustatyti. Iš CR linijos pusės pločio galima nustatyti būdingus sklaidos laikus ir taip nustatyti nešiklio mobilumą. Pagal linijos plotą galima nustatyti krūvininkų koncentraciją mėginyje.
Elektronų paramagnetinis rezonansas. EPR reiškinys susideda iš rezonansinės elektromagnetinio lauko energijos sugerties paramagnetiniuose mėginiuose, esančiuose pastoviame magnetiniame lauke, kuris yra normalus elektromagnetinio lauko magnetiniam vektoriui. Fizinė reiškinio esmė yra tokia.
Atomo, turinčio nesuporuotus elektronus, magnetinis momentas nustatomas pagal išraišką (5.35). Magnetiniame lauke atomo energijos lygiai dėl magnetinio momento sąveikos su magnetiniu lauku suskaidomi į polygius su energija
kur yra atomo magnetinis kvantinis skaičius ir įgauna reikšmę
Iš (5.52) aišku, kad polygių skaičius yra lygus , o atstumas tarp polygių yra
Atomų perėjimai iš žemo į aukštesnį lygį gali įvykti veikiant išoriniam elektromagnetiniam laukui. Pagal kvantinės mechaninės atrankos taisykles leidžiami perėjimai yra tie, kuriuose magnetinis kvantinis skaičius pasikeičia vienu, t. Vadinasi, tokio lauko energijos kvantas turi būti lygus atstumui tarp polygių
Santykis (5,55) yra EPR sąlyga. Kintamasis rezonansinio dažnio magnetinis laukas su vienoda tikimybe sukels perėjimus iš žemesnių magnetinių sublygių į viršutinius (absorbcija) ir atvirkščiai (emisija). Termodinaminės pusiausvyros būsenoje ryšys tarp dviejų gretimų lygių populiacijų nustatomas pagal Boltzmanno dėsnį.
Iš (5.56) aišku, kad mažesnės energijos valstybės turi didesnį gyventojų skaičių (). Todėl atomų, sugeriančių elektromagnetinio lauko kvantus, skaičius tokiomis sąlygomis bus viršesnis už spinduliuojančių atomų skaičių; Dėl to sistema sugers elektromagnetinio lauko energiją, o tai padidins. Tačiau dėl sąveikos su gardelėmis sugerta energija šilumos pavidalu perduodama gardelę, ir dažniausiai taip greitai, kad naudojamais dažniais santykis labai mažai skiriasi nuo jo pusiausvyros vertės (5,56).
EPR dažnius galima nustatyti pagal (5.55). Pakeitę reikšmę ir skaičiuodami (grynai sukimosi momentas), gauname rezonansinį dažnį
Iš (5.57) aišku, kad laukuose iki 1 T rezonansiniai dažniai yra Hz diapazone, tai yra radijo dažnių ir mikrobangų srityse.
Rezonanso sąlyga (5.55) taikoma izoliuotiems atomams, turintiems magnetinius momentus. Tačiau jis galioja atomų sistemai, jei magnetinių momentų sąveika yra nereikšminga. Tokia sistema yra paramagnetinis kristalas, kuriame magnetiniai atomai yra dideliais atstumais vienas nuo kito.
EPR reiškinys buvo prognozuotas 1923 m. Ya.G. Dorfmanas ir eksperimentiškai atrastas 1944 m. E. K. Zavoiskis. Šiuo metu EPR naudojamas kaip vienas galingiausių kietųjų kūnų tyrimo metodų. Remiantis EPR spektrų interpretavimu, gaunama informacija apie defektus, priemaišas kietose medžiagose ir elektroninėje struktūroje, apie cheminių reakcijų mechanizmus ir kt. Paramagnetiniai stiprintuvai ir generatoriai yra sukurti remiantis EPR reiškiniu.
