পরমাণু চিকিৎসায় মৌলিক পদার্থবিজ্ঞান/এমআরআই ও পরমাণু চিকিৎসা

এটি পরমাণু চিকিৎসায় মৌলিক পদার্থবিজ্ঞান নামক একটি উইকিবইয়ের একটি বিকাশমান অধ্যায়।

পরমাণু চিকিৎসায় চিত্রের সাথে পারস্পরিক ব্যবহারের ক্ষেত্রে সহ-অবস্থানগত তথ্য প্রদানের জন্য ম্যাগনেটিক রেজোন্যান্স ইমেজিং (এমআরআই) ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। এই অধ্যায়ে এই ইমেজিং পদ্ধতির একটি ভূমিকা প্রদান করা হয়েছে। আমরা ম্যাগনেটিক রেজোন্যান্স চিত্রের তথ্যাবলীর কনট্রাস্ট এবং স্থানিক বৈশিষ্ট্য বর্ণনা করার জন্য যথেষ্ট গভীরতা পর্যন্ত মৌলিক বৈশিষ্ট্যগুলো বিবেচনা করব, যাতে পরমাণু চিকিৎসা তথ্যের সাথে এর স্থানিক সঙ্গতিপূর্ণ বৈশিষ্ট্যগুলো অনুধাবন করা যায়। যেহেতু এমআরআই একটি অত্যন্ত বিশাল ক্ষেত্র, তাই আমরা আমাদের আলোচনা শুধুমাত্র অপরিহার্য বৈশিষ্ট্যগুলোর বর্ণনার মধ্যে সীমাবদ্ধ রাখব এবং আরও বিস্তারিত বিবরণের জন্য আপনাকে গ্রন্থপঞ্জি দেখতে হবে।

আমরা ইমেজিং প্রক্রিয়ার একটি সংক্ষিপ্ত বিবরণ দিয়ে শুরু করব এবং তারপরে জ্ঞাত সরলতম পারমাণবিক নিউক্লিয়াস, অর্থাৎ ^১H-এর চৌম্বকীয় অনুরণন বৈশিষ্ট্য বর্ণনা করব। সেখান থেকে আমরা এমআর চিত্রে কনট্রাস্ট সৃষ্টিকারী ঘটনাগুলো বর্ণনা করব এবং স্থানিক এনকোডিং কৌশল ব্যবহার ক'রে চিত্র তৈরির বর্ণনা দিয়ে শেষ করব।

এমআর ইমেজিং প্রক্রিয়া

নীতিগতভাবে, এমআরআই একটি বেশ সরল চিত্র গ্রহণ কৌশল, যেমনটি নিচের অ্যানিমেটেড গ্রাফিকে দেখানো হয়েছে। প্রথমে একজন রোগীকে একটি বড় চুম্বকের ভেতরে রাখা হয় – যার মেরু দুটি চিত্রে N (উত্তর) এবং S (দক্ষিণ) বক্স দ্বারা নির্দেশিত। এরপর একটি বাহ্যিক কয়েল ব্যবহার ক'রে রোগীর শরীরের অভ্যন্তরে থাকা হাইড্রোজেন পরমাণুর নিউক্লিয়াসকে উত্তেজিত করার জন্য রেডিও তরঙ্গ ব্যবহার করা হয় এবং পরবর্তীতে এই তরঙ্গগুলো রোগীর শরীর থেকে এমনভাবে পুনরায় নির্গত হয় যা সংশ্লিষ্ট কলাগুলোর (টিস্যু) এনএমআর (নিউক্লিয়ার ম্যাগনেটিক রেজোনেন্স বা পারমাণবিক চৌম্বকীয় অনুরণন) বৈশিষ্ট্যের অনুরূপ। এই রেডিও তরঙ্গগুলো একটি বাহ্যিক কয়েল ব্যবহার করে শনাক্ত করা হয়, ডিজিটাইজ করা হয়, একটি কম্পিউটার দ্বারা প্রক্রিয়াজাত করা হয় এবং টমোগ্রাফিক (অংশ ধরে ধরে চিত্রায়ণ) স্লাইস হিসাবে প্রদর্শন করা হয়, যা বিভিন্ন টিস্যুর বিন্যাস প্রকাশ করে।

এমআর ইমেজিং প্রক্রিয়ার চিত্র।

জলের অণুর চিত্র, যেখানে অক্সিজেন পরমাণুটি নীল এবং দুটি হাইড্রোজেন পরমাণু লাল রঙে দেখানো হয়েছে। মানবদেহে প্রচুর পরিমাণে জল থাকে এবং এই কারণে সমগ্র আয়তন জুড়ে ছড়িয়ে থাকা বিপুল সংখ্যক হাইড্রোজেন নিউক্লিয়াস চিত্রায়ণের জন্য এনএমআর সংকেত তৈরি করে।

বাস্তবে চিত্রায়ণ প্রক্রিয়াটি কিছুটা বেশি জটিল, যেমনটি নিম্নলিখিত চিত্রে দেখানো হয়েছে:

এমআর চিত্রায়ণ প্রক্রিয়ার ফ্লো ডায়াগ্রাম।

এমআরআই স্ক্যানারের প্রধান উপাদানগুলোর চিত্র। Tx এবং Rx বলতে যথাক্রমে আরএফ ট্রান্সমিটার এবং রিসিভার সার্কিটকে বোঝায়। চুম্বক দ্বারা উৎপন্ন চৌম্বক ক্ষেত্রে গ্রেডিয়েন্ট স্থাপন করতে গ্রেডিয়েন্ট কয়েলগুলো ব্যবহৃত হয়।

এই জটিলতার সৃষ্টি হয় গ্রেডিয়েন্ট (ক্রমপরিবর্তনশীল) চৌম্বক ক্ষেত্র এবং অত্যাধুনিক রেডিও তরঙ্গের উদ্দীপনা ব্যবহারের কারণে। তবে এগুলি ব্যবহারের ফলে পরবর্তীতে সনাক্তকরণ পর্বের জন্য স্থানিক অবস্থানের তথ্য প্রদান করা যায় এবং আগ্রহের একটি নির্দিষ্ট এনএমআর বৈশিষ্ট্যকে পৃথক করা যায়। এমআরআইয়ের একটি শক্তিশালী বৈশিষ্ট্য হলো এই পদ্ধতিটি বিভিন্ন কনট্রাস্ট বৈশিষ্ট্যযুক্ত ছবি তৈরি করতে পারে। এই ধরনের তিনটি ছবির প্রকার নিচে উদাহরণ হিসেবে দেখানো হলো:

তিন ধরনের এমআর ছবি: T1 ওয়েটেড ছবিতে অপেক্ষাকৃত উজ্জ্বল গ্রে ম্যাটার এবং গাঢ় সিএসএফ দেখা যায়; T2 ওয়েটেড ছবিতে সিএসএফ উজ্জ্বল দেখাচ্ছে, অন্যদিকে PD ওয়েটেড ছবিতে টিস্যুগুলোর মধ্যে খুব কম কনট্রাস্ট দেখা যাচ্ছে।

এই অধ্যায়ে এই ধরনের ছবি তৈরির পেছনের পদার্থবিদ্যা সংক্ষেপে বর্ণনা করা হয়েছে। আমরা নিউক্লিয়নের প্রকৃতি সম্পর্কে কিছু ধারণা দিয়ে শুরু করব, যা আমরা এই উইকিবইতে আগে বিবেচনা করিনি।

#ওপরে

নিউক্লীয় ঘূর্ণন

পারমাণবিক নিউক্লিয়াস নিয়ে আমাদের পূর্ববর্তী আলোচনায় আমরা এর ভর, বৈদ্যুতিক আধান এবং নিউট্রন ও প্রোটনের আপেক্ষিক সংখ্যার নিরিখে এর গঠনের ওপর মনোযোগ দিয়েছিলাম – যার উদ্দেশ্য ছিল তেজস্ক্রিয়তার ঘটনাটির সাথে পরিচয় করিয়ে দেওয়া। সরলতার স্বার্থে আমরা এটি উল্লেখ করিনি যে, নিউক্লিয়নগুলোকে একটি কেন্দ্রীয় অক্ষের চারপাশে মহাকাশে ঘূর্ণায়মান বলে বিবেচনা করা যেতে পারে। আমরা এখন এই ঘূর্ণন বৈশিষ্ট্যের ওপর মনোযোগ দেবো নিউক্লীয় চৌম্বকীয় অনুরণন (এনএমআর) ঘটনাটির সাথে পরিচয় করানোর জন্য, এবং আমরা পরে দেখব কিভাবে এর ভিত্তিতে ছবি তৈরি করা যায়।

