அறிவியலின் வழியாக அளப்பரிய பயன்களை மட்டும் பெற்றுக்கொள்கிறோம். ஆனால், அதன் அடிப்படைகளைப் பற்றி என்றேனும் அறிந்துகொள்ள முயன்றிருக்கிறோமா என்றால் பெரும்பாலும் இல்லைதான். அறிவியற்கண்டுபிடிப்புகள் யாவையும் அறிவியலாளர்களின் நோக்கற்கரிய நோக்கால், நுண்ணறிவால் விளைபயனை உலகிற்கு கொடுக்கப்பட்ட கொடைகள். அதுவும் இதுபோன்ற நோயுணர்த்தும் கருவிகளைக் (diagnostic tools) கண்டுபிடித்தவர்களைத் தெய்வங்கள் என்று சொன்னாலும் மிகையாக இருக்காது. இந்தக் கண்டுபிடிப்புகள், கோபுரத்தையும், குடிசையையும் ஒன்றெனக் கருதும் மழையைப்போல, கோடிகளில் புரள்பவரையு ம், அடுத்தவேளை உணவுக்காகப் போராடும் ஏழையையும் ஒன்றெனக்கருதிப் பயனளிக்க வல்லவை. சரி MRI (Magnetic Resonance Imaging) என்றால் என்ன? அதன் அடிப்படைகள், பயன்கள், வேதியியலின் பங்கு என்ன என்பது பற்றியும் தமிழ்கூறும் நல்லுலகத்துக்குப் பகிர்ந்துகொள்ள முயல்கிறேன். தமிழ் இளநிலை -முதுநிலை அறிவியலாளர்களுக்கும், அறிவியல் விரும்பிகளுக்கும், பயனுள்ளதாக இருக்குமென்றும் நம்புகிறேன்.
நோயுணர்த்திகள் (Diagnostic Tools)
1895 களுக்கு முன்னம், உடலில் உள்ளுறுப்புகளில் ஏதேனும் பழுது என்றால், உடலை அறுத்துத்தான் கண்டறியமுடியும். வெறும் அனுமானத்தில், அவதானிப்பில், பட்டறிவில் தான் மருத்துவம் செய்தார்களேயொழிய, உடலின் உள்ளே, இன்ன இடத்தில், இன்னது ஏற்பட்டிருக்கிறது என்று அறுதியிட்டுச் சொல்லும் முறையெல்லாம் சாத்தியமாகி இருக்கவில்லை. 1895 களில் இராயின்டஜன் என்பவர், அதிவேக மின்காந்த அலைகளை, கடினமான உலோகப்பரப்பில் மோதவிட்டபோது, ஒருவகையான அதிக ஆற்றலுடைய, அதேசமயம் அதன் பண்புகள் இன்னதுதான் என்று முழுமையாக அறுதியிட முடியாத, ஒருவகைக் கதிர்கள் வெளியாவதைக் கண்டுபிடித்தார். அவ்வாறு, முழுமையாக கண்டுணரமுடியாத, அவ்வகைக் கதிர்வீச்சுக்கு "X" வகை, அதாவது unknown (X) rays என்று பெயரிட்டார். இந்த X-Ray கதிர்வீச்சானது, சதையை ஊடுருவிச் செல்லும். ஆனால் எலும்பை ஊடுருவமுடியாமல் எதிரொளித்துத் திரும்பிவந்துவிடும். அந்த எதிரொளிப்பைத்தான் நாம் X-Ray படமாக மாற்றிக் கொள்கிறோம். ஆகவே X-Ray தான் முதன்முதலாக மனித உடலுக்குள் நடந்திருக்கும் சீர்கேட்டை அல்லது எலும்பு முறிவை, கத்தியின்றி இரத்தமின்றி தெளிவாகக்காட்டிய கருவி ஆகும். இதன்பின்னர்தான், அதே மின்காந்த அலைகளை மூலமாகக் கொண்ட Computer Tomography (CT-Scan), நுண்ஒலியலைகளை (அதாவது நுண்ணிய சத்தத்தை) உடலுக்குள் அனுப்பி உள்ளுறுப்புகளில் மோதவிட்டு, எதிரொலியாகத் திரும்புவதைக் கணினியில் படமாக்கிக் காட்டும் கருவியான Ultrasound Scan, அணுக்கரு கதிர்வீச்சைக் (Nuclear Energy) கொண்டு உருவாக்கப்படும் Positran Emission Tomography (PET) என்று படிப்படியாக நோயுணர்த்தும் நுட்பங்கள் பெருவுருவாக வளர்ந்து நிற்கின்றன. அந்தவரிசையில் காந்தஅலைகளை, ரேடியோ அலைகளுடன் சேர்த்து உடலுக்குள் அனுப்பி உள்ளுறுப்புகளைத் தெள்ளறப் படமாக்குவதுதான் MRI-Scanning முறை ஆகும். இதைக் கண்டுபிடித்தவர்கள் Paul Lauterbur மற்றும் Sir Peter Mansfield (நோபல் பரிசும் பெற்றனர்)
தண்ணீர் தண்ணீர்!!