Branduolinis magnetinis rezonansas. Sunkiosios elementarios dalelės yra protonai ir neutronai (nukleonai), todėl iš jų sukurti atominiai branduoliai turi savo magnetinius momentus, kurie yra branduolinio magnetizmo šaltinis. Elementaraus magnetinio momento vaidmenį, pagal analogiją su elektronu, čia atlieka Boro branduolio magnetonas
Atomo branduolys turi magnetinį momentą
kur yra branduolio koeficientas, yra branduolio sukimosi skaičius, kuris įgauna pusės sveikojo ir sveikojo skaičiaus reikšmes:
0, 1/2, 1, 3/2, 2, ... . (5.60)
Branduolinio magnetinio momento projekcija į ašį z savavališkai pasirinktą koordinačių sistemą lemia santykis
Čia magnetinis kvantinis skaičius, kai žinomas, įgyja šias reikšmes:
Jei nėra išorinio magnetinio lauko, visos būsenos, turinčios skirtingas būsenas, turi tą pačią energiją, todėl jos yra išsigimusios. Atominis branduolys, kurio magnetinis momentas nėra nulinis, esantis išoriniame pastoviame magnetiniame lauke, patiria erdvinį kvantavimą, o jo -kartų išsigimęs lygis suskyla į Zeemano multipletą, kurio lygiai turi energiją.
Jei po to branduolį veikia kintamasis laukas, kurio energijos kvantas lygus atstumui tarp lygių (5.63)
tada įvyksta rezonansinis energijos sugertis atomo branduoliuose, kuris vadinamas branduoliniu paramagnetiniu rezonansu arba tiesiog branduolinis magnetinis rezonansas.
Dėl to, kad jis yra daug mažesnis, BMR rezonanso dažnis yra pastebimai mažesnis nei EPR dažnis. Taigi, BMR 1 T dydžio laukuose stebimas radijo dažnių srityje.
BMR, kaip branduolių, atomų ir molekulių tyrimo metodas, buvo įvairiai pritaikytas fizikoje, chemijoje, biologijoje, medicinoje, technologijose, ypač magnetinių laukų stiprumui matuoti.
Tradicinis BMR spektroskopijos metodas turi daug trūkumų. Pirma, kiekvienam spektrui sukurti reikia daug laiko. Antra, jis labai reikalauja, kad nebūtų išorinių trukdžių, ir, kaip taisyklė, gaunami spektrai turi didelį triukšmą. Trečia, jis netinkamas aukšto dažnio spektrometrams kurti. Todėl šiuolaikiniuose BMR prietaisuose naudojamas vadinamosios impulsinės spektroskopijos metodas, pagrįstas gauto signalo Furjė transformacijomis.
Šiuo metu visi BMR spektrometrai yra pagaminti remiantis galingais superlaidžiais magnetais su pastoviu magnetiniu lauku.
BMR introskopijos (arba magnetinio rezonanso tomografijos) esmė yra ypatingos rūšies kiekybinės branduolinio magnetinio rezonanso signalo amplitudės analizės įgyvendinimas. Taikant BMR introskopijos metodus, magnetinis laukas sukuriamas akivaizdžiai netolygus. Tada yra pagrindo tikėtis, kad branduolinio magnetinio rezonanso dažnis kiekviename mėginio taške turi savo vertę, skirtingą nuo kitų dalių verčių. Nustatę bet kokį BMR signalų amplitudės gradacijų kodą (monitorinio ekrano ryškumą arba spalvą), galite gauti įprastą objekto vidinės struktūros skyrių vaizdą (tomogramą).
Fero- ir antiferomagnetinis rezonansas. Fizinė feromagnetinio rezonanso esmė yra ta, kad veikiant išoriniam magnetiniam laukui, kuris įmagnetina feromagnetą iki soties, bendras mėginio magnetinis momentas pradeda precesuoti aplink šį lauką Larmoro dažniu, kuris priklauso nuo lauko. Jeigu tokį mėginį statmenai veikia aukšto dažnio elektromagnetinis laukas ir pakeičiamas jo dažnis, tai įvyksta lauko energijos rezonansinė sugertis. Sugertis šiuo atveju yra keliomis eilėmis didesnė nei esant paramagnetiniam rezonansui, nes magnetinis jautrumas, taigi ir magnetinio soties momentas juose yra daug didesnis nei paramagnetinių medžiagų.
Rezonanso reiškinių ypatumai geležyje - o antiferomagnetus pirmiausia lemia tai, kad tokiose medžiagose jie susiduria ne su izoliuotais atomais ar santykinai silpnai sąveikaujančiais įprastų paramagnetinių kūnų jonais, o su sudėtinga stipriai sąveikaujančių elektronų sistema. Mainų (elektrostatinė) sąveika sukuria didelį rezultatinį įmagnetinimą, o kartu ir didelį vidinį magnetinį lauką, kuris žymiai pakeičia rezonanso sąlygas (5.55).
