nmr/mri - ffh.bg.ac.rs studije/2010/mri.pdf · furijeova transformacija (ft) matematička operacija...
TRANSCRIPT
NMR/MRI NMR/MRI
NNuclear uclear MMagnetic agnetic RResonanceesonance
⇓⇓RezonantnaRezonantna apsorpcija apsorpcija
radiotalasnog zraradiotalasnog zraččenja od strane enja od strane jezgra jezgra ((nukleusanukleusa)) atomaatoma koji se koji se
nalaze u nalaze u magnetnommagnetnom poljupolju
OTKRIOTKRIĆĆEE NAUNAUČČNIKNIK NOBELOVA NOBELOVA NAGRADANAGRADA
Spin protonaSpin protona Stern, 1921. god.Stern, 1921. god. 1943. god.1943. god.
NMR u mol. snopuNMR u mol. snopu Rabi, 1938. god.Rabi, 1938. god. 1944. god.1944. god.
NMR u NMR u ččvrstomvrstom Bloch & Purcell, Bloch & Purcell, 1946. god.1946. god. 1952. god.1952. god.
NMR tomografijaNMR tomografija Lauterbur, 1973. god.Lauterbur, 1973. god. 2003. god2003. god
2D2D––FT NMRFT NMR Ernst, 1976. god.Ernst, 1976. god. 1991. god.1991. god.
3D NMR 3D NMR strukturastrukturamakromolekulamakromolekula
WWüütrich,trich,Fenn, Tanaka Fenn, Tanaka
20022002. god.. god.
KliniKliniččki skeneriki skeneri 1981. god. (3), 1985. god. (450), 1987. god. (700)1981. god. (3), 1985. god. (450), 1987. god. (700), , 20022002.. god. god. (1 aparat na 200 000 ljudi)(1 aparat na 200 000 ljudi)
Kratak istorijski pregled:
Problem radiofobijeProblem radiofobijeKod NMRKod NMR--a jezgro a jezgro apsorbuje a ne zraapsorbuje a ne zraččiiNMRNMR--fizifiziččki fenomenki fenomenMRIMRI--tehnika u medicini tehnika u medicini
(I=Imaging)(I=Imaging)
NNMRIMRI
NE !!!NE !!!
Magnetno polje i naelektrisanjeMagnetno polje i naelektrisanje
Svako Svako uubrzano kretanje brzano kretanje naelektrisane naelektrisane ččestice estice indukuje pojavu indukuje pojavu magnetnog poljamagnetnog polja
TakođeTakođe, svako , svako promenljivo magnetno promenljivo magnetno polje u solenoidu polje u solenoidu indukuje strujuindukuje struju
Pojam spinaPojam spina
Spin je fundamentalna osobina Spin je fundamentalna osobina ččestica kao estica kao ššto je masa ili to je masa ili naelektrisanjenaelektrisanjeMoMožže se predstaviti kao e se predstaviti kao obrtanje oko sopstvene oseobrtanje oko sopstvene oseZahvaljujuZahvaljujućći spinu, i spinu, naelektrisane naelektrisane ččestice se estice se ponaponaššaju kao mali magnetiaju kao mali magneti
Sparivanje spinovaSparivanje spinova
Spin ima vrednost Spin ima vrednost umnoumnošška broja ka broja ½½ i i momožže biti e biti + ili + ili --
Spinovi razliSpinovi različčitih vrstaitih vrstanukleona se ne mogunukleona se ne mogusparivatisparivati
Sparivanje spinovaSparivanje spinova
NMR aktivanNMR aktivanNMR neaktivanNMR neaktivan
Spinovi istih vrsta nukleona se mogu sparivatiSpinovi istih vrsta nukleona se mogu sparivati
NMR osobine nekih jezgaraNMR osobine nekih jezgara
Jezgro Spin (I)
Žiromagnetni odnosγ (MHz/T)
Zastupljenost uprirodi
Relativnaosetljivost
1H 1/2 42.6 99.985 12H 1 6.5 0.015 0.009613C 1/2 10.7 1.11 0.009614N 1 3.1 99.63 0.00115N 1/2 -4.3 0.37 0.00117O 5/2 -5.8 0.037 0.02919F 1/2 40.1 100 0.83
23Na 3/2 10.9 100 0.09331P 1/2 17.2 100 0.06639K 3/2 2.0 93.08 0.0005
γ=odnos magnetnog dipolnog momenta i ugaonog momenta (rad s-1T-1 ili C kg-1 ili Hz T-1)
ŠŠta se sve vidi na MRI slici?ta se sve vidi na MRI slici?
