rozwój i zastosowanie metod opartych na magnetycznym ... · tomograf mr z magnesem...
TRANSCRIPT
![Page 1: Rozwój i zastosowanie metod opartych na magnetycznym ... · Tomograf MR z magnesem nadprzewodzącym 9,4T Zalety:-Wysokie pole –lepszy SNR-Bogate wyposażenie i oprogramowanie sterujące](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040810/5e50617d3680ba043e44d32d/html5/thumbnails/1.jpg)
Rozwój i zastosowanie metod opartych na magnetycznym rezonansie j ądrowym do bada ń
mikroheterogennych układów zło żonych
WWłładysadysłław P. Waw P. WęęglarzglarzZakZakłład Tomografii Magnetyczno ad Tomografii Magnetyczno -- RezonansowejRezonansowej
Instytut Fizyki JInstytut Fizyki Jąądrowej PAN drowej PAN im. Henryka Niewodniczaim. Henryka Niewodniczańńskiegoskiego
![Page 2: Rozwój i zastosowanie metod opartych na magnetycznym ... · Tomograf MR z magnesem nadprzewodzącym 9,4T Zalety:-Wysokie pole –lepszy SNR-Bogate wyposażenie i oprogramowanie sterujące](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040810/5e50617d3680ba043e44d32d/html5/thumbnails/2.jpg)
TematykaTematykaWprowadzenie do stosowanych metod badawczychWprowadzenie do stosowanych metod badawczych
– Magnetyczna Relaksacja Jądrowa (MRJ)– Wymiana magnetyzacji (MT)– Obrazowanie magnetyczno-rezonansowe (MRI)– Dyfuzja anizotropowa (DT MRI)
♦♦ PrzykPrzykłłady wykorzystania do badaady wykorzystania do badańń mikroheterogennychmikroheterogennychukukłładadóów zw złłoożżonychonych– Polimery syntetyczne (polipropylen) - MRJ– Biopolimery (poliprolina, poliglicyna) – MRJ, MT– Drewno (celuloza) – MRJ, MT– Materiały żywnościowe (skrobia) - MRJ, MRI – Tkanki zwierzęce in vitro i in vivo (tkanka nerwowa) – DT MRI
![Page 3: Rozwój i zastosowanie metod opartych na magnetycznym ... · Tomograf MR z magnesem nadprzewodzącym 9,4T Zalety:-Wysokie pole –lepszy SNR-Bogate wyposażenie i oprogramowanie sterujące](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040810/5e50617d3680ba043e44d32d/html5/thumbnails/3.jpg)
Energia spinEnergia spinóów w polu magnetycznym w w polu magnetycznym I=1/2I=1/2
Pole magnetyczne B0
E
0Bγω =
![Page 4: Rozwój i zastosowanie metod opartych na magnetycznym ... · Tomograf MR z magnesem nadprzewodzącym 9,4T Zalety:-Wysokie pole –lepszy SNR-Bogate wyposażenie i oprogramowanie sterujące](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040810/5e50617d3680ba043e44d32d/html5/thumbnails/4.jpg)
Parametry jParametry jąąder rezonansowychder rezonansowych
Spin
162.1610017.25½31P
105.8410011.263/223Na
376.6610040.07½19F
100.681.1010.71½13C
400.2699.98542.58½1H
ωωωω0 w polu B0=9.4 T [MHz]
Naturalna
abundancja [%]γγγγ [s-1T-1]JJJądro
Obrazowanie MR (MRI): 1H, …Spektroskopia zlokalizowana (MRS): 1H, 13C, 31P, …
![Page 5: Rozwój i zastosowanie metod opartych na magnetycznym ... · Tomograf MR z magnesem nadprzewodzącym 9,4T Zalety:-Wysokie pole –lepszy SNR-Bogate wyposażenie i oprogramowanie sterujące](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040810/5e50617d3680ba043e44d32d/html5/thumbnails/5.jpg)
Ewolucja magnetyzacjiEwolucja magnetyzacji
B0
z
X’
Y’M0
1. Impuls RF 90 (wzbudzenie – dostarczenie energii)2. Relaksacja
1. Poprzeczna (spinowo-spinowa – T2, T2*)2. Podłużna (spinowo-sieciowa – T1 w polu Bo, T1ρ w polu B1)
T1
T2
![Page 6: Rozwój i zastosowanie metod opartych na magnetycznym ... · Tomograf MR z magnesem nadprzewodzącym 9,4T Zalety:-Wysokie pole –lepszy SNR-Bogate wyposażenie i oprogramowanie sterujące](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040810/5e50617d3680ba043e44d32d/html5/thumbnails/6.jpg)
Obrazowanie Obrazowanie magnetycznomagnetyczno--rezonansowe (MRI)rezonansowe (MRI)
Obiekt(próbka)
Pole elektro-
magnetyczne B1
Pole magnetyczne
B0
Gradienty pola
magnetycznego
MagnetycznyRezonans
