bélyeg|200px|MRI-készülék bélyeg|200px|Térd rétegfelvétele bélyegkép|jobbra|200px|T1 súlyozással készült mozgókép az agyról bélyegkép|200px|NMR-spektrométer szupravezető mágnese bélyegkép|200px|Egy fej képe medián metszetben mágneses rezonancia képalkotással bélyegkép|200px|Egy 200 MHz-es, automatikus mintaváltóval rendelkező NMR-spektrométer a szerves kémiában vegyületek szerkezeti összetételének meghatározására
Az MRI az angol „(Nuclear) Magnetic Resonance Imaging” rövidítése, jelentése: mágneses magrezonancia segítségével történő képalkotás. A technikát elsősorban az orvosi diagnosztikában használják a test szerkezetének leképezéséhez. (Hazánkban leginkább az „MR-vizsgálat” kifejezés használatos.gyermekdaganat.huhazipatika.com) Emellett az agyi képalkotás területén is egyre gyakrabban alkalmazzák. Előnye a komputertomográfiához (elterjedtebb angol rövidítéssel CT) képest, hogy jobb a kontrasztfelbontó képessége a lágy szövetek területein. Létezik a strukturális MRI-vizsgálat (sMRI) mellett funkcionális mágneses rezonanciavizsgálat (fMRI) is, amellyel a vizsgált szervek működéséről nyerhető információ.
Viszonyításképpen néhány adat a mágneses erő mértékére: a Föld mágneses mezője kb. 0,5 G (gauss) erősségű, az átlagos hűtőmágnesek 35–200 G, az iparban használatos eszközök 300–5000 G erősségűek. Az MRI-vizsgálat során 10 000 – 30 000 G (1–3 Tesla) erősségű mágneses teret alkalmaznak. Laboratóriumokban ennél nagyobb értékeket is elérnek. Kisállatok vizsgálatára alkalmas MRI-berendezések mágneses térereje 4,7 T és 11,7 T közé esik.
Történeti áttekintés Az MRI valójában nem egy eszköz, hanem inkább eszközök gyűjteményének tekinthető, nagyon összetett képalkotó eljárás. Nem könnyű egyetlen névhez kötni a felfedezését, inkább több kutatót lehet megnevezni, akik fontos szerepet játszottak a technológia megszületésében. A legfontosabb mérföldköveket mind Nobel-díjjal jutalmazták. Így például Isidor Isaac Rabi 1938-ban írta le a mágneses magrezonancia jelenségét. A felfedezéseiért 1944-ben megkapta a fizikai Nobel-díjat. 1952-ben megosztott Nobel-díjjal jutalmazták Felix Bloch-ot és Edward Mills Purcellt az anyagok szerkezetének vizsgálatára alkalmassá tett mag mágneses rezonancia vizsgáló módszer kidolgozásáért, a nukleáris mágneses rezonancia (NMR) módszerért.
Az eljárás alapja a különböző atommagok azon tulajdonsága, hogy rájuk jellemző mágneses tulajdonságokkal rendelkező térben képesek a sugárzási frekvencia abszorpciójára, így többletenergiához jutnak. Később az általunk sugárzott jel megszűntével a többletenergiájuk leadása következtében, helyzetüknek megfelelően azonos vagy kissé eltérő frekvenciájú rádióhullámú jelet sugároznak vissza. Az atommagoknak a molekulában elfoglalt helye is karakteresen befolyásolja a rá jellemző rezonanciafrekvenciát. Tehát a molekulán belüli elhelyezkedés is befolyásolja a rezonanciafrekvenciát (ezt nevezik kémiai eltolódásnak). Ezt vizsgálva hasznos információhoz juthattak az analitikai kémiában és a biokémiában.
Azonban ezzel a technikával az 1970-es évekig egyelőre csak „általános anyagvizsgálatra” volt használható a berendezés, mely az anyag szerkezeti részleteiről nem szolgált információval. 1971-ben Raymond Damadian in vitro MRI kísérletekkel kimutatta, hogy a rákos szövetek jól elkülöníthetőek az egészségesektől, az MRI paramétereik különbségének következtében (tumorok esetében hosszabb relaxációs időt mértek mint az egészséges szövetek esetében). Ezzel az MRI előfutárává vált és több más a technikával kapcsolatos szabadalmat jegyeznek a neve alatt.
1977-ben Damadiannek és munkatársainak sikerült szeletképet készíteniük egy emberi mellkasról. A vizsgálat során még az emberi testet mozgatták a felvétel készítése alatt, és így 10 mm-es felbontást sikerült elérniük. A felvétel 4,5 óráig tartott.
