Çfarë lloj hulumtimi është ky? Rezonanca magnetike bërthamore Frekuenca rezonante e një bërthame.

Të njëjtat bërthama atomike në mjedise të ndryshme në një molekulë tregojnë sinjale të ndryshme NMR. Dallimi midis një sinjali të tillë NMR dhe sinjalit të një substance standarde bën të mundur përcaktimin e të ashtuquajturit zhvendosje kimike, e cila përcaktohet nga struktura kimike e substancës që studiohet. Teknikat NMR kanë shumë mundësi për përcaktimin e strukturës kimike të substancave, konformacioneve molekulare, efekteve të ndikimit të ndërsjellë dhe transformimeve intramolekulare.

Fizikë NMR

Ndarja e niveleve të energjisë bërthamore me I = 1/2 në një fushë magnetike

Dukuria e rezonancës magnetike bërthamore bazohet në vetitë magnetike të bërthamave atomike, të përbërë nga nukleone me rrotullim gjysmë të plotë 1/2, 3/2, 5/2.... Bërthamat me masë çift dhe numra ngarkues (çift-çift bërthamat) nuk kanë moment magnetik, ndërsa për të gjitha bërthamat e tjera momenti magnetik është i ndryshëm nga zero.

Kështu, bërthamat kanë vrull këndor, i lidhur me momentin magnetik nga relacioni

,

ku është konstanta e Plankut, është numri kuantik spin dhe është raporti xhiromagnetik.

Momenti këndor dhe momenti magnetik i bërthamës kuantizohen dhe vlerat vetjake të projeksionit të momenteve këndore dhe magnetike në boshtin z të një sistemi koordinativ të zgjedhur në mënyrë arbitrare përcaktohen nga relacioni

Dhe,

ku është numri kuantik magnetik i gjendjes vetjake të bërthamës, vlerat e tij përcaktohen nga numri kuantik spin i bërthamës

pra bërthama mund të jetë në shtete.

Pra, për një proton (ose një bërthamë tjetër me I = 1/2- 13 C, 19 F, 31 P, etj.) mund të jenë vetëm në dy gjendje

,

një bërthamë e tillë mund të përfaqësohet si një dipol magnetik, z-komponenti i të cilit mund të orientohet paralel ose antiparalel me drejtimin pozitiv të boshtit z të një sistemi koordinativ arbitrar.

Duhet të theksohet se në mungesë të një fushe magnetike të jashtme, të gjitha gjendjet me të ndryshme kanë të njëjtën energji, domethënë janë të degjeneruara. Degjenerimi hiqet në një fushë magnetike të jashtme, dhe ndarja në lidhje me gjendjen e degjeneruar është proporcionale me madhësinë e fushës magnetike të jashtme dhe momentin magnetik të gjendjes dhe për një bërthamë me një numër kuantik spin I në një fushë magnetike të jashtme shfaqet një sistem nga 2I+1 nivelet e energjisë, domethënë rezonanca magnetike bërthamore ka të njëjtën natyrë si efekti Zeeman i ndarjes së niveleve elektronike në një fushë magnetike.

Në rastin më të thjeshtë, për një bërthamë me spin c I = 1/2- për shembull, për një proton, duke u ndarë

dhe diferenca energjetike e gjendjeve të rrotullimit

Frekuencat e larmorit të disa bërthamave atomike

Frekuenca për rezonancën e protonit është në intervalin e gjatësisë së valës së shkurtër (gjatësia e valës rreth 7 m).

Aplikimet e NMR

Spektroskopia

Artikulli kryesor: Spektroskopia NMR

Pajisjet

Zemra e një spektometri NMR është një magnet i fuqishëm. Në një eksperiment të vënë në praktikë për herë të parë nga Purcell, një mostër e vendosur në një ampulë qelqi me një diametër prej rreth 5 mm vendoset midis poleve të një elektromagneti të fortë. Pastaj ampula fillon të rrotullohet, dhe fusha magnetike që vepron mbi të forcohet gradualisht. Një gjenerator i frekuencës radio të lartë Q përdoret si burim rrezatimi. Nën ndikimin e një fushe magnetike në rritje, bërthamat në të cilat është akorduar spektrometri fillojnë të rezonojnë. Në këtë rast, bërthamat e mbrojtura rezonojnë me një frekuencë pak më të ulët se frekuenca nominale e rezonancës (dhe pajisjes).

Thithja e energjisë zbulohet nga një urë radiofrekuence dhe më pas regjistrohet nga një regjistrues. Frekuenca rritet derisa të arrijë një kufi të caktuar, mbi të cilin rezonanca është e pamundur.