Jądrowy (NMR)
ω = γω = γω = γω = γB0
SygnałTransformata
FourieraWidmoObraz
![Page 7: Rozwój i zastosowanie metod opartych na magnetycznym ... · Tomograf MR z magnesem nadprzewodzącym 9,4T Zalety:-Wysokie pole –lepszy SNR-Bogate wyposażenie i oprogramowanie sterujące](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040810/5e50617d3680ba043e44d32d/html5/thumbnails/7.jpg)
G 40mT/m
20T/s, 5kHz
10%
Nowoczesny skaner MRI
B0 0.2-11.7T
statyczne
1ppm
RF – B1 25µT
8-500MHz
10%
![Page 8: Rozwój i zastosowanie metod opartych na magnetycznym ... · Tomograf MR z magnesem nadprzewodzącym 9,4T Zalety:-Wysokie pole –lepszy SNR-Bogate wyposażenie i oprogramowanie sterujące](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040810/5e50617d3680ba043e44d32d/html5/thumbnails/8.jpg)
Analiza 2D czasAnaliza 2D czasóów relaksacji w relaksacji program program CracSpinCracSpin
),(),(),,,( 0 22ijij
11i21 atRaRAataRrrrr
∑ ⋅+= ττ
( )( ),...,...;...,...,
,...,...;...,...,
22
11
ii
ii
mTa
mTa
≡≡
r
r
W.P. Węglarz, H. Harańczyk, J. Phys. D: Appl. Phys. 33, 1909-1920 (2000)
![Page 9: Rozwój i zastosowanie metod opartych na magnetycznym ... · Tomograf MR z magnesem nadprzewodzącym 9,4T Zalety:-Wysokie pole –lepszy SNR-Bogate wyposażenie i oprogramowanie sterujące](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040810/5e50617d3680ba043e44d32d/html5/thumbnails/9.jpg)
Magnetyczna Relaksacja JMagnetyczna Relaksacja Jąądrowa drowa i Wymiana Magnetyzacji w i Wymiana Magnetyzacji w
((bio)polimerachbio)polimerach
♦♦ Polimery syntetyczne (polipropylen) Polimery syntetyczne (polipropylen)
♦♦ Drewno (celuloza) Drewno (celuloza)
♦♦ Biopolimery (Biopolimery (poliprolinapoliprolina, , poliglicynapoliglicyna))
♦♦ Wymiana magnetyzacji na granicy wodaWymiana magnetyzacji na granicy woda--llóódd
Physics Department, Uniwersity of WaterlooWaterloo, Kanada
![Page 10: Rozwój i zastosowanie metod opartych na magnetycznym ... · Tomograf MR z magnesem nadprzewodzącym 9,4T Zalety:-Wysokie pole –lepszy SNR-Bogate wyposażenie i oprogramowanie sterujące](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040810/5e50617d3680ba043e44d32d/html5/thumbnails/10.jpg)
PolypropylenPolypropylen
w. krystaliczny (w. krystaliczny ( izotaktycznyizotaktyczny ))w. amorficzny (w. amorficzny ( ataktycznyataktyczny ))TTtt:: 174 174 ººC (C (izotaktycznyizotaktyczny ))TTgg:: --17 17 ººCC0.855 g/cm0.855 g/cm 33, f. amorficzna, f. amorficzna0.946 g/cm0.946 g/cm 33, f. krystaliczna, f. krystaliczna
![Page 11: Rozwój i zastosowanie metod opartych na magnetycznym ... · Tomograf MR z magnesem nadprzewodzącym 9,4T Zalety:-Wysokie pole –lepszy SNR-Bogate wyposażenie i oprogramowanie sterujące](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040810/5e50617d3680ba043e44d32d/html5/thumbnails/11.jpg)
Polipropylen Polipropylen izotaktycznyizotaktyczny2D analiza relaksacji (T2D analiza relaksacji (T11ρρ –– TT22))
W.P. Węglarz , H. Peemoeller, A. Rudin - J. Polym. Sci. B (Polymer Physics), 38, 2487-2506 (2000)
35 ºC-75 ºC
![Page 12: Rozwój i zastosowanie metod opartych na magnetycznym ... · Tomograf MR z magnesem nadprzewodzącym 9,4T Zalety:-Wysokie pole –lepszy SNR-Bogate wyposażenie i oprogramowanie sterujące](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040810/5e50617d3680ba043e44d32d/html5/thumbnails/12.jpg)
Polipropylen Polipropylen izotaktycznyizotaktyczny2D analiza relaksacji (T2D analiza relaksacji (T11ρρ –– TT22))
W.P. Węglarz , H. Peemoeller, A. Rudin - J. Polym. Sci. B (Polymer Physics), 38, 2487-2506 (2000)
![Page 13: Rozwój i zastosowanie metod opartych na magnetycznym ... · Tomograf MR z magnesem nadprzewodzącym 9,4T Zalety:-Wysokie pole –lepszy SNR-Bogate wyposażenie i oprogramowanie sterujące](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040810/5e50617d3680ba043e44d32d/html5/thumbnails/13.jpg)
