NÜKLEER MANYETİK REZONANS ve
MANYETİK GÖRÜNTÜLEME:

Atom ve çekirdeği yapısını aydınlatmak üzere 20. yüzyılın başında yoğunluk kazanan teorik bilimsel çalışmaların yararlı pratiğe aktarılan sonuçlarından biri de çekirdek manyetik rezonans spektroskopisi ve buna dayalı geliştirilen görüntüleme tekniğidir.
 
Fiziksel temeli:1924 yılında Pauli atom çekirdeğinin de bir momenti (spini) olduğunu, bunun sonucu çekirdeğin bir manyetik momenti olacağını, çekirdeğin manyetik alanda bulunması halinde spin enerjilerinin yarılacağını söylemiştir. Ancak çekirdek spin ölçümüne dayalı bir ölçüm aleti ve spin enerjisi değişiminin sonucunda elektro manyetik ışınları absorpsiyonun ölçülmesiyle manyetik aktif çekirdeğin tayinine dayalı bir alet yapma 1946 yılına kadar hatırlanmamıştır. Atom çekirdeği oluşturan proton ve nötron sayılarından en az birisi tek olan çekirdeklerin spin kuvant sayıları sıfırdan farklı olup, çekirdeğin dönmesi sırasında dönen bir topaç gibi presisyon hareketi yapar ve manyetik alan oluşturur.  Ancak çekirdekler dış bir manyetik alan yokluğunda gelişigüzel yönlendiklerinden spin enerji farkı gözlenemez.Dış
bir manyetik alan içerisinde
bulunması halinde ise çekirdek spin yönlenmelerine göre spinler arasında enerji farkı oluşur. Uygulanan manyetik alan şiddeti arttıkça enerji seviyeleri arası fark da artar. Dıştan bu enerji farkına uygun elektromanyetik dalga (ışın) gönderildiğinde alttaki enerji seviyesinden yüksek enerji seviyesine geçer, yani uygulanan alanda açılan enerji seviyesi farkı ile rezonans gerçekleşir. Bu nedenle olay nükleer manyetik rezonas (NMR) olarak adlandırılır. NMR manyetik alan
şiddeti veya frekans taranarak gerçekleştirilebilir. Bu olayı ilk kez 1946 yılında Stanford Üniversitesinden Bloch Harward Üniversitesinden Purcell bağımsız çalışmalarında aynı
zamanda gözleyerek alet oluşturmaya çalışmışlar ve bu çalışmaları ile 1952 yılı Nobel ödülünü ortak almışlardır.
Bu olayın ortaya konmasından kısa süre sonra kimyacılar manyetik alana konarak incelenen çekirdeğin radyo dalgaları bölgesinde elektro manyetik ışını absorpladığında absorpsiyon bandının çekirdeğin kimyasal
çevresi tarafından etkilendiğini
görerek kimyasal madde yapısının incelenmesinde kullanılabileğini düşündüler. Ancak kiimyasal çevreye bağlı absorplanan enerji farklarının gözlenebilmesi için aletin ayırma gücünün büyük olması gerektiği, bunun içinde dış manyetik alanın daha kuvvetli olması gerektiğini anladılar. Çekirdekdeki spin enerji farkları yarılması ile 5-900 MHz arası frekanslardaki radyo dalgalarını absorpladığından bu farkı yaratan dış manyetik alanın da 0,1-21 Tesla arası olması gerekir. Örnek olarak dış alan 2,1 Tesla olursa absorplanan frekans 90 MzH olur. Kimyasal çevrenin etkisi ise ancak 0-10 Hz kadar absorplanan frekansı değiştirir. Yani ister mıknatısın alan taraması, ister absorplanan frekansın taranması milyonda bir (hatta iyi ayırma için 100 milyonda bir) duyarlıkla yapılmalıdır. Çok iyi ayırma için kullanılan alanın da çok büyük olması gerektiğinden aletlerin ortamdan ve yerin manyetik alanı etkisini düzelten büyük alan
oluşturan, özel mıknatıslar kullanılması gerekeceğinden alet fiyatları da çok artar.
 
Tüm nötron veya proton sayısı tek olan çekirdeklere sahip element ve izotopları manyetik aktif olmasına rağmen her çekirdeğin duyarlığının farklı olması ve de absorpladığı frekans aralığının değişik olması nedeniyle tüm çekirdekler aynı aletle ölçülemez. Her çekirdeğin incelenmesi için ayrı alet alma çok masraflı olacağından piyasada en çok hidrojen çekirdeğinin (protonun) incelendiği H-NMR, ve
C13 izotopunun birlikte ve ayrı
ayrı incelendiği C-NMR aletleri bulunmaktadır. Çok özel amaçlı da flor, fosfor ve sodyum incelenen aletler vardır. Aslında tüm organik maddelerin içerdiği karbon (C 12) ve oksijen
(O-16) en bol izotoplarının NMR aktif olmaması bir eksiklik değil üstünlüktür.

