Magnetisk resonanstomografi (MR)

Transkript

1 Magnetisk resonanstomografi (MR) Andreas Fhager TG 19 1

2 TG 19: 13.1 MRI 2

3 MR bilder T1-viktad bild T2-viktad bild 3

4 MR-bilder av stroke MRI of acute middle carotid artery (MCA) stroke on MRI at 12 hours postictus. T2-weighted image shows mild hyperintensity of the middle carotid artery territory (arrows). Noncontrast T1-weighted image demonstrates early stroke changes with effacement of cortical sulci in the MCA territory associated with swelling and mild hypointensity of the cortical ribbon (arrows). After contrast (gadolinium) administration, intravascular enhancement is present, indicating sluggish flow in the ischemic zone (arrows) 4

5 MR bilder 5

6 Angiografiska MR bilder 6

7 MR bild med kontrastmedel 7

8 Funktionell MR bild 8

9 Funktionell MRI Lokalisering av motoriska centra genom fmri där dessa centra aktiverats genom att man strykt lätt med en mjuk borste på armen. 9

10 Diffusions MR bild This image displays the cortical surface in transparent gray. Within the brain are shown fmri activations in teal, arteries in red, tumor in bright green, and white matter 10 fiber tracking in yellow.

11 Historik 1946 upptäckte Felix Bloch och Edward Purcell fenomenet magnetisk resonans fick de nobelpriset för denna upptäckt. På 50- och 60-talen användes MR för att undersöka små materialprov. I början av 70-talet föreslog Raymond Damadian och Paul Lauterbur NMR för medicinsk diagnostik oberoende av varandra. 11

12 Historik 1975 utvecklade Richard Ernst bildanalys i MR baserat på Fourier Transformen. Fick nobelpris 1991 för sin utveckling av högupplöst NMRspektroskopi demonstrerades helkropps MR utveklade Peter Mansfield teknik (EPI) som möjliggör snabb bildtagning. Senare utveckling möjliggör 30ms/bild. Tidigt 80-tal kom de första kommersiella systemen. 12

13 Nobelpris 2003 i medicin och fysiologi for their discoveries concerning "magnetic resonance imaging" Paul C. Lauterbur Peter Mansfield 13

14 TG 19: 12.2 Mest vanliga isotoper i MR 1 H 2 H 7 Li 13 C 19 F 23 Na 31 P 39 K 127 I Det krävs: udda antal protoner eller udda antal neutroner eller en udda kombination av båda 14

15 TG 19: 12.2 Fysikalisk princip Nettomagnetiserin g vid 0.25T och 25 C: 1 proton på en miljon 15

16 TG 19: 12.4 Precessionsrörelse Atomerna spinner i en precessionsrörelse Precession-and-Larmor-frequency Animations from: 16

17 TG 19: 12.3 Netto spin Spin vektorn kan delas upp i en komponent längs fältet och en vinkelrätt mot fältet Animations from: 17

18 Netto spin TG 19: 12.5 Nettospin längs det statiska magnetfältet Net-magnetization Animations from: Spinvektorerna roterar inte i fas så nettomagnetiseringen vinkelrätt mot fältet blir noll 18

19 TG 19: 12.4 Larmor frekvens Precessionen hos atomkärnan sker med frekvensen: ω = γh 0 0 H 0 Magnetfält γ Gyromagnetisk konstant För B=0,1 T: H: 4,2 MHz P: 1,7 MHz 19

20 TG 19: 12.4 Blochs ekvation Dynamiken i magnetiseringsvektorn beskrivs av Blochs ekvation: dm 0 = γm 0 dt H 0 20

21 TG 19: 12.6 Netto spin kan vridas 21

22 Nettospinnet kan vridas med en resonant radiopuls TG 19: Excitation Animations from:

23 TG 19: 12.7 Relaxation 23

24 TG 19: 12.7 Relaxation Relaxation-nmr Då RF-pulsen slagits av återgår magnetiseringsvektorn till sitt ursprungs tillstånd. Detta är efter en 90 puls. Animations from: 24

25 Relaxation TG 19: 12.7, Storleken på den longitudinella magnetiseringen vid relaxation. (T1 tid) Storleken på den transversella magnetisering vid relaxation (T2 tid) Relaxation-nmr Animations from: 25

26 TG 19: 12.7 Relaxationstider T1 och T2 26

27 TG 19: Mätning av magnetiseringsvektorn 27

28 Mätning av magnetiseringsvektorn (Free Induction Decay) Komponenten av magnetiseringsvektorn längs spolen är det som mäts. TG 19: 12.7 Spin-spin relaxationstiden mäts därmed. Animations from: 28

29 TG 19: 13.2 Gradientens inverkan på mätdata Larmorfrekvensen blir olika i olika delar av objeketet med en gradient 29

30 TG 19: 13.2 Rumskodning av signal 30

31 TG 19: 13.2 Rumskodning av mätdata Lägg en gradient över objektet En RF puls kan sen användas för att vrida magnetiseringen i önskat plan. I det valda planet precesserar magnetiseringsvektorerna nu med samma hastighet Animations from: 31

32 TG 19: 13.2 Rumskodning av mätdata Med en gradient i planet av en viss styrka och under en viss tid ändras precessionsfrekvensen olika mycket på olika platser i planet. Då gradienten slås av har fasen i olika delar av planet ändrats olika mycket. (Samma fas i raderna) Detta kallas faskodning. Animations from: 32

33 Rumskodning av mätdata TG 19: 13.2 Med ytterligare en vinkelrät gradient kan precessionshastigheten ändras så att den blir lika vinkelrätt mot den förra bilden. (Längs kolumnerna) Detta kallas frekvenskodning. Med denna gradient påslagen görs ett flertal mätningar av MR-signalen. Animations from: 33

34 Bildgenerering TG 19: 13.2 Bilden kan nu byggas upp i Fourierrummet med tex en sk. spin-eko-sekvens. En inverstransform ger bilden. Physics-behind-it-all/K-space Animations from: 34

35 TG 19: 13.2 Bildgenerering Gradienterna styr vilken del av Fourierrummet som mäts Animations from: 35

36 TG 19: 13.1 MR tomograf 36

37 TG 19: 13.1 MR tomograf 37

38 Hahn spin-eko sekvens TG 19: 12.9, Det finns ett stort antal puls- och gradientsekvenser för olika typer av mätningar. Här följer några exempel. 38

39 Magnetisering vid Hahn sekvens TG 19: 12.9,

40 CPMG spin-eko sekvens TG 19: 12.9,

41 TG 19: 12.9, Magnetisering vid CPMG sekvens 41

42 Stimulated Echo TG 19: 12.9,

43 Stimulated Echo TG 19: 12.9,

44 Skärmning TG 19: 12.9,

45 MR-spektroskopi 45

46 MR-spektroskopi Vid MRspektroskopi kan man få infomration om vilka kemiska substanser som är närvarande och var de finns i kroppen 46

47 Nyttiga webbsidor om MRI (Speciellt följande kapitel) Nuclear Magnetic Resonance MR Signal Spatial Encoding Image Formation Animations from: 47