Polipropylen Polipropylen 2D analiza relaksacji (T2D analiza relaksacji (T11 –– TT22))
W.P. Węglarz , H. Peemoeller, A. Rudin - J. Polym. Sci. B (Polymer Physics), 38, 2487-2506 (2000)
35 ºC
![Page 14: Rozwój i zastosowanie metod opartych na magnetycznym ... · Tomograf MR z magnesem nadprzewodzącym 9,4T Zalety:-Wysokie pole –lepszy SNR-Bogate wyposażenie i oprogramowanie sterujące](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040810/5e50617d3680ba043e44d32d/html5/thumbnails/14.jpg)
Polipropylen Polipropylen izotaktycznyizotaktyczny
Skorelowane pomiary (TSkorelowane pomiary (T11ρρ –– TT22) i (T) i (T11 –– TT22))♦♦ Pierwsze tak dokPierwsze tak dokłładne pomiary i analiza adne pomiary i analiza ♦♦ Identyfikacja faz krystalicznej i amorficznejIdentyfikacja faz krystalicznej i amorficznej♦♦ Wyznaczenie stopnia krystalicznoWyznaczenie stopnia krystalicznośści ci ♦♦ PrzejPrzejśścia fazowe w fazie amorficznejcia fazowe w fazie amorficznej
– Przejście z fazy szklistej do plastycznej -15 ºC, 15 ºC, 70 ºC
– Przejścia w fazie plastycznej♦♦ Dyfuzja spinowa Dyfuzja spinowa
![Page 15: Rozwój i zastosowanie metod opartych na magnetycznym ... · Tomograf MR z magnesem nadprzewodzącym 9,4T Zalety:-Wysokie pole –lepszy SNR-Bogate wyposażenie i oprogramowanie sterujące](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040810/5e50617d3680ba043e44d32d/html5/thumbnails/15.jpg)
Analiza wymiany magnetyzacjiAnaliza wymiany magnetyzacjiProgram Program ExFitExFit
...)(...)()(...)...()( ++++++++−= τττ
ττ
pipjijiipijii mkmkmkkR
d
dm
m C e C e C ei i i i( )τ λ τ λ τ λ τ= + +− − − + −− +0 0
![Page 16: Rozwój i zastosowanie metod opartych na magnetycznym ... · Tomograf MR z magnesem nadprzewodzącym 9,4T Zalety:-Wysokie pole –lepszy SNR-Bogate wyposażenie i oprogramowanie sterujące](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040810/5e50617d3680ba043e44d32d/html5/thumbnails/16.jpg)
Drewno Drewno
Celuloza 40-50 %Hemicelulozy 20-35 %Ligniny 15-35 %
![Page 17: Rozwój i zastosowanie metod opartych na magnetycznym ... · Tomograf MR z magnesem nadprzewodzącym 9,4T Zalety:-Wysokie pole –lepszy SNR-Bogate wyposażenie i oprogramowanie sterujące](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040810/5e50617d3680ba043e44d32d/html5/thumbnails/17.jpg)
Drewno Drewno –– czasy relaksacji czasy relaksacji 11H H
Drewno osikiUdział protonów [%]
-OH 27,3-CH3 10,5Inne 62,2
![Page 18: Rozwój i zastosowanie metod opartych na magnetycznym ... · Tomograf MR z magnesem nadprzewodzącym 9,4T Zalety:-Wysokie pole –lepszy SNR-Bogate wyposażenie i oprogramowanie sterujące](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040810/5e50617d3680ba043e44d32d/html5/thumbnails/18.jpg)
Analiza wymiany magnetyzacji Analiza wymiany magnetyzacji drewno osikidrewno osiki
kab=64 s-1 kbc=640 s-
1
T1a = 870 ms T 1b = 29 ms
T1c = 19 ms
Wood A73 %
T2a = 14 ms
Wood B10 %
T2b = 28 µµµµs
H2O17 %
T2c=0.8 ms
LATTICE
D. A. Oleskevich, N. Ghahramany, W. P. Weglarz , H. Peemoeller –J. Magn. Reson., B 113, 1–8 (1996)
Wood B ≡ protony grup -OH dostepnych dla wody
![Page 19: Rozwój i zastosowanie metod opartych na magnetycznym ... · Tomograf MR z magnesem nadprzewodzącym 9,4T Zalety:-Wysokie pole –lepszy SNR-Bogate wyposażenie i oprogramowanie sterujące](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040810/5e50617d3680ba043e44d32d/html5/thumbnails/19.jpg)
Wymiana magnetyzacjiWymiana magnetyzacjiwoda woda -- llóódd
♦♦ PEG/HPEG/H220 (25/75% w/w)0 (25/75% w/w)
♦♦ -- 25 25 ººCC
PEG ↔ woda ↔ lód
kPEG-woda 12 s-1
Kwoda-lód 1 s-1
M0[%] T 1[ms]
Lód 75,6 70Woda 3,0 10PEG 21,4 290
W.P.Węglarz , H.Peemoeller, J. Magn. Reson., 124, 484-485 (1997).
