1 / 45

Fys-Kje 4740 Kapittel 1 Vlaardingerbroek/den Boer

Fys-Kje 4740 Kapittel 1 Vlaardingerbroek/den Boer. Kapittel 1. Vi avbilder enten: Fritt vann Vann bundet til makromolekyler 1 H protoner som inngår i makromolekyler lar seg ikke avbilde grunnet for rask relaksa- sjon (CH 3 ). Kapittel 1.

benard
Download Presentation

Fys-Kje 4740 Kapittel 1 Vlaardingerbroek/den Boer

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Fys-Kje 4740 Kapittel 1 Vlaardingerbroek/den Boer

  2. Kapittel 1 • Vi avbilder enten: • Fritt vann • Vann bundet til makromolekyler • 1H protoner som inngår i makromolekyler • lar seg ikke avbilde grunnet for rask relaksa- • sjon (CH3).

  3. Kapittel 1 I et NMR eksperiment er signalet avhengig av vevets protontetthet og relaksasjons egen- skaper. Når vi bringer et spinn-system ut av likevekt, vil systemets vekselvirkning med nærliggende makromolekyler og frie protoner bestemme relaksasjonen . Med relaksasjon mener vi en forandring i NMR signalet som funksjon av tid like etter eksitasjonspuls.

  4. Material χ m=Km-1(x 10-5) Paramagnetic Iron aluminum alum 66 Uranium 40 Platinum 26 Aluminum 2.2 Sodium 0.72 Oxygen gas 0.19 Diamagnetic Bismuth -16.6 Mercury -2.9 Silver -2.6 Carbon (diamond) -2.1 Lead -1.8 Sodium chloride -1.4 Copper -1.0 Permabilitet, Km: Når et materiale blir plassert i et magnetfelt er permabiliteten forholdet mellom indre og ytre magnetfelt. Suscepibilitet, χ: Magnetisk susceptibilitet er definert som: χm= (Km – 1)*10-5

  5. B z M y x Kapittel 1 M = χ H M = vevets magnetisering χ = vevets susceptibilitet H = ekstern felt (B= Km H) Km = vevets permabilitet χ < 0: Diamagnetisme χ = 1: Ikke magnetisk χ > 0: Paramagnetisk χ >> 0: Ferromagnetisk

  6. B0 B0 z ω0 z` y y` x x` Roterende referanse Laboratorie referanse

  7. Larmors likning ω0 (rad/s) = γ (rad/s/Tesla) x B0(Tesla) γhydrogen = 2.68 *108 rad/s/Tesla /2π fL (MHz) = γ (MHz/Tesla) x B0(Tesla) Joseph Larmor γhydrogen = 42.58 MHz/Tesla

  8. Rotasjon z I MRI brukes korte RF pulser til å forandre retningen på magneti- seringsvektoren M. For å oppnå en rotasjon av M rundt en gitt akse anvendes et lineær polarisert og pulset magnetfelt, B1, langs denne aksen. M y` B1 x`

  9. Rotasjon B1 Brot2 Brot1 RF pulsens magnetfelt, B1, er generert av to sirkulær polariserte felter som hver roterer med ω0 , men i motsatt retning ω0 ω0 B1 tid

  10. tB1= α / γ B1 Rotasjon z` RF pulsens varighet er bestemt av flip vinkelen, α’s, verdi. α M y` x`

  11. Rotasjon Oppgave 1.1: Beregn B1-feltets styrke ved en 1.5ms, 45° RF puls.

  12. Mxy tid Eksitasjon NMR signalet kan registreres i det samme øyeblikk en komponent av M finnes i xy-planet (Mxy). I videre signalbehandling ser vi bort fra forandringen av magnetiseringen i xy-planet under RF pulsen, men følger denne videre etter RF pulsen (FID-del). Free Induction Decay (FID) RF

  13. Eksitasjon

  14. Magnetfelt gradienter • Magnetfelt gradienter besørger • den romlige kodingen av NMR • signalet: • - snittutvelgelse • - snittkoding • Utviklingen har gått mot kraftigere • og raskere gradienter I I I I Gradient spole