Meqenëse rrymat që vijnë nga ura janë shumë të vogla, ato nuk kufizohen në marrjen e një spektri, por bëjnë disa dhjetëra kalime. Të gjitha sinjalet e marra përmblidhen në grafikun përfundimtar, cilësia e të cilit varet nga raporti sinjal-zhurmë i pajisjes.

Në këtë metodë, kampioni i ekspozohet rrezatimit të radiofrekuencës në një frekuencë konstante ndërsa forca e fushës magnetike ndryshon, për këtë arsye quhet edhe metoda e fushës konstante (CW).

Metoda tradicionale e spektroskopisë NMR ka shumë disavantazhe. Së pari, kërkon një sasi të madhe kohe për të ndërtuar çdo spektër. Së dyti, është shumë kërkuese për mungesën e ndërhyrjeve të jashtme dhe, si rregull, spektrat që rezultojnë kanë zhurmë të konsiderueshme. Së treti, është i papërshtatshëm për krijimin e spektrometrit me frekuencë të lartë (300, 400, 500 dhe më shumë MHz). Prandaj, instrumentet moderne NMR përdorin metodën e të ashtuquajturës spektroskopi pulsuese (PW), bazuar në transformimet Furier të sinjalit të marrë. Aktualisht, të gjithë spektrometrit NMR janë ndërtuar në bazë të magneteve të fuqishëm superpërcjellës me një fushë magnetike konstante.

Ndryshe nga metoda CW, në versionin pulsues, bërthamat ngacmohen jo me një "valë konstante", por me ndihmën e një pulsi të shkurtër që zgjat disa mikrosekonda. Amplituda e komponentëve të frekuencës së pulsit zvogëlohet me rritjen e distancës nga ν 0 . Por meqenëse është e dëshirueshme që të gjitha bërthamat të rrezatohen në mënyrë të barabartë, është e nevojshme të përdoren "pulse të forta", domethënë impulse të shkurtra me fuqi të lartë. Kohëzgjatja e pulsit zgjidhet në mënyrë që gjerësia e brezit të frekuencës të jetë një ose dy renditje të madhësisë më e madhe se gjerësia e spektrit. Fuqia arrin disa vat.

Si rezultat i spektroskopisë pulsore, nuk merret spektri i zakonshëm me majat e dukshme të rezonancës, por një imazh i lëkundjeve rezonante të amortizuara, në të cilat të gjitha sinjalet nga të gjitha bërthamat rezonuese janë të përziera - i ashtuquajturi "shkatërrim i induksionit të lirë" (FID, zbërthimi i lirë i induksionit). Për të transformuar këtë spektër përdoren metoda matematikore, i ashtuquajturi transformim Furier, sipas të cilit çdo funksion mund të paraqitet si shuma e një grupi lëkundjesh harmonike.

Spektrat NMR

Spektri i 1H4-etoksibenzaldehidit. Në një fushë të dobët (të vetme ~ 9,25 ppm) sinjali është nga protoni i grupit aldehid, në një fushë të fortë (treshe ~ 1,85-2 ppm) - nga protonet e grupit metil etoksi.

Për analizën cilësore duke përdorur NMR, përdoret analiza e spektrit, bazuar në karakteristikat e mëposhtme të jashtëzakonshme të kësaj metode:

• sinjalet nga bërthamat e atomeve që i përkasin grupeve të caktuara funksionale shtrihen në rajone të përcaktuara rreptësisht të spektrit;
• zona integrale e kufizuar nga kulmi është rreptësisht proporcionale me numrin e atomeve rezonuese;
• bërthamat që shtrihen përmes 1-4 lidhjeve janë të afta të prodhojnë sinjale të shumëfishta si rezultat i të ashtuquajturave. duke u ndarë mbi njëri-tjetrin.

Pozicioni i sinjalit në spektrat NMR karakterizohet nga zhvendosja e tyre kimike në raport me sinjalin e referencës. Tetrametilsilani Si(CH 3) 4 përdoret si i fundit në 1 H dhe 13 C NMR. Njësia e zhvendosjes kimike është pjesa për milion (ppm) e frekuencës së instrumentit. Nëse marrim sinjalin TMS si 0, dhe zhvendosja e sinjalit në një fushë të dobët konsiderohet një zhvendosje kimike pozitive, atëherë marrim të ashtuquajturën shkallë δ. Nëse rezonanca e tetrametilsilanit është e barabartë me 10 ppm. dhe përmbysni shenjat, atëherë shkalla që rezulton do të jetë shkalla τ, e cila praktikisht nuk përdoret aktualisht. Nëse spektri i një substance është shumë kompleks për t'u interpretuar, ju mund të përdorni metoda kimike kuantike për të llogaritur konstantet e shqyrtimit dhe për të korreluar sinjalet e bazuara në to.