![Page 20: Rozwój i zastosowanie metod opartych na magnetycznym ... · Tomograf MR z magnesem nadprzewodzącym 9,4T Zalety:-Wysokie pole –lepszy SNR-Bogate wyposażenie i oprogramowanie sterujące](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040810/5e50617d3680ba043e44d32d/html5/thumbnails/20.jpg)
Wymiana magnetyzacji Wymiana magnetyzacji poliglicynapoliglicyna -- wodawoda
H. Peemoeller, M.B. MacMillan, W.P. Weglarz , et. al. Biopolymers, 50(6), 630-640 (1999)
![Page 21: Rozwój i zastosowanie metod opartych na magnetycznym ... · Tomograf MR z magnesem nadprzewodzącym 9,4T Zalety:-Wysokie pole –lepszy SNR-Bogate wyposażenie i oprogramowanie sterujące](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040810/5e50617d3680ba043e44d32d/html5/thumbnails/21.jpg)
Woda w materiaWoda w materiałłach ach żżywnoywnośściowychciowych
♦♦ „„GravimetricGravimetric TimeTime DomainDomain NMRNMR””
– Wyznaczanie zawartości wody i frakcji rozpuszczalnej ♦♦ Obrazowanie magnetycznoObrazowanie magnetyczno--rezonansowe migracji wodyrezonansowe migracji wody
– Szybkie uwadnianie – „instant food”
– Wolne uwadnianie – „shelf life”
UnileverUnilever FoodFood andand HealthHealth ResearchResearch InstituteInstitute, ,
DeptDept. . ofof AdvancedAdvanced MeasurementsMeasurements andand ImagingImaging, ,
VlaardingenVlaardingen, Holandia, 2005, Holandia, 2005--2007, 2007,
MC EIF MC EIF FellowshipFellowship –– „„WATERMAPWATERMAP””
![Page 22: Rozwój i zastosowanie metod opartych na magnetycznym ... · Tomograf MR z magnesem nadprzewodzącym 9,4T Zalety:-Wysokie pole –lepszy SNR-Bogate wyposażenie i oprogramowanie sterujące](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040810/5e50617d3680ba043e44d32d/html5/thumbnails/22.jpg)
StarchStarch
![Page 23: Rozwój i zastosowanie metod opartych na magnetycznym ... · Tomograf MR z magnesem nadprzewodzącym 9,4T Zalety:-Wysokie pole –lepszy SNR-Bogate wyposażenie i oprogramowanie sterujące](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040810/5e50617d3680ba043e44d32d/html5/thumbnails/23.jpg)
TimeTime DomainDomain NMR NMR solid
liquid
increased water content & mobility (T2)
( )
WMWLMSLS
3
iTt
eiL
wtwtsin2
Tt
s2
Tt
gS
SSSSSSSS
)exp(AS
))(exp(A))(exp(AS
2ei
2s2g
+=++=+=
−=
⋅−+−=
∑
![Page 24: Rozwój i zastosowanie metod opartych na magnetycznym ... · Tomograf MR z magnesem nadprzewodzącym 9,4T Zalety:-Wysokie pole –lepszy SNR-Bogate wyposażenie i oprogramowanie sterujące](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040810/5e50617d3680ba043e44d32d/html5/thumbnails/24.jpg)
GravimetricGravimetric TD NMRTD NMRModel uwadniania Model uwadniania
dryWMdry
WMM
W MCm
m
S
S ⋅=∆= ρρ
I. Sucha masa próbki znanamM = mdry = m0mW = m-m0 = ∆m
II. Sucha masa próbki nieznanamM = mdry = m0 -δm0mW = ∆m + δm0
0*
0*0
0
00
*
S
mS
m
Sm
m
S
S
WMWM
WM
WMM
W
δρρρδδ
δρ
−=
⋅=
+∆=
W.P. Węglarz , M. Witek, C. Inoue, J. van Duynhoven, H. Van As, Proc. ISOPOW 10, Jan. 2010, Wiley-Blackwell (2010) 411
![Page 25: Rozwój i zastosowanie metod opartych na magnetycznym ... · Tomograf MR z magnesem nadprzewodzącym 9,4T Zalety:-Wysokie pole –lepszy SNR-Bogate wyposażenie i oprogramowanie sterujące](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040810/5e50617d3680ba043e44d32d/html5/thumbnails/25.jpg)
Uwadnianie ryUwadnianie ryżżuu
0.85 0.85 –– 1.21.2Lipids
1.01.0Water
1.51.5Amylose (type B)
1.751.75Amylose (type A)
1.81.8Amylose
ρρ
M. Witek, W.P. Węglarz, et. al., Food Chemistry, 120 (4), (2010), 1031 -1040
