Ajutegevusega kaasnev magnetväli

Teadlased, meedikud ja psühholoogid tahaksid mõista, kuidas funktsioneerib inimaju. Üheks nende töömeetodiks on magnetoentsefalograafia (MEG) - protseduur, milles jälgitakse inimaju magnetvälja ajal, mil inimene sooritab teatud tegevusi, nagu näiteks sõnade lugemine. See tegevus aktiveerib teatud piirkonna ajus, näiteks lugemisega seotud piirkonna, ja põhjustab nõrku elektriimpulsse, mis saadetakse edasi mööda juhtivaid kanaleid ajurakkude vahel. Nagu igasugune vool, nii tekitavad ka ajuvoolu impulsid magnetvälja.

MEG-aparatuuriga avastatud magnetvälja tekitavad arvatavasti elektriimpulsid, mis kulgevad piki kurdusid (lõhesid) aju pinnal (joonis 29-7). Püüame kasutada valemit 29-1, et hinnata sellise magnetvälja suurust punktis P, mis asub kaugusel r = 2 cm vooluimpulsist. Olgu impulsi teekond aju pinnale puutujaks, nii et nurk θ valemis 29-1 on 90°. Tüüpilise vooluimpulsi korral ajus vool i = 10μA ja impulsi teepikkus on umbes 1 mm. Eeldame, et see teepikkus on küllalt lühike selleks, et asendada see 1 mm pikkuse diferentsiaaliga ds valemis 29-1. Siis annab valem 29-1 meile

See on väga väike magnetväli, rohkem kui miljon korda nõrgem kui Maa magnetväli aju asukohas. Seega ei piisa aju magnetvälja avastamiseks sellest, et lihtsalt hoida kompassi oma aju lähedal ja loota, et ajutegevus suudab pöörata kompassi magnetnõela. Kompassi asemel on vaja ülimalt tundlikku instrumenti, milleks on ülijuhtiv kvantinterferentsseade (SQUID) ja mis on võimeline mõõtma magnetvälju suurusega vähem kui 1 pT; isegi siis tuleb võtta tarvitusele kõikvõimalikud abinõud, et kõrvaldada mõõtmispaiga lähedalt muutuvat magnetvälja tekitavad lisaallikad.

Magnetresonantstomograafia probleemid

Magnetresonantstomograafia (MRT; ingl magnetic resonance imaging) on meetod, mille abil saadakse pilt objekti (inimese, looma, fossiili ja muu) sisemusest. Meetodit nimetati algselt tuuma magnetresonantsiks (nuclear magnetic resonance), kuid teadaolevalt muudeti nimi MRT-ks siis, kui Ohio osariigis asuv Clevelandi haigla sattus avalikkuse surve alla pärast seda, kui oli teada andnud, et planeeritakse tuumaseadet. (Avalikkus ei saanud ilmselt aru, et sõna „tuum” viitab aatomi kesksetele osakestele.)

MRT kasutab keha läbistamiseks ja mõnede tuumade prootonite pööramiseks kindla sagedusega elektromagnetlaineid (neid nimetatakse raadiolaineteks). Need prootonid on esialgu suunatud tugeva magnetvälja järgi ning pärast seda, kui elektromagnetlained neid pööravad, saavad need oma algse asendi kiiresti tagasi. Jälgitakse esialgse asendi taastumist ja väga keerulised arvutiprogrammid muudavad saadud tulemused pildiks, mis kujutab ainet, milles prootonid on. Protsess on täiesti ohutu, sest magnetväli ja raadiolained ei tee mingit kahju. Tõepoolest, raadiolained, mida kiirgavad raadiojaamad, sideantennid ja isegi sidesatelliidid, läbivad inimest pidevalt.

Miks saavad hoolimata protseduuri ohutusest väga harvadel juhtudel mõned patsiendid põletada? Miks on mõned tätoveeringutega patsiendid tundnud kehamaalingute piirkonnas torkimist ja sikutamist? Miks on mõned neist kõvasti põletada saanud? Miks pole see protsess lubatud või soovitatav patsientidele, kellel on metallist implantaate (näiteks silmas, silmalaul, hammastel, samuti ei soovitata seda nendele, kel on teatud tüüpi rinnatoed või südameklapi osad)? Miks ei soovitata seda protseduuri tihti ka neile, kes on töötanud keevitajana või metallitöödel?

Vastus Enne kui ohtu hakati teadvustama, said mõned patsiendid põletada, kui neid puudutasid uuringute teostamisel kasutatavad elektrijuhid. Ükskord kinnitati narkoosi all oleva patsiendi sõrme külge seade, mis mõõdab hapnikusisaldust veres. See ainuke ühendus patsiendi ja jälgimisaparatuuri vahel (mis asus väljaspool MRT-seadmeid) ei kujutanud endast mingit ohtu. Sõrme külge kinnitatud juhe puudutas aga juhtumisi patsiendi käsivart. Juhtmeosa sõrme ja käsivarre vahel ning käsi nende kahe punkti vahel toimis suletud vooluringina. Raadiolainete sisselülitamisel tekitas muutuv magnetväli selles ahelas kiiresti voolu. Suur elektritakistus naha ja juhtme kokkupuutekohas põhjustas seal tugevat kuumenemist ja põletust. Et patsient oli narkoosi all, siis ei märgatud vigastust enne, kui ta MRT-seadmest välja võeti.

Teine oht patsienti põletada tekib siis, kui tema külge on kinnitatud pikk elektrijuht, mis toimib raadiolainete jaoks vastuvõtuantennina. Piki juhti tekib märkimisväärne elektriväli ja selle otsas on väli nii tugev, et tekitab sädemeid, mis patsienti põletavad.

Mõned mustad ja sinakasmustad värvained, mida kasutatakse tätoveerimisel ning silmalaineris, sisaldavad ferromagnetilist ainet (magnetiidinimelist raudoksiidi). Kui patsienti, kelle kehal on sellist pigmenti, liigutatakse MRT-seadmes magnetvälja sisse või sellest välja või kui magnetvälja tugevus muutub, siis muudab ferromagnetiline materjal oma paigutust. See sarnaneb paljuski sellega, kuidas kompassinõel magnetvälja või sellest eemale liikudes suunda muudab. Mõned patsiendid tunnevad seda torkimise ja sikutamisena nahal. Nendel üksikutel juhtudel, kui nahk on saanud põletada, on moodustanud tätoveeringu ferromagnetiline pigment kinnise (või peaaegu kinnise) ahela. Ilmselt suudavad raadiolained sellises ahelas tekitada voolu, mis on piisavalt tugev, et nahka kuumutada ja põletada.

Metallimplantaadid raskendavad MRT kasutamist, sest need moonutavad kujutist. Implantaadid, milles on ferromagnetilist materjali, võivad patsiendi magnetvälja viimisel ja sealt eemaldamisel pöörduda nagu kompassinõel. Tihti polegi seda liikumist märgata, kuid südameklapi või kehas oleva terasest kuuli pööramine võib olla ohtlik. Silmas olevate implantaatide või keevitusel ja metallitöödel sinna sattunud prahi liikumine võib samuti ohtlik olla. Minevikus olid mõnede kunstrindade detailid ferromagnetilisest materjalist ja need kippusid indutseeritud voolude tõttu kuumenema. Tänapäeval aga MRT-spetsialistid teavad ohte ja oskavad anda suuniseid, mis tagavad patsiendi ohutuse.