Introskopia NMR

Fenomeni i rezonancës magnetike bërthamore mund të përdoret jo vetëm në fizikë dhe kimi, por edhe në mjekësi: trupi i njeriut është një koleksion i të njëjtave molekula organike dhe inorganike.

Për të vëzhguar këtë fenomen, një objekt vendoset në një fushë magnetike konstante dhe ekspozohet ndaj frekuencës së radios dhe fushave magnetike të gradientit. Në bobinën e induktorit që rrethon objektin në studim, lind një forcë elektromotore alternative (EMF), spektri amplitudë-frekuencë i së cilës dhe karakteristikat kalimtare kohore përmbajnë informacion rreth densitetit hapësinor të bërthamave atomike rezonuese, si dhe parametrave të tjerë specifikë vetëm për rezonancë magnetike bërthamore. Përpunimi kompjuterik i këtij informacioni gjeneron një imazh tredimensional që karakterizon densitetin e bërthamave kimikisht ekuivalente, kohët e relaksimit të rezonancës magnetike bërthamore, shpërndarjen e shpejtësisë së rrjedhës së lëngjeve, difuzionin e molekulave dhe proceset metabolike biokimike në indet e gjalla.

Thelbi i introskopisë NMR (ose imazhit të rezonancës magnetike) është, në fakt, zbatimi i një lloji të veçantë analize sasiore të amplitudës së sinjalit të rezonancës magnetike bërthamore. Në spektroskopinë konvencionale NMR, njeriu përpiqet të arrijë rezolucionin më të mirë të mundshëm të linjave spektrale. Për të arritur këtë, sistemet magnetike rregullohen në atë mënyrë që të krijojnë uniformitetin më të mirë të mundshëm të fushës brenda kampionit. Në metodat e introskopisë NMR, përkundrazi, fusha magnetike e krijuar është padyshim jo uniforme. Atëherë ka arsye të pritet që frekuenca e rezonancës magnetike bërthamore në secilën pikë të kampionit të ketë vlerën e vet, të ndryshme nga vlerat në pjesët e tjera. Duke vendosur çdo kod për gradimet e amplitudës së sinjaleve NMR (shkëlqimi ose ngjyra në ekranin e monitorit), mund të merrni një imazh të kushtëzuar (

Rezonanca magnetike bërthamore

Rezonanca magnetike bërthamore (NMR) - thithja rezonante ose emetimi i energjisë elektromagnetike nga një substancë që përmban bërthama me spin jo zero në një fushë magnetike të jashtme, në një frekuencë ν (e quajtur frekuenca NMR), për shkak të riorientimit të momenteve magnetike të bërthamave. Fenomeni i rezonancës magnetike bërthamore u zbulua në vitin 1938 nga Isaac Rabi në rrezet molekulare, për të cilat ai u nderua me çmimin Nobel në 1944. Në vitin 1946, Felix Bloch dhe Edward Mills Purcell morën rezonancë magnetike bërthamore në lëngje dhe trupa të ngurtë (Çmimi Nobel 1952). .

Të njëjtat bërthama atomike në mjedise të ndryshme në një molekulë tregojnë sinjale të ndryshme NMR. Dallimi midis një sinjali të tillë NMR dhe sinjalit të një substance standarde bën të mundur përcaktimin e të ashtuquajturit zhvendosje kimike, e cila përcaktohet nga struktura kimike e substancës që studiohet. Teknikat NMR kanë shumë mundësi për përcaktimin e strukturës kimike të substancave, konformacioneve molekulare, efekteve të ndikimit të ndërsjellë dhe transformimeve intramolekulare.

Përshkrimi matematik Momenti magnetik i bërthamës mu=y*l ku l është rrotullimi bërthamor; konstante y-bar Frekuenca në të cilën vërehet NMR

Polarizimi kimik i bërthamave

Kur ndodhin disa reaksione kimike në një fushë magnetike, në spektrat NMR të produkteve të reaksionit zbulohet ose një përthithje anormalisht e madhe ose emetim radio. Ky fakt tregon një popullatë jo ekuilibër të niveleve bërthamore Zeeman në molekulat e produkteve të reaksionit. Popullata e tepërt e nivelit më të ulët shoqërohet me përthithje anormale. Popullsia e përmbysur (niveli i sipërm është më i populluar se ai i poshtëm) çon në emetim radio. Ky fenomen quhet polarizimi kimik i bërthamave

Në NMR përdoret për të rritur magnetizimin bërthamor Frekuencat e larmorit të disa bërthamave atomike

bërthamë	Frekuenca Larmor në MHz në 0,5 Tesla	Frekuenca e Larmorit në MHz në 1 Tesla	Frekuenca Larmor në MHz në 7.05 Tesla
1H( Hidrogjeni)
²D ( Deuterium)
13 C ( Karboni)
23 Na( Natriumi)
39 K ( Kaliumi)

Frekuenca për rezonancën e protonit është në interval valë të shkurtra(gjatësia vale rreth 7 m) .