Aksi halde yapı tayini çok daha karmaşık olurdu. HNMR prensip olarak tüm organik kimyasal maddelerde ve su gibi inorganik maddelerde hidrojen bulunduğundan, protonun absorpladığı frekans milyonda bir-on (1-10 ppm) arası çekirdek etrafındaki elektron yoğunluğu (elektronegatiflik) ve anizotropi (uzaydaki konum, bağ türü) etkilendiğinden, buna ek olarak da komşu atom üzerindeki protonların sayı ve konumlarının bile frekansı etkilediğinden (spin-spin etkileşimi 0,01-01 ppm) en iyi kimyasal yapı tayini tekniğidir. C13 de ek incelenirse
yapı daha iyi aydınlatılabilir. Bu
teknik bir spektroskopi tekniği
(NMR-Spektroskopisi) kimyacılar, biyokimyacılar, eczacılar ve fizikçiler tarafından 1953 yılından bu yana başarı ile kullanılmakta olup çok büyük ayırmalı, Fourier dönüşümlü, pulslu, çift rezonanslı, çift boyutlu model ve çeşitleri yaygın olarak kullanılmaktadır.
NMR İLE TIBBI GÖRÜNTÜLEME (MRI)

Tamamen bilimsel araştırma ve kimyasal yapı tayini için düşünülen NMR teknikleri son yıllarda tıbbı görüntüleme (MRI) amacıyla da yaygın kullanım alanı bulmuş, neredeyse
X-ışınları görüntülemenin yerini almıştır. Yukarıda anlatılan NMR ile aynı prensibe dayanmasına rağmen uygulama şekli biraz farklılık gösterir. İnsan ve hayvan vücudunun ve organlarının büyük bölümü su ve organik maddelerden oluştuğuna ve bunlar da hidrojen içerdiğine göre HNMR bu yapıların incelenmesinde de yararlı olabilir düşüncesiyle başlatılan uygulama artık çok yaygınlaşmış ve rütin uygulama haline gelmiştir.
 
İki uygulama arasındaki başlıca fark organik madde yapı tayininde sulu çözelti kullanılmaz ve alanın örnek üzerine homejen etkisi istendiğinden örnek mıknatıs arasında hızla döndürülür. İnsan ve hayvan incelenirken su uzaklaştırma söz konusu bile olmayacağı gibi incelenen objenin döndürülmesi de söz konusu olmayacağından bu özellikler dikkate alınarak teknik bazı değişiklikler yapılmıştır. Gerçi ölçülen yine hidrojen çekirdeği (proton) rezonansıdır. Ancak örneğimiz homojen değil, canlı veya yarı katı dokudur. Gerçi radyo dalgalarının ve uygulanan manyetik alanın insan ve canlı dokusuna bir zararı, deforme edici etkisi olmaz. Ancak yine de manyetik alan şiddeti düşük tutulur ve doğal olarak
homojen olmayan objede rezonans gerçekleşeceğinden alınan sinyallerin işlenmesi, değerlendirilmesi, uygulama şekli amaca göre düzenlenerek uygulanır. Alanın etkisi homejen olmaması özel bir sistemle incelenen nesnenin seçilen 2 noktasına farklı alan uygulanır ve o noktalardaki protonların farklı frekansta rezonas yapacağı ilkesi doğrultusunda alan ve frekans taraması yapılır. Örnek olarak a ve b gibi 2 nokta arasında 10-5 T/cm gibi bir alan taraması bir doğrultu boyunca taranırken bu 2 nokta arasında 425 Hz lık pulslar (atımlar) halinde frekans gönderilir. Bu tür bu alan taramasına bağlı pulslı tarama x,y ve z ekseni boyunca uygulanır. Tüm bilgiler, veriler ve sinyal bir PC ye kaydedilerek sonra istenildiği gibi daha küçük aralıklarla geri çağrılabilir, 2- 3 boyutlu görüntü oluşturulabilir. Bu sistemle gıda ve diğer benzeri katı, yarı katı tüm biyolojik objeler incelenebilir.

MRI de uygulanan radyo dalgasının doku üzerine bir zararı olmadığı gibi alete bağlı daha büyük ayırma sağlandığından X- ışını tekniğinden daha ayrıntılı görüntüleme yapılabilir. Ancak anlatılan tarama süresi halen çok uzun olması kötü yanıdır. Özellikle kanamalı hastalarla psikolojik sorunlu hastalar bu süreden etkilenebilir. Diğer bir sorun da bu aletlerin milyonlarca dolar gibi bir fiyatla pazarlanmasıdır. Maalesef ülkemizde çok sayıda bu pahalı alet satıldığından hekimlerimiz de basit x-ışını veya ultrasonla yapılacak tetkik için bile MRI isteyebilmektedir.

Dünyada çok az olmasına rağmen ülkemizde sayısı hızla çoğalan bir sistem de kalp ve dolaşım sisteminin ayrıntılı incelenebildiği elektron, iyon, pozitron demeti esaslı tarama teknikleridir. Bu sistemler çok daha pahalı olup, daha çok anjiyografi tanı yöntemi olarak bilinmektedir. Tüm kalp ve damarların üç boyutlu renkli durumunu göstermektedir.

Ülkemizde ne kimyasal amaçlı NMR-spektrometresi ne de tıbbi amaçlı MRI aletlerinin üretimi yapılmaktadır. Maalesef bu aletler ve teknoloji tamamen ithal olup, kursları bile yurt dışında verilmektedir. Hatta uzun yıllar önce bir NMR aleti yerli yapıldı. Yıllar önce sunduğum bir tebliğin ardından Doğu Avrupa ülkelerinden bir arkadaş döviz yokuğunda bu tür aletleri kendilerinin yaptıklarını söylemişti. Bu aletler satış fiyatlarının onda birine üretilebilir. Gerisi fakirden zengine araştırma ve teknoloji desteği karşılığı ödenen paradır. Umarım ülkemizde de araştırmaya dayalı pahalı kimyasal ve tıbbi aletlerin üretimi gerçekleştirilir.