![Page 26: Rozwój i zastosowanie metod opartych na magnetycznym ... · Tomograf MR z magnesem nadprzewodzącym 9,4T Zalety:-Wysokie pole –lepszy SNR-Bogate wyposażenie i oprogramowanie sterujące](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040810/5e50617d3680ba043e44d32d/html5/thumbnails/26.jpg)
Model uwadniania Model uwadniania frakcja rozpuszczalna/plastycznafrakcja rozpuszczalna/plastyczna
W.P. Węglarz , M. Witek, C. Inoue, J. van Duynhoven, H. Van As, Proc. ISOPOW 10, Jan. 2010, Wiley-Blackwell (2010) 411
dry
S
dry
SNS
S
dry
dry
SNS
W
M
W
m
m
m
mm
m
m
mS
S⋅
−
⋅+∆⋅
−
⋅=
1
1
1
1
ρρ
ρρ
![Page 27: Rozwój i zastosowanie metod opartych na magnetycznym ... · Tomograf MR z magnesem nadprzewodzącym 9,4T Zalety:-Wysokie pole –lepszy SNR-Bogate wyposażenie i oprogramowanie sterujące](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040810/5e50617d3680ba043e44d32d/html5/thumbnails/27.jpg)
TD NMR (FID TD NMR (FID –– CPMG)CPMG)
solid
liquid
increased water content & mobility (T2)
FSE (RARE)SPI
![Page 28: Rozwój i zastosowanie metod opartych na magnetycznym ... · Tomograf MR z magnesem nadprzewodzącym 9,4T Zalety:-Wysokie pole –lepszy SNR-Bogate wyposażenie i oprogramowanie sterujące](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040810/5e50617d3680ba043e44d32d/html5/thumbnails/28.jpg)
Obrazowanie migracji wody Obrazowanie migracji wody „„instant instant foodfood””
♦♦ Metoda pomiaru:Metoda pomiaru:RARE (Fast Spin Echo)RARE (Fast Spin Echo)
♦♦ TemperaturTemperaturaa: : 25 25 °°C lub C lub 60 60 °°CC
♦♦ RozdzielczoRozdzielczośćść czasowaczasowa: : ~4 min lub ~4 min lub ~2 min ~2 min
♦♦ RozdzielczoRozdzielczośćść przestrzennaprzestrzenna: : ~0.3 mm~0.3 mm (3D)(3D)
H2O
Sucha próbkaMigracja wody
![Page 29: Rozwój i zastosowanie metod opartych na magnetycznym ... · Tomograf MR z magnesem nadprzewodzącym 9,4T Zalety:-Wysokie pole –lepszy SNR-Bogate wyposażenie i oprogramowanie sterujące](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040810/5e50617d3680ba043e44d32d/html5/thumbnails/29.jpg)
Obrazowanie migracji wody
W.P. Węglarz et. al. , Food Chemistry, 106 (2008), 1366-1374
![Page 30: Rozwój i zastosowanie metod opartych na magnetycznym ... · Tomograf MR z magnesem nadprzewodzącym 9,4T Zalety:-Wysokie pole –lepszy SNR-Bogate wyposażenie i oprogramowanie sterujące](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040810/5e50617d3680ba043e44d32d/html5/thumbnails/30.jpg)
Obrazowanie uwadnianiaObrazowanie uwadniania„„instant instant foodfood””
1. uwadnianie kapilarne,
2. nasiąkanie matrycy i pęcznienie
![Page 31: Rozwój i zastosowanie metod opartych na magnetycznym ... · Tomograf MR z magnesem nadprzewodzącym 9,4T Zalety:-Wysokie pole –lepszy SNR-Bogate wyposażenie i oprogramowanie sterujące](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040810/5e50617d3680ba043e44d32d/html5/thumbnails/31.jpg)
Obrazowanie migracji wody Obrazowanie migracji wody PorPoróównanie strukturwnanie struktur
Hydration - different structures
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
#1 #2 #3 #4 #5 #6 #7 #8 #9
Structure
Hyd
ratio
n tim
e [m
in]
90%
50%
10%
![Page 32: Rozwój i zastosowanie metod opartych na magnetycznym ... · Tomograf MR z magnesem nadprzewodzącym 9,4T Zalety:-Wysokie pole –lepszy SNR-Bogate wyposażenie i oprogramowanie sterujące](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040810/5e50617d3680ba043e44d32d/html5/thumbnails/32.jpg)
Obrazowanie migracji wody – „shelf life”
Zadania:Deweloper produktu: zatrzymać wilgoć w nadzieniu ~3 miesiąceNaukowiec: wyjaśnić dlaczego po 4 tygodniach jest źle ?