উদাহরণ হিসেবে একটি বিচ্ছিন্ন প্রোটন নেওয়া যাক – নিচের চিত্রটি দেখুন:

একটি ঘূর্ণায়মান প্রোটন একটি দণ্ড চুম্বকের অনুরূপ চৌম্বক ক্ষেত্র উৎপন্ন করে।

বৈদ্যুতিক আধান থাকার পাশাপাশি প্রোটন তার নিজের অক্ষের ওপরেও ঘোরে। যেহেতু এই ঘূর্ণনের ফলে একটি গতিশীল বৈদ্যুতিক আধান গঠিত হয় (অর্থাৎ একটি কেন্দ্রীয় অক্ষের চারপাশে আবর্তনশীল), তাই একটি চৌম্বক ক্ষেত্র তৈরি হয়, যেমনটি চিত্রে দেখানো হয়েছে, যা একটি দণ্ড চুম্বক দ্বারা উৎপন্ন ক্ষেত্রের অনুরূপ – তবে অবশ্যই অনেক ছোট আকারে। এই ঘূর্ণায়মান চুম্বকটি যে কোনো বাহ্যিক চৌম্বক ক্ষেত্রের সাথে নিজেকে সারিবদ্ধ করে।

তবে, এই ঘূর্ণনের একটি অতিরিক্ত বৈশিষ্ট্য রয়েছে, যাকে অক্ষ-বিচলন (প্রিসেশন) বলা হয়, যা অনেক ঘূর্ণায়মান বস্তুতে দেখা যায়, যেমনটি নীচের ঘূর্ণায়মান জাইরোস্কোপ দ্বারা চিত্রিত হয়েছে:

একটি জাইরোস্কোপের অক্ষ-বিচলন

এনএমআর-এ প্রোটন প্রিসেশনের হারই গুরুত্বপূর্ণ এবং এর একটি কৌণিক কম্পাঙ্ক আছে, যাকে লারমর কম্পাঙ্ক বলা হয়। এটি নির্দিষ্ট নিউক্লিয়াসের জাইরোম্যাগনেটিক অনুপাত দ্বারা নির্ধারিত হয় এবং হাইড্রোজেনের জন্য এর মান হলো ২.৬৮x১০^৮ rad / s / T। এই অনুপাতটি নির্দেশ করে যে, যখন একটি হাইড্রোজেন নিউক্লিয়াসকে ১ টেসলা শক্তির একটি চৌম্বক ক্ষেত্রে রাখা হয়, তখন প্রতি সেকেন্ডে ৪২.৫৮ মিলিয়ন অক্ষ-বিচলন (প্রিসেশন) ঘটে, অর্থাৎ, এটি ওপরের অ্যানিমেশনে দেখানো প্রিসেশনের হারের চেয়ে বেশ বেশি!

নিম্নলিখিত সমীকরণটি এখানে প্রাসঙ্গিক:

f = γ B_o

যেখানে f হল প্রিসেশনাল ফ্রিকোয়েন্সি, γ জাইরোম্যাগনেটিক অনুপাত এবং B_o হলো চৌম্বক ক্ষেত্রের প্রাবল্য। এটি এনএমআর-এর ক্ষেত্রে একটি অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ সম্পর্ক এবং এমআরআই-তে এটিকে নানাভাবে কাজে লাগানো হয়, যা আপনারা নিচে দেখতে পাবেন।

ক্লিনিক্যাল এমআরআই স্ক্যানারগুলো সাধারণত প্রয়োগের উপর নির্ভর ক'রে ০.১ থেকে ৩ টেসলা (T) পর্যন্ত চৌম্বক ক্ষেত্র শক্তি ব্যবহার করে। তুলনামূলকভাবে পৃথিবীর চৌম্বক ক্ষেত্রের শক্তি প্রায় ৫০ মাইক্রোটেসলা (μT), অর্থাৎ প্রায় ২,০০০ থেকে ৬০,০০০ ভাগ কম, যেখানে একটি চৌম্বকীয় দরজার তালার চৌম্বক ক্ষেত্র প্রায় ০.১ টেসলা (T)।

আমরা এইমাত্র একটি চৌম্বক ক্ষেত্রে একটি বিচ্ছিন্ন প্রোটনের পরিস্থিতি বিবেচনা করেছি। যখন একটি চুম্বকের মধ্যে টিস্যুর নমুনার মতো বহু বিলিয়ন প্রোটনকে রাখা হয়, তখন একটি আকর্ষণীয় ঘটনা ঘটে:

কিছু প্রোটন কণা ক্ষেত্রের সমান্তরালে এবং কিছু এর বিপরীতে সারিবদ্ধ হয়।

এই দুটি অবস্থাকে সমান্তরাল এবং বিপরীত-সমান্তরাল (অ্যান্টি প্যারালাল) অবস্থা বলা হয়, যেমনটি নিম্নলিখিত চিত্রে দেখানো হয়েছে:

প্রোটনগুলো একটি বাহ্যিক চৌম্বক ক্ষেত্র, B_০-এর সাথে হয় সমান্তরাল অথবা বিপরীত-সমান্তরালভাবে বিন্যস্ত হয়। বিপরীত-সমান্তরাল অবস্থাটির শক্তি সমান্তরাল অবস্থার চেয়ে সামান্য কম। যদি একটি নির্দিষ্ট পরিমাণ শক্তি ΔE সরবরাহ করা হয়, তবে নিম্ন শক্তির অবস্থা থেকে উচ্চ শক্তির অবস্থায় রূপান্তর ঘটতে পারে।

ওপরের চিত্রটি আরও নির্দেশ করে যে, দুটি বিন্যাস ΔE নামক একটি শক্তি পার্থক্য দ্বারা পৃথক দুটি কোয়ান্টাম শক্তি অবস্থার সমতুল্য। উচ্চ শক্তি অবস্থার তুলনায় নিম্ন শক্তি অবস্থায় বেশি নিউক্লিয়াস অবস্থান করে, কিন্তু তাদের এই আধিক্য অত্যন্ত নগণ্য – ০.০০১%-এরও কম। তবে, এনএমআর-এ কাজে লাগানোর জন্য এটিই যথেষ্ট!

এই শক্তি পার্থক্যটি নিম্নলিখিত সমীকরণের মাধ্যমে প্রিসেশনাল কম্পাঙ্কের সাথে সরাসরি সম্পর্কিত:

ΔE = h f

যেখানে h প্ল্যাঙ্কের ধ্রুবক এবং f প্রিসেশনাল ফ্রিকোয়েন্সি, এটি আবার লারমোর ফ্রিকোয়েন্সি ω-র সাথে সম্পর্কিত, সম্পর্কটি হলো:

ω = 2 π f

এখানে গুরুত্বপূর্ণ বিষয়টি হলো যে:

যখন নমুনাটিকে ΔE শক্তির তড়িৎচুম্বকীয় বিকিরণ দ্বারা উদ্দীপিত করা হয়, তখন এতে সমান্তরাল অবস্থা থেকে বিপরীত-সমান্তরাল অবস্থায় রূপান্তর ঘটানো যেতে পারে।

১ টেসলা (T) ক্ষেত্রে একটি প্রোটনের জন্য এই শক্তি প্রায় ১.৭৫x১০^-৭ ইলেকট্রন ভোল্ট (eV), অর্থাৎ, উদাহরণস্বরূপ, ইলেকট্রনের বন্ধন শক্তির তুলনায় এটি একটি অতি ক্ষুদ্র পরিমাণ শক্তি। ^99mTc দ্বারা নির্গত ১৪০ keV গামা-রশ্মির তুলনায় এর শক্তি দশ লক্ষ ভাগের চেয়েও কম।

এই শক্তির পার্থক্যটি তড়িৎচুম্বকীয় বর্ণালীর রেডিও কম্পাঙ্ক (আরএফ) অঞ্চলের তড়িৎচুম্বকীয় বিকিরণের শক্তির সমতুল্য, যা নিচে চিত্রিত করা হলো:

