Magnetic Resonance Imaging: Diversity of Contrast

1. Magnetic Resonance Imaging: Diversity of Contrast StérenCHABERT

2. Contenidos • Formación de Imágenes con Resonancia Magnética (RM) • Variedad de Contrastes obtenidos con RM • Imágenes anatómicas • Imágenes funcionales • Imágenes intervencionales

3. Formación de Imágenes

4. Polarización Excitación k-space imágen FFT-1 Reconstrucción Lectura Pasos

5. Estado natural de los spins • spin : momento angular característico de una partícula • Mayor interés en RM : el núcleo del hidrógeno

6. Polarización

7. Polarización • El porcentaje de spins que se alinean con el campo, depende de su intensidad • 1 Tesla = 10 000 Gauss Campo magnético de la tierra ≈ 0.5 Gauss 1.5 T ≡ 30 000 veces el campo de la tierra

8. Ángulo de nutación de la magnetización global • duración y amplitud de B1. Excitación • B1: campo magnético rotatorio a la frecuencia f de Larmor, específica de los spins a excitar (gyromagnetic ratio ) Núcleo Spin (MHz/T) H 1/2 42.58 “Pulso Radio Frecuencia” (RF)

9. Lectura

10. T1 T2 Relajación Relajación longitudinal T1 (spin-lattice) Relajación transversal T2 (spin-spin) (ecuación de Bloch)

11. Contraste

12. Lectura • Inducción de una corriente en la bobina receptora, que corresponde a la información de TODOS los SPINS, en todo instante de tiempo!

13. Excitación selectiva Pulso RF + gradiente de campo magnético “gradiente de selección de slice” (Gss)

14. Codificación espacial: en frecuencia • Aplicación de gradientes de campo magnético según una dirección (Gfreq)

15. Codificación en fase • Gradientes de campo magnético según una segunda dirección (Gfase)

16. Reconstrucción Espacio k imágen Espacio-k Imagen FFT-1 IFFT

17. Describir el espacio k

18. De qué depende la señal • B0 • Parámetros de acquisición • Resolución espacial • Método de acquisición, número de repeticiones, etc. 18

19. Magnet 19

20. Coils Transmit / Receive Surface / Volume “Birdcage” 20

21. Adquisición paralela • Usando un conjunto de N bobinas • Codificando la señal con la sensibilidad de cada una m valores aliados E matriz de codificación i valores “reales” aceleración de la adquisición (Pruessmann 1999) 21

22. El mayor peligro de la RM 22

23. 23

24. En perspectiva 1er resonador de cuerpo entero Damadian 1977 En el año 2003, habían aproximadamente 10 000 resonadores en todo el mundo y se hicieron cerca de 75 millones de exámenes 24

25. Resonadores abiertos 25

26. Intervencional Hitachi, 0.3 T Philips, 0.23 T 26

27. Resonadores de extremidades Fonar, 0.6T ONI, 1T 27

28. ¿Portátil? 28

29. Resonador de campo pre-polarizado • Imágenes con el campo terrestre 0.5 mT (Magritek) 29

30. Equipamiento actual Campo más fuerte (cuerpo entero) Magnex 9.4 T – Universidad de Minnesota 30

31. Tendencia • # Instalación / año • > 2000 de 1.5 T • 600 de < 0.5 T • 200 de 3 T (Haase, ISMRM 2006) 31

32. Gran diversidad de contraste

33. Diversidad de contraste • Intrínseco: contraste T1, T2 o densidad protónica T1 T2 PD The Whole Brain Atlas http://www.med.harvard.edu/AANLIB/home.html

34. Buena información anatómica • Imagen de referencia anatómica • Distintos procesamientos posibles a partir de la anatomía T2 + CBF www.brainvisa.info

35. Más contraste: con agente de contraste • Gadolinio, compuesto paramagnético, acorta el T1 •  hiperseñal • restringido en el compartimiento vascular • Superparamagnetic Iron Oxide (SPIO) • lesiones hepáticas Philips Kim 2004

36. Angiografía Scan time < 3 min Philips, Dr. Tomala

37. Posible cuantificación • Perfusión irrigación de los tejidos • bolus-contrast tracking • Perdida de señal en imágenes T2 (T2*)  Cerebral Blood Volume (CBV)  Cerebral Blood Flow (CBF) MTT (Mean Transit Time)  Stroke, tumors, etc

38. De lo más grande … Philips Mobitrak Coronal  8 min Sagital  3 min Axial  5 min

39. Cuerpo entero Philips Mobitrak

40. …hacia lo más fino… MRI Chile

41. …o lo más pequeño… • Vessel wall: • Pared de los veseles coronarios en seres humanos (0.78 x 0.78 x 1 mm3 total imaging time  15 min) Botnar 2001 • Reconstrucción 3D de la bifurcación de la carótida Long 2003 (0.625 x 0.625 x 1 mm3 total imaging time  10 min)

42. …aún más pequeño… • Cell labeling • Agente de contraste ultra pequeño (nm) dextran-coated iron oxide particles (USPIO) • Superparamagnético  distorsiona el campo magnético a un nivel mucho más grande que su propio tamaño  detección de receptores  monitoreo de migración de células Shapiro 2004

43. …y hacia lo más invisible • Pulmón • Inhalación de gases hiperpolarizados(He3) (1.7 x 3.8 x 4 mm3) Wild 2004

44. De lo más estático … • Huesos • Difícil : poca señal disponible • Distintos métodos  Bone Mineral Density (BMD) • ¡No irradiante! (T1 – 2 min) Philips 2004 Kose 2004

45. …hacia lo más movil • Corazón • Cine imaging • Posibilidad de estudiar la función cardíaca • Posible cuantificación: • Tamaño de las paredes • Velocidad de flujo • etc • Patologías de las válvulas (2.42 x 2.52 mm2 32 frames/s) Tsao 2003

46. tiempo Lo móvil a nivel microscópico • Imágenes de difusión • Movimiento aleatorio de las moléculas • Exploración de la micro-estructura de los tejidos cuantificación Le Bihan 2003

47. Difusión: información multi-direccional T1 Mean Diffusivity Dirección principal Anisotropía

48. Accidente Vascular Cerebral « Tracking » de fibras de materia blanca (Willinek 2003) MRI convencional Difusión • Esclerosis múltiple (Assaf 2002) • Enfermedad de Alzheimer (Hanyu 1997) • - de Creutzfeld-Jakob (Bahn 1999) • Tumores cancerígenas (Le Bihan 1993) • Maduración del cerebro (Neil 2002) • Estudio de los mecanismos de recuperación • de la espina dorsal (Bonny 2004) (Poupon 2000) Difusión

49. Difusión: distintas estructuras Riñón Espina dorsal anisotropía MD DW T2 Ries 2001 Ries 2000

50. Difusión: entender el desarrollo del cerebro Neil 2002 Dubois 2004