Voda? Voda? –– DDAA (H(H22O)O)Mast ? Mast ? –– DDAA (CH(CH22))Proteini? Proteini? –– NNEE (malo ih je), ali uti(malo ih je), ali utičču na u na signal okolne vodesignal okolne vode
Meka tkiva? Meka tkiva? –– DADA. Pojavnost na MRI . Pojavnost na MRI zavisi od sastava zavisi od sastava Kosti? Kosti? –– DDelimielimiččno no a) kostna sra) kostna sržž? ? DADA (sadr(sadržži vodu i mast) i vodu i mast) b) korteks? b) korteks? NENE (nema pokretljivih (nema pokretljivih protona)protona)Vazduh? Vazduh? –– NENE
Jezgra u magnetnom polju BJezgra u magnetnom polju Bo
Jezgro sa IJezgro sa I≠≠00
++Magnetno polje BMagnetno polje Boo
Precesija spina jezgra u BPrecesija spina jezgra u Bo o i razdvajanje po energijamai razdvajanje po energijama
Cepanje energijskih nivoa spinova u Cepanje energijskih nivoa spinova u spoljaspoljaššnjem magnetnom polju Bnjem magnetnom polju B00
E = hE = hνν = = ∆∆E = E = γγ (h/2(h/2ππ) B) B00
Rezonantna apsorpcijaRezonantna apsorpcija
RezonancijaRezonancija
oB2hEπ
γ=Δ
ν= hE
Energija između nivoaEnergija između nivoa(reda mcal/mol) (reda mcal/mol)
Energija upadnog zraEnergija upadnog zraččenjaenja(oblast energije radiotalasa)(oblast energije radiotalasa)
oB2πγ
=ν Larmorova frekvencijaLarmorova frekvencija(1(1--500 MHz)500 MHz)
I dalje sledi kvantnomehaniI dalje sledi kvantnomehaniččki opis ki opis NMR fenomena ...NMR fenomena ...
Na sreNa srećću, izraz u, izraz
eksplicitno ne sadreksplicitno ne sadržži kvantiranei kvantirane veliveliččine, ine, pa mopa možžemo primeniti i klasiemo primeniti i klasiččan pristup an pristup preko vektora: preko vektora:
MMakroskopske magnetizacijeakroskopske magnetizacije MM
oB2πγ
=ν
Orjentacija jezgara u BOrjentacija jezgara u Boo
NasumiNasumiččna orjentacijana orjentacijapre ulaska u Bpre ulaska u Boo
Uređena orjentacija Uređena orjentacija nakon ulaska u Bnakon ulaska u Boo
ZnaZnačči i momožže ovako ...e ovako ...... a mo... a možže i ovako, e i ovako, ali zahteva viali zahteva višše energijee energije
VeVeććina ipak sledi princip minimalne ina ipak sledi princip minimalne energije, pa energije, pa isto tako i spinoviisto tako i spinovi
Orjentacija jezgara u BOrjentacija jezgara u Boo
NasumiNasumiččna orjentacijana orjentacijapre ulaska u Bpre ulaska u Boo
Uređena orjentacija Uređena orjentacija nakon ulaska u Bnakon ulaska u Boo
Orjentacija jezgara u BOrjentacija jezgara u Boo
NasumiNasumiččna orjentacijana orjentacijapre ulaska u Bpre ulaska u Boo
Spinovi suprotnihSpinovi suprotnihoorjentacija se ponirjentacija se ponišštavajutavaju
Orjentacija jezgara u BOrjentacija jezgara u Boo
NasumiNasumiččna orjentacijana orjentacijapre ulaska u Bpre ulaska u Boo
Spinovi suprotnihSpinovi suprotnihoorjentacija se ponirjentacija se ponišštavajutavaju
Orjentacija jezgara u BOrjentacija jezgara u Boo
NasumiNasumiččna orjentacijana orjentacijapre ulaska u Bpre ulaska u Boo
Spinovi suprotnihSpinovi suprotnihoorjentacija se ponirjentacija se ponišštavajutavaju
Orjentacija jezgara u BOrjentacija jezgara u Boo
NasumiNasumiččna orjentacijana orjentacijapre ulaska u Bpre ulaska u Boo
Spinovi suprotnihSpinovi suprotnihoorjentacija se ponirjentacija se ponišštavajutavaju
Orjentacija jezgara u BOrjentacija jezgara u Boo
NasumiNasumiččna orjentacijana orjentacijapre ulaska u Bpre ulaska u Boo
Spinovi suprotnihSpinovi suprotnihoorjentacija se ponirjentacija se ponišštavajutavaju
Orjentacija jezgara u BOrjentacija jezgara u Boo
I nastaje vektor ukupneI nastaje vektor ukupnemagnetizacije Mmagnetizacije M
nnaa == BBroj jezgararoj jezgara antiparalelne antiparalelne orjentacije u odnosu na orjentacije u odnosu na magnetno polje Bmagnetno polje Boo
nnp p = = Broj jezgara paralelne Broj jezgara paralelne orjentacije u odnosu na Borjentacije u odnosu na Boo
ΔΔE =E = Energijska razlika između Energijska razlika između nivoa sa paralelnom i nivoa sa paralelnom i antiparalelnom orjentacijomantiparalelnom orjentacijom
Koliki je to zaista brojKoliki je to zaista broj jezgarajezgara??