তড়িৎচুম্বকীয় বর্ণালী যা পরমাণু চিকিৎসা, রেডিওলজি এবং এমআরআই-তে ব্যবহৃত অঞ্চলসমূহকে নির্দেশ করে।

সুতরাং, যদি আমরা ১ টেসলা চৌম্বক ক্ষেত্রে একটি টিস্যুর নমুনা রাখি এবং ৪২.৫৮ মেগাহার্টজ কম্পাঙ্কে রেডিও তরঙ্গ প্রেরণ করি, তবে আমরা আশা করতে পারি যে প্রোটনগুলো সমান্তরাল অবস্থা থেকে বিপরীত-সমান্তরাল অবস্থায় উত্তেজিত হবে। এই ঘটনাটিই হলো এনএমআর-এর অনুরণন বৈশিষ্ট্য।

উদ্দীপনা ঘটার পরে যা হয়, এমআরআই-তে সেটি-ই কাজে লাগানো হয়:

সমান্তরাল অবস্থায় প্রত্যাবর্তন স্বতঃস্ফূর্তভাবে একটি নির্দিষ্ট সময় ধরে ঘটে, যা স্বতন্ত্র কলা এবং তাদের বিভিন্ন রোগগত অবস্থার বৈশিষ্ট্যসূচক।

এই রূপান্তরগুলির কারণে আমাদের টিস্যুর নমুনা থেকে তড়িৎচুম্বকীয় বিকিরণ নির্গত হয়, যার বিস্তার সময়ের সাথে সাথে হ্রাস পায়। শনাক্তকৃত এই বিকিরণগুলি মুক্ত আবেশন ক্ষয় গঠন করে, যা নিচে চিত্রিত করা হলো:

একটি মুক্ত আবেশ ক্ষয় যা T2* নামক একটি সময় ধ্রুবক দ্বারা বৈশিষ্ট্যমণ্ডিত।

এই ধরনের সিগন্যাল ক্ষয়ের এই সময়-ধ্রুবকটিই পরিমাপ করা হয়, যা পরবর্তীতে এমআরআই ছবিতে রূপান্তর করা সম্ভব – তবে তার আগে আমাদের নিশ্চিত হতে হয় যে রোগীর শরীরের ঠিক কোন অংশ থেকে এই সংকেতগুলো আসছে।

#ওপরে

চৌম্বকীয় যোগফল ভেক্টর

অগ্রসর হওয়ার আগে পরিস্থিতিটিকে একটি চৌম্বক ভেক্টর দৃষ্টিকোণ থেকে বিবেচনা করা সহায়ক হবে, যেমনটি নিম্নলিখিত চিত্রে দেখানো হয়েছে:

সমান্তরাল এবং বিপরীত সমান্তরাল ভেক্টরের বাতিলকারী প্রভাব বৈশিষ্ট্যের দৃষ্টান্ত।

চিত্রটিতে একটি চৌম্বক ক্ষেত্রে রাখা একটি কাল্পনিক টিস্যু নমুনার পরিস্থিতি দেখানো হয়েছে, যেখানে সাতটি হাইড্রোজেন নিউক্লিয়াস সমান্তরাল অবস্থায় এবং পাঁচটি বিপরীত-সমান্তরাল অবস্থায় রয়েছে। পাঁচটি সমান্তরাল ভেক্টর পাঁচটি বিপরীত-সমান্তরাল ভেক্টরের প্রভাবকে বাতিল করে দেয় এবং এর ফলে মোট দুটি সমান্তরাল ভেক্টর অবশিষ্ট থাকে। আমরা এই দুটি ভেক্টরের যোগফল বিবেচনা ক'রে পরিস্থিতিটিকে আরও সরল করতে পারি, যা আমাদের Z-অক্ষ বরাবর একটি চৌম্বকীয় যোগফল ভেক্টর দেবে, যেমনটি নিম্নলিখিত চিত্রে দেখানো হয়েছে:

চৌম্বক যোগফল ভেক্টর, M_z-এর চিত্র।

যেহেতু এমআরআই-তে চৌম্বক ক্ষেত্রের দিক সাধারণত Z-অক্ষ বরাবর থাকে, তাই আমাদের চৌম্বক যোগফল ভেক্টরকে অনুদৈর্ঘ্য চৌম্বকায়ন বলা হয়। ফলস্বরূপ, যখন একজন রোগীকে এমআরআই স্ক্যানারের চুম্বকের ভেতরে রাখা হয়, তখন একটি অনুদৈর্ঘ্য চৌম্বকায়ন প্রতিষ্ঠিত হয়।

#ওপরে

আরএফ উদ্দীপনা

আসুন সেই পরিস্থিতিটি বিবেচনা করি যখন অনুদৈর্ঘ্য চৌম্বকায়ন প্রতিষ্ঠিত হয়ে গেছে এবং যখন অনুনাদ কম্পাঙ্কে আরএফ বিকিরণের একটি স্পন্দন আমাদের টিস্যু নমুনার মধ্যে নিক্ষেপ করা হয়েছে, যেমনটি নিম্নলিখিত চিত্রে দেখা যাচ্ছে:

আরএফ উদ্দীপনার চিত্র।

বিকিরণ শক্তি শোষণের সময় নিম্নে বর্ণিত দুটি প্রক্রিয়া একই সাথে ঘটে:

• M_z-এর হ্রাস: কিছু প্রোটন অনুরণিত হয়ে বিপরীত-সমান্তরাল অবস্থায় চলে যায়, যার ফলে অনুদৈর্ঘ্য চৌম্বকায়ন হ্রাস পায়, যা নিচে চিত্রিত করা হলো:

আরএফ উদ্দীপনার সময় M_z-এর হ্রাসের চিত্র।

লক্ষ্য করুন যে, আমাদের প্রাথমিক পরিস্থিতি যেখানে পাঁচটি প্রোটন সমান্তরালভাবে সারিবদ্ধ থাকে, যা তুলনামূলকভাবে বৃহৎ মানের একটি অনুদৈর্ঘ্য চৌম্বকায়ন, M_z, সৃষ্টি করে, তা এমন একটি অবস্থায় পরিবর্তিত হয় যেখানে তিনটি প্রোটন এই সারিবদ্ধতায় এবং দুটি বিপরীত-সমান্তরাল সারিবদ্ধতায় থাকে। এর ফলে M_z-এর মান হ্রাস পায়।

• দশা সুসংগতি: ভেক্টরগুলো পরস্পরের সাথে একই দশায় সারিবদ্ধ হয়, যেমনটি নিচে চিত্রিত করা হলো:

অনুপ্রস্থ চৌম্বকায়ন প্রতিষ্ঠার চিত্র।

ফেজ কোহেরেন্সের ফলস্বরূপ X-Y সমতলে একটি চৌম্বকীয় যোগফল ভেক্টর প্রতিষ্ঠিত হয়, যাকে ট্রান্সভার্স ম্যাগনেটাইজেশন (অনুপ্রস্থ চৌম্বকায়ন) বলা হয়।

সুতরাং, যখন একজন রোগীকে এমআরআই স্ক্যানারের চুম্বকে রেখে অনুনাদী কম্পাঙ্কে রেডিও তরঙ্গ উৎপন্ন করা হয়, তখন অনুপ্রস্থ ম্যাগনেটাইজেশন প্রতিষ্ঠিত হওয়ার সাথে সাথে অনুদৈর্ঘ্য ম্যাগনেটাইজেশন হ্রাস পায়। এমআরআই-এর ক্ষেত্রে, এই দুটি চৌম্বকীয় যোগফল ভেক্টর, M_z এবং M_xy-এর সাথে এরপর যা ঘটে, সেটাই আসল লক্ষ্য করার বিষয়।

#ওপরে

আরএফ নিঃসরণ

আমরা এমআর ইমেজিং প্রক্রিয়ার নিঃসরণ পর্যায়টিকে অনুদৈর্ঘ্য এবং অনুপ্রস্থ উভয় চৌম্বকীয়করণের দৃষ্টিকোণ থেকে বিবেচনা করতে পারি। যেহেতু আমাদের টিস্যু নমুনার প্রোটনগুলো অনুনাদী কম্পাঙ্কে আরএফ শক্তি শোষণের মাধ্যমে উদ্দীপিত হয়েছে, তাই নিঃসরণ পর্যায়টি শিথিলকরণ নামক একটি প্রক্রিয়ার সাথে সঙ্গতিপূর্ণ, যেখানে প্রোটনগুলো তাদের নিম্ন শক্তি অবস্থায় ফিরে আসে।

