مغناطیس وانواع مغناطیس های مورد استفاده در سیستم MRI

هر ذره بارداری در حال حرکت، یک میدان مغناطیسی ایجاد می کند.
میدان مغناطیسی یک ذرهباردار، مثل یک الکترون درحال حرکت، عمود بر مسیر حرکت ذره است. شدت میدان مغناطیسیبه وسیله خطوط فرضی بیان می شود اگر حرکت ذره یک مسیر بسته باشد، همانند الکترونکه به دور هسته می چرخد خطوط میدان مغناطیسی بر صفحه حرکت ذره عمود خواهند بود. الکترونها همچنین بدور یک محور درجهت عقربه های ساعت ویا خلاف عقربه های ساعت، میگردند.
این چرخش یک ویژگی از الکترون را به نام اسپین(spin) به وجود می آورد. اسپین الکترون یک میدان مغناطیسی را بوجود می آورد که اگر در هر لایه از اتم، یکزوج الکترون وجود داشته باشد، این میدان خنثی می گردد. خطوط میدان مغناطیسی همیشهحلقه های بسته ای هستند. این خطوط همانند میدان الکتریکی نقطه شروع و پایان ندارند. چنین میدانی دو قطبی (bipolar / dipolar) نامیده می شوند.
این میدان همیشه یک قطب شمال ویک قطب جنوب دارد. مغناطیس کوچکی که به وسیله اسپین الکترون بوجود میآید، دیپلهای مغناطیسی ( magnetic dipole)نامیده می گردد. چنین دیپلهایی با هم میتوانند یک محدوده مغناطیسی ( magnetic domain) را بوجود می آورند.
نفوذپذیری مغناطیسی (magnetic permeability):
نفوذ پذیری مغناطیسی تواناییماده است برای جذب خطوط شدت میدان مغناطیسی

طبقه بندی مواد مغناطیسی (classification of magnets)
 

مواد مغناطیسی براساس منشا خاصیت مغناطیسی طبقه بندی می گردند.
سه نوع کلی از مواد مغناطیسیوجود دارند: مواد مغناطیسی طبیعی، مواد مغناطیسی که بطور مصنوعی خاصیت مغناطیسیدائمی را دارا شده اند و مواد الکترو مغناطیس.
بهترین مثال مواد مغناطیسی طبیعی(natural magnet) ، کره زمین است. زمین دارای میدان مغناطیسی است، چون زمین به دوریک محور می چرخد.
مواد مغناطیسی دائمی (permanent magnet) که بطور مصنوعی ساختهمی گردند به شکلها و اندازه های گوناگونی ساخته می گردند که عمدتاً از جنس آهنهستند. این مواد بوسیله قرار دادن آهن دریک میدان مغناطیسی الکتریکی ساخته میگردند.
مواد الکترومغناطیس تشکیل شده اند از یک سیم که بدور یک هسته آهنیپیچیده شده است (Electromagnet).
هنگامی که جریان الکتریکی از سیم عبور داده میشود، یک میدان مغناطیسی ایجاد می گردد که شدت این میدان وابسته به جریان عبوری ازسیم است.
تمام مواد می توانند طبق عکس العملهایشان درمقابل یک میدان مغناطیسخارجی طبقه بندی گردند.
برخی ازمواد هنگامی که در داخل یک میدان مغناطیسی بردهمیشوند، بی تاثیر می مانند چنین موادی را دیامغناطیس (diamagnetic) گویند. این موادرا نمی توان بطور مصنوعی مغناطیسی کرد و ضمناً این مواد جذب میدان مغناطیسی نمیگردند. مثالهایی از این مواد می توانند چوب، شیشه و پلاستیک باشند. مواد فرومغناطیس( Ferromagnetic) که آهن (iron)، کبالت (cobalt) و نیکل (nickel) هستند، به شدت جذبمیدان مغناطیسی می گردند و ضمناً می توانند تحت تاثیر یک میدان مغناطیسی، به موادمغناطیسی دائمی تبدیل گردند. یک آلیاژ از آلومینیوم، کبالت و نیکل که آلنیکو ( Alnico) نامیده می گردد، یک ماده مغناطیسی مفیدتری نسبت به آهن و کبالت و نیکلدراین گروه از مواد مغناطیسی است و بیشتر استفاده می گردد. مواد پارامغناطیس(paramagnetic) تاحدی بین مواد فرومغناطیس و مواد دیا مغناطیسقرار میگیرند.
این مواد به طور اندکی جذب میدان مغناطیسی می گردند و در اثر قطعمیدان مغناطیسی خارجی ، خاصیت مغناطیسی خود را از دست می دهند. مواد حاجبی(contrast agent) که در MRI استفاده میگردد پارامغناطیس هستند.

تاثیر پذیری مغناطیسی (magnetic susceptibility):
 

درجه مواد مختلف طی مغناطیسی شدن راتاثیرپذیری مغناطیسی گویند.
مثلاً هنگامی که یک چوب دریک میدان مغناطیس قوی قرارمی گیرد، این چوب میدان مغناطیسی را شدت
نمی بخشد ولی هنگامی که آهن در یک میدانمغناطیسی قرار می گیرد، این آهن به شدت میدان مغناطیسی را تقویت می کند پس چوبدارای تاثیرپذیری مغناطیسی کم است و آهن دارای تاثیرپذیری مغناطیسی زیاداست.