![Page 33: Rozwój i zastosowanie metod opartych na magnetycznym ... · Tomograf MR z magnesem nadprzewodzącym 9,4T Zalety:-Wysokie pole –lepszy SNR-Bogate wyposażenie i oprogramowanie sterujące](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040810/5e50617d3680ba043e44d32d/html5/thumbnails/33.jpg)
Obrazowanie migracji wody – „shelf life”
Metoda pomiaru:SPI(niskie uwodnienie,krótki T2)
bariera jogurt„normalna” bariera
„catastrophic failure”
nadzienie
shell
![Page 34: Rozwój i zastosowanie metod opartych na magnetycznym ... · Tomograf MR z magnesem nadprzewodzącym 9,4T Zalety:-Wysokie pole –lepszy SNR-Bogate wyposażenie i oprogramowanie sterujące](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040810/5e50617d3680ba043e44d32d/html5/thumbnails/34.jpg)
Obrazowanie migracji wody – „shelf life”
nadzieniebarieraotoczka zbożowa
11d 29d 50d 86d
![Page 35: Rozwój i zastosowanie metod opartych na magnetycznym ... · Tomograf MR z magnesem nadprzewodzącym 9,4T Zalety:-Wysokie pole –lepszy SNR-Bogate wyposażenie i oprogramowanie sterujące](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040810/5e50617d3680ba043e44d32d/html5/thumbnails/35.jpg)
Obrazowanie dyfuzji anizotropowej w Obrazowanie dyfuzji anizotropowej w tkankach nerwowychtkankach nerwowych
♦♦ Dyfuzja anizotropowaDyfuzja anizotropowa
– Dyfuzja ograniczona– Tensor dyfuzji
♦♦ Tkanka nerwowa rdzenia krTkanka nerwowa rdzenia kręęgowegogowego♦♦ Zastosowania obrazowanie dyfuzji Zastosowania obrazowanie dyfuzji
anizotropowejanizotropowej
– Traktografia– Uszkodzenia rdzenia kręgowego
Zakład Tomografii MR IFJ PAN
![Page 36: Rozwój i zastosowanie metod opartych na magnetycznym ... · Tomograf MR z magnesem nadprzewodzącym 9,4T Zalety:-Wysokie pole –lepszy SNR-Bogate wyposażenie i oprogramowanie sterujące](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040810/5e50617d3680ba043e44d32d/html5/thumbnails/36.jpg)
Dyfuzja swobodna i ograniczonaDyfuzja swobodna i ograniczona
∆⋅⋅= DR 2
∆∆∆∆ czas dyfuzjiR średnie przemieszczenieD współczynnik dyfuzji
R2
∆∆∆∆
H2O, 21oC D = 2x10-3 mm2/s
∆ [ms] 10 40 100R [µm] 6 12 20
![Page 37: Rozwój i zastosowanie metod opartych na magnetycznym ... · Tomograf MR z magnesem nadprzewodzącym 9,4T Zalety:-Wysokie pole –lepszy SNR-Bogate wyposażenie i oprogramowanie sterujące](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040810/5e50617d3680ba043e44d32d/html5/thumbnails/37.jpg)
RdzeRdzeńń krkręęgowy gowy -- ggłłóówne szlaki nerwowe wne szlaki nerwowe
www.paraplegic-online.com
![Page 38: Rozwój i zastosowanie metod opartych na magnetycznym ... · Tomograf MR z magnesem nadprzewodzącym 9,4T Zalety:-Wysokie pole –lepszy SNR-Bogate wyposażenie i oprogramowanie sterujące](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040810/5e50617d3680ba043e44d32d/html5/thumbnails/38.jpg)
Pomiar dyfuzjiPomiar dyfuzji
G Gt
G
∆
DbA
bA ⋅−=
)0(
)(ln ( )[ ]δδγ 3
1222 −∆= Gb
δ
![Page 39: Rozwój i zastosowanie metod opartych na magnetycznym ... · Tomograf MR z magnesem nadprzewodzącym 9,4T Zalety:-Wysokie pole –lepszy SNR-Bogate wyposażenie i oprogramowanie sterujące](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040810/5e50617d3680ba043e44d32d/html5/thumbnails/39.jpg)
RdzeRdzeńń krkręęgowy gowy -- budowabudowa
![Page 40: Rozwój i zastosowanie metod opartych na magnetycznym ... · Tomograf MR z magnesem nadprzewodzącym 9,4T Zalety:-Wysokie pole –lepszy SNR-Bogate wyposażenie i oprogramowanie sterujące](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040810/5e50617d3680ba043e44d32d/html5/thumbnails/40.jpg)
Obrazowanie MR dyfuzji Obrazowanie MR dyfuzji anizotropowejanizotropowej
0 360 810 1440 2250 3240b[s/mm2]
![Page 41: Rozwój i zastosowanie metod opartych na magnetycznym ... · Tomograf MR z magnesem nadprzewodzącym 9,4T Zalety:-Wysokie pole –lepszy SNR-Bogate wyposażenie i oprogramowanie sterujące](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040810/5e50617d3680ba043e44d32d/html5/thumbnails/41.jpg)
RdzeRdzeńń krkręęgowy gowy –– dyfuzja ograniczonadyfuzja ograniczona