• অনুদৈর্ঘ্য শিথিলতা

উত্তেজনা পরবর্তী পরিস্থিতিটি নিম্নলিখিত চিত্রের ওপরের বাম প্যানেলে চিত্রিত করা হয়েছে:

অনুদৈর্ঘ্য শিথিলতার দৃষ্টান্ত।

একটি কাল্পনিক পরিস্থিতি দেখানো হয়েছে যেখানে চারটি প্রোটন বাহ্যিক চৌম্বক ক্ষেত্রের সমান্তরালে এবং চারটি উদ্দীপিত প্রোটন বিপরীত সমান্তরালে বিন্যস্ত রয়েছে। এই পর্যায়ে চৌম্বকীয় যোগফল ভেক্টর শূন্য। এরপর উদ্দীপিত প্রোটনগুলো ক্রমান্বয়ে তাদের নিম্ন শক্তি অবস্থায় ফিরে আসে, যেমনটি ওপরের চিত্রের অন্যান্য প্যানেলগুলোতে দেখানো হয়েছে। এর ফলে অনুদৈর্ঘ্য (লম্বালম্বি) চৌম্বকায়ন, M_z, পুনঃপ্রতিষ্ঠিত হয়, যা নিম্নলিখিত চিত্রে চিত্রিত করা হয়েছে:

একটি T1 বক্ররেখা।

এই চিত্রে দেখা যায় যে, অনুদৈর্ঘ্য চৌম্বকায়ন একটি সূচকীয় পদ্ধতিতে পুনঃপ্রতিষ্ঠিত হয়, যার বৈশিষ্ট্য হলো T1 নামক একটি সময় ধ্রুবক।

• অনুপ্রস্থ শিথিলতা

উদ্দীপনা পরবর্তী পরিস্থিতিটি নিম্নলিখিত চিত্রের ওপরের বাম প্যানেলে চিত্রিত করা হয়েছে, যেখানে দশা সঙ্গতি বিবেচনায় নেওয়া হয়েছে। এর ফলে, একটি অনুপ্রস্থ (আড়াআড়ি) চৌম্বকায়ন, M_xy প্রতিষ্ঠিত হয়:

অনুপ্রস্থ শিথিলতার চিত্র।

একটি কাল্পনিক পরিস্থিতি চিত্রিত করা হয়েছে যেখানে তিনটি প্রোটন সমান্তরালে এবং তিনটি বিপরীত-সমান্তরালভাবে, একে অপরের সাথে দশা-সমন্বয়ে বিন্যস্ত রয়েছে। চিত্রের অন্যান্য প্যানেলগুলিতে সমন্বয়ের একটি ক্রমবর্ধমান হ্রাস দেখানো হয়েছে, যা এই ধরনের শিথিলতা দ্বারা বৈশিষ্ট্যমণ্ডিত, যেখানে অনুপ্রস্থ চৌম্বকায়ন হ্রাস পেয়ে শূন্যে নেমে আসে, যেমনটি নিম্নলিখিত চিত্রে দেখানো হয়েছে:

একটি T2* বক্ররেখা।

এই চিত্রে দেখা যায় যে অনুপ্রস্থ চৌম্বকায়ন একটি সময় ধ্রুবক দ্বারা বৈশিষ্ট্যমণ্ডিত সূচকীয় পদ্ধতিতে হ্রাস পায়, যাকে T2* – বা T2 স্টার – বলা হয়।

এই পর্যায়ে যদি আপনার মনে ফেজ কোহেরেন্সের (দশা সমন্বয়) ধারণা আসে, তবে বিশ্বের বিভিন্ন প্রান্তে থাকা অ্যানালগ সময় ঘড়িগুলোর কথা ভাবা যেতে পারে। উদাহরণস্বরূপ, আপনি হয়তো আন্তর্জাতিক টিভি সংবাদ অনুষ্ঠানে বিশ্বের বিভিন্ন প্রান্তের সময় দেখানো এই ধরনের ঘড়ি দেখেছেন, অথবা বৈদেশিক মুদ্রা বিনিময় ব্যাংকগুলোতেও দেখেছেন। যেমন, ডাবলিন, সিডনি, নিউ ইয়র্ক এবং মুম্বাই — সব জায়গাতেই এমন ঘড়ি আছে যেগুলোর বড় কাঁটা একবার ঘুরতে ৬০ মিনিট সময় নেয়। অন্য কথায়, তাদের কম্পাঙ্ক একই। কিন্তু তাদের ভৌগোলিক অবস্থান এবং ডেলাইট সেভিং ফ্যাক্টরের কারণে প্রতিটি ঘড়িতে কয়েক ঘণ্টার ব্যবধানে সময় দেখানো হয়। আমরা এই সিদ্ধান্তে আসতে পারি যে, এই ঘড়িগুলো একে অপরের সাথে আউট অফ ফেজ বা দশার বাইরে রয়েছে, যদিও তাদের কম্পাঙ্ক একই। তবে, উদাহরণস্বরূপ, সিডনিতে অবস্থিত সমস্ত ঘড়ির দশা একই হবে এবং আমরা বলতে পারি যে তারা "ফেজ কোহেরেন্সে" আছে। একইভাবে, এনএমআর-এ আরএফ উদ্দীপনার সময় প্রোটন প্রিসেশনের ফেজ কোহেরেন্স ঘটে এবং অনুপ্রস্থ শিথিলতার সময় এই কোহেরেন্সেরই বিলুপ্তি ঘটে।

তাহলে, আমাদের টিস্যু নমুনার ক্ষেত্রে এই দুটি সময় ধ্রুবক, T1 এবং T2*, কী বোঝায়?

যে প্রোটনগুলো এনএমআর সংকেত তৈরি করে, সেগুলো প্রধানত কোষীয় তরল এবং লিপিডের মধ্যে থাকে, অর্থাৎ হাইড্রোজেন পরমাণুর নিউক্লিয়াস, যা তাদের পারিপার্শ্বিক পরিবেশে তুলনামূলকভাবে স্বাধীনভাবে চলাচল করতে পারে। তবে, প্রোটিন বা ডিএনএ-এর মতো দৃঢ়ভাবে আবদ্ধ পরিবেশে থাকা হাইড্রোজেন প্রোটনগুলো সাধারণত এনএমআর সংকেতে কোনো অবদান রাখে না এবং হাড়ের মতো কঠিন কাঠামোর ক্ষেত্রেও একই পরিস্থিতি দেখা যায়।

আমরা প্রথমেই আমাদের টিস্যু নমুনার মধ্যে স্থানীয় রাসায়নিক এবং ভৌত শক্তির প্রভাবে একটি জলের অণুর তার পারিপার্শ্বিক পরিবেশে চলাচল করার বিষয়টি বিবেচনা করতে পারি। এর দুটি হাইড্রোজেন প্রোটনের চৌম্বকীয় বৈশিষ্ট্য প্রায় ১ মিলিটেসলা (mT) মানের একটি ক্ষুদ্র চৌম্বক ক্ষেত্র তৈরি করে এবং তাই অণুটির গতি তার আশেপাশের অন্যান্য জলের অণুর চৌম্বকীয় বৈশিষ্ট্য দ্বারাও প্রভাবিত হয় – এবং এটিও তাদের গতিকে প্রভাবিত করে। যখন আরএফ উদ্দীপনার ফলে উত্তেজিত প্রোটনগুলো এতে জড়িত থাকে, তখন তাদের স্থানীয় পরিবেশের সাথে পারস্পরিক বিক্রিয়ার ফলেই তারা তাদের অতিরিক্ত শক্তি হারায় এবং আরএফ বিকিরণ নির্গমনের মাধ্যমে নিম্ন শক্তি অবস্থায় ফিরে আসে। এটিকে শিথিলকরণের সময় অনুদৈর্ঘ্য চৌম্বকায়নের পুনঃপ্রতিষ্ঠার উৎস হিসেবে বিবেচনা করা যেতে পারে। রসায়ন এই ঘটনাকে স্পিন-ল্যাটিস রিলাক্সেশন বলে – যেখানে স্পিন বলতে ঘূর্ণায়মান প্রোটন এবং ল্যাটিস বলতে এর স্থানীয় পরিবেশকে বোঝায়।

