MRI-perusteet, OSA 2 Kuvauslaite

1. MRI-perusteet, OSA 2 Kuvauslaite Jukka Jauhiainen Oulun seudun ammattikorkeakoulu Tekniikan yksikkö (C) Jukka Jauhiainen 2001

2. Magneettikuvauslaitte kaavakuvana (C) Jukka Jauhiainen 2001

3. Laitteiden jaottelu • Matalakenttä/korkeakenttälaitteet • Matalakenttä B0 < 1,0 T • Korkeakenttä B0 > 1,0 T • Suurimmat kentät 3 T • Suljetut/avoimet • Suljetut yleensä korkeakenttälaitteita • Avoimia käytetään lähinnä interventioissa (C) Jukka Jauhiainen 2001

4. Korkeakenttälaite (C) Jukka Jauhiainen 2001

5. Avomagneetti (Picker Proview) (C) Jukka Jauhiainen 2001

6. Periaatteellinen rakenne ja B0-kentän suunta (C) Jukka Jauhiainen 2001

7. Magneettivuon tiheys • Magneettikentän kenttäviivat ovat suljettuja ympyröitä. • Kenttäviivojen suunta on etelänavalta (S) pohjoisnavalle (N) • Magneettivuon tiheys kuvaa sitä, kuinka paljon kenttäviivoja kulkee tietyn pinnan läpi, yksikkö Tesla (T) (C) Jukka Jauhiainen 2001

8. Suljetun laitteen ominaisuuksia • Homogeeninen magneettikenttä • Päästään suurempiin kenttävoimakkuuksiin • Mahdollistaa nopean kuvantamisen (EPI) • Edistykselliset kuvausmenetelmät • MRA, fMRI, DWI, PWI, MRS • Potilas ”piilossa” putkessa (C) Jukka Jauhiainen 2001

9. Avomagneetin ominaisuuksia • Matala kenttävoimakkuus • Epähomogeenisempi kenttä • Huonompi kuvanlaatu • Rasvasuppressio vaikeaa (pieni kemiallinen siirtymä) • Soveltuu lapsille ja klaustrofobisille • Mahdollistaa pääsyn potilaaseen kuvauksen aikana (leikkaukset, interventiot) (C) Jukka Jauhiainen 2001

10. B0-kenttä voidaan tehdä kolmella menetelmällä • Kestomagneetit • Resistiiviset sähkömagneetit • Suprajohtavat sähkömagneetit (C) Jukka Jauhiainen 2001

11. Kestomagneetit • Muodostuu useasta kerroksesta ferromagneettisia lohkoja • Valmis komponentti magnetisoidaan käyttäen voimakasta sähkömagneettia • Kentän voimakkuus max. 0,3 T • ERITTÄIN paivava (7 - 12 tn) (C) Jukka Jauhiainen 2001

12. Kestomagneetin edut ja haitat • Etuja • Alhaiset tuotanto- ja käyttökustannukset • Pieni hajakenttä • Haittoja • Matalakenttälaite • Erittäin painava (C) Jukka Jauhiainen 2001

13. Resistiiviset sähkömagneetit • Muodostuvat useista johdinkeloista eli käämeistä • Joko rauta- tai ilmasydämisiä • Rautasydämellä saadaan vahvistettua ja suunnattua B0-kenttää • Ilmasydämiset keveitä, mutta kentän ylläpito vaatii enemmän energiaa • Kentän voimakkuus max. 0,2 T (C) Jukka Jauhiainen 2001

14. Rautasydämisen etuja ja haittoja • Etuja • Alhaiset tuotantokustannukset • Helppo kelojen huolto • Pieni hajakenttä • Voidaan kytkeä pois päältä • Haittoja • Suuri energian kulutus • Tarvitsee vesijäähdytyksen • Kenttä saattaa olla epästabiili (C) Jukka Jauhiainen 2001

15. Ilmasydämisen etuja ja haittoja • Etuja • Alhaiset tuotantokustannukset • Helppo kelojen huolto • Voidaan kytkeä pois päältä • Haittoja • Suuri hajakenttä • Suuri energian kulutus • Tarvitsee vesijäähdytyksen (C) Jukka Jauhiainen 2001

16. Suprajohtavat sähkömagneetit • Kaikissa korkeakenttälaitteissa • Kentän muodostaa johdinkeloissa kulkeva virta • Kelat valmistettu niobi-titaani-seoksesta, joka muuttuu suprajohtavaksi alle 9,5 K:n lämpötiloissa • Suprajohteessa sähkövirta kulkee ilman sähkövastusta (C) Jukka Jauhiainen 2001

17. Suprajohtavat magneetit II • Kelojen ympärillä on nestemäistä heliumia, joka pitää lämpötilan riittävän alhaalla • Kerran keloihin ajettu virta kiertää siellä käytännössä ”ikuisesti” ilman että sinne tarvitsee syöttää lisää virtaa. (C) Jukka Jauhiainen 2001

18. Etuja ja haittoja • Etuja • Korkea kenttävoimakkuus • Hyvä kentän homogeenisuus • Pieni tehonkulutus • Hyvä signaali-kohinasuhde • Nopeus • Haittoja • Korkeat valmistuskustannukset • Jäähdytys vaivalloista • Tietyt kuvausvirheet korostuvat korkeassa kentässä (C) Jukka Jauhiainen 2001

19. Shimmaus • Operaatio, jolla parannetaan magneettikentän homogeenisuutta • Oltava < 5 ppm • Passiivinen • Kenttä muokataan sopivasti sijoitetuilla raudanpalasilla • Aktiivinen • Putkessa on joukko (esim. 30) ns. shimmauskeloja. • Tietokone säätää automaattisesti niiden virtaa kuvauksen aikana (C) Jukka Jauhiainen 2001