انواع مغناطیس های مورد استفاده در سیستم MRI
 

در سیستمهای MRI برای اعمال میدان مغناطیس خارجی، ممکن است انواع مغناطیس های زیر، مورد استفادهقرار گیرد:
1- مغناطیس دائمی Permanent Magnet
2- مغناطیس مقاومتی Resistive Magnet
3- مغناطیس ابر رسانا Superconductive Magnet
در سیستم MRI، میدان مغناطیسی خارجی باید دارای خواص زیر باشد:
الف- یکنواخت بودن شدت میدان ( Field Uniformity ) در منطقه مورد نظر
ب- ثابت بودن شدت میدان ( Field Stablity ) در مدت زمان آزمایش
ج- بالا بودن نسبت سیگنال به نویز SNR ( Signal to Noise Ratio )

مغناطیسهای دائمی ( Permanet Magnets )
 

این مغناطیس ها از آهنربایطبیعی ساخته شده اند،قدرت مغناطیسی آنها معمولاً از 05/0 تا 5/0 تسلا می باشد. اینمغناطیس ها دارای یکنواختی میدان ( Field Uniformity ) پایین و شدت میدان ثابت درطول زمان آزمایش ( Field Stability ) می باشند.

مغناطیس های مقاومتی ( Resistive Magnets )
 

این مغناطیس ها براساس استفاده از خاصیتالقاء مغناطیسی حاصل از عبور یک جریان الکتریکی از یک سیم پیچ، ساخته می شوند. یکنواختی شدت میدان در این مغناطیس ها خوب و پایداری آن متوسط است.
از اینمغناطیسها برای ایجاد شدتهای بین 04/0 تا 5/0 تسلا استفاده می شود.

مغناطیسهای ابررسانا ( Superconductive Magnets )
 

سیم پیچ این مغناطیس ها از مواد ابررسانا ( Superconductive) ساخته شده است. لذا بدلیل مقاومت الکتریکی خیلی کم، گرمای ناچیزی در آنها تولید میشود.
با این مغناطیسها می توان میدانها قوی ( تا 2 تسلا یا بیشتر ) تولید نمود.
یکنواختی وپایداری شدت میدان مغناطیسی تولید شده خیلی خوب است.
برایایجاد خاصیتابررسانایی، این مغناطیس ها را در درجه حرارت هلیوم مایع ( 2/4 درجهکلوین ) همراه بانیتروژن مایع ( 77 درجه کلوین ) قرار می دهند.
در اثرافزایشدرجه حرارت،خاصیت ابر رسانایی سیستم کاهش می یابد. این پدیده را Quench گویند.

دیپلها (dipole)
 

هرماده مغناطیسی از دوقطبی ها تشکیل شده است که این دو قطبی ها با شکستن یک آهنربا از بین نمی روند، پسهمواره ما دریک ماده مغناطیسی دو قطب شمال و جنوب را خواهیم داشت.

جذب و دفع (Attraction and Repulsion)
 

همانند بارهای الکتریکی، قطبهای مغناطیسی هم نامیکدیگر را دفع می کنند و قطب های مغناطیسی ناهمنام، همدیگر را دفع می کنند. همچنینبطور ساده، خطوط فرضی میدان مغناطیسی قطب شمال (N) را ترک می کنند و به قطب جنوب(S) وارد می شوند.

القاء مغناطیسی (magnetic induction)
 

همانند بار الکترواستاتیک که میتواند از یک جسم بهجسم دیگر القاء گردد، مواد مغناطیسی هم می توانند بوسیله القاء، مغناطیسی گردند. خطوط فرضی میدان مغناطیسی که توصیف گردید، خطوط مغناطیسی (magnetic lines) القاءنامیده می شوند و تراکم این خطوط وابسته به شدت میدان مغناطیسی است.
اجسام فرومغناطیس می توانند به ماده مغناطیسی از طریق القاء تبدیل گردند.
هنگامی که یکماده فرومغناطیس مثلاً یک قطعه آهن نرم ( soft Iron) به درون یک میدان مغناطیسیبرده می شود،خطوط القاء تغییر پیدا می کنند و بوسیله آهن جذب می گردند و آهن بطورموقت به یک ماده مغناطیسی تبدیل می گردد ولی اگر یک ماده دیامغناطیسی مثل مس(copper) را جایگزین آهن کنیم، چنین اتفاقی نمی افتد.

نیروی مغناطیسی (magnetic force)
 

نیرویهای الکترومغناطیسی بوسیله تئوری میدان تابشالکترومغناطیسی ماکسول به هم مرتبط می گردند. این تئوری بیان می کند که نیرویی کهبوسیله میدان مغناطیسی ایجاد می گردد، همانند نیرویی است که بوسیله میدان الکتریکیایجاد میگردد.

تئوری میدان ماکسول:
 

نیروی مغناطیسی متناسب است با ضرب شدتقطبهای مغناطیسی تقسیم بر مربع فاصله بین آنها. واحد SI شدت نیروی مغناطیسی تسلا(Tesla) است. واحد قدیمی ترآن گوس (gauss) است که یک تسلا برابر است با 10.000 گوس. (1 T=10,000 G)
منبع: سایت ویکی پدیا
ارسال توسط کاربر محترم:alibifa