Uzmimo daUzmimo da u jednom eritrocitu ima pribliu jednom eritrocitu ima približžno 10no 101212
molekula Hmolekula H22OOPogledajmo prethodnu formulu za odnos broja jezgara Pogledajmo prethodnu formulu za odnos broja jezgara paralelne i antiparalelne orjentacijeparalelne i antiparalelne orjentacijeDobiDobiććemo da u jednom eritrocitu ima emo da u jednom eritrocitu ima
spinova koji daju vektor ukupne magnetizacije spinova koji daju vektor ukupne magnetizacije MM
101066 (milion)(milion)
Kako izgleda vKako izgleda vektor ukupne ektor ukupne magnetizacijemagnetizacije (uzorak u polju B(uzorak u polju Boo))
Magnetizacija uzorka je Magnetizacija uzorka je usmerena duusmerena dužž pravca pravca magnetnog polja Bmagnetnog polja Boo, i ne , i ne momožže se meriti.e se meriti.
Zato ...Zato ...
MR signal MR signal –– ekscitacijaekscitacijaRF RF pulspuls nana LarmorovojLarmorovoj frekvencijifrekvenciji
Bo
Zavojnica
EmiterRF signala
MR signal MR signal –– ekscitacijaekscitacijaRF RF pulspuls nana LarmorovojLarmorovoj frekvencijifrekvenciji
Bo
Zavojnica
EmiterRF signala
EkscitacijaEkscitacija pulsompulsom odod 9090°°nana LarmorovojLarmorovoj frekvencijifrekvenciji
X
Y
Z B0
M
EkscitacijaEkscitacija pulsompulsom odod 9090°°nana LarmorovojLarmorovoj frekvencijifrekvenciji
X
Y
Z B0
M
Bo
Zavojnica(predajnik)
Emiter RFsignala
Zavojnica(prijemnik)
Risiver RFsignala
MR signal MR signal -- relaksacijarelaksacija
Bo
Zavojnica(predajnik)
Emiter RFsignala
Zavojnica(prijemnik)
Risiver RFsignala
MR signal MR signal –– relaksacijarelaksacijaprijemprijem signalasignala nana LarmorovojLarmorovoj frekvencijifrekvenciji
X
Y
Z Bo
Mo
RelaksacijaRelaksacija nakonnakon pulsapulsa odod 9090°°
X
Y
Z Bo
M0
RelaksacijaRelaksacija nakonnakon pulsapulsa odod 9090°°
Y
Z Bo
Mo
Vreme
Mxy
Dobijanje FID signalaDobijanje FID signala
X
Dobijanje FID signalaDobijanje FID signala
Z B0
M0
Vreme
Mxy
Ovo je sve što dobijamoIz MR skenera
MRIMRI(Magnetic resonance imaging)(Magnetic resonance imaging)
Dobijanje slika ljudskog preseka iz FIDDobijanje slika ljudskog preseka iz FID
Furijeova transformacija (FT)Furijeova transformacija (FT)
MatematiMatematiččka operacija koja pronalazi frekvenciju u FID ka operacija koja pronalazi frekvenciju u FID signalu i pri tome transformisignalu i pri tome transformišše vremesku u frekventnu osu.e vremesku u frekventnu osu.Rezultat je dobijanje NMR spektra. Rezultat je dobijanje NMR spektra.