![Page 42: Rozwój i zastosowanie metod opartych na magnetycznym ... · Tomograf MR z magnesem nadprzewodzącym 9,4T Zalety:-Wysokie pole –lepszy SNR-Bogate wyposażenie i oprogramowanie sterujące](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040810/5e50617d3680ba043e44d32d/html5/thumbnails/42.jpg)
Diffusion TensorDiffusion Tensor
lnA ( )A (0)
2 b D,
b
= −
=∑γ α β
α βα β
1
3
6 independent components
βααβ
αβ
DD
DDD
DDD
DDD
D
zzzyzx
yzyyyx
xzxyxx
=
= ,
=
3
2
1
00
00
00
λλ
λ
αβDdiagonalisation
L. Minati, W.P. Węglarz, Concepts in Magnetic Resonance, 30A (5), 278-307 (2007)
xy
z
![Page 43: Rozwój i zastosowanie metod opartych na magnetycznym ... · Tomograf MR z magnesem nadprzewodzącym 9,4T Zalety:-Wysokie pole –lepszy SNR-Bogate wyposażenie i oprogramowanie sterujące](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040810/5e50617d3680ba043e44d32d/html5/thumbnails/43.jpg)
Dyfuzja anizotropowa Dyfuzja anizotropowa -- mmóózgzg
1.5T, zdrowy wolontariusz, Centrum Obrazowania Helimed sp. z o.o. , Katowice
![Page 44: Rozwój i zastosowanie metod opartych na magnetycznym ... · Tomograf MR z magnesem nadprzewodzącym 9,4T Zalety:-Wysokie pole –lepszy SNR-Bogate wyposażenie i oprogramowanie sterujące](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040810/5e50617d3680ba043e44d32d/html5/thumbnails/44.jpg)
TraktografiaTraktografia –– skrzyskrzyżżowane wowane włłóóknakna
Tensory wyższych rzędów Harmoniki sferyczneDiffusion Spectrum Imaging - DSI
L. Minati, W.P. Węglarz, Concepts in Magnetic Resonance, 30A30A30A30A (5), 278-307 (2007)
![Page 45: Rozwój i zastosowanie metod opartych na magnetycznym ... · Tomograf MR z magnesem nadprzewodzącym 9,4T Zalety:-Wysokie pole –lepszy SNR-Bogate wyposażenie i oprogramowanie sterujące](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040810/5e50617d3680ba043e44d32d/html5/thumbnails/45.jpg)
Uszkodzenie rdzeniaUszkodzenie rdzenia
Mechanizmy pierwotne Mechanizmy pierwotne uszkodzeniauszkodzenia
♦♦ Zniszczenie mechaniczne Zniszczenie mechaniczne struktury rdzenia (rozerwania, struktury rdzenia (rozerwania, ststłłuczenia, rozciuczenia, rozciąągnignięęcia)cia)
♦♦ Przemieszczenia elektrolitPrzemieszczenia elektrolitóóww
♦♦ Spadek aktywnoSpadek aktywnośści ci NaNa++--KK++--ATPATP--azyazy
♦♦ Zniesienie bariery krewZniesienie bariery krew--mmóózgzg--rdzerdzeńń
♦♦ KrwotokiKrwotoki
Mechanizmy wtMechanizmy wt óórne rne uszkodzeniauszkodzenia
♦♦ ObrzObrzęęk k ♦♦ NiedokrwienieNiedokrwienie♦♦ PobudzajPobudzająące aminokwasy ce aminokwasy
((ekscytotoksycznoekscytotoksycznośćść))♦♦ Penetracja CaPenetracja Ca++++ do komdo komóórekrek♦♦ Wolne rodniki Wolne rodniki –– peroksydacjaperoksydacja
lipidlipidóóww♦♦ Nacieki zapalneNacieki zapalne
![Page 46: Rozwój i zastosowanie metod opartych na magnetycznym ... · Tomograf MR z magnesem nadprzewodzącym 9,4T Zalety:-Wysokie pole –lepszy SNR-Bogate wyposażenie i oprogramowanie sterujące](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040810/5e50617d3680ba043e44d32d/html5/thumbnails/46.jpg)
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
1 6 11 16 21
Numer ROI
DL
[10
-3m
m2 /s
]
0
0,050,1
0,150,2
0,25
1 6 11 16 21
Numer ROID
T [1
0-3m
m2 /s
]
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1 6 11 16 21
Numer ROI
IDUszkodzenie rdzenia krUszkodzenie rdzenia kręęgowegogowego
1 mm
1 ... 22
path #2
spinalcord lesion
A.T. Krzyżak et. al., Acta Neurobiol. Exp. 65, 255-264 (2005)W.P. Weglarz et. al., Appl. Magn. Reson., 15, 333-341 (1998)
![Page 47: Rozwój i zastosowanie metod opartych na magnetycznym ... · Tomograf MR z magnesem nadprzewodzącym 9,4T Zalety:-Wysokie pole –lepszy SNR-Bogate wyposażenie i oprogramowanie sterujące](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040810/5e50617d3680ba043e44d32d/html5/thumbnails/47.jpg)
Uszkodzenie rdzeniaUszkodzenie rdzenia
T2
T2
DT
DL
cysta cysta + blizna
5 mm
![Page 48: Rozwój i zastosowanie metod opartych na magnetycznym ... · Tomograf MR z magnesem nadprzewodzącym 9,4T Zalety:-Wysokie pole –lepszy SNR-Bogate wyposażenie i oprogramowanie sterujące](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040810/5e50617d3680ba043e44d32d/html5/thumbnails/48.jpg)
Uszkodzenie rdzeniaUszkodzenie rdzenia -- DW MRIDW MRI
0 1 2 3 40,0000
0,0004
0,0008
0,0012
0,0016
0,0020
