تصویربرداری با رزونانس مغناطیسی

برخلاف تکنیک هایی که قبلا توصیف شدند و اشعه ایکس را برای دریافت اطلاعات حاصله از جسم مورد نظر مورد مطالعه به کار می برند، تصویربرداری با رزونانس مغناطیسی (MRI) از اشعه غیر یونیزان از باند واجد فرکانس رادیویی (RF) طیف الکترومغناطیسی استفاده می کند.

برای ایجاد یک تصویر MR، بیمار درون یک جسم مغناطیسی بزرگ که میدان مغناطیسی خارجی نسبتا بزرگی ایجاد می کند قرار داده می شود. این کار هسته بسیاری از اتم های بدن را مثل هیدروژن، هم مسیر میدان مغناطیسی می نماید. پس از فرستادن پیام های RF، انرژی از بدن آزاد شده، شناسایی و برای بازسازی تصاویر MR، به وسیله کامپیوتر به کار می رود. حساسیت بالای کنتراست MRI به تفاوت های بافتی و عدم اکسپوژر به اشعه دلایلی هستند که در بسیاری از موارد MRI برای به تصویر کشیدن بافت نرم جایگزین سی تی شده است. سی تی کماکان تکنیک مهمی برای تصویربرداری از بافت های استخوانی است.

تئوری MRI براساس خصوصیات مغناطیسی یک اتم است. هسته اتم ها حول محورهایشان شبیه به زمین که به دور محورش می چرخد گرش می کنند. به علاوه پروتون ها و نوترون های منفرد (نوکلئون ها) که هسته اتم را می سازند، چرخش خود یا حرکت زاویه ای مخصوص خود را دارند. در هسته ای که پروتون ها و نوترون ها مساوی هستند، چرخش هر نوکلئون، چرخش دیگری را خنثی و یک حرکت چرخشی خالص صفر ایجاد می کند. در هسته هایی که پروتون با نوترون های جفت نشده وجود دارد، حرکت چرخشی خالصی ایجاد می شود. از انجا که چرخش با یک شارژ الکتریکی مرتبط است، این هسته ها به صورت مغناطیس هایی با قطب شمال و جنوب (قطب های مغناطیسی) عمل می کنند.

هسته عنصر هیدروژن حاوی پروتون منفرد و زوج نشده است و در نتیجه به صورت یک دوقطبی مغناطیسی عمل می کند. در نمونه ای که حاوی تعداد زیادی اتم هیدروژن است. این دوقطبی های مغناطیسی به صورت اتفاقی قرار می گیرند. این حالت منجر به یک حالت مغناطیسی کلی صفر برای نمونه می شود.

در این حالت طبیعی اگر یک میدان مغناطیسی خارجی روی نمونه تاثیر بگذارد، کل محورهای هسته های هیدروژن در مسیر میدان مغناطیسی قرار گرفته و یک کمیت خالص مغناطیسی ایجاد می کنند. البته کل قطب های شمال در یک جهت قرار نمی گیرند. در مقابل دو حالت ممکن است پیش آید : چرخش بالا که موازی میدان مغناطیسی خارجی است و چرخش پایین که خلاف جهت است. چون انرژی بیشتری برای خلاف جهت میدان شدن مورد نیاز است، این هسته های هیدروژن در فاز انرژی بالاتری نسبت به اتم های موازی میدان قرار دارند. هسته ها تمایل دارند در فاز انرژی پایین تری قرار گیرند و عموما موازی میدان مغناطیسی قرار دارند. 

هسته ها می توانند از یک تراز انرژی با جذب یا آزادسازی مقادیر مشخص انرژی جابجا شوند. انرژی مورد نیاز برای جابجایی ار تراز پایین تر به بالاتر یا بالاتر به پایین تر از بخش RF طیف الکترومغناطیسی تامین شود. جابجایی از یک تراز انرژی به تراز دیگر رزونانس نامیده می شود.