Aplikimet e NMR

Spektroskopia

Spektroskopia NMR

Pajisjet

Zemra e spektometrit NMR është një magnet i fuqishëm. Në një eksperiment të vënë në praktikë për herë të parë nga Purcell, një mostër e vendosur në një ampulë qelqi me një diametër prej rreth 5 mm vendoset midis poleve të një elektromagneti të fortë. Pastaj, për të përmirësuar uniformitetin e fushës magnetike, ampula fillon të rrotullohet dhe fusha magnetike që vepron mbi të forcohet gradualisht. Një gjenerator i frekuencës radio të lartë Q përdoret si burim rrezatimi. Nën ndikimin e një fushe magnetike në rritje, bërthamat në të cilat është akorduar spektrometri fillojnë të rezonojnë. Në këtë rast, bërthamat e mbrojtura rezonojnë me një frekuencë pak më të ulët se bërthamat pa predha elektronike. Thithja e energjisë zbulohet nga një urë radiofrekuence dhe më pas regjistrohet nga një regjistrues. Frekuenca rritet derisa të arrijë një kufi të caktuar, mbi të cilin rezonanca është e pamundur.

Meqenëse rrymat që vijnë nga ura janë shumë të vogla, ato nuk kufizohen në marrjen e një spektri, por bëjnë disa dhjetëra kalime. Të gjitha sinjalet e marra përmblidhen në grafikun përfundimtar, cilësia e të cilit varet nga raporti sinjal-zhurmë i pajisjes.

Në këtë metodë, kampioni i ekspozohet rrezatimit me radiofrekuencë të një frekuence konstante, ndërsa forca e fushës magnetike ndryshon, kështu që quhet edhe metoda e rrezatimit me valë të vazhdueshme (CW).

Metoda tradicionale e spektroskopisë NMR ka shumë disavantazhe. Së pari, kërkon një sasi të madhe kohe për të ndërtuar çdo spektër. Së dyti, është shumë kërkuese për mungesën e ndërhyrjeve të jashtme dhe, si rregull, spektrat që rezultojnë kanë zhurmë të konsiderueshme. Së treti, është i papërshtatshëm për krijimin e spektrometrit me frekuencë të lartë (300, 400, 500 dhe më shumë MHz). Prandaj, instrumentet moderne NMR përdorin metodën e të ashtuquajturës spektroskopi pulsuese (PW), bazuar në transformimet Furier të sinjalit të marrë. Aktualisht, të gjithë spektrometrit NMR janë ndërtuar në bazë të magneteve të fuqishëm superpërcjellës me një fushë magnetike konstante.

Ndryshe nga metoda CW, në versionin pulsues, bërthamat ngacmohen jo me një "valë konstante", por me ndihmën e një pulsi të shkurtër që zgjat disa mikrosekonda. Amplituda e komponentëve të frekuencës së pulsit zvogëlohet me rritjen e distancës nga ν 0 . Por meqenëse është e dëshirueshme që të gjitha bërthamat të rrezatohen në mënyrë të barabartë, është e nevojshme të përdoren "pulse të forta", domethënë impulse të shkurtra me fuqi të lartë. Kohëzgjatja e pulsit zgjidhet në mënyrë që gjerësia e brezit të frekuencës të jetë një ose dy renditje të madhësisë më e madhe se gjerësia e spektrit. Fuqia arrin disa mijëra vat.

Si rezultat i spektroskopisë pulsore, nuk merret spektri i zakonshëm me majat e dukshme të rezonancës, por një imazh i lëkundjeve rezonante të amortizuara, në të cilat të gjitha sinjalet nga të gjitha bërthamat rezonuese janë të përziera - i ashtuquajturi "shkatërrim i induksionit të lirë" (FID, falas induksioni prishje). Për të transformuar këtë spektër përdoren metoda matematikore, i ashtuquajturi transformim Furier, sipas të cilit çdo funksion mund të paraqitet si shuma e një grupi lëkundjesh harmonike.