FID signalFID signal NMR spektarNMR spektar
FTFT→→
KakoKako dobitidobiti MR MR slikuslikutjtj. . kakokako smosmo stiglistigli
ODAVDE (1895. god.) DOVDE (sada)
MRI MRI --Gradijent magnetnog poljaGradijent magnetnog polja--
Voda u homogenomVoda u homogenom poljupolju
MRI MRI --Gradijent magnetnog poljaGradijent magnetnog polja--
Voda u Voda u nenehomogenomhomogenom poljupolju
RF FID
Rotiranje gradijenata + Back projection reconstruction = Rotiranje gradijenata + Back projection reconstruction = Prve MR slike (Lauterbur 1973)Prve MR slike (Lauterbur 1973)
Savremeni MRI = StatiSavremeni MRI = Statiččni ortogonalni gradijenti + 2D FTni ortogonalni gradijenti + 2D FT
PPrincip je u tome da FID u sebi sadrrincip je u tome da FID u sebi sadržži 2 informacije: i 2 informacije:
Fazu i frekvencijuFazu i frekvenciju
Faza 0Faza 0oo Faza 180Faza 180oo
Frekv.Frekv. Frekv.Frekv.
2D FT2D FT-- Gradijenti duGradijenti dužž X i Y oseX i Y ose--
Fazni gradijent prethodi frekventnom i Fazni gradijent prethodi frekventnom i ““preparirapreparira”” spinovespinove
Prva FT: Prva FT: Dekodiranje frekvencije Dekodiranje frekvencije
Druga FT:Druga FT:Dekodiranje fazeDekodiranje faze
Frekventni gradijent Gx
Frekventno Frekventno –– fazna matricafazna matrica
Fazn
igra
dije
ntG
yFrekventni gradijent GFrekventni gradijent Gxx
Fazn
i gra
dije
nt G
Fazn
i gra
dije
nt G
yy
Svaki element prostoraSvaki element prostora (piksel) ima jedinstven(piksel) ima jedinstvenu u kombinaciju vrednostikombinaciju vrednosti ffaze i frekvencije aze i frekvencije šštoto kompjuteru omogukompjuteru omoguććavaava da ga smesti u određenida ga smesti u određeni deo prostoradeo prostora
2D FT2D FT-- K prostorK prostor--slika koju vidi kompjuter slika koju vidi kompjuter --
Objekat 1Objekat 1
Objekat 2Objekat 2
Slika u KSlika u K--prostoruprostoru
PrvaPrvaFTFT
PrvaPrvaFTFT
DrugaDrugaFTFT
DrugaDrugaFTFT
Izbor ravni preseka (GIzbor ravni preseka (Gzz gradijent)gradijent)
Pozicija u magnetu
EmitovaniRF puls
fo
Gradijentpolja Gz
Nakon ovogaNakon ovogagradijenta sledegradijenta sledeX i Y gradijentiX i Y gradijentii dobija se slikai dobija se slika
Ispunjen rezonantni uslov =Ispunjen rezonantni uslov =Ima signalaIma signala
Izvan rezonancije =Izvan rezonancije =Nema signalaNema signala
Izvan rezonancije =Izvan rezonancije =Nema signalaNema signala
ŠŠta nam treba za MRI?ta nam treba za MRI?
1.1. MagnetMagnet (da (da ““postrojipostroji”” spinove)spinove)
2.2. Gradijenti magnetnog polja Gradijenti magnetnog polja (za dobijanje gradijenata polja u X,Y i Z ravni)(za dobijanje gradijenata polja u X,Y i Z ravni)
3.3. RF RF zavojnica zavojnica (za (za pobuđivanje spinova i pobuđivanje spinova i detekciju signala)detekciju signala)
4.4. KKompompjjuteruterski sistem ski sistem (za obradu podataka)(za obradu podataka)
Sto
MRIMRI--Dobijanje slikeDobijanje slike--
RF štit
RF zavojnica
RF zavojnica RF transmiter
RF risiver
magnet
magnet
hlađenje
gradient zavojnice
gradient zavojnice
X-gradijent
Y-gradijent
Z-gradijent
kompjuter
MRI direktni multiplanarni prikazMRI direktni multiplanarni prikaz
SagitalSagital CoronalCoronalAxialAxial
1) G1) Gxx GGyy GGzz su ravnopravni i od operatera zavisi izbor gradijenata su ravnopravni i od operatera zavisi izbor gradijenata koji određuju orijentaciju presekakoji određuju orijentaciju preseka2) Ni2) Niššta se ne ta se ne ““vrtivrti”” izuzev jaizuzev jaččine struje u gradijentnim zavojnicamaine struje u gradijentnim zavojnicama
Gradijent izbora preseka:Gradijent izbora preseka:levo levo -- desnodesno
Gradijent izbora preseka:Gradijent izbora preseka:superior superior -- inferiorinferior
Gradijent izbora preseka:Gradijent izbora preseka:anterior anterior -- posteriorposterior
Gradijenti odreGradijenti određuju zonu snimanjađuju zonu snimanja(ZOOM)(ZOOM)
ŽŽablji embrioablji embrio
MRIMRI--Druge primeneDruge primene--
KorenKoren u saksijiu saksiji Stablo biljkeStablo biljke
200μm
1. Magneti1. Magneti
Stalni magnetStalni magnet
El.magnet otvorenogEl.magnet otvorenogtipatipa
Superprovodni Superprovodni magnetmagnet
RF RF zavojniczavojnicee
Zavojnica za glavu Zavojnica za šaku
ČČemu sluemu služže specijalizovane zavojnice?e specijalizovane zavojnice?Kvalitet snimka raste sa porastom faktora Kvalitet snimka raste sa porastom faktora ““punjenjapunjenja””zavojnice (zavojnice (ššto blito bližže regionu od interesa, to bolje)e regionu od interesa, to bolje)
Snimak glave u zavojnici za teloSnimak glave u zavojnici za telo Snimak glave u zavojnici za glavuSnimak glave u zavojnici za glavu
MRI MRI -- cistacista
Što je više vode, to je signal intenzivniji?
