מאמרי מערכת

ההיסטוריה שמאחורי סורק ה-MRI / מאמר אורח מאת עופר בן חורין

12/07/2017

·         הכתבה מבוססת על פרק ההיסטוריה של ה-MRI בספר "MRI המדריך המלא-רפואה ופיזיקה נפגשות"- www.mriguide.co.il

 

בשנה האחרונה, בעקבות הצהרותיו ופעילותו של השר ליצמן, תחום ה-MRI התפתח בארץ בצורה די משמעותית. בין השאר הוספו סורקים לפריפריה, הוקם מרכז הדרכה של MRI בבית חולים שיבא, ונעשו ניסיונות לקצר את התורים לסריקת MRI. בעולם כולו, כאשר ישראל נמצאת בין המובילות בתחום, ישנו מחקר עצום בהיקפיו ואין ספק שבעתיד ה-MRI ייטול חלק נכבד מאוד בדימות ואבחון רפואי, ושלוחותיו האחרות, כדוגמת fMRI ו-DTI, יתרמו רבות לתחום המחקר.

 

מהו אותו סורק MRI? כיצד התגלה? כיצד הוא עובד? מתי רצוי להשתמש בו ומתי לא? מהם היתרונות והחסרונות שלו? ומה צופן לנו העתיד לגביו? על כך בסדרת הכתבות לאתר e-med המבוססות על ספר העיון, היחיד והמקיף ביותר בשפה העברית, MRI המדריך המלא-רפואה ופיזיקה נפגשות. הכתבה הראשונה בסדרה תוקדש לדרך המרתקת שהביאה אלינו את סורק ה-MRI (ולפניו את מכשיר ה-NMR, עליו מבוסס הסורק). דרך זו מרוצפת מדענים מעוטרי פרסי נובל וגם במספר מחלוקות, את חלקן נציג כאן.  

 

סורק ה-MRI, ראשי תיבות של  Magnetic Resonance Imagingאו בעברית "דימות תהודה מגנטית", הינו המצאה חדשה יחסית המבוססת על עיקרון התהודה המגנטית. תהודה היא בעצם יצירת הד (מקור המילה הוא resonance, כאשר resono בלטינית היא להישמע שוב או להדהד). ה-MRI הוא כמובן אינו היישום היחיד המבוסס על תהודה מגנטית, אלא אולי בין הפופולריים שבהם. יישומים אחרים הם למשל מכשיר ה-NMR, שעונים אטומים, מייזר (המקבילה של קרן לייזר, רק בתחום גלי המיקרו) ועוד.

 

הרעיון המרכזי בתהודה לסוגיה הוא עצם היכולת להעביר אנרגיה בין שתי מערכות בתדירות ספציפית. הדוגמה המתבקשת ביותר להדגמת עקרון התהודה היא זמרת האופרה מהסרטים, בעלת המנעד הקולי הגבוה, שיכולה לנפץ חלון זכוכית באמצעות קולה בלבד. ההסבר לכך הוא יכולתה להפיק צליל בתדר התהודה של הזכוכית, עד שהוא מכניס אותה לאי-יציבות שגורמת לה להתנפץ. עוד דוגמה מעניינת לכוחה של התהודה הוא גשר מצר טקומה, אשר התמוטט ב-7 בנובמבר 1940 בעקבות רוחות, לא חזקות במיוחד, שהצליחו לטלטל אותו בסביבת תדירויות התהודה שלו וכך גרמו לקריסתו.

 

ב-MRI (וב-(NMR אנחנו מדברים על תהודה מגנטית גרעינית, משמע על האינטראקציה האנרגטית שבה מעורבים חלקיקים הנמצאים בתוך גרעין האטום, ובמקרה שאנו דנים בו, פרוטונים. זהו בעצם אותו עיקרון העומד מאחורי מכשיר ה-NMR, כאשר בסורק ה-MRI ניתן להפיק תמונה המבוססת על קידוד מרחבי.