Feromagnetinis rezonansas skiriasi nuo EPR tuo, kad energijos sugertis šiuo atveju yra daug kartų didesnė, o rezonanso sąlyga (santykis tarp kintamojo lauko rezonansinio dažnio ir pastovaus magnetinio lauko dydžio) labai priklauso nuo magnetinio lauko formos. pavyzdžiai.
Daugelis mikrobangų prietaisų yra pagrįsti feromagnetinio rezonanso reiškiniu: rezonansiniai vožtuvai ir filtrai, paramagnetiniai stiprintuvai, galios ribotuvai ir vėlinimo linijos.
Antiferromagnetinis rezonansas ( elektroninis magnetinis rezonansas V antiferomagnetai) – santykinai didelio selektyvaus antiferomagneto magnetinės sistemos atsako į elektromagnetinio lauko, kurio dažnis (10–1000 GHz), artimas natūraliems magnetinių subgardelių įmagnetinimo vektorių precesijos dažniams, poveikį. sistema. Šį reiškinį lydi stipri elektromagnetinio lauko energijos sugertis.
Kvantiniu požiūriu a antiferomagnetinis rezonansas gali būti laikomas rezonansiniu elektromagnetinio lauko fotonų transformavimu į magnonus su bangų vektoriumi.
Norėdami stebėti a antiferomagnetinis rezonansas naudojami radijo spektrometrai, panašūs į tuos, kurie naudojami ESR tirti, tačiau leidžiantys atlikti matavimus aukštais (iki 1000 GHz) dažniais ir stipriuose (iki 1 MG) magnetiniuose laukuose. Perspektyviausi yra tie spektrometrai, kuriuose nuskaitomas ne magnetinis laukas, o dažnis. Optiniai aptikimo metodai tapo plačiai paplitę antiferomagnetinis rezonansas.
Svetainėje pateikiama informacinė informacija tik informaciniais tikslais. Ligų diagnostika ir gydymas turi būti atliekami prižiūrint specialistui. Visi vaistai turi kontraindikacijų. Būtina konsultacija su specialistu!
Bendra informacija
Fenomenas branduolinis magnetinis rezonansas (BMR) 1938 m. atrado rabinas Izaokas. Šis reiškinys pagrįstas magnetinių savybių buvimu atomų branduoliuose. Tik 2003 metais buvo išrastas metodas, kaip šį reiškinį panaudoti diagnostikos tikslais medicinoje. Už išradimą jo autoriai gavo Nobelio premiją. Spektroskopijoje tiriamas kūnas ( tai yra paciento kūnas) dedamas į elektromagnetinį lauką ir apšvitinamas radijo bangomis. Tai visiškai saugus metodas ( skirtingai nuo, pavyzdžiui, kompiuterinės tomografijos), kurios skiriamoji geba ir jautrumas yra labai didelės.Taikymas ekonomikoje ir moksle
1. Chemijoje ir fizikoje, siekiant nustatyti reakcijoje dalyvaujančias medžiagas, taip pat galutinius reakcijų rezultatus,2. Farmakologijoje, skirtoje vaistų gamybai,
3. Žemės ūkyje, siekiant nustatyti grūdų cheminę sudėtį ir pasirengimą sėjai ( labai naudinga veisiant naujas rūšis),
4. Medicinoje – diagnostikai. Labai informatyvus metodas diagnozuojant stuburo, ypač tarpslankstelinių diskų, ligas. Leidžia aptikti net mažiausius disko vientisumo pažeidimus. Aptinka vėžio navikus ankstyvosiose formavimosi stadijose.
Metodo esmė
Branduolinio magnetinio rezonanso metodas pagrįstas tuo, kad tuo metu, kai kūnas yra specialiai sureguliuotame labai stipriame magnetiniame lauke ( 10 000 kartų stipresnis už mūsų planetos magnetinį lauką), visose kūno ląstelėse esančios vandens molekulės sudaro grandines, esančias lygiagrečiai magnetinio lauko krypčiai.Jei staiga pakeisite lauko kryptį, vandens molekulė išskiria dalelę elektros. Būtent šiuos įkrovimus aptinka įrenginio jutikliai ir analizuoja kompiuteris. Pagal vandens koncentracijos ląstelėse intensyvumą kompiuteris sukuria tiriamo organo ar kūno dalies modelį.
Prie išėjimo gydytojas turi nespalvotą vaizdą, kuriame galite labai detaliai matyti plonas organo dalis. Informacijos turiniu šis metodas gerokai lenkia kompiuterinę tomografiją. Kartais apie tiriamą organą pateikiama net daugiau informacijos, nei būtina diagnozei nustatyti.