MRI vidi vodu
Ne baš ...
RelaksacijaRelaksacija nakonnakonpulsapulsa odod 9090oo
Izgleda jednostavno
Y
Z Bo
Mo
Vreme
Mxy
Dobijanje FID signalaDobijanje FID signala
X
Dobijanje FID signalaDobijanje FID signala
Z B0
M0
Vreme
Mxy
Ovo vidi naš detektorali da li je to sve što se
događa?
Da li je to baDa li je to bašš tako tako jednostavno?jednostavno?
NaNažžalost jednostavno nije, ali korisno jestealost jednostavno nije, ali korisno jesteVektorVektor makroskopskemakroskopske magnetimagnetizzacijeacije MMje nastao sumiranjem velikog broja je nastao sumiranjem velikog broja ““malihmalih””magneta koji potimagneta koji potičču od individualnih u od individualnih molekula molekula Proces relaksacije je opisan sa Proces relaksacije je opisan sa dvadva relaksaciona vremena relaksaciona vremena T1T1 i i T2T2
Vreme relaksacije T1Vreme relaksacije T1
T1 = T1 = spin respin reššetka vreme relaksacijeetka vreme relaksacije (razmena (razmena energije spinskog sistema sa okolinom)energije spinskog sistema sa okolinom)T1 = T1 = longitudinalna relaksacijalongitudinalna relaksacija (vremenska (vremenska konstanta povratka Mkonstanta povratka Mzz u ravnoteu ravnotežžni poloni položžaj) aj)
)( 1Tt
oz e21MM−
−=
X
Y
Z Bo
time
Mz
Mo
Vreme relaksacije T1Vreme relaksacije T1
SpinSpin--rereššetkaetka relrelaksacija duaksacija dužž zz--oseose (T1)(T1)
X
Y
Z Bo
t
Mz
Vreme relaksacije T1Vreme relaksacije T1
X
Y
Z Bo
Mo
t
M0
Mz
Vreme relaksacije T1Vreme relaksacije T1
Vreme relaksacije T2Vreme relaksacije T2T2 = T2 = spin spin -- spin vreme relaksacijespin vreme relaksacije (gubitak fazne (gubitak fazne koherencije)koherencije)T2 = T2 = transverzalna relaksacijatransverzalna relaksacija (vremenska konstanta (vremenska konstanta opadanja Mopadanja MXYXY do nule za homogeno Bdo nule za homogeno Boo))
2Tt
oxy eMM−
=
T2 (i T1) relaksacijaT2 (i T1) relaksacija
X
Y
BZ
X
Y
BZ
Mo
Signal - XY ravan
Vremena relaksacije T2 i T2Vremena relaksacije T2 i T2**
Vreme
T2* - nehomogenost magnetnog polja
T2 – nehomogenostuzorka
U destilovanoj vodi i u idealnom homogenom polju T1=T2
T2* < T2FID
Relaksaciona vremenaRelaksaciona vremena
Spin Spin -- spinspin Transverzalna relaksacijaTransverzalna relaksacija⇓⇓ ⇓⇓
Gubitak fazne koherencijeGubitak fazne koherencijeVremenska konstanta Vremenska konstanta opadanja Mopadanja Mxyxy do nule do nule
(homogeno B(homogeno Boo))
Spin Spin -- rereššetkaetka Longitudinalna relaksacijaLongitudinalna relaksacija⇓⇓ ⇓⇓
Razmena energije spinskog Razmena energije spinskog sistema sa okolinomsistema sa okolinom
Vremenska konstanta Vremenska konstanta povratka Mpovratka Mzz u ravnoteu ravnotežžni ni
polopoložžajaj
T2
T1
T2* < T2 < T1
Relaksacija protona u razliRelaksacija protona u različčitim tkivima na 1.5 Titim tkivima na 1.5 T
TKIVOTKIVO T1(s)T1(s) T2(s)T2(s) T1/T2T1/T2Bela masa (18% lipida)Bela masa (18% lipida) 0.3800.380 0.0850.085 4.54.5
Siva masa (6% lipida)Siva masa (6% lipida) 0.5200.520 0.0950.095 5.55.5
EdemEdem 0.6500.650 0.1500.150 4.34.3Maligni tumoriMaligni tumori** 0.8000.800 0.2000.200 44
CerebroCerebro spinalna tespinalna teččnost (CST)nost (CST) 2.0002.000 1.0001.000 22
VodaVoda 2.5002.500 2.5002.500 11TrigliceridiTrigliceridi 0.1800.180 0.1000.100 1.81.8
**PrProosek za visek za višše tipova tumorae tipova tumora
T1,T2 = f (koliT1,T2 = f (količčine vode)ine vode)
T1 ili T2 (tumor) ≠ T1 ili T2 (zdravo tkivo)Damadian 1972.