Spektrat NMR

Spektri i 1H4-etoksibenzaldehidit. Në një fushë të dobët (të vetme ~ 9,25 ppm) sinjali është nga protoni i grupit aldehid, në një fushë të fortë (treshe ~ 1,85-2 ppm) - nga protonet e grupit metil etoksi.

Për analizën cilësore duke përdorur NMR, përdoret analiza e spektrit, bazuar në karakteristikat e mëposhtme të jashtëzakonshme të kësaj metode:

sinjalet nga bërthamat e atomeve që i përkasin grupeve të caktuara funksionale shtrihen në rajone të përcaktuara rreptësisht të spektrit;

zona integrale e kufizuar nga kulmi është rreptësisht proporcionale me numrin e atomeve rezonuese;

bërthamat që shtrihen përmes 1-4 lidhjeve janë të afta të prodhojnë sinjale të shumëfishta si rezultat i të ashtuquajturave. duke u ndarë mbi njëri-tjetrin.

Pozicioni i sinjalit në spektrat NMR karakterizohet nga zhvendosja e tyre kimike në raport me sinjalin e referencës. Tetrametilsilani Si(CH 3) 4 (TMS) përdoret si i fundit në 1H dhe 13 C NMR. Njësia e zhvendosjes kimike është pjesa për milion (ppm) e frekuencës së instrumentit. Nëse marrim sinjalin TMS si 0, dhe zhvendosja e sinjalit në një fushë të dobët konsiderohet një zhvendosje kimike pozitive, atëherë marrim të ashtuquajturën shkallë δ. Nëse rezonanca e tetrametilsilanit është e barabartë me 10 ppm. dhe përmbysni shenjat, atëherë shkalla që rezulton do të jetë shkalla τ, e cila praktikisht nuk përdoret aktualisht. Nëse spektri i një substance është shumë kompleks për t'u interpretuar, ju mund të përdorni metoda kimike kuantike për të llogaritur konstantet e shqyrtimit dhe për të korreluar sinjalet e bazuara në to.

Introskopia NMR

Fenomeni i rezonancës magnetike bërthamore mund të përdoret jo vetëm në fizikë dhe kimi, por edhe në mjekësi: trupi i njeriut është një koleksion i të njëjtave molekula organike dhe inorganike.

Për të vëzhguar këtë fenomen, një objekt vendoset në një fushë magnetike konstante dhe ekspozohet ndaj frekuencës së radios dhe fushave magnetike të gradientit. Në bobinën e induktorit që rrethon objektin në studim, lind një forcë elektromotore alternative (EMF), spektri amplitudë-frekuencë i së cilës dhe karakteristikat kalimtare kohore përmbajnë informacion rreth densitetit hapësinor të bërthamave atomike rezonuese, si dhe parametrave të tjerë specifikë vetëm për rezonancë magnetike bërthamore. Përpunimi kompjuterik i këtij informacioni gjeneron një imazh tredimensional që karakterizon densitetin e bërthamave kimikisht ekuivalente, kohët e relaksimit të rezonancës magnetike bërthamore, shpërndarjen e shpejtësisë së rrjedhës së lëngjeve, difuzionin e molekulave dhe proceset metabolike biokimike në indet e gjalla.

Thelbi i introskopisë NMR (ose imazhit të rezonancës magnetike) është, në fakt, zbatimi i një lloji të veçantë analize sasiore të amplitudës së sinjalit të rezonancës magnetike bërthamore. Në spektroskopinë konvencionale NMR, njeriu përpiqet të arrijë rezolucionin më të mirë të mundshëm të linjave spektrale. Për të arritur këtë, sistemet magnetike rregullohen në atë mënyrë që të krijojnë uniformitetin më të mirë të mundshëm të fushës brenda kampionit. Në metodat e introskopisë NMR, përkundrazi, fusha magnetike e krijuar është padyshim jo uniforme. Atëherë ka arsye të pritet që frekuenca e rezonancës magnetike bërthamore në secilën pikë të kampionit të ketë vlerën e vet, të ndryshme nga vlerat në pjesët e tjera. Duke vendosur çdo kod për gradimet e amplitudës së sinjaleve NMR (shkëlqimi ose ngjyra në ekranin e monitorit), mund të merrni një imazh konvencional (tomogram) të seksioneve të strukturës së brendshme të objektit.