Magnetinio rezonanso spektroskopijos tipai
- Biologiniai skysčiai,
- Vidaus organai.
Magnetinio rezonanso perfuzijos technika leidžia stebėti kraujo judėjimą per kepenų ir smegenų audinius.
Šiandien medicinoje šis pavadinimas yra plačiai naudojamas MRT (Magnetinio rezonanso tomografija ), nes branduolinės reakcijos paminėjimas pavadinime gąsdina pacientus.
Indikacijos
1. Smegenų ligos2. Smegenų dalių funkcijų tyrimai,
3. Sąnarių ligos,
4. Nugaros smegenų ligos,
5. Pilvo ertmės vidaus organų ligos,
6. Šlapimo ir reprodukcinės sistemos ligos,
7. tarpuplaučio ir širdies ligos,
8. Kraujagyslių ligos.
Kontraindikacijos
Absoliučios kontraindikacijos:1. Širdies stimuliatorius,
2. Elektroniniai arba feromagnetiniai vidurinės ausies protezai,
3. feromagnetiniai Ilizarovo aparatai,
4. Dideli metaliniai vidiniai protezai,
5. Hemostatiniai smegenų kraujagyslių spaustukai.
Santykinės kontraindikacijos:
1.
Nervų sistemos stimuliatoriai,
2.
insulino pompos,
3.
Kiti vidinės ausies protezų tipai,
4.
Širdies vožtuvų protezavimas,
5.
Hemostatiniai spaustukai ant kitų organų,
6.
Nėštumas ( būtina gauti ginekologo išvadą),
7.
Širdies nepakankamumas dekompensacijos stadijoje,
8.
Klaustrofobija ( uždarų erdvių baimė).
Pasiruošimas studijoms
Specialus pasiruošimas reikalingas tik tiems pacientams, kuriems atliekami vidaus organų tyrimai ( Urogenitalinis ir virškinimo traktas): Jūs neturėtumėte valgyti penkių valandų prieš procedūrą.Jei apžiūrima galva, dailiosios lyties atstovėms patariama pašalinti makiažą, nes kosmetikoje esančios medžiagos ( pavyzdžiui, akių šešėliuose), gali turėti įtakos rezultatams. Visi metaliniai papuošalai turi būti pašalinti.
Kartais medicinos personalas pacientą patikrina naudodamas nešiojamąjį metalo detektorių.
Kaip atliekamas tyrimas?
Prieš pradėdamas tyrimą, kiekvienas pacientas užpildo klausimyną, padedantį nustatyti kontraindikacijas. Prietaisas yra platus vamzdelis, į kurį pacientas įdedamas horizontalioje padėtyje. Pacientas turi likti visiškai ramus, kitaip vaizdas nebus pakankamai aiškus. Vamzdžio viduje nėra tamsu ir yra šviežia ventiliacija, todėl sąlygos procedūrai yra gana patogios. Kai kurios instaliacijos skleidžia pastebimą ūžesį, tada tiriamasis nešioja triukšmą sugeriančias ausines.
Tyrimo trukmė gali svyruoti nuo 15 minučių iki 60 minučių.
Kai kurie medicinos centrai leidžia giminaičiui ar jį lydinčiam asmeniui būti su pacientu patalpoje, kurioje atliekamas tyrimas ( jei jis neturi kontraindikacijų).
Kai kuriuose medicinos centruose anesteziologas skiria raminamuosius vaistus. Tokiu atveju procedūra yra daug lengviau toleruojama, ypač pacientams, kenčiantiems nuo klaustrofobijos, mažiems vaikams ar pacientams, kuriems dėl kokių nors priežasčių sunku išlikti ramiai. Pacientas patenka į terapinio miego būseną ir iš jo išeina pailsėjęs ir pagyvėjęs. Vartojami vaistai greitai pasišalina iš organizmo ir yra saugūs pacientui.
Tyrimo rezultatas paruošiamas per 30 minučių po procedūros pabaigos. Rezultatas išduodamas DVD, gydytojo išvados ir nuotraukų pavidalu.