SpinSpin--eho sekvencijaeho sekvencija
Spineho
gRephasin
90°puls
180°puls
Dephasing
Objasnimo pObjasnimo pulsuls odod 180180°° pomopomoćću trkeu trke
Na startu, svi trkaNa startu, svi trkaččiisu izjednasu izjednaččenieni
PoPoččinje trka, i sporiji inje trka, i sporiji trkatrkačči zaostajui zaostaju
Puls od 180Puls od 180°°
Ali u jednom trenutku, naredi se trkaAli u jednom trenutku, naredi se trkaččimaimada trda trčče nazad, na start e nazad, na start
SpinSpin--eho sekvencijaeho sekvencija
Svi ponovo dolaze Svi ponovo dolaze do starta, i poredak je do starta, i poredak je
skoro nepromenjenskoro nepromenjen
ŠŠta radi spin ta radi spin –– eho?eho?
Spin eho ispravlja nehomogenost Spin eho ispravlja nehomogenost spoljaspoljaššnjeg magnetnog polja tj. elimininjeg magnetnog polja tj. eliminišše e T2T2** relaksaciju ali ne eliminirelaksaciju ali ne eliminišše e nehomogenost u uzorku (nehomogenost u uzorku (““pravopravo”” T2)T2)
90°T2
SpinSpin--eho sekvencijaeho sekvencija
T2*
90°
180°
TR
TE/2TE/2
spin eho
180°
ZaZaššto se koristi eho za dobijanje MR to se koristi eho za dobijanje MR slika a ne FID?slika a ne FID?
Vreme koje imamoza smeštanje sva tri
gradijenta bez eha (FID)
Vreme koje imamo za tri gradijenta sa
upotrebom eha
MRI MRI –– dobijanje slikedobijanje slike
PrvaPrva dimenzijadimenzija: : Slice selectionSlice selectionDrugaDruga dimenzijadimenzija: : Phase encoding Phase encoding 256 puta 256 puta
(matrica 256 x 256)(matrica 256 x 256)TreTreććaa dimendimenzijazija: : FFrequencyrequency encodingencoding
Slika se dobija primenom gradijenata u tri dimenzije
Spin Spin –– eho sekvencija eho sekvencija promena intenziteta faznog gradijentapromena intenziteta faznog gradijenta
90° 180°
RF
READOUT
S I G N A L
Gslice
Gfrekventni
Gfazni
90° 180°
RF
1
READOUT
Gslice
Gfrekventni
Gfazni
90° 180°
RF
12
READOUT
Gslice
Gfrekventni
Gfazni
90° 180°
RF
123
READOUT
Gslice
Gfrekventni
Gfazni
90° 180°
RF
123
4
READOUT
Gslice
Gfrekventni
Gfazni
90° 180°
RF
123
4
5
READOUT
Gslice
Gfrekventni
Gfazni
90° 180°
RF
123
4
5
6
READOUT
Gslice
Gfrekventni
Gfazni
90° 180°
RF
123
4
5
67
READOUT
Gslice
Gfrekventni
Gfazni
Kontrast kod spin Kontrast kod spin –– eho sekvencijeeho sekvencije
Kratko TR Dugo TR
Intenzitet tkiva Intenzitet tkiva
Kratko TE ⇒ T1W Dugo TE ⇒ T2W
X
Y
Z Bo
X
Y
Z BoM0
EfekatEfekat T1, T2 snimanjaT1, T2 snimanja
TKIVOTKIVO T1WT1W T2WT2W
Kratko T1, T2Kratko T1, T2(malo vode)(malo vode)
SvetloSvetlo TamnoTamno
Dugo T1, T2 (puno Dugo T1, T2 (puno vode)vode) TamnoTamno SvetloSvetlo
Kratko T1, dugo T2 Kratko T1, dugo T2 (mast)(mast) SvetloSvetlo SvetloSvetlo
Dugo T1, kratko T2 Dugo T1, kratko T2 (hemoragije)(hemoragije) TamnoTamno TamnoTamno
Kontrast na MR slikamaKontrast na MR slikama--cistacista--
T1W T1W TR=500, TE=15TR=500, TE=15
T2WT2WTR=2000, TE=90TR=2000, TE=90
Intenzitet signala na:Intenzitet signala na:T1W mast>T1W mast>normalno tkivonormalno tkivo>tumor>t>tumor>teeččnostnostT2W teT2W teččnostnost>>tumortumor>>mastmast≥≥normalno tkivonormalno tkivo
Kontrast na MR slikamaKontrast na MR slikama--normalna anatomijanormalna anatomija--
T1W T1W iliili T2W?T2W?