Introskopia NMR dhe tomografia NMR u shpikën për herë të parë në botë në vitin 1960 nga V. A. Ivanov. Një ekspert i paaftë hodhi poshtë kërkesën për një shpikje (metodë dhe pajisje) "... për shkak të padobishmërisë së dukshme të zgjidhjes së propozuar", kështu që certifikata e të drejtës së autorit për këtë u lëshua vetëm më shumë se 10 vjet më vonë. Kështu, zyrtarisht pranohet se autori i tomografisë NMR nuk është ekipi i laureatëve të Nobelit të renditur më poshtë, por një shkencëtar rus. Përkundër këtij fakti juridik, çmimi Nobel iu dha për tomografinë NMR jo V. A. Ivanov.

Rezonanca magnetike bërthamore
Rezonanca magnetike bërthamore

Rezonanca magnetike bërthamore (NMR) – thithja rezonante e valëve elektromagnetike nga bërthamat atomike, e cila ndodh kur ndryshon orientimi i vektorëve të momentit të tyre këndor (spinave). NMR ndodh në mostrat e vendosura në një fushë magnetike të fortë konstante ndërsa njëkohësisht ekspozohen ndaj një fushe të dobët elektromagnetike alternative në intervalin e radiofrekuencës (linjat e fushës alternative duhet të jenë pingul me linjat e fushës konstante). Për bërthamat e hidrogjenit (protonet) në një fushë magnetike konstante prej 10 4 oersteds, rezonanca ndodh në një frekuencë valë radio prej 42,58 MHz. Për bërthama të tjera në fusha magnetike prej 10 3 – 10 4 NMR e ersted është vërejtur në diapazonin e frekuencës 1-10 MHz. NMR përdoret gjerësisht në fizikë, kimi dhe biokimi për të studiuar strukturën e trupave të ngurtë dhe molekulave komplekse. Në mjekësi, NMR përdoret për të marrë një imazh hapësinor të organeve të brendshme të njeriut me një rezolucion prej 0,5-1 mm.

Le të shqyrtojmë fenomenin e NMR duke përdorur shembullin e bërthamës më të thjeshtë - hidrogjenit. Bërthama e hidrogjenit është një proton, i cili ka një vlerë të caktuar të momentit të tij këndor mekanik (spinin). Në përputhje me mekanikën kuantike, vektori i rrotullimit të protonit mund të ketë vetëm dy drejtime reciproke të kundërta në hapësirë, të përcaktuara në mënyrë konvencionale me fjalët "lart" dhe "poshtë". Protoni gjithashtu ka një moment magnetik, drejtimi i vektorit të të cilit është i lidhur rreptësisht me drejtimin e vektorit të rrotullimit. Prandaj, vektori i momentit magnetik të protonit mund të drejtohet ose "lart" ose "poshtë". Kështu, një proton mund të përfaqësohet si një magnet mikroskopik me dy orientime të mundshme në hapësirë. Nëse vendosni një proton në një fushë magnetike të jashtme konstante, atëherë energjia e protonit në këtë fushë do të varet nga drejtimi i momentit të tij magnetik. Energjia e një protoni do të jetë më e madhe nëse momenti i tij magnetik (dhe rrotullimi) drejtohet në drejtim të kundërt me fushën. Le ta shënojmë këtë energji E ↓. Nëse momenti magnetik (spini) i një protoni drejtohet në të njëjtin drejtim si fusha, atëherë energjia e protonit, e shënuar me E, do të jetë më e vogël (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.
Le të kalojmë nga një proton i vetëm në një mostër makroskopike të hidrogjenit që përmban një numër të madh protonesh. Situata do të duket kështu. Në kampion, për shkak të mesatares së orientimeve të rastësishme të rrotullimit, numra afërsisht të barabartë të protoneve, kur aplikohet një fushë magnetike e jashtme konstante, do të shfaqen me rrotullime të drejtuara "lart" dhe "poshtë" në lidhje me këtë fushë. Rrezatimi i një kampioni me valë elektromagnetike me frekuencë ω = (E ↓ − E )/ћ do të shkaktojë një rrokullisje "masive" të rrotullimeve (momenteve magnetike) të protoneve, si rezultat i të cilit të gjithë protonet e kampionit do të gjejnë veten në një gjendje me rrotullime të drejtuara kundër fushës. Një ndryshim i tillë masiv në orientimin e protoneve do të shoqërohet me një përthithje të mprehtë (rezonante) të kuanteve (dhe energjisë) të fushës elektromagnetike rrezatuese. Ky është NMR. NMR mund të vërehet vetëm në mostrat me një numër të madh bërthamash (10 16), duke përdorur teknika speciale dhe instrumente shumë të ndjeshme.