পারিপার্শ্বিক পরিবেশে অণুগুলোর চলাচলের হার তাদের আকারের সাথে সম্পর্কিত এবং এই কারণে ছোট অণুগুলোর পারস্পরিক ক্রিয়ার সম্ভাবনা কম থাকে। একারণেই সিএসএফ-এর মতো তরল পদার্থের T1 মান দীর্ঘ হয়, উদাহরণস্বরূপ – নিচের সারণিটি দেখুন। অন্যদিকে, মাঝারি আকারের অণুগুলো (যেমন লিপিড) আরও ধীরে চলে, ফলে তাদের পারস্পরিক ক্রিয়ার সম্ভাবনা বেশি থাকে এবং তাদের T1 মান তুলনামূলকভাবে কম হয়।

T2* ঘটনাটি বাহ্যিক চৌম্বক ক্ষেত্রের অসম্পূর্ণতা এবং তথাকথিত স্পিন-স্পিন বিক্রিয়ার সম্মিলিত প্রভাবের ফলে ঘটে। এই শেষোক্ত বিক্রিয়ায় দুটি কাছাকাছি থাকা প্রোটন একে অপরকে এমনভাবে উল্টে দিতে পারে যে, একটি বিপরীত-সমান্তরাল থেকে সমান্তরাল বিন্যাসে পরিবর্তিত হয়, এবং অন্যটি সমান্তরাল থেকে বিপরীত-সমান্তরাল বিন্যাসে পরিবর্তিত হয়, অর্থাৎ একটি অন্যটি থেকে উদ্দীপক শক্তি লাভ করে। এই আদান-প্রদানের সময় অন্যান্য উত্তেজিত প্রোটনের সাথে দশা সঙ্গতি নষ্ট হয়ে যায় এবং এর চূড়ান্ত ফল হলো অনুপ্রস্থ চৌম্বকায়নের শিথিলতা। এই স্পিন-স্পিন বিক্রিয়াকে T2 শিথিলতাও বলা হয়। এটি T1 শিথিলতার চেয়ে অনেক দ্রুত ঘটে থাকে এবং তাই T2-এর মান সাধারণত T1-এর মানের চেয়ে কম হয়, যা নিচের সারণিতে দেখানো হয়েছে:

১.৫ টেসলাতে T1 এবং T2 এর মান।

টিস্যু	T1 (মিলিসেকেন্ড)	T2 (মিলিসেকেন্ড)
পেশি	৮৭০	৪৭
লিভার	৪৯০	৪৩
কিডনি	৬৫০	৫৮
গ্রে ম্যাটার	৯২০	১০০
হোয়াইট ম্যাটার	৭৯০	৯২
ফুফফুস	৮৩০	৮০
সিএসএফ	২,৪০০	১৬০

যেহেতু T2 প্রধানত পার্শ্ববর্তী প্রোটন থেকে উদ্ভূত হয়, তাই ছোট অণুর তুলনায় বড় অণুর সাথে বিক্রিয়ার সম্ভাবনা বেশি থাকে। একারণে, ম্যাক্রোমলিকিউলার পরিবেশে জল-ভিত্তিক তরল, যেমন সিএসএফ, এর ক্ষেত্রে তুলনামূলকভাবে কম T2 মান দেখা যাবে।

শেষ যে বিষয়টি উল্লেখ্য তা হলো, টিস্যুর একটি ক্ষুদ্র আয়তন থেকে প্রাপ্ত T1 এবং T2 উভয় পরিমাপই সেই আয়তনে থাকা হাইড্রোজেন প্রোটনযুক্ত সমস্ত আণবিক প্রজাতির, তা সে ক্ষুদ্র অণু, লিপিড বা ম্যাক্রোমলিকিউল যাই হোক না কেন, সমন্বিত গতিশীল প্রভাবের ফল।

#ওপরে

ইনভার্শন রিকভারি

যখন আমরা T1 পরিমাপ করার চেষ্টা করি, তখন একটি ব্যবহারিক সমস্যা দেখা দেয়, কারণ M_z রোগীর Z-অক্ষের মধ্যে অবস্থান করে। যদি আমরা অনুদৈর্ঘ্য চৌম্বকীয়করণ ভেক্টরটিকে উল্টে XY সমতলে আনতে পারতাম, তাহলে বাহ্যিক কয়েল ব্যবহার করে T1 পরিমাপ করা যেত। ইনভার্শন রিকভারি ইমেজিং কৌশলটি ঠিক এই কাজটি করার জন্যই তৈরি করা হয়েছে।

এতে একটি দুই-পর্যায়ের উদ্দীপনা প্রক্রিয়া জড়িত, যেখানে প্রথমে সমস্ত নিম্ন-শক্তির প্রোটনকে উদ্দীপিত করার জন্য যথেষ্ট সময়কালের একটি আরএফ পালস প্রয়োগ করা হয় এবং এর পরে এমন একটি সময় ব্যবধানের পর দ্বিতীয় একটি আরএফ পালস প্রয়োগ করা হয়, যাতে দুটি বিন্যাসে প্রায় সমান সংখ্যক প্রোটন বিদ্যমান থাকে। প্রথম পর্যায়টি নিম্নলিখিত চিত্রে দেখানো হয়েছে:

১৮০^o আরএফ পালসের প্রয়োগের দৃষ্টান্ত।

এই ক্ষেত্রে আরএফ পালসটিকে একটি ১৮০^o পালস বলা হয়, কারণ উদ্দীপনা প্রক্রিয়ার সময় অনুদৈর্ঘ্য চৌম্বকায়ন, M_z, উল্টে দেওয়া হয়েছে।

তারপর কিছু অনুদৈর্ঘ্য শিথিলতা ঘটার সুযোগ দেওয়ার জন্য সংক্ষিপ্ত একটি সময়ের ব্যবধান ব্যবহার করা হয়, যা নিম্নলিখিত চিত্রে দেখানো হয়েছে:

যেসব ক্ষেত্রে T1 দীর্ঘ (বাম প্যানেল) এবং সংক্ষিপ্ত (ডান প্যানেল), সেসব ক্ষেত্রে একটি ১৮০^o আরএফ পালসের পর M_z-এর পুনরুদ্ধার।

লক্ষ্য করুন যে, যখন আলোচ্য টিস্যুর T1 তুলনামূলকভাবে দীর্ঘ হয়, তখন M_z অপেক্ষাকৃত ধীরে পুনরুদ্ধার হয়, এবং যখন T1 সংক্ষিপ্ত হয়, তখন এটি বেশ দ্রুত পুনরুদ্ধার হয়। আমরা এই সিদ্ধান্তে আসতে পারি যে, পুনরুদ্ধারের মাত্রা T1-এর সাথে সম্পর্কিত।

এরপর একটি ৯০^o আরএফ পালস ব্যবহার ক'রে M_z-কে XY সমতলে সরানো হয়, যাতে এর বিস্তার পরিমাপ করা যায়, যেমনটি পরবর্তী চিত্রে দেখানো হয়েছে:

পুনরুদ্ধারকৃত M_z-কে একটি 90^o আরএফ পালস ব্যবহার করে XY সমতলে সরানো হয়।

নিচের চিত্রের বাম প্যানেলে আরএফ পালসগুলোর ক্রম দেখানো হয়েছে, যা টিআই সময় ব্যবধান দ্বারা পৃথক করা হয়েছে, এবং এর নিচে ফলাফলস্বরূপ ফ্রি ইন্ডাকশন ডিকে (এফআইডি) দেখানো হয়েছে। এফআইডি-এর বিস্তার T1 এবং সময় ব্যবধান, টিআই-এর আপেক্ষিক মানের উপর নির্ভরশীল। উদাহরণস্বরূপ, যখন সময় ব্যবধান T1-এর চেয়ে কম হয়, তখন ৯০° কোণ প্রয়োগ করা হলেও অনুদৈর্ঘ্য চৌম্বকায়ন ঋণাত্মক থাকতে পারে – যেমনটি আমরা আগের একটি চিত্রে দেখেছি। অন্য চরম ক্ষেত্রে, যখন সময় ব্যবধান T1-এর চেয়ে অনেক বেশি হয়, তখন অনুদৈর্ঘ্য চৌম্বকায়ন সম্পূর্ণরূপে পুনরুদ্ধার হওয়ার জন্য যথেষ্ট সময় পায় এবং এফআইডি-এর বিস্তার প্রধানত প্রোটন ঘনত্বের' ওপর নির্ভরশীল হয়।