20. Gradienttikelat • Kuvan paikkakoodaaminen vaatii, että jokaisessa kuvan vokselissa on hieman eri kenttä • Muutokset staattiseen B0-kenttään tehdään gradienttikelojen avulla. • Ominaisuuksia • Lineaarisuus, • Jyrkkyys (mT/m) • Nousuaika eli slew rate (mT/m/ms) (C) Jukka Jauhiainen 2001

21. Gradienttikentän synnyttäminen (C) Jukka Jauhiainen 2001

22. Todellinen x-gradienttikela (C) Jukka Jauhiainen 2001

23. Pyörrevirrat • Muuttuva magneettikenttä indusoi johteeseen muutosta vastustavan virran • Gradienttikentät aiheuttavat myös potilaan sisälle sähkövirran ! • Kuvaustilanteessa on varmistettava, ettei kelojen johtoihin synny silmukoita • Kaikki metalliesineet poistettava potilaalta • Potilasta, jolla on metallia elimistössään EI SAA KUVATA ! (C) Jukka Jauhiainen 2001

24. B1-kenttä • B1-kentällä tehdään protonien viritys • Kenttä värähtelee protonien resonanssitaajuudella, joka riippuu kenttävoimakkuudesta (9 - 85 MHz) • Osat • RF-lähetin • RF-vastaanotin • Kuvauskelat (C) Jukka Jauhiainen 2001

25. RF-lähetin • Taajuusgeneraattori, jonka taajuutta voidaan säätää resonanssitaajuuden ympärillä • Nykyään käytetään digitaalista taajuussynteesiä • Resonanssitaajuinen signaali moduloidaan sinc-funktiolla • Moduloitu signaali viedään RF-tehovahvistimelle • Sieltä edelleen RF-lähetyskelalle (C) Jukka Jauhiainen 2001

26. RF-vastaanotin • Mittaa magnetoitumavektorin indusoimaa virtaa vastaanotinkelassa • Vastaanotettu RF-teho on noin yksi miljardisosa lähetystehosta ! • Vastaanotin- ja lähetinkelat voivat olla rakennettu samaan kelaan (pääkela) tai ne voivat olla erillisiä (pintakela) (C) Jukka Jauhiainen 2001

27. RF-vastaanotin RF-kela Esivahvistin Suodatus ja demodulointi Näytteistys digitaaliseksi Talletus tietokoneen muistiin (C) Jukka Jauhiainen 2001

28. Vastaanotinkelat • Kerää varsinaisen MR-signaalin kohteesta ! • Käytännön työssä magneettihoitaja valitsee kuvauskohteen mukaan sopivan vastaanotinkelan • AINOA tässä esitelmässä esille tuleva värkki, jonka toiminta on todella hyödyllistä ymmärtää :) (C) Jukka Jauhiainen 2001

29. Vartalokela (body coil) • Käytetään lähinnä kohteen paikannuskuvaukseen (localizer) • Laaja kuva-ala • Huono signaali-kohinasuhde • Rakennettu laitteen sisään, ei näy ulospäin • Pystyy sekä lähettämään että vastaanottamaan (C) Jukka Jauhiainen 2001

30. Pintakela (surface coil) • Yksinkertaisimmillaan pelkkä virtasilmukka • Voi olla käännetty satulan muotoon • Polvi- ja olkapääkelat • Asetetaan kuvattavan kohteen päälle • Herkkyys pienenee nopeasti kun etäisyys kohteen pinnalta kasvaa • Ainoastaan vastaanotto (lähettimenä esim. vartalokela) (C) Jukka Jauhiainen 2001

31. Polvikelan asettelu (C) Jukka Jauhiainen 2001

32. Tilavuuskelat (volume coils) • Kerää signaalin tilavuudesta, joka jää useamman kelan sisäpuolelle • Ehdottomasti yleisin on pääkela • Sekä lähetys että vastaanotto • Erinomainen signaali-kohinasuhde (C) Jukka Jauhiainen 2001

33. Pääkela ... (C) Jukka Jauhiainen 2001

34. Signaali-kohinasuhde • Yleinen periaate: Signaali-kohinasuhde on sitä parempi, mitä pienempi on vastaanotinkelan pinta-ala • Pienet pintakelat tuottavat parhaan signaalin, mutta vain hyvin rajalliselta alueelta. • Isot kelat keräävät laajemmalta alueelta kohinaisempaa kamaa (C) Jukka Jauhiainen 2001

35. Phased-array-kelat • Ideana on liittää yhteen monta pientä pintakelaa • Voidaan kerätä laajalta alueelta voimakas signaali ! • Kunkin erillisen kelan keräämä signaali viedään erillisiin RF-vastaanotinkanaviin • Kanavien signaalit yhdistetään tietokoneella yhdeksi kuvaksi • Tyypillinen sovellus on selkäkela • Ei (yleensä) voida käyttää EPI:n kanssa (C) Jukka Jauhiainen 2001

36. Phased-array kela (C) Jukka Jauhiainen 2001

37. Kuvauksen valmistelu • Kun potilas on putkessa ja oikea kela valittuna, magneettihoitaja käynnistää varsinaisen kuvauksen • PRESCAN säätää mm. • Resonanssitaajuuden kohdalleen • RF-lähettimen lähetystehon • RF-vastaanottimen vahvistuksen • Aktiivinen shimmaus (”autoshim”) • Nyt ollaankin valmiita aloittamaan itse kuvaus... (C) Jukka Jauhiainen 2001