T2WT2W
Kontrast naKontrast na MR slikamaMR slikama
MetastazaMetastaza
T1WT1W T2WT2W
Kontrast naKontrast na MR slikamaMR slikama-- Da li je dovoljno uraditi samo T1W ili T2W?Da li je dovoljno uraditi samo T1W ili T2W?
T1WT1W T2WT2W
NIJE !!!
Kontrast naKontrast na MR slikamaMR slikama--jetra pacova sa implantiranim tumoromjetra pacova sa implantiranim tumorom--
TR, TE (TR, TE (kombkomb. 1). 1) TR, TE (TR, TE (jako T1W)jako T1W)
Kontrast naKontrast na MR slikamaMR slikama--Optimizacija kontrasta hrskavica/izlivOptimizacija kontrasta hrskavica/izliv--
Merenje T1 i T2 Merenje T1 i T2 ⇒⇒ kompjuterski program kompjuterski program ⇒⇒ optimalni TE i TRoptimalni TE i TR
Optimalni kontrastOptimalni kontrast Nulti kontrastNulti kontrast
Optimalni kontrast minus mastOptimalni kontrast minus mast Samo izlivSamo izliv
Samo za trajaleSamo za trajale
VREME POTREBNO DA SE DOBIJE MR SLIKAVREME POTREBNO DA SE DOBIJE MR SLIKA
VREME = VREME = Ma Ma •• TRTR •• NEXNEX
MaMa = veli= veliččina matrice, tj. broj koraka faznog gradijentaina matrice, tj. broj koraka faznog gradijentaTRTR = vreme ponavljanja pulsne sekvencije= vreme ponavljanja pulsne sekvencijeNEXNEX = broj akvizicija (ponavljanja celokupne sekvencije)= broj akvizicija (ponavljanja celokupne sekvencije)
Primer (za preseke debljine vePrimer (za preseke debljine većće od 5 mm):e od 5 mm):
T1W T1W MaMa •• TRTR •• NEXNEX = = 256256 •• 0,5 s0,5 s •• 11 ≈≈ 2 min2 min
T2W T2W MaMa •• TRTR •• NEXNEX = = 256256 •• 22,0 s,0 s •• 11 ≈≈ 88 minmin
Za preseke debljine manje od 5 mm Za preseke debljine manje od 5 mm NEX = 2 NEX = 2 -- 44
VREME = Ma VREME = Ma •• TR TR •• NEXNEX
NEXNEX ⇑⇑ SignalSignal--ššumum ⇑⇑
NEXNEX = 1= 1 NEXNEX = 4= 4
VREME = VREME = Ma Ma •• TR TR •• NEXNEX
MaMa ⇑⇑ Rezolucija Rezolucija ⇑⇑
128128 256256
VREME POTREBNO DA SE DOBIJE MR SLIKAVREME POTREBNO DA SE DOBIJE MR SLIKA
VREME = VREME = Ma Ma •• TRTR •• NEXNEX
MaMa = veli= veliččina matrice, tj. broj koraka faznog gradijentaina matrice, tj. broj koraka faznog gradijentaTRTR = vreme ponavljanja pulsne sekvencije= vreme ponavljanja pulsne sekvencijeNEXNEX = broj akvizicija (ponavljanja celokupne sekvencije)= broj akvizicija (ponavljanja celokupne sekvencije)
Primer (za preseke debljine vePrimer (za preseke debljine većće od 5 mm):e od 5 mm):
T1W T1W MaMa •• TRTR •• NEXNEX = = 256256 •• 0,5 s0,5 s •• 11 ≈≈ 2 min2 min
T2W T2W MaMa •• TRTR •• NEXNEX = = 256256 •• 22,0 s,0 s •• 11 ≈≈ 88 minmin
Za preseke debljine manje od 5 mm Za preseke debljine manje od 5 mm NEX = 2 NEX = 2 -- 44
VREME = Ma VREME = Ma •• TR TR •• NEXNEX
NEXNEX ⇑⇑ SignalSignal--ššumum ⇑⇑
NEXNEX = 1= 1 NEXNEX = 4= 4
VREME = VREME = Ma Ma •• TR TR •• NEXNEX
MaMa ⇑⇑ Rezolucija Rezolucija ⇑⇑