নিচের ডানদিকের প্যানেলের চিত্রটি গ্রে ম্যাটার এবং সিএসএফ-এর এফআইডি থেকে পরিমাপ করা অনুদৈর্ঘ্য চৌম্বকায়নের, সময় ব্যবধানের (টিআই) সাপেক্ষে নির্ভরতা দেখায়। দেখা যায় যে, সময় ব্যবধান কম হলে উভয় পদার্থই M_z-এর একটি ঋণাত্মক মান তৈরি করে, যেমনটা আমরা আশা করতে পারি। আরও দেখা যায় যে, সময় ব্যবধান বাড়ানো হলে প্রতিটি ক্ষেত্রেই M_z বৃদ্ধি পায় এবং এমন একটি অঞ্চলে পৌঁছানো যায় যেখানে মানগুলো T1-এর ওপর প্রবলভাবে নির্ভরশীল। আরও দেখা যায় যে, এই অঞ্চলে আমাদের দুটি পদার্থের পরিমাপ করা মানগুলোর মধ্যে একটি বড় পার্থক্য থাকতে পারে। এই বৈশিষ্ট্যটিই T1-ওয়েটেড ইমেজে এই দুটি পদার্থের মধ্যে কনট্রাস্ট তৈরি করে। সাধারণত এই ধরনের টিস্যু পৃথকীকরণের জন্য ৪০০ মিলিসেকেন্ডের একটি সময় ব্যবধান ব্যবহার করা হয়।

ইনভার্শন রিকভারি পালস সিকোয়েন্স এবং ফলস্বরূপ এফআইডি (বামে) এবং সময় ব্যবধান, টিআই-এর ওপর M_z-এর নির্ভরতা (ডানে)।

শেষ যে বিষয়টি মনে রাখতে হবে তা হলো প্রোটন ঘনত্ব-ভার, যা দীর্ঘ সময় ব্যবধান ব্যবহার করার ফলে ঘটে, যেখানে টিস্যুর মধ্যে পার্থক্য করার ক্ষমতা কম থাকে। সাধারণত এই ধরনের গবেষণার জন্য ৭০০ মিলিসেকেন্ডের একটি ব্যবধান ব্যবহার করা হয়।

এমআরআই-তে ইনভার্শন রিকভারি ছাড়াও আরও অসংখ্য পালস সিকোয়েন্স ব্যবহৃত হয়। এগুলোর মধ্যে রয়েছে:

• স্পিন ইকো
• স্যাচুরেশন রিকভারি
• শর্ট টিআই আইআর (এসটিআইআর)
• ইকো প্ল্যানার ইমেজিং
• স্মল অ্যাঙ্গেল গ্রেডিয়েন্ট ইকো (এসএজিই)

উদাহরণস্বরূপ, স্পিন ইকো সিকোয়েন্সটি ছবিতে একটি T2-ওয়েটিং তৈরি করতে ব্যবহার করা যেতে পারে। আপনার আগের আলোচনা থেকে মনে থাকবে যে, একটি এফআইডি একটি সময় ধ্রুবক, T2*-এর সাথে সূচকীয়ভাবে হ্রাস পায়। এই প্যারামিটারটি দুটি ঘটনার সম্মিলিত প্রভাবের ফলে তৈরি হয়:

• পার্শ্ববর্তী প্রোটন (এবং অযুগ্ম ইলেকট্রন!) দ্বারা আবিষ্ট স্থির ও স্পন্দিত চৌম্বক ক্ষেত্র, যা নিয়ে আমরা পূর্বে আলোচনা করেছি এবং যা T2 তথ্য তৈরি করে;

• প্রাথমিক চৌম্বক ক্ষেত্র, B_o-এর মধ্যেকার ক্ষুদ্র অপূর্ণতা, যা ক্ষেত্রীয় অসমসত্ত্বতা নামে পরিচিত এবং যা একটি সময় ধ্রুবক, T_inh, তৈরি করে।

এই দুটি সময় ধ্রুবককে যোগফল হিসেবে বিবেচনা করা যেতে পারে, যেমন:

$\frac{1}{T{2}^{\ast }}=\frac{1}{T2}+\frac{1}{T_{inh}}$

এবং স্পিন ইকো পালস সিকোয়েন্সের কাজ হলো এই সম্পর্কটিকে আলাদা ক'রে তার থেকে T2 তথ্য বের করা। মনে রাখা প্রয়োজন যে, এই পালস সিকোয়েন্সটি তার মধ্যে ব্যবহৃত বিভিন্ন সময়ের ব্যবধানের ওপর নির্ভর ক'রে T1 অথবা প্রোটন ডেনসিটি ওয়েটেড ইমেজ তৈরি করতেও ব্যবহার করা যেতে পারে।

স্পিন ইকো এবং অন্যান্য পালস সিকোয়েন্সের বিস্তারিত আলোচনা এই অধ্যায়ের প্রাথমিক স্তরের বাইরে এবং অতিরিক্ত শেখার উপকরণের জন্য আপনাকে গ্রন্থপঞ্জি দেখতে বলা হচ্ছে। তবে, আপনি সম্ভবত দেখবেন যে ওপরের আলোচনাটি এই অন্যান্য পালস সিকোয়েন্সগুলো সম্পর্কে আপনার ধারণা বিকাশের জন্য একটি পর্যাপ্ত ভিত্তি প্রদান করবে।

আপনি চমৎকার ই-এমআরআই অনলাইন লার্নিং রিসোর্সটিও দেখতে পারেন।

#ওপরে

এনএমআর সংকেতের স্থানিক স্থানীয়করণ

যেহেতু আমরা উপরে দেখেছি এমআরআই-তে কিভাবে বিভিন্ন টিস্যুর মধ্যে কনট্রাস্ট তৈরি করা যায়, তাই আমরা এখন ছবি কিভাবে গঠিত হয় তা বিবেচনা করার পর্যায়ে আছি। অন্য কথায়, আমরা বিবেচনা করব কিভাবে আরএফ উদ্দীপনার পরে রোগীর অভ্যন্তরে উৎপন্ন এফআইডি-গুলির উৎস শনাক্ত করা যায়।

এই পর্যায়ে একটি উপমা বিবেচনা করা সহায়ক হবে, কারণ এই চিত্রায়ণ পরিস্থিতি পরমাণু চিকিৎসা, রেডিওগ্রাফি বা সোনোগ্রাফিতে সম্মুখীন হওয়া পরিস্থিতি থেকে স্পষ্টভাবে ভিন্ন, সেখানে বিকিরণ সরলরেখায় ভ্রমণ করে এবং নিঃসরণ, সঞ্চালন ও প্রতিফলনের ওপর ভিত্তি করে ইমেজিং কৌশলগুলি সহজেই ধারণা করা যায়। এমআরআই-তে এটি কিছুটা বেশি কঠিন, কারণ বিকিরণ একই সাথে সব দিকে নির্গত হয়, ফলে একটি এফআইডি পরিমাপ থেকে এর উৎস জানার সম্ভাবনা খুব কম বা নেই বললেই চলে। অন্য কথায়, এফআইডি শুধুমাত্র রেডিও তরঙ্গের বিস্তার, কম্পাঙ্ক এবং দশা পরিমাপ করার সুযোগ দেয়।

