دسرطاني ناروغیو د پيژند نې تخنيکي کړنلارې (لکچر)

(لکچرنوټ :  دویمه ب� �خه)

لیکوال  : پوهنوال ډاکترنظرمحمد سلطانزی  ځدراڼ
دجرمني هیواد، نېټه :  29-May-2009

۲- : دهستې مقناطيسي ريزونانس  انځور کښلو فيزيکي بنسټ :
 ( Nuclear magnetic resonance imaging (NMRI)
 ۲داټوم هستې سپین (Nuclear spin)
دهرې مادې اټومونه دیوې مثبت چارج شوې  هستې څخه جوړدی چې په شاوخوا ټاکلومدارونوکې یې الکترونونه راڅرخي . داټوم په هسته کې پروتونونهProtons  اونیوترونونه Neutrons  شتون لري چې  دهستوي ځواکونو Nuclear   forces  په مرسته دیوبل سره کلک  تړلي دي . دهایدروجن اټوم هسته ترټولوعنصرونویوه سپکه همغږی  هسته ت� �کیلوي چې یوازی یومثبت برېښنایزچارج شوی پروتون لري .  دغه پروتون په خپل محورباندې راڅرخي  اودهستې سپین (nuclear spin) ورته ویل کیږي . څرنګه چې  پروتون مثبت برېښنایزچارج لري نوکله چې  څرخیدونکی حرکت ترسره کوي نو یومقناطیسي دوه قطبه یانې   دیپول(Magnetic dipole)  منځ ته راځي .   په ۱-   شکل  کې ښوول شوې ده چې دیوپروتون سپین spin   دیومقناطیس Magnet سره ورته دی . په دې مانا چې یو  مقناطیسي شمالي قطب N اویوم� �ناطیسي  جنوبي قطب S  لري .  نوداسې ویلای شوچې دهایدروجن هسته مقناطیسي خواص لري  اودیو کوچني میله ډوله مقناطیس په ډول په خپل محورراڅرخي . لنډه داچې هریوسپین لرونکی اټوم چې سپین یې  دصفر نه مخالف قیمت ول� �ي تل مقناطیسي خواص ښيي . که ومنوچې یوپروتون دیو میله ډوله مقناطیس سره کټ مټ ورته دی  نوپایله یې داده چې د مقناطیسي خواص سره سم خامخا یوه مقناطیسي قوه هم تړلې ده.  دغه قوه دسپین مقناطیس (Spin magnet) په نوم یادوو.  