உண்மையிலேயே MRI கருவியின் முதன்மையான வேலை என்னவென்றால் நம் உடலுக்குள் இருக்கும் தண்ணீரைப் படமெடுப்பதுதான். தண்ணீரைப் படமெடுப்பதென்றால்?? இவ்வுலகம் நீராலானது என்பதைப்போல, நம் உடலும் 70% தண்ணீரால் ஆனதுதான். தண்ணீரென்பது இரண்டு ஹைட்ரஜன்கள், ஒரு ஆக்சிஜன் பிணைந்துதான் H2O உருவாகிறது. MRI க்கு ஆக்சிஜன் தேவையில்லை. ஏனென்றால் ஆக்சிஜன் காந்தவிசைக்குக் கட்டுப்படுவதில்லை. ஆனால் ஹைட்ரஜன் அணுவானது மந்திரவாதிக்குக் கட்டுப்படும் குட்டிச்சாத்தானைப்போல, காந்தவிசைக்குக் கட்டுப்பட்டு தானும் ஒரு காந்தமாக மாறிவிடுகிறது.
ஹைட்ரஜன் காந்தமாகுமா?
உலகிலிதுவரை கண்டுபிடிக்கப்பட்ட 118 தனிமங்களுக்கெல்லாம் முதன்மையானதாகவும், மிகமிகமிகச் சிறிய அணுவாகவும் இருப்பதுதான் இந்த ஹைட்ரஜன். ஹைட்ரஜன் அணுவில் ஒரு எலக்ட்ரானும் (எதிர்மின்துகள்-Negatively charged), ஒரேயொரு புரோட்டானும் (நேர்மின்துகள்-Positively charged) இருக்கின்றன. "வார்டன் ன்னா அடிப்போம்" ங்கற வடிவேலு காமெடி யைப்போல, எந்தவொரு மின்னேற்றம் பெற்ற (Charged species) துகளை காந்தப்புலத்தில் வைத்தாலும் அது தன்னைத்தானே காந்தவிசையின் அச்சை மையமாகக் கொண்டு சுழலும். அதாவது நேர்மின்னேற்றம் (Positively charged) பெற்ற புரோட்டானையோ அல்லது எதிமின்னேற்றம் (Negatively charged) பெற்ற எலக்ட்ரானையோ காந்தப்புலத்தில் வைத்தால் அது தன்னைத்தானே சுழலத் தொடங்கும். அப்படியானால், மேற்சொன்ன இரண்டு வகையான துகள்களையும் பெற்றிருக்கிற ஹைட்ரஜனும் சுழலுமல்லவா? ஆம்!! காந்தப்புலத்தில் வைக்கப்பட்ட ஒவ்வொரு ஹைட்ரஜனும் தன்னைத்தானேச் சுழலும். அவ்வாறு சுழலும்போது தன்னைச்சுற்றி ஒரு காந்தப்புலத்தையும் உருவாக்கிக் கொள்கிறது. ஹைட்ரஜன் அணுவானது, ஒரே ஒரு நொடிக்குள் 63,000,000 முறைகள் தன்னைத்தானேச் சுழன்று விடுகிறது.
மனிதவுடலுக்குள் எண்ணிலடங்காக் காந்தங்கள்
மனித உடலுக்குள் 70% தண்ணீர் இருக்கிறதென்பதால் கோடானுகோடி நீர் மூலக்கூறுகள் இருக்குமல்லவா? அப்படியென்றால்
மனித உடலை காந்தப்புலத்துக்குள் கொண்டுசெல்லும்போது, ஒரு நீர் மூலக்கூறுக்கு இரண்டு ஹைட்ரஜன் காந்தங்கள் என்ற கணக்கில், உடலில் இருக்கும் கோடானுகோடி நீர் மூலக்கூறுகளின் இருமடங்கு ஹைட்ரஜன் காந்தங்கள் உடலுக்குள் உருவாகின்றன. அத்தனை ஹைட்ரஜன் காந்தங்களும், நம் உடலுக்குள் காந்தவிசை செலுத்தப்படும் திசையையே அச்சாகக் கொண்டுத் தன்னைத்தானேச் சுழல்கின்றன. அண்டத்தின் விசையில், நாமிருக்கும் இந்தப் புவிப்பந்தும் இப்படித்தான் சுழல்கிறது, புவிகாந்தப்புலமும் உருவாகிறது.