Kontrastinės medžiagos naudojimas BMR
Dažniausiai procedūra vyksta nenaudojant kontrasto. Tačiau kai kuriais atvejais būtina ( kraujagyslių tyrimams). Šiuo atveju kontrastinė medžiaga suleidžiama į veną naudojant kateterį. Procedūra panaši į bet kokią injekciją į veną. Šio tipo tyrimams naudojamos specialios medžiagos - paramagnetai. Tai silpnos magnetinės medžiagos, kurių dalelės, būdamos išoriniame magnetiniame lauke, yra įmagnetintos lygiagrečiai lauko linijoms.Kontraindikacijos naudoti kontrastines medžiagas:
- Nėštumas,
- Individualus netoleravimas kontrastinės medžiagos komponentams, anksčiau nustatytas.
Kraujagyslių tyrimas (magnetinio rezonanso angiografija)
Naudodami šį metodą galite stebėti tiek kraujotakos tinklo būklę, tiek kraujo judėjimą per indus.Nepaisant to, kad šis metodas leidžia „matyti“ kraujagysles be kontrastinės medžiagos, naudojant jį vaizdas yra aiškesnis.
Specialūs 4-D įrenginiai leidžia stebėti kraujo judėjimą beveik realiu laiku.
Indikacijos:
- Įgimtos širdies ydos,
- Aneurizma, disekacija,
- Kraujagyslių stenozė,
Smegenų tyrimas
Tai smegenų tyrimas, kuriame nenaudojami radioaktyvūs spinduliai. Metodas leidžia pamatyti kaukolės kaulus, tačiau galima išsamiau ištirti minkštuosius audinius. Puikus diagnostikos metodas neurochirurgijoje, taip pat neurologijoje. Leidžia aptikti senų sumušimų ir sumušimų, insultų, taip pat navikų pasekmes. Paprastai jis skiriamas esant į migreną panašioms nežinomos etiologijos sąlygoms, sutrikus sąmonėms, esant neoplazmoms, hematomoms ir koordinacijos stokai.
Smegenų MRT tiria:
- pagrindinės kaklo kraujagyslės,
- kraujagyslės, aprūpinančios smegenis
- smegenų audinys,
- akiduobių orbitos,
- gilesnėse smegenų dalyse ( smegenėlės, kankorėžinė liauka, hipofizė, pailgos liaukos ir tarpiniai skyriai).
Funkcinis BMR
Ši diagnozė pagrįsta tuo, kad suaktyvėjus bet kuriai smegenų daliai, atsakingai už tam tikrą funkciją, toje vietoje padidėja kraujotaka.Tiriamam žmogui pateikiamos įvairios užduotys, o jas vykdant fiksuojama kraujotaka įvairiose smegenų dalyse. Eksperimentų metu gauti duomenys lyginami su poilsio laikotarpiu gauta tomograma.
Stuburo tyrimas
Šis metodas puikiai tinka nervų galūnėms, raumenims, kaulų čiulpams ir raiščiams, taip pat tarpslanksteliniams diskams tirti. Bet esant stuburo lūžiams ar būtinybei tirti kaulų struktūras, ji kiek prastesnė už kompiuterinę tomografiją. Galite ištirti visą stuburą arba galite ištirti tik susirūpinimą keliančią sritį: gimdos kaklelio, krūtinės ląstos, juosmens ir kryžmens, taip pat atskirai uodegikaulio. Taigi, tiriant kaklinį stuburą, galima nustatyti kraujagyslių ir slankstelių patologijas, turinčias įtakos smegenų aprūpinimui krauju.
Tiriant juosmens sritį, galima aptikti tarpslankstelines išvaržas, kaulų ir kremzlių spyglius, užspaustus nervus.
Indikacijos:
- Tarpslankstelinių diskų formos pokyčiai, įskaitant išvaržas,
- Nugaros ir stuburo traumos
- Osteochondrozė, distrofiniai ir uždegiminiai procesai kauluose,
- Neoplazmos.
Nugaros smegenų tyrimas
Jis atliekamas kartu su stuburo tyrimu.Indikacijos:
- Nugaros smegenų neoplazmų, židininių pažeidimų tikimybė,
- Norėdami kontroliuoti nugaros smegenų ertmių užpildymą smegenų skysčiu,
- Nugaros smegenų cistos
- Norėdami stebėti atsigavimą po operacijos,
- Jei yra nugaros smegenų ligų rizika.
Bendras tyrimas
Šis tyrimo metodas yra labai veiksmingas tiriant minkštųjų audinių, sudarančių sąnarį, būklę.Naudojama diagnostikai:
- Lėtinis artritas,
- Sausgyslių, raumenų ir raiščių pažeidimai ( ypač dažnai naudojamas sporto medicinoje),
- Perelomovas,
- minkštųjų audinių ir kaulų neoplazmos,
- Žala, nenustatyta kitais diagnostikos metodais.