۱-شکل : یوپروتون  H+ داسې خواص لري چې دیوې خوابرېښنایزمثبت چارج لري اودبلې خواپه خپل محورباندې راڅ� �خي . دغه ډول څرخیدونکي حرکت ته هستوي سپین (nuclear spin) ویل کیږي . په پایله کې همدغه سپین دی چې  پروتون ته م� �ناطیسي خواص وربښي  اولکه یوکوچنی مقناطیس  په خپل محورراڅرخي . ددې مقناطیس  شمال قطب په N او جنوب � �طب یې  په S   سره ښوول شوی دی . دپروتون سپین یوویکټوردی اودخپل ځان مقناطيسي اغیزې سمت یاقطب په ګوته کوي . په نوموړي شکل کې دپروتون سپین وکټورپورته خواته دی اودمقناطیس شمال قطب  N په ګوته کوي .  په لنډ� �ول ورته دسپین مقناطیس وایو(Spin magnet)    .
دپام وړ: داټوم په هسته کې  نیوترونونهNeutrons  هم شتون � �ري چې دپروتونو H+  پر برخلاف دبرېښنایزچارج خاوندان نه دي .   خوسره ددې هم سپین لري اوکټ مټ لکه پروتون H+  دسپین مقناطیسي خواص ښيي .
په هسته کې هریوپروتون اونیوترون خپل ځانګړی سپین لري . تراوسه پورې موږ دهایدروجن هسته ترڅیړنې لاندې ونیوله. اوس به راشواودنوروعنصرونوهستوسپین به وڅیړو. تجربوښودلې ده چې هغه هستې چې دنوکلویونویانې پروتونوجمع نیوترونو شمیریې تاک uneven عددوي دهریوه نیوترون اوپروتون سپین سره جمع کیږی اویومحصله سپین ترلاسه کیږي . دبیلګې په توګه لکه کاربن C-13   ، فلورF-19  ،سودیم Na- 23   اوفوسفور P-31     . څرنګه چې دوه په درې برخه په طبیعت کې پیداکیدونکي ایزوټوپونه دصفرنه مخالف یومحصله هستوي سپین لري  نوله دې کبله دمقناطیسي ریزونانس کړنلارې لپاره ګتوردي. خوداټوم هغه هستې چې دپروتونواوهمدارنګه دنیوترونوشمیریې یوجفت even عددوي د محصله هستوي سپین خاوندان نه  دي اودصفر سره مساوي دی  . دبیلګې په توګه لکه اکسیجن O-16   ، کاربنC-12  ، اونور. نوموړي ایزوټوپونه دهستې مقناطیسې ریزونانس کړنلارې لپاره نه شي کاریدای .              په ۲-شکل کې دوه هستې ښوول شوې دي چې دپروتونواونیوت� �ونومحصله سپین یې مساوی په صفراویادصفرنه  مخالف قیمت لري  . دیادولووړده چې پخپله هسته یوګرځیدونکی حرکت نه کوي بلکې دپروتونواونیوترونوخپل سپین ویکټورونه  سره یوځای کیږی اویومحصله  هستې سپین ورڅخه  منځ ته راځي . دغه محصله سپین ته دهستې مقناطیسي سپین ویل کیږي .  دیادولووړه ده چې دپروتون سپین هم یوازې نه دی بلکې دنوروکوچنیوذرولکه کوارک اوګلون سپین مجموعې څخه ترلاسه کیږي . دپروتون په منځ کې نورې لاکوچنۍ  ذرې هم   شتون لري چې دګلون Gluons  اوکوارک Quarks  په نامه سره یادیږي .

