530 likes | 1.38k Views
MR-fysikk. Lars Ersland Medisinsk Teknisk Avdeling Haukeland Sykehus. MR - forkortelser. (N)MR (Nuclear) Magnetic Resonance MRI Magnetic Resonance Imaging MRT Magnetic Resonance Tomography MRS Magnetic Resonance Spectroscopy MRA Magnetic Resonance Angiography. Historikk
E N D
MR-fysikk Lars Ersland Medisinsk Teknisk Avdeling Haukeland Sykehus
MR - forkortelser • (N)MR (Nuclear) Magnetic Resonance • MRI Magnetic Resonance Imaging • MRT Magnetic Resonance Tomography • MRS Magnetic Resonance Spectroscopy • MRA Magnetic Resonance Angiography
Historikk Hovedkomponenter i et MRI-system Fenomenet NMR Sikkerhet- Statisk B0 felt- Gradient felt- RF felt Magnetisk Resonans Imaging (MRI)
Historikk • 1923 W.Pauli oppdager fenomenet kjernespinnresonans • 1946 De amerikanske forskerne Felix Bloch og Edward Purcell la grunnen for det som siden skulle utvikle seg til MRI. De beskrev uavhengig av hverandre fenomenet NMR, og fikk i 1952 Nobel prisen i fysikk for denne oppdagelsen.
Historikk (fortsetter) • 1970 Proposal av Lauterbur introduserer MRI • 1979 Det første MRI snittbildet (Lauterbur) • 1986 Første MRI-innstallasjon i Norge (Stavanger)
Hva er MRI • Magnetisk Resonanstomografi, MRI, er en relativt ny billedgivende diagnosemetode. • Istedenfor røntgenstråling utnyttes i MRI en kombinasjon av magnetfelt og radiobølger sammen med en kraftig datamaskin for billed-dannelse og analyse.
Hva er MRI (fortsetter) • På dataskjermen presenteres snittbilder av pasientens indre. • Vilkårlige plan kan avbildes direkte. • Ulike former for rekonstruksjon og billed analyse-teknikker er tilgjengelige • Rekonstruksjon: MPR, MIP • Billedanalyse: binæropperasjoner, statistikk,..
Posisjonering EPI-opptak Sagitalt snitt Aksiale snitt
Komponenter i et MRI-system • Kraftig Magnet • Gradientspoler • Radio-sender og mottaker-enhet • Kraftig prosesseringsenhet (datamaskin)
MR-maskinen SIEMENS Magnetom VISION B0=1.5 Tesla Erling Andersen
MR-hodespole Erling Andersen
Pasient/Forsøksperson Erling Andersen
Kjerne-spinn • Protoner og nøytroner har en kvantefysisk egenskap kalt spinn. • Spinner om sin egen akse • Protoner har positiv ladning. Nøytroner er nøytrale. • De enkelte protoner/nøytroner danner par som spinner i motsatt retning. Bare kjerner med et odde antall protoner/nøytroner har et observerbart spinn.
Hydrogen protonet • I MRI-sammenheng brukes utelukkende hydrogenatomet 1H. • Hydrogen atomet består av kun ett proton. Det har derfor både spinn og magnetisk moment. • Hvert av 1H-protonene kan betraktes som en liten magnet som spinner om sin egen akse, og der magnet-feltets retning er nord-syd langs spinn-aksen.
Hydrogen protonet (fortsetter) • 1H-atomet er det mest egnede i MRI-sammenheng fordi det er mye av det i kroppen og fordi det produserer det kraftigste signalet av alle vanlige stabile atomkjerner.
Høyrehåndsregelen • Høyrehåndsregelen forteller oss magnetfeltretningen i forhold til spinnretningen.
Presessering • Enkeltprotoner og resultant magnetisering presesserer rundt B0 med frekvens f0.