 

הגילוי הראשון של תהודה מגנטית והיכולת שלה למדוד את התכונות המגנטיות של גרעין האטום מיוחס לפיזיקאי יהודי אמריקאי ממוצא מזרח-אירופי בשם איזידור ראבי (Isidor I. Rabi; 1898-1988). בניסוי שערך בסוף שנות השלושים של המאה הקודמת, הוא האיץ אלומות מולקולריות של ליתיום כלוריד (Lithium chloride, LiCl) בוואקום תחת שדות אלקטרומגנטיים ושידר לכיוונן גלי רדיו. בניסוי הוא הדגים כיצד גל רדיו בתדר ספציפי מאוד מסוגל לשנות את מצב החלקיקים (בזכות עיקרון התהודה) ולמעשה למדוד את התכונות המגנטיות של גרעין האטום. על גילוי זה זכה ראבי בפרס נובל לפיזיקה לשנת 1944.

 

בשנת 1944 הצליח פיזיקאי ממוצא סובייטי בשם יבגני זבויסקי (Yevgeny K. Zavoisky; 1907-1976) מאוניברסיטת קאזאן למדוד את המומנט המגנטי של האלקטרונים בגבישי נחושת סולפט. הוא היה למעשה הראשון שהדגים תהודה מגנטית אלקטרונית (תמ"א; Electron Paramagnetic Resonance, EPR), תהודה המודדת את עוצמת המומנט המגנטי (גודל פיזיקלי המגדיר עוצמת שדה מגנטי) של האלקטרון. בשנת 1945 הצליחו שני פיזיקאים אחרים, פליקס בלוך ואדוארד פורסל, למדוד את המומנט המגנטי של גרעיני אטום המימן במים בעזרת תהודה מגנטית. שניהם, וגם זבויסקי, חלקו את פרס נובל לפיזיקה על תגליות אלה לשנת 1952. בלוך ופורסל פיתחו שיטות למדידת האות שנפלט מגרעיני אטומי המימן והוכיחו שצורת האות מושפעת מסביבת הגרעין. כך הם אפשרו לראשונה להשתמש בתופעת התהודה המגנטית הגרעינית לצורכי כימיה אנליטית- זהו תפקידו של מכשיר ה-NMR המשמש בעיקר לזיהוי המבנה האטומי והמולקולרי של חומרים כימיים שונים.

 

השלב הבא בדרך אל סורק ה-MRI הינו במפתיע המצאה אחרת משמעותית מאוד בתחום האבחון הרפואי, המצאת ה-CT (Computed Tomography, ובעברית – טומוגרפיה ממוחשבת). המצאה זו, המיוחסת לסר גודפרי האונספילד (2004 - 1919Godfrey N. Hounsfield ;), רתמה בתחילת שנות השבעים את יכולת כוח החישוב לסנתוז תמונה. בנוסף לכך, המצאת ה-CT ושילובה המהיר בעולם הרפואה הראו שבתי החולים מוכנים להשקיע כסף רב באמצעי אבחון גדולים. הבנה זו החדירה בהמשך מוטיבציה לחוקרים לפתח את סורק ה-MRI.

 

בדיקת ה-CT היא בדיקה אשר הקפיצה את עולם הדימות הרפואי בכמה דרגות, אלא שיש לה חיסרון גדול בדמות קרינת רנטגן מזיקה. דבר זה הניע שלושה חוקרים ערניים: פול לוטרבור, פיטר מנספילד וריימונד דמדיאן, לנסות לרתום את עקרון התהודה המגנטית הגרעינית במכשיר ה-NMR לצרכי דימות רפואי- כך נוצר סורק ה-MRI.

 

ריימונד דמדיאן, רופא אמריקאי ממוצא ארמני, רשם על שמו פטנטים רבים הקשורים ל-MRI. הוא אף בנה מכונת MRI כל-גופית שלה קרא בשם Indomitable ("עשויה ללא חת"), אשר נועדה לטענתו להבדיל בין רקמות סרטניות ובין רקמות בריאות. הסורק שבנה דמידאן והטכניקה העומדת מאחוריו, טכניקת השדה הממוקד (focused field technique), נכשלו ביכולתם להרשים את הקהילה המדעית ובשלב מסוים נזנחו.