A mágneses rezonancián alapuló képalkotásaikért Paul Lauterbur és Peter Mansfieldnek a Nobeldíj-testület 2003-ban megosztva ítélte oda az orvosi Nobel-díjat. Paul Lauterbur az MRI-jelek lokalizációját oldotta meg: homogén mágneses mező használata helyett különböző gradiensű mágneses tereket használt. Így az atommagok annak megfelelően, hogy milyen gradiensű mágneses terekben helyezkednek el, más-más rezonanciafrekvenciával jellemezhetőek, amiből visszakövetkeztethető az elfoglalt helyük. Ezzel a technikával már nem volt szükség a test mozgatására a felvétel készítéséhez.
A módszer érdekessége, hogy két vízzel töltött csövet használtak először a kísérlet folyamán, így tehát az első MR-kép vízzel töltött csövekről készült. A módszert Lauterbur „zeugmatography”-nak nevezte el, később a ma is jól ismert MRI név vált elterjedtté. Peter Mansfield kutatásainak köszönhetően sikerült ezt az eljárást jelentősen felgyorsítani. Az általa kidolgozott technikákkal vált lehetővé az MRI és később az fMRI megalkotása, mely alapvetően tehát az NMR-vizsgálatnak egytomográfiás módszere. Ez annyit tesz, hogy a CT-hez hasonlóan kétdimenziós szeletképek „gyors” sorozatát állítja elő, amelyekből matematikai elemzések sorozatán keresztül alkotják meg a jól ismert háromdimenziós MRI-képet.
Az MRI a CT-vel szemben nemcsak harántirányban vagy „transzverzálisan”, hanem bármilyen tetszőleges síkban képes a képek előállítására, emellett képes jobb kontrasztú képet adni a lágy szövetekről. A vizsgálatnak megfelelően különböző súlyozásokkal a vizsgálat szempontjaihoz igazított képet tud biztosítani.
A mérőeljárások során kapott információból az előbb említett számítógépes képrekonstrukcióhoz elsőként használt Fourier-transzformációt 1975-ben Richard Ernst. Az eljárásért, az „NMR Fourier Zeugmatography” kidolgozásáért 1991-ben kémiai Nobel-díjat kapott. Ernst ötlete alapján az Aberdeen-i Egyetemen William A. Edelstein vezetésével tovább tökéletesítették a módszert, jelenlegi ismereteink szerint szinte véglegesen, mert a további tökéletesítéshez már az anyag fizikai tulajdonsága szab határt, így a képrekonstrukció ideje pár perces nagyságrendűre csökkent.
A funkcionális mágneses rezonancia vizsgálat (fMRI) során az agyat működése közben különböző feladatok elvégzése alatt vizsgálják, ami a pszichológiai és neurológiai kutatások szempontjából rendkívül nagy jelentőséggel bír. Az fMRI az MRI-technológiának egy kifinomultabb módszere, melynek élettani alapjait Charles Smart Roy és Charles Scott Sherrington fektették le.
Charles Smart Roy és Charles Scott Sherrington 1890-ben, észrevették az agy működése folytán a véráramba kerülő vegyületeket, amelyek hatására változik az erek mérete és az agyi terület vérellátottsága. Feltételezésük szerint ez a különböző aktivitásokhoz szükséges energiamennyiség biztosítása érdekében történik, mivel ha egy terület aktivitása növekszik, akkor annak energia- és egyben oxigénigénye is emelkedik. A megnövekedett oxigénigényt a hemoglobin molekula által leadott oxigén biztosítja, ezzel megnövelve a vér dezoxihemoglobin tartalmát. Ez azért fontos mert 1990-ben Seiji Ogawa észrevette, hogy a hemoglobin és a dezoxihemoglobin koncentrációinak a különbsége MRI-vel meghatározható, ezzel elsőként lehetővé téve a véráramlás nyomon követését és így lehetővé téve a helyi keringési aktivitásra való következtetés levonását.