மனித உடலை காந்தப்புலத்துக்குள் கொண்டுசெல்லும்போது, ஒரு நீர் மூலக்கூறுக்கு இரண்டு ஹைட்ரஜன் காந்தங்கள் என்ற கணக்கில், உடலில் இருக்கும் கோடானுகோடி நீர் மூலக்கூறுகளின் இருமடங்கு ஹைட்ரஜன் காந்தங்கள் உடலுக்குள் உருவாகின்றன. அத்தனை ஹைட்ரஜன் காந்தங்களும், நம் உடலுக்குள் காந்தவிசை செலுத்தப்படும் திசையையே அச்சாகக் கொண்டுத் தன்னைத்தானேச் சுழல்கின்றன. அண்டத்தின் விசையில், நாமிருக்கும் இந்தப் புவிப்பந்தும் இப்படித்தான் சுழல்கிறது, புவிகாந்தப்புலமும் உருவாகிறது.
உடலென்பது ஒன்றானாலும், பல்வேறுபட்ட உள்ளுறுப்புகளால் யாக்கப்பட்டது அல்லவா? அதுபோல நீர் மூலக்கூறின் வடிவம் (H2O) ஒன்றானாலும், அதன் வேகம், அடர்த்தி, சுற்றுப்புறம் போன்றவை உறுப்புக்கு உறுப்பு மாறுபடும். ஆகவே அதன் சுழலும் வேகமும், அதனால் உருவாகும் காந்தப்புலத்தின் தன்மையும் மாறுபடுகின்றன. இதயத்திற்குச் செல்லும் இரத்தக்குழாய் ஒன்றை உதாரணமாக எடுத்துக்கொள்வோம். சிவப்பணுக்கள், வெள்ளையணுக்கள், புரதங்கள், நுண்தாதுக்கள், இன்னபிற என்று யாவும் தண்ணீரில் கலந்துதான் இரத்தம் உருவாகிறது. இரத்தக் குழாயில் எந்தவொரு தடையுமில்லாமல் இருந்தால் ஹைட்ரஜன் அணுக்களின் சுழற்சியிலோ, உருவாகும் காந்தப்புலத்திலோ எவ்வித மாறுதலும் இருக்காது. ஆனால் அதன் வழியில் ஏதேனுமொரு அடைப்போ, துளையோ அல்லது வேறு ஏதேனுமொரு தடையோ இருந்தால் அவ்விடத்தில் (நீர்மூலக்கூறில் இருக்கும்) ஹைட்ரஜனின்
சுழற்சியில், காந்தப்புலத்தில் மாற்றமிருக்கும். அந்த மாற்றத்தைப் படமாக்கி உணர்த்துகின்ற கருவிதான் MRI.
சுழற்சியில், காந்தப்புலத்தில் மாற்றமிருக்கும். அந்த மாற்றத்தைப் படமாக்கி உணர்த்துகின்ற கருவிதான் MRI.