Kjerne Spinn Resonans • Resonansbetingelse: • Resonansfrekvensen (Larmor frekvensen), • Gyromagnetisk konstant. • B0 = Pålagt statisk magnetfelt. • Eks1.: B0=1.0 Tesla => f0=42Mhz • Eks1.: B0=1.5 Tesla => f0=63Mhz
Billedparametre • T1 relaksasjonstid • T2 relaksasjonstid • Protontetthet
T2 - Vevsavhengig defasing i xy-planet • T2* - Vevsavhengig defasing + defasing pga. innhomogeniteter i B0
Billed dannelse • Gradientsystemet: • Snittvalg og oppbygning av billedpunkter skjer ved et ekstra, kontrollerbart magnetfelt, overlagret B0. Dette kalles gradientfelt. • Gradientfelt i Z, Y og X-retningen.
Statisk magnetfelt (B0):- Biologiske effekter - Mekaniske effekter RF effekter:- Varme utvikling, Brann-skader.- Biologiske effekter (ikke termiske) Virkninger av alternerende gradient-felt (dB/dt) Auditive/støy effekter. Cryogen Intravenøs kontrast MR og graviditet MR og pacemakere Psykologiske aspekter (for eksempel klaustrofobi) MR Sikkerhet Ref.: http://kanal.arad.upmc.edu/mrsafety.html
Statisk magnetfelt (B0), biologiske effekter • Flere strukturer i kroppen blir påvirket av B0, bl.a.:retina, pineal gland (corpus pineale) og noen celler i paranasal sinuses (nesebihulene). (paramagnetisk melanin) • Det er vist at røde blodlegemer endrer form og posisjon i forhold til et ekstern magnetfelt. Av størrelsesorden er dette en liten effekt, og en har ikke funnet noen klinisk signifikans. • Fotoreseptorceller i øyet stiller seg inn i forhold til B0Ingen klinisk effekt.
Statisk magnetfelt (B0), biologiske effekter (fortsetter) • Visuell stimuli er rapportert som følge av bevegelse avglobe(øyeeple)/retina under påvirkning av kraftig magnetfelt. • Svimmelhet, hodepine og metallisk smak i munnen er raportert fra forskermiljø med B0>4Tesla • Konklusjon: Ingen skadelige biologiske effekter fra det statiske magnetfelt B0, anvendt i MRI-sammenheng, så langt. Det er stor forskningsaktivitet på området med forskjellige dyremodeller og ved ulike feltstyrker.
Statisk magnetfelt (B0), mekaniske effekter • Ferromagnetiske objekter i nærheten av MR-enheten:skalpeller, oksygenkolber, sakser osv. blir prosjektiler • Magnetkort: Bankkort, busskort osv. tåler ca 20mT. • Implantater: Anurisme-klips, stenter, metall-partikler i øyet, metallpartikkler etter operative inngrep, proteser, osv. Dette representerer en fare for pasienten i MR-maskinen.
RF-effekter, varmeutvikling • RF-effekt deponering øker med kvadratroten av feltstyrken. • Global og lokal oppvarming av vev er avhengig av en rekke faktorer: - Hvilken spole som er sender-spolen - Type MRI-opptak, TSE, GRE, osv. - MR-opptaksparametre: FOV, TE, TR, antall snitt osv. - Pasientens vekt. • Kontroll av at estimert temperaturstigning, lokalt, ikke overskrider ca. 1o C skjer i hardware i MR-maskinen (SAR)
RF-effekter, varmeutvikling • Forbrenning i forbindelse med ledende objekter mot bar hud er rapportert flere ganger ved feltstyrker 1+ Tesla. • Forbrenning forårsakes av induserte spenninger og sekundære resistive tap i pasientens vev. • Forbrenninger kan typisk forekomme ved: - Ledninger mot bar hud - Tatoveringer (inneholder ofte metall) - Sminke - Implantater av ulike slag
Spoler Phased Array Ankel Phased Array Kne. Phased Array Håndledd