NMR ose në anglisht imazhi NMR është një shkurtim i shprehjes "rezonancë magnetike bërthamore". Kjo metodë e hulumtimit hyri në praktikën mjekësore në vitet 80 të shekullit të kaluar. Është i ndryshëm nga tomografia me rreze X. Rrezatimi i përdorur në NMR përfshin valë radio me gjatësi vale nga 1 deri në 300 m. Për analogji me CT, tomografia magnetike bërthamore përdor kontrollin automatik të skanimit kompjuterik me përpunimin e imazheve shtresë pas shtrese të strukturës së organeve të brendshme.

Cili është thelbi i imazhit të rezonancës magnetike bërthamore?

NMR përdor fusha të forta magnetike si dhe valë radio për të krijuar një imazh të trupit të njeriut nga imazhet individuale (skanimet). Kjo teknikë është e nevojshme për kujdesin urgjent të pacientëve me lëndime dhe dëmtime të trurit, si dhe për testime rutinë. NMR është thithja selektive e valëve elektromagnetike nga një substancë (trupi i njeriut) që është në një fushë magnetike. Kjo bëhet e mundur në prani të bërthamave me një moment magnetik jo zero. Së pari, valët e radios thithen, pastaj valët e radios emetohen nga bërthamat dhe ato lëvizin në nivele të ulëta të energjisë. Të dy proceset mund të zbulohen duke studiuar dhe thithur bërthamat. NMR krijon një fushë magnetike jo uniforme. Thjesht duhet të rregulloni antenën e transmetuesit dhe marrësin e tomografit NMR në një zonë të përcaktuar rreptësisht të indeve ose organeve dhe të merrni lexime nga pikat, duke ndryshuar frekuencën e marrjes së valës.

Gjatë përpunimit të informacionit nga pikat e skanuara, imazhet e të gjitha organeve dhe sistemeve merren në plane të ndryshme, në një seksion, formohet një imazh tredimensional i indeve dhe organeve me rezolucion të lartë. Teknologjia e tomografisë bërthamore magnetike është shumë komplekse, ajo bazohet në parimin e thithjes rezonante të valëve elektromagnetike nga atomet. Një person vendoset në një pajisje me një fushë magnetike të fortë. Molekulat atje kthehen në drejtim të fushës magnetike. Pastaj kryhet një skanim i valëve elektrike, ndryshimi i molekulave së pari regjistrohet në një matricë të veçantë, dhe më pas transferohet në një kompjuter dhe të gjitha të dhënat përpunohen.

Aplikimet e NMRI

Tomografia NMR ka një gamë mjaft të gjerë aplikimesh, kështu që përdoret shumë më shpesh si një alternativë ndaj tomografisë së kompjuterizuar. Lista e sëmundjeve që mund të zbulohen duke përdorur NMR është shumë e gjerë.

• Truri.

Më shpesh, një studim i tillë përdoret për të skanuar trurin për lëndime, tumore, çmenduri, epilepsi dhe probleme me enët cerebrale.

• Sistemi kardiovaskular.

Gjatë diagnostikimit të zemrës dhe enëve të gjakut, NMR plotëson metoda të tilla si angiografia dhe CT.
MRI bërthamore mund të zbulojë kardiomiopatinë, sëmundjet kongjenitale të zemrës, ndryshimet vaskulare, isheminë e miokardit, distrofinë dhe tumoret në zemër dhe enët e gjakut.

• Sistemi muskuloskeletor.

Tomografia NMR përdoret gjithashtu gjerësisht në diagnostikimin e problemeve me sistemin muskuloskeletor. Me këtë metodë diagnostike diferencohen shumë mirë ligamentet, tendinat dhe strukturat kockore.

• Organet e brendshme.

Kur ekzaminoni traktin gastrointestinal dhe mëlçinë duke përdorur imazhe të rezonancës magnetike bërthamore, mund të merrni informacion të plotë për shpretkën, veshkat, mëlçinë dhe pankreasin. Nëse futni gjithashtu një agjent kontrasti, bëhet e mundur gjurmimi i aftësisë funksionale të këtyre organeve dhe sistemit të tyre vaskular. Dhe programet shtesë kompjuterike ju lejojnë të krijoni imazhe të zorrëve, ezofagut, kanaleve biliare dhe bronkeve.

Imazhi i rezonancës magnetike bërthamore dhe MRI: a ka ndonjë ndryshim?

Ndonjëherë mund të hutoheni me emrat MRI dhe NMR. A ka ndonjë ndryshim midis këtyre dy procedurave? Përgjigja mund të jetë e paqartë: jo.
Fillimisht, në kohën e zbulimit, imazhet e rezonancës magnetike kishin në emër një fjalë tjetër “nukleare”, e cila u zhduk me kalimin e kohës, duke lënë vetëm shkurtesën MRI.