  15. Magnetfelt gradient I1 I2 Maxwell pair

  16. Magnetfelt gradient Gradient styrke (mT/m) Gradient styrke Stigningstid (ms) Slew rate (mT/m/ms) = Stigningstid

  17. Magnetfelt gradient De første magnetfeltgradientene var på 3mT/m med en minimum stigningstid på 1ms. Dagens standard gradienter er på 25-30mT/m med en minimum stigningstid på 0.2-0.4ms. Det er i tillegg mulig å kjøpe gradienter brukt spesielt til diffusjons pulser. Disse kan ha en styrke på ca. 60mT/m. Grensen for max. gradientstyrke og min.stigningstid er fysiologisk betinget. Ved rask gradientswitching oppstår nervestimuli. Dette kjennes hos pasienten som små rykkninger.

  18. δBG,z (z) = Gzz δBG,z (y) = Gyy δBG,z (x) = Gxx Magnetfelt-gradient y z x

  19. Snitt seleksjon Snitt seleksjon skjer ved at en RF puls med en gitt frekvensbåndbredde anvendes samtidig som en gradientpuls. Gradientpuls retningen er vinkelrett på det valgte snittet. Ved å variere båndbredde eller gradient styrke kan ulike snitt tykkelse oppnås.

  20. Snitt seleksjon f(z) = γ (B0 + Gz* z)

  21. Snitt seleksjon Snitt RF-puls Seleksjons gradient RF tid Spin system Seleksjon gradient Gz Refase gradient tid Refase gradient Spin system

  22. Free Induction Decay (FID) - Etter en 90° puls har vi maksimum signal induksjon i mottaker spolen. Dette signalet vil forsvinne med en gitt relaksasjonskonstant. δBm er randomiserte feltforandringer som skyldes bevegelse av makromolekyler, samt andre spinn. δBs er inhomogeniteter i det eksterne magnetfeltet.

  23. Free Induction Decay (FID) Magnetfeltinhomgeniteter betyr at spinnene opplever forskjellige resonansbetingelser. Dette medfører ulik Larmor frekvens og dermed tap av den fase koherens spinnene har like etter RF pulsen. Relaksasjonskonstanten kalles T2*. S(t) δBm, δBs = S0 * exp (- t/T2*)

  24. Free Induction Decay (FID)

  25. 90° puls Defasing 180° puls Refasing til spinn ekko Spinn Ekko

  26. Spinn Ekko t=0 t=TE/2 t=TE 90° 180°

  27. 180° 180° 180° FA = 90° RF Z Y X Ekko Spinn Ekko • Bruker en 90°og • en 180° RF puls til • å generere ekko. • Ekkoet som oppstår • kalles spinn ekko (SE) • eller Hahn ekko. • Ved å anvende flere • 180° pulser kan man • skape flere ekko.

  28. Carr-Purcell-Meinboom-Gill (CPMG) En 90° x - 180°x - 180°x - 180°x - 180°x ….. sekvens vil raskt tape signal dersom 180°-pulsene ikke er nøyaktige. CPMG foreslo å bruke: 90° x - 180°y - 180°y - 180°y - 180°y ….. Dette medfører at annen hvert ekko gir max signal ved en konstant flip vinkel feil.

  29. 170° 170° 170° 170° Non Carr-Purcell-Meinboom-Gill (CPMG) Carr-Purcell-Meinboom-Gill (CPMG) 170° 170° 170° 170°

  30. Spinn Ekko Spinn ekko sekvensen er robust overfor susceptibilitets forskjeller eller andre ”feil” som medfører konstante inhomogeniteter i magnet- feltet. Dette betyr at NMR signalet ikke svekkes p.g.a. δBs. Det er dermed mulig å bruke multiple spinn ekko til å beregne signal bortfallet som følge av δBm. Dette bortfallet kalles ”spinn-spinn relaksasjon” og relaksasjonskonstanten kalles T2. S(t) δBm = S0 * exp (- t/T2)

  31. Spinn Ekko S S(t) δBm = S0 * exp (- t/T2) 90° 180° 180° 180° 180° 180° 180° t

  32. Frekvens koding Når snittutvelgelsen har funnet sted begynner koding av snittet. Den har som mål å gi MR signalet i hver voksel en unik kombinasjon av frekvens og fase. Gradientretningen som koder frekvens- informasjonen kalles: - frekvensretning (frequency) - måleretning (measurement) - utlesningsretning (read out)

  33. Frekvens koding Ved en spinn ekko sekvens anvendes først en gradient puls mellom 90° og 180° RF pulsene. Denne defaser spinnene. Etter refokuseringspulsen (180° pulsen) anvendes en ny gradient puls som refokuserer/refaser spinnene og et spinn ekko dannes. Mens NMR ekkoet dannes registreres (samples) signalet. Signalet består av mange frekvenser siden signalet er posisjons bestemt. De ulike frekvensene og deres signal styrke kan ekstraheres ved hjelp av Fourier analyse av det registrerte signalet.