A dezoxihemoglobin paramágneses tulajdonságánál fogva nagyobb mértékben árnyékolja a mágneses teret, ez a helyi árnyékolás mérhető a működési vagy fMRI-képalkotás során, ez az úgynevezett véroxigén-szint függő (Blood-oxygen-level dependent) vagyis BOLD fMRI. Fontos tisztázni azonban egy általános félreértést: egy terület fokozott aktivitása alatt nem az adott területen lévő idegsejtek fokozott kisülésére kell gondolni. Az összefüggés a fokozott metabolikus igényekkel nem a területi kisülési rátával, hanem a területre beérkező feldolgozandó jelek mértékével van összefüggésben, ami így közvetett módon az őt beidegző területek ingerület átvivő aktivitásából eredeztethető, minek kísérlet tervezésekor és értelmezésekor fontos szerepe lehet.
Így vált a fMRI a neurológiai jellegű kutatások széles körű eszközévé, mivel nem-bahatoló ún. „non-invazív” módon az egészséget nem károsítva tudják nyomon követni az agy működését és szerkezetét. Az fMRI-méréseknél az MRI korlátai viszont már komolyabb problémát jelenthetnek. Az agyi eseményekhez mérten rendkívül rossz az időbeli felbontásuk, azaz nehéz elkülöníteni két időben közelálló aktivitási képet, ami nehézséget jelenthet a kísérlet tervezés folyamán.
Az első MRI-készüléket Magyarországon a Semmelweis Egyetem Szív- és Érsebészeti Klinikáján helyezték üzembe 1986-ban.
Az MRI-berendezés A készülék központi része egy mágnes, melynek mágneses terébe fektetik a beteget (vagy kísérleti személyt). A mágneses tér erőssége nagyban meghatározza a kinyerhető jel erősségét, így erősebb mágnessel jobb minőségű képet kapunk és a mérés ideje is csökkenthető. Ebből a szempontból kétféle készülék különböztethető meg: 1, az alagút rendszerű és 2, a nyitott mágneses MR. Az alagút rendszerű az elterjedtebb, a készülék egy nagy szupravezető tekercsből áll, amelynek közepe (pácienstér) egy szűk, működés közben zajos hely, emiatt némely ember számára nehezen elviselhető. Ezek általában nagyobb teljesítményű 1,0, 1,5, 3,0, 7,0 Tesla indukciójú (ezzel arányosan térerejű) berendezések.
A nyitott mágnessel szerelt készülékek ellenben kényelmesebbek lehetnek a szorongó betegek számára, a hátrányuk viszont az, hogy a gyengébb mágnessel rosszabb képminőséget produkálnak. Általában 0,1-0,3 Tesla indukciót (térerősséget) érnek el, illetve manapság már megjelentek az 1,0 Tesla mágneses térerejű készülékek is.
Az MRI működési alapelve Egy mesterségesen fenntartott erős mágneses térbe helyezik a vizsgált testrészt, amely elbillenti a hidrogénatomokban levő protonok tengelyének irányát. Azért alkalmas a hidrogén a tanulmányozásra, mert elegendő mennyiségben van jelen, és páratlan protonszámú (1). A test körülbelül 70 százalékát víz (H2O) alkotja, amely részben hidrogénből épül fel. Ezeket a szkennelés alatt, rétegenként, plusz energiával „bombázzák”, ezzel megváltoztatják a tengelyek dőlését. Ezután a proton, miközben „igyekszik” visszaállítani eredeti dőlésszögét, a kapott energiát visszasugározza. Ezt a visszasugárzott energiát képes mérni a készülék, és ez alapján nyerhető a H-atomok elhelyezkedéséről alkotott háromdimenziós kép is. Így szisztematikusan, tetszőlegesen beállított síkokban képeket készítenek, amelyekből információt nyernek az adott térfogaton található szövetek víztartalmáról, sűrűségéről, végső soron azok anyagáról, mely a szerkezeti elemzésekhez szükséges (pl. lásd II. ábra: „Térd rétegfelvételei”).
Az MR-képek felbontása A térben változó mágnesestér („gradienstér”) szerepe kulcsfontosságú az MRI-felvételek felbontásának szempontjából. A jó felbontáshoz arra van szükség, hogy a felfogott jelet minél pontosabban tudják lokalizálni. Ezt a felbontó képességet voxelekben határozzák meg. A voxelek milliméter nagyságrendű élhosszúsággal rendelkező téglatestek. A három dimenzióban megalkotott mágneses gradiensekkel a 3DFT (three-dimensional Fourier transformation) technikával 0,1-0,5 mm vastagságú képek készíthetők. Az MR többek közt ezekben az elektromágnesekben, gradienstekercsben folyó nagy erősségű áramtól hangos működés közben. Ezek a gradiens terek játszanak szerepet a mozgásos leletek csökkentésében is (GMR).
Az MR-képek kontrasztja