۲-شکل : دپاولي نومي نامتوجرمني فزیک پوه د قانون   Pauli � ��Princip سره سم دوه  یوشان هستوي ذرې نه شي کولای چې د هستې په منځ  کې دانرژۍ  یوشان حالت state   کې شتون ولري   . هغوی باید خپل سپین وکټورونه داسې سمبال کړي   چې ځینې یې موازي پورته اوځینې یې ضدموازي  ښکته سمت ولري   . په دې ډول سره دهغوی څرخیدونکی حرکت هم دیوبل ضدسمت ځانته غوره کوي .  دشکل په پورتنۍ برخه کې یوه هسته ښوول شوې ده چې دپروتونوجمع نیوترونوشمیریې یوجفت even عددی اوله دې کبله دهغوی دسپین وکټو� �ونومحصله وکټوردصفرسره مساوي ده . په لاندې برخه کې دپروتونواونیوترونوشمیر یوتاک uneven عدددی نوله دې کبله  دهغوی دسپین محصله وکټوردصفر نه مخالف دی . همدالامل دی چې په پورتنې شکل کې دسپین مقناطیس  محصله وکټورصف� �(Spin = 0  ) اوپه لاندې برخه کې دبېلګې په توګه  دپروتون لپاره دسپین قیمت دنیم عدد (Spin = 1/2 ) سره مساوی دی .
هستوي سپین دبنسټیزبڅرکواواټوم هستوپخپل محورڅرخیدونکي امپلس ته ویل کیږي اودمدار دوراني ضربې  orbital angular momentum  په نامه سره یادیږي   . دهستې سپین دهریوه اټوم لپاره ځانګړی قیمت لري اوله دې کبله دهرې ذ� �ې  یوځانګړی خواص په ډاګه کوي . دهستې سپین دپروتونواونیوترونودسپین مجموعې څخه  ترلاسه کیږي  .  دکوانتوم میخانیکي Quantum mechanics قوانینوله مخې دپروتون سپین یواځې  نیم عدد (Spin = 1/2 )قیمت  اوهمدارنګه دنیوترون سپین هم یواځې  نیم عدد (Spin = 1/2 ) قیمت ځانته اخیستلای شي  . دهستې سپین دطاقوپروتونوشمیراویاطا� �ونیوترونوشمیرلپاره ځانته نیمایي عدد اویابشپړعددقیمت اخلی . دبیلګې په توګه لکه نیم ،یو،درې نیم .... اونور (  1/2, 1, 3/2,…9/2)  .    دهستې سپین قیمت دهغوهستولپاره چې دپروتونواونیوترونوشمیریې جفت وی د صفرس� �ه  مساوي دی . هغه هستې چې دهستې سپین یې دصفرڅخه توپيرولري دمقناطیسي دوه قطبه ضربې magnetic dipole moment څښتن دي .  پایله یې داده چې  دمدار دوراني ضربه  I تل هم نیم عددنه شي کیدای  بلکې  بشپړعددوي . په دې مانا چې هغه هستې چې دپروتونواونیوترونوشمیریې جفت وي نودهستې سپین یې صفردی      (Spin = 0)   . خوهغه هستې چې دپروتونواونیوترونوشمیریې طاق وي نودهستې سپین یې صفر نه دی ، داځکه چې پاتې شوي  هغه پروتونونه اونیوت� �ونونه چې  په خپل مدارکې جوړه ملګرې وه نه لري  اوپه توپیرلرونکومدارونوکې موقعیت و لري      دسپین قیمت یې صفرنه وي بلکې سپین یې منفی نیم (Spin = -1/2 )  اویامثب نیمايې عدد        (Spin = +1/2 )   وي . داځکه چې پروتون اونیوترون یوه داسې  جوړه تشکیلوي چې دهغوی سپین موازي اودیوه بل په ضدسمت کې  پ� �یوځي .
په ۳–شکل کې دیوه ناروغ  بدن څخه یوکوچنې یوملي مترمکعب  حجمVoxel   ستر شوی دی . نوکله چې   د بهرنۍ مقناطیسې ساحې قیمت صفر وي ( B = 0 )   نوپه عادي توګه په دغه یوملي مترمکعب  حجم کې   دهایدروجن هستوګڼ شمیرسپینونه  هرې خواته خواره واره سمتونه  لري . همدالامل دی چې په عادی حالت کې  دسپین وکټورونه یوبل سره دفع کوي او د سپین محصله وکټوریې صفردی . په پایله کې دغه حجم بهرخواته هیڅ م� �ناطیسي  خواص نه ښيي .  خوکله چې ناروغ  دهستې مقناطیسي ریزونانس په ماشین کې ورننه باسو، نو ځینې سپین مقناطیس دبهرني مقناطیسي ساحې سره موازي پریوځي خو ځینې نور سپین مقناطیس دبهرني مقناطیسي ساحې B  سمت سره م خالف موازی سمت غوره کوي . دحیرانتیاوړخوداده  چې نوموړې کړنلاره په یوه عادی مقناطیس کې بل ډول ده .  دبی� �ګې په توګه که  یوه میله ډوله  عادي مقناطیس په همدغه بهرنۍ مقناطیسی ساحه کې واچوونوټول یې دمقناطیسي ساحې سره یوسمت موازی  پریوزي  .  په ۴–شکل کې دیوه ناروغ په بدن کې دسپین مقناطیسونوموازی شوي اوضدم وازی  سمتونه  ښول شوی دي کله چې دهستې ریزونانس توموګرافی په دستګاه کې پروت وي .

۳-شکل : کله چې ناروغ دهستې ریزونانس توموګ� �افی په دستګاه  (NMRI) کې پروت وي  نو    داټومونودهستې ځینې  سپین مقناطیسونه   (Spin magnet) دبه� �نۍ مقناطیسي ساحې سره موازی پریوځي اوبیا ځینې سپین مقناطیسونه  ضدموازی  سمت ځانته غوره کوي .  په  عین وخت کې دیوې خوادپروتونوسپین مقناطیس وکټورونه په خپل محورراڅرخي اودبلې خوا دبهرنۍ ستاتیک مقناطیسي ساحې B لیکوپه ګردشاوخوادوراني حرکت precession  ترسره کوي .  په نوموړي شکل کې  موازي پنډې لیکې دهستوي � �یزونانس  دستګاه  بهرنۍ مقناطیسي ساحه B  ده چې په عادي توګه دیونیم څخه تر درې تیسلا Tesla پورې قیمت لری اویوه متجانسه مقناطیسي ساحه جوړوي .  