128128 256256
IIzzborbor presekapreseka
selectiongradient
f1
position
f ~ B
TransmittedRF pulse
f2
fo
Istovremeno snimanje viIstovremeno snimanje višše presekae preseka
Rink
T2W sekvencija:-TE (90ms) skupljanje podataka-TR (2s) čekanje za ponovno pobuđivanje(od 90° do 90°)
Ovo znači da imamo vremenada pobudimo više preseka u
toku samo jednog TR
FSE (FSE (Fast spinFast spin--echoecho))Klasično T2W FSE T2W
FSE = Nakon pulsa od 90o daje se više pulseva od180o (u ovom slučaju 4 pulsa) i nakon svakog od tihpulseva daje se različit fazni gradijent
Rezultat: Dobijamo 4 linije (256x256 matrice) u tokujednog eha, tako da je umesto 256 prolaza potrebnosamo 64.
Vreme za FSE T2W sliku je 4 puta kraće
VREME POTREBNO DA SE DOBIJE MR SLIKAVREME POTREBNO DA SE DOBIJE MR SLIKA
VREME = VREME = Ma Ma •• TRTR •• NEXNEX
MaMa = veli= veliččina matrice, tj. broj koraka faznog gradijentaina matrice, tj. broj koraka faznog gradijentaTRTR = vreme ponavljanja pulsne sekvencije= vreme ponavljanja pulsne sekvencijeNEXNEX = broj akvizicija (ponavljanja celokupne sekvencije)= broj akvizicija (ponavljanja celokupne sekvencije)
Primer (za preseke debljine vePrimer (za preseke debljine većće od 5 mm):e od 5 mm):
T1W T1W MaMa •• TRTR •• NEXNEX = = 256256 •• 0,5 s0,5 s •• 11 ≈≈ 2 min2 min
T2W T2W MaMa •• TRTR •• NEXNEX = = 256256 •• 22,0 s,0 s •• 11 ≈≈ 88 minmin
Za preseke debljine manje od 5 mm Za preseke debljine manje od 5 mm NEX = 2 NEX = 2 -- 44Ako smanjimo TR ???Ako smanjimo TR ???
GRE GRE (Gradient recalled echo)(Gradient recalled echo)
MoMožžemo li joemo li jošš skratiti TR bez uticaja na kontrast?skratiti TR bez uticaja na kontrast?
GRE: Vreme TR se smanjuje jer se refokusiranje spinova, tj. pojava ehastimuliše gradijentima a ne pulsom od 180o.
TR je oko 100 ms
T2W = T2W = MaMa •• TRTR •• NEXNEX = = 256256 •• 100 ms100 ms •• 11≈≈ 25 s 25 s ≈≈ 0,5 min0,5 min
BRZO
GRE T2W image
EPI (Echo planar imaging)EPI (Echo planar imaging)
Standardni T2W EPI snapshot ( 80 ms )*
Pacijent sa parkinsonovom bolešcu
“MNOGO” BRZO!!!
*Ali ovde nema vremena za multislice
Vreme snimanja zavisi od naVreme snimanja zavisi od naččina ina prolaska kroz prolaska kroz KK--prostor prostor
“SUPER”BRZO!!! Spiralni prolaz kroz K - prostor
fMRI fMRI –– funkcionalni MRIfunkcionalni MRI
Aktivnost određene regije mozga = povećana potrošnja kiseonikaOksihemoglobin (dijamagnetik) ⇒ Deoksihemoglobin (paramagnetik = T2*kontrast)
EPI: Lokalne nehomogenosti polja T2* imidžing + dovoljno brzo da da se to uoči
FMRI: Klasični MRI za anatomsku mapu + EPI u toku obavljanja funkcije (zatim sledipreklapanje te dve slike)
Optička stimulacija
Obojeno svetlo v.s. mrak
Motorna stimulacija
Savijanje lakata