 

סורקי ה-MRI הקיימים כיום מבוססים על המצאותיהם של פול לוטרבור (Paul C. Lauterbur), כימאי אמריקאי, אשר יזם את הוספת שדות מגנטיים משתנים (גרדיאנטים; Gradients) אל מכשיר ה-NMR לשם הקידוד המרחבי של הסיגנל הנפלט (דבר אשר איפשר את יצירת תמונת ה-MRI), ושל פיטר מנספילד (Peter Mansfield), פיזיקאי אנגלי אשר תרומתו הייתה בחלק החישובי יותר- הוא הצליח להמיר את אותות גלי הרדיו שחזרו מפרוטוני הדגימות לתמונה איכותית, בעזרת ניתוח מתמטי. תרומה נוספת שלו הייתה היכולת להאיץ את בניית התמונה בעזרת פרוטוקול שיצר (נקרא פרוטוקול EPI; Echo Planar Imaging).

 

אחת המחלוקות הגדולות והמתוקשרות בקבלת פרסי נובל נסבה, בהקשר של המצאת ה-MRI, סביב שלושת האישים שהוזכרו, וסביב עוד פיזיקאי אמריקאי אחד בשם הרמן קאר (Herman Y. Carr). המחלוקת נמשכה עד לשנת 2003, אז החליטו השבדים להעניק את פרס נובל רק לפול לוטרבור ופיטר מנספילד, זאת למרות שהיה אפשר לכלול בקבלת הפרס עוד אדם אחד (המחלוקת הייתה יכולה להימשך זמן רב יותר לולא מצב בריאותו הרעוע של לוטרבור, שהרי לא ניתן להעניק פרס נובל לאדם לאחר מותו, ולולא סלידתם של השבדים ממחלוקות).

 

הטענה של נותני הפרס הייתה שהסורק והטכניקה של דמדיאן לא הצליחו. דמדיאן טען שאי-קבלת הפרס נבעה בשל היותו יותר רופא מאשר מדען ובשל היותו בריאתן (מאמין בבריאת העולם בידי בורא). גורמים אלו, לטענתו, הפכו אותו  ללא אהוד על-ידי קהילת המדענים. מאידך, בזכות הפטנטים והחברות שהקים ולאחר תביעות זכויות יוצרים מתוקשרות היטב, הוא נעשה אדם עשיר מאוד.

בהקשר לקאר, קאר טען שלוטרבור ומנספילד התבססו על עבודת הדוקטורט שלו שפורסמה באוניברסיטת הרווארד עוד בשנות החמישים, בה הגה רעיון להשתמש בגרדיאנטים לשם יצירת תמונה, ואף הצליח ליצור תמונה בסיסית בעזרתם במכשיר NMR. איכותה הירודה של התמונה גרמה לזניחת התגלית דאז. קאר לא הוזכר, לא על-ידי מעניקי הפרס ולא על-ידי מקבליו.

 

לאחר המצאת ה-MRI, סורקי ה-MRI הראשונים נכנסו לעבודה שוטפת בבתי החולים בתחילת שנות השמונים. עוצמתם, מהירותם ויכולת הרגישות והרזולוציה של התמונות אותן הם יצרו, שופרה לעין ערוך.

 

מידע רב נוסף על תחום ה-MRI ניתן למצוא בספר MRI המדריך המלא-רפואה ופיזיקה נפגשות, אותו ניתן לרכוש במחיר מבצע באתר   www.mriguide.co.il ובחנויות מכלול במחירו הקטולוגי המלא בפקולטות לרפואה ברחבי הארץ.

 

ביבליוגרפיה

 

The pioneers of NMR and magnetic resonance in medicine: The story of MRI, Mattson James & Merrill Simon. Bar-Ilan University Press, 1996.

 

Super-scientist slams society's spiritual sickness, Dr. Raymond Damadian, Pioneer of MRI. http://www.answersingenesis.org/articles/cm/v16/n3/science

 

הביוגרפיה של פול לוטרבור מאתר פרסי הנובל

http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2003/lauterbur-bio.html

 

הביוגרפיה של פיטר מנספילד מאתר פרסי הנובל

http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2003/mansfield-bio.html

מידע נוסף לעיונך

כתבות בנושאים דומים

© e-Med 2020 | כל הזכויות שמורות
שתף מקרה קליני