  34. Frekvens koding δω = γGmFOV/2 Posisjon x=0 ω(0) frekvens

  35. Fase koding Når snittutvelgelsen har funnet sted begynner koding av snittet. Den har som mål å gi MR signalet i hver voksel en unik kombinasjon av frekvens og fase. Gradientretningen som koder fase- informasjonen kalles: - faseretning (phase) - preperasjon/prep (preparation) - evolusjon (evolution)

  36. Fase koding Fasegradienten vil i en spinn ekko sekvens aktiveres mellom 90° og 180° pulsene. Gradient retningen er ortogonalt på seleksjon og frekvens gradient retningene. I et standard bilde opptak er fase gradienten den eneste gradienten som varieres i styrke i løpet av opptaket. Hver forandring i gradient- styrke kalles et ”fasestepp”.

  37. Fase koding Fasekoding kan eksemplifiseres ved figuren til venstre. Signalet måles først uten fasegradient: S1 = S(0, y1) + S(0, y2) Deretter anvendes en fasegradient som tilfredstiller: σ2 - σ1= γGy(y2 - y1)tGy = π

  38. Fase koding Pånytt måles signalet og denne gangen har vi: S2 = S(0, y1) - S(0, y2) Vi har nå to likninger med to ukjent som dermed kan løses. Prinsippet kan utvides til den ønskelige matrisen.

  39. Komplett pulssekvens

  40. Snittinformasjon

  41. Hardware Kjennskap til: - Superledende magneter - ppm begrepet - Gradientspoler - Eddy strømmer/eddy strøm kompensering - RF-forsterker/RF spoler - Mottaker/mottaker spoler - Fysiologiske signal - Bruker-konsollet

  42. ppm - parts per million Begrepet ”ppm” brukes i MRI til å angi homogeniteten i hovedmagnetfeltet. ppm måles i Hz og denne verdien er avhengig av B0-feltets styrke. Eks. 1Tesla magnet: 1ppm utgjør 42,58 Hz 1.5Tesla magnet: 1ppm utgjør 63,87 Hz ppm = * B0 / 1*106

  43. Gradient spoler Gradient spoleranvendes for å skape linjære forandringer i hoved-magnetfeltet (Bo). Gradientspolen består av tre sett med spole-elementer. Til forandringer i z-retningen anvendes et Helmholtz par, mens for magnetfeltvariasjoner langs x- og y-aksen anvendes en dobbel salspole.

  44. RF spoler RF spoler er MR-systemets antenner som sender RF signalene (B1-feltet) inn i pasienten og/eller mottar NMR signalet fra pasienten. RF spoler kan være kun mottakere (”receive-only”) der body spolen brukes som RF sender, eller både mottaker og sender (”transceiver”). Overflate spoler (”surface coils”) har det enkleste spole designet. De består av en enkel lednings sløyfe, enten sirkulær eller rektangulær. Bildedybden er begrenset til ca. radius av spolen. Denne spoletypen blir oftest brukt til rygg, skulder og kjeveavbildning, samt små anatomiske områder. Dobbel salspole (”paired saddle coil”) er den vanligste spoledesignet for kne avbildning. Spolene gir god RF homogenitet. Helmholtz par består av to sirkulære og parallelle spoleelement. Denne spoletypen anvendes bl.a. til hofte og ryggavbildning. Fuglebur spolen (”bird cage coil”) er det spoledesignet som gir den beste RF homogeniteten. Spoletypen anvendes som oftest som en transceiver spole for hodeavbildning, men også som knespole.

  45. WWW: http://www.mr-tip.com/ http://www.mritutor.org/ http://www.amershamhealth.com/medcyclopaedia/medical/index.asp

More Related