fys-kje 4740 kapittel 1 vlaardingerbroek/den boer
Post on 25-Jan-2016
89 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
Kapittel 1
UiO-05 Fys-Kjm 4740
Fys-Kje 4740
Kapittel 1
Vlaardingerbroek/den Boer
Kapittel 1
UiO-05 Fys-Kjm 4740
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).
Kapittel 1
Kapittel 1
UiO-05 Fys-Kjm 4740
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 nærliggendemakromolekyler og frie protoner bestemmerelaksasjonen . Med relaksasjon mener vi enforandring i NMR signalet som funksjon av tidlike etter eksitasjonspuls.
Kapittel 1
Kapittel 1
UiO-05 Fys-Kjm 4740
Materialχ 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
Kapittel 1
UiO-05 Fys-Kjm 4740
x
y
z
MB
Kapittel 1
M = χ H
M = vevets magnetiseringχ = vevets susceptibilitetH = ekstern felt (B= Km H) Km = vevets permabilitet
χ < 0: Diamagnetismeχ = 1: Ikke magnetiskχ > 0: Paramagnetiskχ >> 0: Ferromagnetisk
Kapittel 1
UiO-05 Fys-Kjm 4740
y
x
zω0
Laboratorie referanse
B0
y`
x`
z`B0
Roterende referanse
Kapittel 1
UiO-05 Fys-Kjm 4740
ω0 (rad/s) = γ (rad/s/Tesla) x B0 (Tesla)
Larmors likning
γhydrogen = 2.68 *108 rad/s/Tesla
fL (MHz) = γ (MHz/Tesla) x B0 (Tesla)
γhydrogen = 42.58 MHz/Tesla
/2π
Joseph Larmor
Kapittel 1
UiO-05 Fys-Kjm 4740
Rotasjon
I MRI brukes korte RF pulser tilå forandre retningen på magneti-seringsvektoren M.
For å oppnå en rotasjon av M rundten gitt akse anvendes et lineær polarisert og pulset magnetfelt, B1, langs denne aksen.
y`
x`
z
B1
M
Kapittel 1
UiO-05 Fys-Kjm 4740
RF pulsens magnetfelt, B1, er generert av to sirkulær polariserte felter som hver roterer med ω0 , men i motsatt retning
B1
Brot1Brot2
B1
tid
ω0 ω0
Rotasjon
Kapittel 1
UiO-05 Fys-Kjm 4740
Rotasjon
RF pulsens varighet er bestemt av
flip vinkelen, α’s, verdi.
y`
x`
z`
Mα
tB1 = α / γ B1
Kapittel 1
UiO-05 Fys-Kjm 4740
Rotasjon
Oppgave 1.1: Beregn B1-feltets styrke ved en 1.5ms, 45° RF puls.
Kapittel 1
UiO-05 Fys-Kjm 4740
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).
Mxy
tidRF
Free Induction Decay (FID)
Kapittel 1
UiO-05 Fys-Kjm 4740
Eksitasjon
Kapittel 1
UiO-05 Fys-Kjm 4740
• Magnetfelt gradienter besørger den romlige kodingen av NMR signalet: - snittutvelgelse - snittkoding
• Utviklingen har gått mot kraftigere og raskere gradienter
Magnetfelt gradienter
I
I
Gradient spole
I I
Kapittel 1
UiO-05 Fys-Kjm 4740
Magnetfelt gradient
I1 I2
Maxwell pair
Kapittel 1
UiO-05 Fys-Kjm 4740
Magnetfelt gradient
Stigningstid (ms)
Gradient styrke (mT/m)
Slew rate (mT/m/ms) = Gradient styrke
Stigningstid
Kapittel 1
UiO-05 Fys-Kjm 4740
Magnetfelt gradient
De første magnetfeltgradientene var på 3mT/m med en minimumstigningstid på 1ms. Dagens standard gradienter er på 25-30mT/mmed en minimum stigningstid på 0.2-0.4ms.Det er i tillegg mulig å kjøpe gradienter brukt spesielt til diffusjonspulser. Disse kan ha en styrke på ca. 60mT/m.
Grensen for max. gradientstyrke og min.stigningstid er fysiologiskbetinget. Ved rask gradientswitching oppstår nervestimuli. Dettekjennes hos pasienten som små rykkninger.
Kapittel 1
UiO-05 Fys-Kjm 4740
Magnetfelt-gradient
z
x
yδBG,z (z) = Gzz
δBG,z (y) = Gyy
δBG,z (x) = Gxx
Kapittel 1
UiO-05 Fys-Kjm 4740
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.
Kapittel 1
UiO-05 Fys-Kjm 4740
Snitt seleksjon
f(z) = γ (B0 + Gz * z)
Kapittel 1
UiO-05 Fys-Kjm 4740
RF-puls
Seleksjon gradient
tid
tid
Seleksjonsgradient
Refasegradient
Spin system
Spin systemRefase gradient
RF
Gz
Snitt
Snitt seleksjon
Kapittel 1
UiO-05 Fys-Kjm 4740
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.
Kapittel 1
UiO-05 Fys-Kjm 4740
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*.