একটি গ্র্যান্ড পিয়ানো যার কিবোর্ডে স্কেল বসানো আছে।

আমরা যে উপমাটি ব্যবহার করব তা হলো একটি পিয়ানোর কিবোর্ড এবং তাতে বাজানোর বিষয়। ধরা যাক, একজন কনসার্ট পিয়ানোবাদক মঞ্চে একটি গ্র্যান্ড পিয়ানোর কিবোর্ড বাজাচ্ছেন। লক্ষ্য করুন যে, অপেক্ষাকৃত কম কম্পাঙ্কের (অর্থাৎ, নিচু পিচের) শব্দ তৈরি করার জন্য পিয়ানোবাদকের আঙুলগুলো কিবোর্ডের বাম দিকের কি-গুলোতে, উচ্চ কম্পাঙ্কের নোটের জন্য ডান দিকের কি-গুলোতে এবং মধ্যবর্তী কম্পাঙ্কের জন্য মাঝের কি-গুলোতে আঘাত করে। সুতরাং, পিয়ানোবাদক যখন বাজান তখন সৃষ্ট সঙ্গীত শোনার পাশাপাশি, আমরা এই তথ্যও পাই যে, যে কোনো নির্দিষ্ট মুহূর্তে কোন স্থানে পিয়ানোবাদকের আঙুলগুলো অবস্থিত ছিল। প্রযুক্তিগত পরিভাষায় আমরা বলতে পারি যে, পিয়ানোর কিবোর্ড বরাবর অবস্থান নির্ধারণ করার জন্য আমরা অডিও সংকেতের কম্পাঙ্ক বৈষম্যের মাধ্যমে স্থানিক অবস্থান নির্ণয়ের একটি পদ্ধতি ব্যবহার করছি। এই একই পদ্ধতি এমআরআই-তে রেডিও সংকেতের স্থানিক অবস্থান নির্ণয়ের জন্য কম্পাঙ্ক বৈষম্য কৌশল ব্যবহার করে প্রয়োগ করা যেতে পারে।

ত্রিমাত্রিক পরিস্থিতিটি অবশ্যই একমাত্রিক পিয়ানো কিবোর্ডের চেয়ে কিছুটা বেশি জটিল, কিন্তু মূলনীতিটি মূলত একই। রোগীর শরীর থেকে নির্গত আরএফ তরঙ্গের উৎসভেদে কম্পাঙ্ক সামান্য ভিন্ন করার মাধ্যমে ফ্রিকোয়েন্সি ডিসক্রিমিনেশন অর্জন করা যায়। এছাড়াও, দশা বৈষম্যও প্রয়োগ করা যেতে পারে, যাতে আরএফ তরঙ্গের দশাকে রোগীর শরীরের বিভিন্ন অবস্থানের সাথে সম্পর্কিত করা যায়। ফ্রিকোয়েন্সি (কম্পাঙ্ক) এবং ফেজ (দশা) পৃথকীকরণের নির্ভুলতা অবশ্যই এতটাই পর্যাপ্ত হওয়া উচিত, যাতে রোগীর শরীরের ভেতরের সংশ্লিষ্ট ভক্সেলগুলো (ত্রিমাত্রিক পিক্সেল) যথেষ্ট ছোট আকারের হয় এবং তার ফলে শরীরের ভেতরের কাঠামোর চিকিৎসাগতভাবে দরকারী বা কার্যকরী ছবি তৈরি করা সম্ভব হয়। সর্বোপরি, একটি পিয়ানোর কিবোর্ডের ক্ষেত্রে আমাদের কম্পাঙ্ক বৈষম্যের নির্ভুলতা চরমভাবে কি-গুলোর প্রস্থ দ্বারা সীমাবদ্ধ থাকে!

অতএব, একটি এমআরআই স্ক্যানারের চুম্বকের চৌম্বক ক্ষেত্রের সাথে গ্রেডিয়েন্ট কয়েল ব্যবহার ক'রে ক্ষুদ্র ক্ষেত্র যুক্ত করা হয়, যাতে ক্ষেত্রটিতে একটি রৈখিক গ্রেডিয়েন্ট স্থাপন করা যায়। রোগীর Z-অক্ষ বরাবর এই ধরনের গ্রেডিয়েন্ট প্রয়োগ করা হলে, আমরা আশা করতে পারি যে এই অক্ষ বরাবর বিভিন্ন তলের জন্য হাইড্রোজেন প্রোটনের অনুরণন কম্পাঙ্ক ভিন্ন হবে, যেমনটি নিম্নলিখিত চিত্রে দেখানো হয়েছে:

রোগীর Z-অক্ষ বরাবর চৌম্বক ক্ষেত্রে একটি রৈখিক গ্রেডিয়েন্ট (নীল রঙে) প্রয়োগের চিত্র, যাতে এই অক্ষ বরাবর তলগুলোর সাথে অনুরণন কম্পাঙ্কের সম্পর্ক স্থাপন করা যায়।

উদাহরণস্বরূপ, যদি আমরা এই অক্ষ বরাবর একটিমাত্র স্লাইসকে উত্তেজিত করতে চাই, তবে আমাদের পূর্ববর্তী সমীকরণ অনুযায়ী প্রাসঙ্গিক কম্পাঙ্কের রেডিও তরঙ্গ তৈরি করলেই চলবে:

f = γ B_o.

এই পদ্ধতিকে স্লাইস সিলেক্টিভ এক্সাইটেশন বলা হয়। নিম্নলিখিত চিত্রে যেমন দেখানো হয়েছে, গ্রেডিয়েন্ট ফিল্ডের শক্তি এবং ট্রান্সমিটার দ্বারা উৎপাদিত আরএফ পালসের ব্যান্ডউইথ উভয়ই নির্বাচিত স্লাইসের পুরুত্বকে প্রভাবিত করতে পারে:

স্লাইসের পুরুত্বের ওপর গ্রেডিয়েন্ট ফিল্ডের (বামে) এবং ব্যান্ডউইথের (ডানে) প্রভাব।

ওপরের বাম প্যানেলে আমরা দেখতে পাচ্ছি যে, উদাহরণস্বরূপ, চৌম্বক ক্ষেত্রের গ্রেডিয়েন্ট G_a থেকে G_b-তে বৃদ্ধি করলে, ব্যান্ডউইথ, Δf, স্থির রেখে স্লাইসের পুরুত্ব, ΔZ, হ্রাস পায়। এর তুলনায়, ডান প্যানেলে আমরা দেখতে পাচ্ছি যে, উদাহরণস্বরূপ, ট্রান্সমিটার সার্কিট দ্বারা উৎপন্ন আরএফ পালসের ব্যান্ডউইথ Δf_a থেকে Δf_b-তে বৃদ্ধি করলে স্লাইসের পুরুত্ব বেড়ে যায়।

এটি মনে রাখা গুরুত্বপূর্ণ যে, আরএফ এক্সাইটেশন পালস প্রয়োগের সময় স্লাইস সিলেকশন গ্রেডিয়েন্ট প্রয়োগ করা হয়। এরপর স্ক্যান চলাকালীন আরএফ পালসের কেন্দ্রীয় কম্পাঙ্ক, f_o, পরিবর্তন ক'রে যে কোনো নির্দিষ্ট তলের প্রোটনগুলোকে অনুরণিত করা যায়।

এইভাবে G_z গ্রেডিয়েন্ট এবং আরএফ ব্যান্ডউইথ স্লাইসের পুরুত্ব ও অবস্থান নিয়ন্ত্রণ করে। উল্লেখ্য যে, যদিও এখানে স্লাইস সিলেকশন গ্রেডিয়েন্টকে Z-অক্ষের সাপেক্ষে বর্ণনা করা হয়েছে, নীতিগতভাবে গ্রেডিয়েন্টটি প্রয়োগের জন্য অন্য কোনো দিক বেছে নেওয়া যাবে না এমন কোনো কারণ নেই। সুতরাং, স্লাইস সিলেকশন যান্ত্রিক বিবেচনার দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হয় না, যেমনটা এক্স রশ্মি সিটি, স্পেক্ট এবং পেট-এর ক্ষেত্রে হয়ে থাকে।

এই পদ্ধতির ওপর ভিত্তি করে টমোগ্রাফিক ইমেজিং-এর একটি পদ্ধতি পরবর্তীতে আলোচনা করা হলো। সরলতার জন্য, ধরা যাক আমাদের রোগীকে একটি লম্বাটে ঘনক দ্বারা প্রকাশ করা যায়, যেমনটি নিচের চিত্রে দেখানো হয়েছে:

অনুদৈর্ঘ্য চৌম্বক ক্ষেত্র গ্রেডিয়েন্ট ব্যবহার করে আরএফ উদ্দীপনা পর্বের সময় স্লাইস নির্বাচনের চিত্র।