MRI செயல்படும் முறை
வட்டவடிவமாக இருக்கும் MRI கருவிக்குள் நம்மைக் கொண்டுசென்று உடலின் எல்லாப்பகுதிக்கும் சரிசமானமாகக் காந்தவிசையைச் செலுத்துவார்கள். அப்போது நம் உடலிலுள்ள அத்தனை நீர் மூலக்கூறுகளின் ஹைட்ரஜன்களும் காந்தமாகிச் சுழலத் தொடங்குகின்றன. பெரும்பாலும் MRI கருவிகளில் 1.5 முதல் 3.0 Tesla அளவிலான காந்தவிசை மனித உடலுக்கு கொடுக்கப்படுகிறது. இது கிட்டத்தட்ட புவியின் காந்தப்புலத்தின் விசையைவிட 50000 மடங்கு அதிகம். ஒரு ஹைட்ரஜன் அணுவை நொடிக்கு சராசரியாக 63,000,000 முறைகள் சுழல வைக்கவே இவ்வளவு மிகையான காந்தப்புலவிசை கொடுக்கப்படுகிறது. கூடவே ரேடியோ அலைகளையும் 63.9 MHz நம் உடலுக்குள்ளே செலுத்தப்படுகிறது. எதற்காக என்று தெரிந்துகொள்ள ஒரு சுழல்கின்ற பம்பரத்தைக் கற்பனை செய்துகொள்வோம். சாட்டையில் சுழற்றிவிட்ட பம்பரம் மிகவேகமாகச் சுழலும்போது, தன்னைத்தானே சுழன்றுகொண்டே பம்பரத்தின் தலைப்பகுதியும் சற்று வெளிப்பக்கமாகச் சாய்ந்து சுற்றுவதைப் பார்க்கலாம். அதையேதான் ஹைட்ரஜனும் அதிவேகத்தில் சுழலும்போது பம்பரத்தைப்போலவே காந்தவிசை அச்சுக்கு வெளிப்பக்கமாகச் சாய்ந்து சுற்றுகிறது. சாட்டையிலிருந்து கொடுக்கப்படும் ஆற்றலால் பம்பரம் சுழன்றுகொண்டே சுற்றுவதைப்போல, ஹைட்ரஜன் சுழன்றுகொண்டே வெளிப்பக்கம் சாய்ந்து சுற்றுவதற்கு ரேடியோ அலை ஆற்றல் (63,000,000 rotations per second = 63.9 MegaHertz) தேவைப்படுகிறது. அதாவது நிலையான காந்தப்புலத்தில் மனித உடலை வைத்துவிட்டு, படிப்படியாக ரேடியோ அலைகளின் செறிவைக் கூட்டிக்கொண்டே சென்று ஹைட்ரஜன்களின் சுழற்சியை, சுற்றும் ஆற்றலை, காந்தப்புலத்தைக் கணக்கிடுவதன் மூலம் உடலில் மாறுபாடு அடைந்த பகுதியை படமாக்கிக் காண்பிப்பதைத்தான் காந்தவிசை ஒத்ததிர்வு படமாக்கி ஒருசில நிமிடங்களில் கத்தியின்றி, இரத்தமின்றிச் செய்துவிடுகிறது.
MRI தொழில்நுட்பத்தில் வேதியியலின் பங்கு
இயற்பியல், பொறியியல், உயிரியல், மருந்தியல் என்று எல்லாத் துறைகளும் சேர்ந்து உருவாக்கிய படைப்புதான் இந்த MRI கருவி ஆகும். ஆயினும் வேதியியல் துணைசெய்யவில்லை என்றால் நான் மேலே விளக்கியதைப்போல உடல் உள்ளுறுப்புகளைப் படமாக்கினாலும் அவ்வளவு தெள்ளத்தெளிவாக இருக்காது. காரணம் மற்ற அணுக்களைவிட ஹைட்ரஜனின் காந்தமாகும் பண்பு சற்று குறைவு என்பதால்தான். அதற்காக அதிக காந்தமாகும் திறமுள்ள கடோலினியம் என்னும் உலோகத்தாலான சேர்மத்தை MRI படமெடுப்பதற்கு முன்னால் நம் உடலுக்குள் செலுத்தப்படும். காரணம் கடோலினியம் சிறந்த காந்தமாக்கியாகச் செயல்படுவதால் உடலிலுள்ள எல்லாப் பகுதியிலிருக்கும் (நீர்) ஹைட்ரஜன்களை மிகவேகமாக காந்தமாக்கிவிடும். தடையுள்ள பகுதியிலிருக்கும் தண்ணீர் ஹைட்ரஜனும் காந்தமாகிவிடுவதால் எளிதில் அவற்றின் சுழற்சி, ஆற்றல், காந்தப்புல வேறுபாடுகளைக் கொண்டு கணினி நமக்குப் படமாக மாற்றிக் காட்டிவிடுகிறது. ஆகவே தான் இதுபோன்ற காந்தமாக்கும் மற்ற உலோகங்களான தாமிரம், இரும்பு, மாங்கனீசு போன்றவைகளாலான சேர்மங்களை MRI Contrasting Agents (MRI படத்தெளிவாக்கி) ஆகப் பயன்படுத்த ஆய்வுகள் உலகெங்கும் நடைபெற்று வருகின்றன (என்னுடையது உட்பட).
முனைவர் செ. அன்புச்செல்வன் .
01/10/2017 (4.00 am)
https://www.facebook.com/sanbu.selvan.7/posts/1593441640714654
கருத்துகள் இல்லை:
கருத்துரையிடுக