Imazhi i rezonancës magnetike bërthamore është i ngjashëm me një makinë me rreze X, megjithatë, parimi i funksionimit dhe aftësitë e tij janë disi të ndryshme. MRI ndihmon për të marrë një pamje vizuale të trurit, palcës kurrizore dhe organeve të tjera me inde të buta. Me anë të tomografisë është e mundur të matet shpejtësia e rrjedhjes së gjakut, rrjedha e lëngut cerebrospinal dhe lëngu cerebrospinal. Është gjithashtu e mundur të merret parasysh se si aktivizohet një zonë e veçantë e korteksit cerebral në varësi të aktivitetit njerëzor. Kur kryen një studim, mjeku sheh një imazh tredimensional, i cili i lejon atij të lundrojë në vlerësimin e gjendjes së personit.

Ekzistojnë disa metoda kërkimore: angiografia, perfuzioni, difuzioni, spektroskopia. Imazhi i rezonancës magnetike bërthamore është një nga metodat më të mira të kërkimit, pasi ju lejon të merrni një imazh tredimensional të gjendjes së organeve dhe indeve, që do të thotë se diagnoza do të vendoset më saktë dhe do të zgjidhet trajtimi i duhur. Ekzaminimi NMR i organeve të brendshme të njeriut përfaqëson imazhe, jo inde reale. Imazhet shfaqen në filmin fotosensiv kur rrezet x thithen kur merret një rreze x.

Përparësitë kryesore të tomografisë NMR

Përparësitë e tomografisë NMR në krahasim me metodat e tjera të kërkimit janë të shumëanshme dhe domethënëse.

Disavantazhet e tomografisë NMR

Por sigurisht, kjo metodë nuk është pa të meta.

• Konsumi i lartë i energjisë. Funksionimi i kamerës kërkon një sasi të madhe energjie elektrike dhe teknologji të shtrenjtë për superpërçueshmëri normale. Por magnetët me fuqi të lartë nuk kanë një efekt negativ në shëndetin e njeriut.
• Kohëzgjatja e procesit. Imazhe me rezonancë magnetike bërthamore është një metodë më pak e ndjeshme në krahasim me rrezet X. Prandaj, kërkohet më shumë kohë për transndriçimin. Për më tepër, shtrembërimi i imazhit mund të ndodhë për shkak të lëvizjeve të frymëmarrjes, gjë që shtrembëron të dhënat gjatë kryerjes së studimeve të mushkërive dhe zemrës.
• Nëse keni një sëmundje të tillë si klaustrofobia, është një kundërindikacion për ekzaminimin MRI. Është gjithashtu e pamundur të kryhet diagnostifikimi duke përdorur imazhe NMR nëse ka implante të mëdha metalike, stimulues kardiak ose stimulues artificialë. Gjatë shtatzënisë, diagnoza kryhet vetëm në raste të jashtëzakonshme.

Çdo objekt i vogël në trupin e njeriut mund të ekzaminohet duke përdorur imazhe të rezonancës magnetike bërthamore. Vetëm në disa raste duhet të përfshihet shpërndarja e përqendrimeve të elementeve kimike në trup. Në mënyrë që matjet të bëhen më të ndjeshme, duhet të grumbullohen dhe të përmblidhen një numër mjaft i madh sinjalesh. Në këtë rast, fitohet një imazh i qartë, me cilësi të lartë që përcjell në mënyrë adekuate realitetin. Kjo lidhet edhe me kohëzgjatjen e kohës që një person kalon në dhomë për tomografinë NMR. Ju do të duhet të qëndroni të qetë për një kohë të gjatë.

Si përfundim, mund të themi se imazhi i rezonancës magnetike bërthamore është një metodë diagnostike mjaft e sigurt dhe plotësisht pa dhimbje që shmang plotësisht ekspozimin ndaj rrezeve X. Programet kompjuterike ju lejojnë të përpunoni skanimet që rezultojnë për të formuar imazhe virtuale. Kufijtë e NMR janë vërtet të pakufishëm.

Tashmë, kjo metodë diagnostike është një nxitje për zhvillimin e saj të shpejtë dhe përdorimin e gjerë në mjekësi. Metoda dallohet nga dëmtimi i saj i ulët për shëndetin e njeriut, por në të njëjtën kohë ju lejon të ekzaminoni me kujdes strukturën e organeve, si tek një person i shëndetshëm ashtu edhe tek ata me sëmundje ekzistuese.