0,0024
DL [m
m2/s
]
numer pomiaru
istota biała istota szara
1
0 1 2 3 40,0000
0,0004
0,0008
0,0012
0,0016
0,0020
0,0024
DT
[m
m2 /s
]
numer pomiaru
istota biała istota szara
1
0 1 2 3 40,0000
0,0004
0,0008
0,0012
0,0016
0,0020
0,0024
3 istota biała istota szara
numer pomiaru
DL [m
m2 /s
]
0 1 2 3 40,0000
0,0004
0,0008
0,0012
0,0016
0,0020
0,00243
DT
[m
m2/s
]
numer pomiaru
istota biała istota szara
Pomiar kontrolny Uszkodzenie rdzenia
![Page 49: Rozwój i zastosowanie metod opartych na magnetycznym ... · Tomograf MR z magnesem nadprzewodzącym 9,4T Zalety:-Wysokie pole –lepszy SNR-Bogate wyposażenie i oprogramowanie sterujące](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040810/5e50617d3680ba043e44d32d/html5/thumbnails/49.jpg)
Ograniczanie skutkOgraniczanie skutkóów urazuw urazu
![Page 50: Rozwój i zastosowanie metod opartych na magnetycznym ... · Tomograf MR z magnesem nadprzewodzącym 9,4T Zalety:-Wysokie pole –lepszy SNR-Bogate wyposażenie i oprogramowanie sterujące](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040810/5e50617d3680ba043e44d32d/html5/thumbnails/50.jpg)
Tomograf MR
z magnesem nadprzewodzącym 9,4T
Zalety:
- Wysokie pole – lepszy SNR
- Bogate wyposażenie i
oprogramowanie sterujące
(kilkanaście głowic
pomiarowych; krio-cewka)
- Szeroki zakres możliwych do
zastosowania technik
obrazowania i spektroskopii
zlokalizowanej (1H, 31P, 13C,
19F)
Zastosowanie:
Badania biomedyczne (modele
zwierzęce)
Badania materiałowe
Instalacja – maj 2011
![Page 51: Rozwój i zastosowanie metod opartych na magnetycznym ... · Tomograf MR z magnesem nadprzewodzącym 9,4T Zalety:-Wysokie pole –lepszy SNR-Bogate wyposażenie i oprogramowanie sterujące](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040810/5e50617d3680ba043e44d32d/html5/thumbnails/51.jpg)
„„Wirtualna histologiaWirtualna histologia””
♦♦ MMóózg oposa exzg oposa ex--vivo; vivo; ProhanceProhance; 9,4T; 50x50x50 ; 9,4T; 50x50x50 µµmm33
![Page 52: Rozwój i zastosowanie metod opartych na magnetycznym ... · Tomograf MR z magnesem nadprzewodzącym 9,4T Zalety:-Wysokie pole –lepszy SNR-Bogate wyposażenie i oprogramowanie sterujące](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040810/5e50617d3680ba043e44d32d/html5/thumbnails/52.jpg)
MMóózg myszy zg myszy inin vivovivo9.4 T , 9.4 T , kriocewkakriocewka, IR, IR--UTEUTE
TE 350 µsRozdzielczość: 120x120 µmWarstwa: : 1 mm
![Page 53: Rozwój i zastosowanie metod opartych na magnetycznym ... · Tomograf MR z magnesem nadprzewodzącym 9,4T Zalety:-Wysokie pole –lepszy SNR-Bogate wyposażenie i oprogramowanie sterujące](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040810/5e50617d3680ba043e44d32d/html5/thumbnails/53.jpg)
Obrazowanie MR w IFJ w Krakowie
1986
Pierwszy skaner MR 0.6T w Polsce
2011
Pierwszy skaner MR 9.4T w Polsce
![Page 54: Rozwój i zastosowanie metod opartych na magnetycznym ... · Tomograf MR z magnesem nadprzewodzącym 9,4T Zalety:-Wysokie pole –lepszy SNR-Bogate wyposażenie i oprogramowanie sterujące](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040810/5e50617d3680ba043e44d32d/html5/thumbnails/54.jpg)
Obrazowanie MR w IFJ w Krakowie1986
Pierwszy skaner MR 0.6T w Polsce
2011
Pierwszy skaner MR 9.4T w Polsce
![Page 55: Rozwój i zastosowanie metod opartych na magnetycznym ... · Tomograf MR z magnesem nadprzewodzącym 9,4T Zalety:-Wysokie pole –lepszy SNR-Bogate wyposażenie i oprogramowanie sterujące](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040810/5e50617d3680ba043e44d32d/html5/thumbnails/55.jpg)
Prof. Andrzej JasiProf. Andrzej Jasińńskiski
1940 1940 -- 20112011
1986 1986 firstfirst MRI MRI inin PolandPoland
(MR (MR MicroscopeMicroscope))
0.6T 0.6T permanentpermanent magnet, magnet, BrukerBruker MSL MSL electronicselectronics,,CAMAC CAMAC basedbased controlcontrol unitunit
Obrazowanie MR w Polsce
![Page 56: Rozwój i zastosowanie metod opartych na magnetycznym ... · Tomograf MR z magnesem nadprzewodzącym 9,4T Zalety:-Wysokie pole –lepszy SNR-Bogate wyposażenie i oprogramowanie sterujące](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040810/5e50617d3680ba043e44d32d/html5/thumbnails/56.jpg)
DziDzięękujkujęę za uwagza uwagęę