- Klubo sąnarių tyrimas dėl osteomielito, šlaunikaulio galvos nekrozės, įtempių lūžių, septinio artrito,
- Kelio sąnarių apžiūra dėl stresinių lūžių, kai kurių vidinių komponentų vientisumo pažeidimo ( meniskas, kremzlės),
- Peties sąnario apžiūra dėl išnirimų, suspaustų nervų, sąnario kapsulės plyšimo,
- Riešo sąnario apžiūra nestabilumo, daugybinių lūžių, vidurinio nervo įstrigimo ir raiščių pažeidimo atvejais.
Smilkininio apatinio žandikaulio sąnario tyrimas
Skirtas siekiant nustatyti sąnario disfunkcijos priežastis. Šis tyrimas geriausiai atskleidžia kremzlių ir raumenų būklę bei leidžia nustatyti išnirimus. Jis taip pat naudojamas prieš ortodontines ar ortopedines operacijas.Indikacijos:
- Sutrikęs apatinio žandikaulio mobilumas,
- Spragtelėjimo garsai atidarant ir uždarant burną,
- Skausmas šventykloje atidarant ir uždarant burną,
- Skausmas palpuojant kramtymo raumenis,
- Skausmas kaklo ir galvos raumenyse.
Pilvo ertmės vidaus organų tyrimas
Kasos ir kepenų tyrimas skiriamas:- neinfekcinė gelta,
- Kepenų neoplazmos, degeneracijos, absceso, cistų, su ciroze, tikimybė,
- Norėdami stebėti gydymo eigą,
- Dėl trauminių plyšimų,
- Akmenys tulžies pūslėje arba tulžies latakai,
- bet kokios formos pankreatitas,
- Neoplazmų tikimybė,
- Parenchiminių organų išemija.
Inkstų tyrimas skiriamas, kai:
- Įtarimas dėl neoplazmos,
- Organų ir audinių, esančių šalia inkstų, ligos,
- Šlapimo organų formavimosi sutrikimo tikimybė,
- Jei neįmanoma atlikti ekskrecinės urografijos.
Reprodukcinės sistemos ligų tyrimai
Dubens organų tyrimai skiriami šiais atvejais:- Gimdos, šlapimo pūslės, prostatos neoplazmos tikimybė,
- Traumos,
- dubens navikai metastazėms aptikti,
- Skausmas kryžkaulio srityje,
- vezikulitas,
- Ištirti limfmazgių būklę.
Nepatartina šlapintis likus valandai iki tyrimo, nes vaizdas bus informatyvesnis, jei šlapimo pūslė bus kiek pilna.
Tyrimai nėštumo metu
Nepaisant to, kad šis tyrimo metodas yra daug saugesnis nei rentgeno spinduliai ar kompiuterinė tomografija, pirmąjį nėštumo trimestrą jo naudoti griežtai draudžiama. Antrąjį ir trečiąjį trimestrą metodas skiriamas tik dėl sveikatos priežasčių. Procedūros pavojus nėščios moters organizmui yra tai, kad procedūros metu kai kurie audiniai įkaista, o tai gali sukelti nepageidaujamus vaisiaus formavimosi pokyčius.
Tačiau kontrastinės medžiagos naudojimas nėštumo metu yra griežtai draudžiamas bet kuriuo nėštumo laikotarpiu.
Atsargumo priemonės
1. Kai kurie BMR įrenginiai suprojektuoti kaip uždaras vamzdis. Žmonės, kurie kenčia nuo uždarų patalpų baimės, gali patirti priepuolį. Todėl geriau iš anksto pasidomėti, kaip vyks procedūra. Yra atviro tipo įrenginių. Tai patalpa, panaši į rentgeno kabinetą, tačiau tokios instaliacijos pasitaiko retai.2.
Į patalpą, kurioje yra įrenginys, draudžiama patekti su metaliniais daiktais ir elektroniniais prietaisais ( pvz., laikrodžiai, papuošalai, raktai), nes galingame elektromagnetiniame lauke elektroniniai prietaisai gali sulūžti, o smulkūs metaliniai daiktai išskris. Tuo pačiu metu bus gauti ne visai teisingi apklausos duomenys.
Įkeliama...