 ۴ –شکل : یوه ستاتیک متجانسه بهرنۍ مقناطیسي ساحه  B   دناروغ په نسجونوکې دهایدروجن اټوم   دپروتونو سپین په مقناطیسونو (Spin magnet)  باندې یوه قوه واردکوي. دپروتون سپین مقناطیس د یوعادي کوچني مقناطیس سره کټ مټ ورته ده چې د همدې شکل په ښي اړخ څنډه کې دم� �ناطیسي ساحې (Magnetic field)  B   لیکو سره موازي په مقناطیسي  شمال قطب  N اوجنوب قطب S   سره  ښوول شوي ده . په پایله کې دپروتونوځینې سپین  دمقناطیسې ساحې B لیکو سره موازي اوځینې ضدموازی سمت غوره کوي . دبیلګې په توګه  په نوموړي شکل کې ټول دیارلس 13  سپین مقناطیس شتون لري . دهغوی څخه داتو8 سپین مقناطیسو � �مالي قطب N پورته خواته (Spin up )  یانې دبهرنۍ ستاتیک مقناطیسي ساحې  B  لیکوسره موازي (parallel) اودپينځو  5 سپین مقناطیسوشمالي قطب N  ښکته خواته(Spin down)  یانې  دبهرنۍ ستاتیک مقناطیسي ساحې سره ضدموازي (anti- parallel)  پریوتي دي . دسپین مقناطیس پینځه ویکټورونه کوم چې پورته خواته دي دسپین مقناطیس پاتې  پينځوهغوویکټورونوسره چې ويکټورونه یې  ښکته خواته پراته دي یوبل سره خنثی کوي .  داځکه چې دهغوی سپین م� �ناطیس ویکټورونه دیوبل سره مخالف سمت لري .  په دې مانا چې دټولوسپینو محصله سپین مقناطیس   صفردی  (null net magnetization). پایله یې داده چې دغه لس سپین مقناطیس په ګډه سره  بهر ته کوم سوچه م� �ناطسيت         (net magnetization) نه ښيي.  نوموړي مقناطسیت ته ماکروسکوپیک مقناطسیت macroscopic magnetization. هم ویل کیږي . دپاتو درېو سپین مقناطیسونوویکټورونه پورته خواته  (Spin up )  یانې دبهرنۍ ستاتیک م� �ناطیسي ساحې B  لیکوسره موازي (parallel)  پریوتي دي چې په  سره رنګ سره ښوول شوي دي . که دهریوه سپین م� �ناطسيت په  magnetization= m   سره وښیواوبیادهغوی درې واړوسپین مقناطسيت m  سره جمع کړونویومحصله سوچه م قناطسيت M    منځ ته راځي  . دریاضي معادله یې داسې ده . (m+m = M) .   په بدن کې دهایدروجن اټوم هستوهم دغه سوچه مقناطسيت  M  فزیکي هغه خواص دي چې دهستې مقناطیسي ریزونانس کړنلارې بنسټ جوړوي اودنسجونودرې بعده اناتومي جوړښت، دناروغیوشتون  اودغړودکارکولومیتابالیزم  دعکس په توګه راښيي .   

(ددویمې   برخې پای )

(په درناوی)
پوهنوال ډاکترنطرمحمدسلطانزی ځدراڼ
اخځلیک :

1. http://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_magnetic_resonance_imaging
2. JRCunningham, The Physics of Radiology, Charles Thomas Publischer, 1983 USA
3. Bushberg Jerrold T; et al “The essential physics of medical imaging”; Williams & Wilkins, Baltimore 2001 .
4. Sauer, Rolf: Strahlentherapie und Onkologie  2004 (Urban & Fischer)
5. T .Laubenberger,“Technik der medizinischen Radiologie“ Deutscher Ärzte Verlag 1986
6. http://www.e-mri.org/nmr/nuclear-spin.html