Eksempler på anvendelser

MRI - 'magnetic resonance imaging'
billeddannelse ved magnetisk resonans

På store hospitaler har man de såkaldte MRI-scannere, ofte blot kaldet MR-scannere, hvor man kan få 3-dimensionale højkvalitetsbilleder af patientens indre med en rumlig opløsning på ca. 3 mm³.

Måleprincippet

MRI er baseret på, at en atomkerne fungerer som en lille stangmagnet. Hvis man anbringer kernen i et magnetfelt, vil den rette sig ind efter feltet. Man kan så få den til at vippe væk fra denne retning ved at 'skubbe' til den med en puls af elektromagnetisk stråling i radiobølgeområdet (omkring 10 MHz). Herefter vil kernen svinge tilbage i feltets retning og udsende elektromagnetisk stråling med en frekvens f, der er proportional med magnetfeltets størrelse B: f = g · B. Proportionalitetskonstanten g, kaldes kernens gyromagnetiske forhold. g er karakteristisk for et bestemt nuklid.

Fig. 8: MRI-scanner. Foto: Siemens.

Scanneren

MRI-scanneren består af meget kraftige elektromagneter og af mange radioantenner til udsendelse og måling af radiobølgerne. Feltet skal være kraftigt for at reducere indflydelsen af tilfældige signaler ('støj'). Måling af f identificerer kernen, og signalets styrke afslører hvor mange kerner, der er. Det er hovedsageligt hydrogenkerner man måler på, da 63% af et menneske er hydrogenatomer. Disse befinder sig mest i vand og fedt. For ¹H er g = 6,777 MHz/T.

Magnetfeltet

Det kraftige magnetfelt får man fra elektromagneter med kortsluttede superledende spoler, hvori der løber meget store strømme. Da resistansen er nul, vil strømmen i spolen ikke ændre sig, og dermed holdes magnetfeltet konstant. Dette er vigtigt for at frekvensen af den udsendte stråling ikke ændrer sig med tiden.

Billeddannelse - 'Imaging'

Hvis man kan give hvert lille område af kroppen (på stedet x) sin egen magnetfeltstyrke,, kan man ud fra den målte frekvens afgøre, hvorfra strålingen stammer. Det gøres med ekstra spoler kaldet gradientspoler, der tilføjer et svagt ekstra felt med varierende styrke (gradientfelt) i en given retning (typisk 100 gange svagere end hovedfeltet). Med tre sæt spoler orienteret vinkelret på hinanden, kan man rette gradientfeltet i enhver ønsket retning. Når B-feltet fx varierer på en kendt måde med højden (lodret gradientfelt), så kan man bestemme fra hvilket vandret lag strålingen kommer. Drejer man gradient-feltet fx 90°, så det er vandret, kan man bestemme strålingsintensiteten fra et lodret snit. Ved at lave mange sådanne målinger fra mange drejningsvinkler kan man få et tredimensionalt billede af fordelingen af hydrogenatomer. Dette kræver enormt mange beregninger på enormt mange data, og det er kun blevet muligt at lave MRI efter fremkomsten af kraftige computere.