Free Induction Decay (FID)
S(t) δBm, δBs = S0 * exp (- t/T2*)
Kapittel 1
UiO-05 Fys-Kjm 4740
Free Induction Decay (FID)
Kapittel 1
UiO-05 Fys-Kjm 4740
90° pulsDefasing
180° pulsRefasing til spinn ekko
Spinn Ekko
Kapittel 1
UiO-05 Fys-Kjm 4740
Spinn Ekko
t=0 t=TE/2 t=TE90° 180°
Kapittel 1
UiO-05 Fys-Kjm 4740
• 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.
Ekko
180°FA = 90°
RF
Z
Y
X
180° 180°
Spinn Ekko
Kapittel 1
UiO-05 Fys-Kjm 4740
Carr-Purcell-Meinboom-Gill (CPMG)
En 90° x - 180°x - 180°x - 180°x - 180°x ….. sekvens vilraskt 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 enkonstant flip vinkel feil.
Kapittel 1
UiO-05 Fys-Kjm 4740
Non Carr-Purcell-Meinboom-Gill (CPMG)
170° 170° 170° 170°
Carr-Purcell-Meinboom-Gill (CPMG)
170° 170° 170° 170°
Kapittel 1
UiO-05 Fys-Kjm 4740
Spinn Ekko
Spinn ekko sekvensen er robust overfor susceptibilitets forskjellereller 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 signalbortfallet som følge av δBm. Dette bortfallet kalles ”spinn-spinn relaksasjon” og relaksasjonskonstanten kalles T2.
S(t) δBm = S0 * exp (- t/T2)
Kapittel 1
UiO-05 Fys-Kjm 4740
Spinn Ekko
90° 180° 180° 180° 180° 180° 180°
S(t) δBm = S0 * exp (- t/T2)
t
S
Kapittel 1
UiO-05 Fys-Kjm 4740
Frekvens koding
Når snittutvelgelsen har funnet sted begynner koding av snittet.Den har som mål å gi MR signalet i hver voksel en unik kombinasjonav frekvens og fase. Gradientretningen som koder frekvens-informasjonen kalles:
- frekvensretning (frequency)- måleretning (measurement)- utlesningsretning (read out)
Kapittel 1
UiO-05 Fys-Kjm 4740
Frekvens koding
Ved en spinn ekko sekvens anvendes først en gradient pulsmellom 90° og 180° RF pulsene. Denne defaser spinnene.Etter refokuseringspulsen (180° pulsen) anvendes en ny gradientpuls som refokuserer/refaser spinnene og et spinn ekko dannes.Mens NMR ekkoet dannes registreres (samples) signalet. Signalet består av mange frekvenser siden signalet er posisjonsbestemt. De ulike frekvensene og deres signal styrke kan ekstraheres ved hjelp av Fourier analyse av det registrerte signalet.
Kapittel 1
UiO-05 Fys-Kjm 4740
frekvens
Posisjon
ω(0)
x=0
Frekvens koding
δω = γGmFOV/2
Kapittel 1
UiO-05 Fys-Kjm 4740
Fase koding
Når snittutvelgelsen har funnet sted begynner koding av snittet.Den har som mål å gi MR signalet i hver voksel en unik kombinasjonav frekvens og fase. Gradientretningen som koder fase-informasjonen kalles:
- faseretning (phase)- preperasjon/prep (preparation)- evolusjon (evolution)
Kapittel 1
UiO-05 Fys-Kjm 4740
Fase koding
Fasegradienten vil i en spinn ekko sekvens aktiveres mellom90° og 180° pulsene. Gradient retningen er ortogonalt på seleksjonog frekvens gradient retningene.I et standard bilde opptak er fase gradienten den eneste gradientensom varieres i styrke i løpet av opptaket. Hver forandring i gradient-styrke kalles et ”fasestepp”.
Kapittel 1
UiO-05 Fys-Kjm 4740
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
Kapittel 1
UiO-05 Fys-Kjm 4740
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.
Kapittel 1
UiO-05 Fys-Kjm 4740
Komplett pulssekvens
Kapittel 1
UiO-05 Fys-Kjm 4740
Snittinformasjon
Kapittel 1
UiO-05 Fys-Kjm 4740
Hardware
Kjennskap til:- Superledende magneter- ppm begrepet- Gradientspoler- Eddy strømmer/eddy strøm kompensering- RF-forsterker/RF spoler- Mottaker/mottaker spoler- Fysiologiske signal- Bruker-konsollet
Kapittel 1
UiO-05 Fys-Kjm 4740
ppm - parts per million
Begrepet ”ppm” brukes i MRI til å angi homogeniteten ihovedmagnetfeltet. ppm måles i Hz og denne verdiener 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
Kapittel 1
UiO-05 Fys-Kjm 4740
Gradient spoler
Gradient spoler anvendes 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.
Kapittel 1
UiO-05 Fys-Kjm 4740
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.
Kapittel 1
UiO-05 Fys-Kjm 4740
http://www.mr-tip.com/http://www.mritutor.org/http://www.amershamhealth.com/medcyclopaedia/medical/index.asp
WWW:
top related