লক্ষ্য করুন যে আমাদের রোগীকে এমন একটি চুম্বকের মধ্যে রাখা হয়েছে যার চৌম্বক ক্ষেত্রে একটি অনুদৈর্ঘ্য গ্রেডিয়েন্ট রয়েছে, যা নীল রেখা দ্বারা চিত্রিত। এর ফলে, আমাদের ঘনকটির বাম দিকে চৌম্বক ক্ষেত্রের শক্তি তুলনামূলকভাবে কম এবং ডান দিকে তুলনামূলকভাবে বেশি। উপযুক্ত কম্পাঙ্কের একটি আরএফ পালস প্রয়োগ করা হলে ঘনকটির একটি কেন্দ্রীয় স্লাইসকে উত্তেজিত করা যায়। ধরা যাক, নির্বাচিত স্লাইসটিতে দুটি বৈশিষ্ট্য রয়েছে যা এফআইডি তৈরি করে, যা লাল এবং সবুজ বস্তু দ্বারা নির্দেশিত।

এই স্লাইসের প্রোটনগুলোকে উত্তেজিত করার জন্য আরএফ পালসটি ব্যবহার করা হয়, যাতে তারা সবাই একই কম্পাঙ্কে প্রিসেস (বিচলন) করে। এরপর নির্গমন পর্যায়ে চৌম্বক ক্ষেত্রে একটি অনুপ্রস্থ গ্রেডিয়েন্ট প্রয়োগ করা হয়, যেমনটি আমাদের পরবর্তী চিত্রে দেখানো হয়েছে, যাতে চৌম্বক ক্ষেত্রের শক্তি নির্বাচিত স্লাইসটির বাম দিকে কম এবং ডান দিকে বেশি হয়। সুতরাং, স্লাইস জুড়ে তাদের আনুভূমিক অবস্থানের উপর নির্ভর করে প্রিসেশনাল কম্পাঙ্কগুলো বাড়বে, কমবে বা একই থাকবে। তাই নির্গত এফআইডিগুলোতে এমন একটি কম্পাঙ্ক পরিসর থাকবে যা এই আনুভূমিক অবস্থানকে প্রতিনিধিত্ব করে।

আরএফ নির্গমন পর্যায়ে অনুপ্রস্থ গ্রেডিয়েন্ট প্রয়োগের দৃষ্টান্ত।

ওপরের চিত্রে প্রদর্শিত পদ্ধতি অনুসারে, এক-মাত্রিক ফুরিয়ার ট্রান্সফর্ম গণনা ক'রে এফআইডি-এর কম্পাঙ্ক পরিমাণের ফলে প্রাপ্ত ফুরিয়ার বর্ণালীটি একটি প্রজেকশন গঠন করে, যা এক্স-রে কম্পিউটেড টমোগ্রাফিতে প্রাপ্ত স্পেকট্রামের সাথে কিছুটা সাদৃশ্যপূর্ণ। পরবর্তী ধাপগুলো হলো, ওপরের চিত্রের ধাপ ১ এবং ২-কে বিভিন্ন অনুপ্রস্থ গ্রেডিয়েন্ট ব্যবহার করে পুনরাবৃত্তি করার মাধ্যমে স্লাইসের চারপাশে বিভিন্ন কোণে প্রজেকশন তৈরি করা। এর ফলে একাধিক প্রজেকশন পাওয়া যায়, যা ফিল্টার্ড ব্যাক প্রজেকশন ব্যবহার ক'রে প্রসেস করা হয় এবং অ্যাক্সিয়াল স্লাইসের একটি চিত্র তৈরি করা হয়।

ক্লিনিক্যাল প্রয়োগের জন্য এই পদ্ধতিটি বেশ ধীরগতির এবং এর জন্য আরও অনেক পদ্ধতি উদ্ভাবন করা হয়েছে। আমরা এখানে এটি বিবেচনা করেছি কারণ এই অধ্যায়ে শেখা বিভিন্ন বৈশিষ্ট্যকে একত্রিত করার জন্য এটি একটি ভালো অনুশীলন এবং এর আপেক্ষিক সরলতার কারণেও। উদাহরণস্বরূপ, তথাকথিত স্পিন ওয়ার্প পদ্ধতি ব্যবহার করে আরও দ্রুত চিত্র ধারণের সময় অর্জন করা যেতে পারে। এখানে, বারবার স্লাইস-নির্বাচিত উদ্দীপনার সাথে ফ্রিকোয়েন্সি-এনকোডিং গ্রেডিয়েন্ট (যেমনটি আমরা এইমাত্র বর্ণনা করেছি) এবং নির্গমন পর্যায়গুলিতে ফেজ-এনকোডিং গ্রেডিয়েন্ট ব্যবহার করে একটি দ্বি-মাত্রিক ফুরিয়ার ট্রান্সফর্ম প্রয়োগ করা হয়।

#ওপরে

নিউক্লিয়াসে ফিরে আসা

এমআরআই-এর আরও অনেক বৈশিষ্ট্য রয়েছে যা এই অধ্যায়ের আওতার বাইরে। চৌম্বকীয় পরিবেশে সুরক্ষার মতো বিষয়গুলো অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ এবং ম্যাগনেটিক রেজোন্যান্স অ্যাঞ্জিওগ্রাফি (এমআরএ), চৌম্বক অনুরণন বর্ণালী (এমআরএস), ডিফিউশন টেনসর ইমেজিং (ডিটিআই), ফাংশনাল এমআরআই (এফএমআরআই), কনট্রাস্ট মিডিয়া, ইমেজ আর্টিফ্যাক্ট, সেইসাথে চুম্বকের নকশা, শিল্ডিং এবং সাইটিংয়ের মতো বৈশিষ্ট্যগুলো নিউক্লিয়ার মেডিসিনের দৃষ্টিকোণ থেকে বিবেচনা করার মতো আকর্ষণীয়।

স্পষ্টতার স্বার্থে আমরা এই অধ্যায়টি একটি গুরুত্বপূর্ণ মৌলিক বৈশিষ্ট্য দিয়ে শেষ করব, যা আমরা আগে বিবেচনা করিনি। এটি আমাদের নিউক্লিয়াস এবং নিউক্লিয়ার স্পিনের বিষয়ে ফিরিয়ে নিয়ে আসে। আপনি নিশ্চয়ই বুঝতে পারছেন যে, শুধু হাইড্রোজেন প্রোটনই এনএমআর ঘটনাটি প্রদর্শন করে না এবং এটি অন্ততপক্ষে এমন পরিস্থিতিতেও ঘটতে পারে যেখানে নিউক্লিয়াসে বিজোড় সংখ্যক প্রোটন থাকে। অন্য কথায়, এমন পরিস্থিতি যেখানে একটি বিচ্ছিন্ন প্রোটন থাকে যার নিউক্লিয়াসের মধ্যে চৌম্বকীয়ভাবে জোড় বাঁধার জন্য কোনো সঙ্গী থাকে না।

নিউক্লীয় স্পিনের ক্ষেত্রে নিউক্লিয়াস আসলে তিন প্রকারের হয় – যাদের:

• বিজোড় ভর সংখ্যা, অর্থাৎ যে নিউক্লিয়াসে একটি অযুগ্ম নিউক্লিয়ন থাকে;

• জোড় ভর সংখ্যা ও জোড় পারমাণবিক সংখ্যা, অর্থাৎ যে নিউক্লিয়াসে কোনো অযুগ্ম নিউক্লিয়ন থাকে না;

• জোড় ভর সংখ্যা ও বিজোড় পারমাণবিক সংখ্যা, অর্থাৎ যে নিউক্লিয়াসে দুই বা ততোধিক অযুগ্ম নিউক্লিয়ন থাকে।

নিট নিউক্লীয় স্পিনযুক্ত নিউক্লিয়াসের উদাহরণ নিচের সারণিতে দেওয়া হলো:

নিউক্লিয়াস	জাইরোম্যাগনেটিক অনুপাত, γ (১০৬rad / s / T)	১ টেসলায় (মেগাহার্টজ) fo
১H	২৬৮	৪২.৫৮
২H	৪১	৬.৫৩
১৩C	৬৭	১০.৬৬
১৪N	১৯	৩.০২
১৯F	২৫৩	৪০.২৭
২৩Na	৭১	১১.৩
৩১P	১০৮	১৭.১৯

মানবদেহে বিপুল পরিমাণে জল থাকার কারণে শুধুমাত্র ^১H-ই নিয়মিত চিকিৎসাগত চিত্রায়ণে ব্যবহৃত হচ্ছে।

#top