Protoner bevæger sig uventet i kræftscannere
more_vert
close

Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og du accepterer, at Teknologiens Mediehus og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, job og tilbud m.m. via telefon og e-mail. I nyhedsbreve, e-mails fra Teknologiens Mediehus kan der forefindes markedsføring fra samarbejdspartnere.

Protoner bevæger sig uventet i kræftscannere

Billeder i uset detaljegrad af kroppens indre skabt via magnetisk resonans har reddet tusinder af liv, men hidtil har forskerne ikke ordentligt forstået teknikken bag.

Nu er forskere fra Ohio State University, Centre National de la Recherche Scientifique, Université d'Orléans og Université de Lyon klar med et svar. Det kan lede til endnu skarpere billeder og gøre MR-scannere mindre, skriver Journal of Chemical Physics.

MR-scannerne benytter sig af, at vores krop er opbygget af atomer med elektrisk ladede enheder. Scannerens elektromagnet udsender et meget kraftigt magnetfelt, som påvirker protonerne i brintatomerne og får dem til at rotere og lægge sig i en kæde, så de nærmest udgør en mængde minimagneter.

Lige før billedet skal tages, bliver minimagneterne vendt i den modsatte retning ved hjælp af radiobølger. På grund af magnetfeltet udsender alle cellekernerne i det øjeblik data om sig selv. De oplysninger leverer et signal, som maskinen kan sammenstykke og omdanne til et to- eller tredimensionelt billede.

Fremgangsmåden er fortrinlig, fordi den ikke udsender radioaktiv stråling og leverer en større kontrast mellem de forskelle typer af væv i kroppen end nogen anden teknik. Det er især brugbart til undersøgelser af hjerner eller tumorers vækst, hvor det er væsentligt at identificere forskellige kemiske miljøer eller molekylære strukturer.

Fremherskende teori med fejl i protoners bane

Måden hvormed de magnetiserede protoner bliver fastlåst, er hvad forskerne kalder for en "adiabatic"-proces. Den beskriver, at en kraft bliver udnyttet til at låse et system og hive det ind i en anden tilstand.

Her dikterer de fremherskende teorier, at processen skal udføres nænsomt. Hensynet er til for, at de magnetiserede protoner vendes langsomt for at undgå, at de bliver skruet ud af kontrol. Den forsigtighed kræver så igen større og dyre magneter.

»Det forbløffende er blot, at i flere årtier har denne adiabatic-proces fungeret i mange situationer, hvor teorierne ellers har forudsagt, at den ikke burde. Den uoverensstemmelse mente majoriteten ikke udgjorde et problem, idet de fleste hældte til, at den teoretiske tilgang ville munde ud i en optimal adiabatic-proces. Efter vi nu for alvor har forstået, at årsagen til denne uoverensstemmelse skyldtes, at teorierne indeholdte en fejl, kan vi forstå, at teorierne ligefrem kunne forhindre, at den optimale adiabatic-proces i det hele taget blev opdaget,« siger kemiker Philip Crandinetti fra Ohio State University i en pressemeddelelse.

Forventer bedre MR-billeder om et par år

Fejlen bestod i, at man formodede, at protoner tager en direkte vej, når de bliver vendt i magnetfeltet med radiobølgerne.

Rent faktisk vælger protonerne påvirket af flere kræfter sommetider en tilsyneladende ulogisk, men lettere vej tilbage til deres oprindelige position.

De forskellige veje forsøger Philip Crandinetti og hans kolleger nu at kortlægge.

Bliver kortlæggelsen af protonernes ved første øjekast kaotiske dans færdig, kan det betyde bedre billeder via en mere præcis indstilling af magnetfeltet i MR-scanneren. Dette burde lade sig gøre i løbet et par år, vurderer Philip Crandinetti.

Dokumentation

Heurekalert: Dancing atoms now understood

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Og nu hvor jeg læste videre efter det indledende anfald af pernittengrynethed:

Beskrivelse af adiabatsætningen er altså lidt ulden, og det er værre sådan rent ingeniørmæssigt set:

Adiabatsætningen skyldes Born og Fock i 1928 og sige at hvis et kvantemekanisk system ændres langsomt vil det ende i en tilstand der minder om udgangstilstanden.

Faktisk er sætningen som de første kvantemekaniske indsigter nem at forstå ved en mekanisk analogi.

Hvis vi i dette tilfælde med et gitter af atomer med magnetisk spin, forestiller os et gitter af masser mellem fjedre der svinger i en bestemt egenfrekvens, så kan vi vende gitteret forsigtigt, og masserne vil stadig svinge med samme frekvens.

Vender vi gitteret hurtigt, vil masserne komme ud af takt og svinge kaotisk.

Det er da først rigtigt spændende at man måske har fundet en undtagelse fra et kvantemekanisk princip.

mvh Jens Nyborg

  • 0
  • 0

Hej Jens Frederik

Ja, navnene på de franske universiteter snuppede jeg simpelthen fra pressemeddelelsen for nu at være sikker på at få de franske tegn korrekt. Det medførte, som du retteligt skriver, dog koks med engelske endelser.
De er nu fjernet.

Mvh Mads Nyvold

  • 0
  • 0

MR-scannerne benytter sig af, at vores krop er opbygget af atomer med elektrisk ladede enheder. Scannerens elektromagnet udsender et meget kraftigt magnetfelt, som påvirker protonerne i brintatomerne og får dem til at rotere og lægge sig i en kæde, så de nærmest udgør en mængde minimagneter.

Lige før billedet skal tages, bliver minimagneterne vendt i den modsatte retning ved hjælp af radiobølger. På grund af magnetfeltet udsender alle cellekernerne i det øjeblik data om sig selv. De oplysninger leverer et signal, som maskinen kan sammenstykke og omdanne til et to- eller tredimensionelt billede.

Lige for at korrigere, hvordan princippet i MR fungerer. (Det hedder egentlig NMR - Nuclear Magnetic Resonance - men da vi/folk i almindelighed ikke er trygge ved ved sådan et ord, der kunne referere til atomkraft, så har medicinerne forkortet det yderligere til MR).

I MR kan man detektere følgende kerner som forekommer i kroppen: H (brint), P (fosfor) og C (kulstof) - men kun nogle af isotoperne. Så vidt jeg ved er detkun brint og fosfor, der er relevante, for C-13 er der 1 % af og normalt kulstof er C-12, som ikke kan ses i MR.

For at kunne ses i MR skal kernerne have magnetisk spin, dvs at de skal opføre sig som minimagneter, og det er ligegyldigt om de er ladede. Når kernerne (inde i kroppen) anbringes i et (kraftigt) magnetfelt orienterer de sig fortrinsvis efter dette - dvs at der et overskud af kerner i feltets retning. Dette overskud kan man "se". Ved at bestråle med en kort puls af radiobølger forstyrrer man nu ligevægten, så kernerne vender tilbage til en 1:1 ligevægt. Når det sker udsender overskuddet radiostråling ved bestemte frekvenser, som afhænger af deres kemiske omgivelser. I forskellige slags væv har brintkernerne forskellige omgivelser, og ved at analysere frekvenserne af den stråling som de udsender, kan man danne sig et billede af vævet.

  • Jeg håber, at det var klart nok!

  • Søren

  • 0
  • 0
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten