PowerPoint-Präsentation
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Methoden der MR-Bildgebung W.GRÜNDER • Nur zur internen Verwendung durch Teilnehmer an der Wahlfachvorlesung 1 „Methoden der NMR-Bildgebung und Spektroskopie“der Universität Leipzig im WS 2004/2005 • Enthält nur einige Basis-Folien der im Rahmen des Vorlesungszyklus erstellten Powerpoint –Präsentationen und ist lediglich zur Wiederholung bzw. Vertiefung des in den Vorlesungen vermittelten Wissens und zur Vorbereitung der Abschlußprüfung gedacht. • Änderungen, Ergänzungen, Kopien, anderweitige (auch teilweise) Veröffentlichung sowie Weitergabe an Dritte nur mit ausdrücklicher Genehmigung des Autors ! • Hinweise/ Kritiken zu Inhalt und Gestaltung an: Prof. Dr. W. Gründer, Institut für Medizinische Physik und Biophysik, [email protected] Stand: Januar 2005 W.GRÜNDER Meßzeit einer Spin Echo Sequenz Tac = TR NPh AC TR: Repetitions Zeit NPh: Anzahl der Phasenkodierschritte = Matrix Größe AC: Anzahl der Akquisitionen (zur Verbesserung des S/N) W.GRÜNDER Weitere Sequenz Entwicklungen Scanzeit-Verkürzung Gradienten-Echo Sequenzen Hybrid Sequenzen Kontrast Variationen Gradient Echo Sequenzen Verbesserte räumliche Auflösung 3D Gradient Echo Sequenzen W.GRÜNDER Schnelle Bildgebung W.GRÜNDER Verkürzung der Aufnahmezeit Tac = TR x NPh x AC Gradienten Echo : mehr Linien pro TR: FLASH FISP PSIF DESS CISS Turbo Spin Echo Hybrid Sequenzen (Multi Shot Sequenzen) Single Shot Sequenzen Minimum = 0.5 (Half Fourier) W.GRÜNDER 2D-Fourier-Imaging-SE-Experiment B1 90° 180° HF Gz Gslice Gy Gphase Gx Gread Daten Sampling Acqusition TE/2 t TE W.GRÜNDER Single Echo Multi-Slice 90o 180o TE Gz 90o 180o 90o TE 180o TE 90o 180o TE TR Gslice Gy Gx Gphase Gread t W.GRÜNDER Multi-Spin-Echo: Multi Echo Single Slice 90o 180o TE Gz 180o 180o 180o TR Gslice Gy Gphase Gx Gread t W.GRÜNDER Multi-Echo-Techniken • Verwendung mehrerer Echos mit verschiedenen Phasenkodierschritten zur Füllung des k-Raums • ursprüngliche Idee von Hennig et al. (Freiburg), bekannt als RARE = "Rapid Acquisition with Relaxation Enhancement" • späte Echos bewirken Kontrasterhöhung aufgrund von T2-Relaxation • modifiziert heute bekannt als: - FSE (Fast Spin Echo) -> General Electric - TSE (Turbo Spin Echo) -> Siemens, Philips W.GRÜNDER Fast(Turbo) Spin-Echo (FSE) 90o 180o 180o 180o 180o TE TR TEeff= 3xTE (=Echo zum Phasengradienten 0) Gz Gslice Gy Gphase Gx Gread t k-Raum W.GRÜNDER Fast Spin-Echo alter Infarkt SE: 500/40 FSE: 3000/64/16/8 TEeff =64/; InterEchoTime=16; EchoTrainLänge=8 W.GRÜNDER Gradientenecho Sequenz HF Signal Gx TE t W.GRÜNDER Gradientenecho Sequenzen Knee sagittal, 2D FLASH, 5122, TA = 7:12 min MR Myelography, 3D FISP, 1.5 mm, TA = 6:41 min W.GRÜNDER Gradienten-Echo / Spin-Echo Vorteile o o o o o kürzere Messdauer (TR< T1) besseres Signal–zu–Rausch-Verhältnis pro Zeiteinheit effektive 3D-Bildgebung möglich kleinere SAR-Werte (<90°: geringere HF-Belastung) starker T1- und/oder T2*-gewichteter Kontrast Nachteile o Einfluß von magnetischer Suszeptibilität o und Inhomogenitäten des B0-Felds W.GRÜNDER Gradientenecho - Einfluß von Inhomogenitäten homogenes Feld inhomogenes Feld B B0 B B Binh Binh B0 Bgrad Bgrad=Gx*x Bges Bgrad=Gx*x Bges= B0+Gx*x 0 1 2 3 Bgrad= -Gx*x Bges= B0+Gx*x+Binh x 0 1 2 3 x Bges= B0 - Gx*x+Binh 0 1 2 3 x ω(x)=*Bges(x) Δφ=ω(x)Δt Δt=TE/2: 0 1 2 Δt=TE: 0+1+3 2 3 W.GRÜNDER konventionelle Gradientenecho-Sequenzen ( FLASH / SP GRE / SSI ) • FLASH = Fast Low Angle Shot - 180° Refokussierungs-Impuls fehlt Reduktion der HF-Belastunng, TE-,TR-Reduktion - T2*- Wichtung (keine Korrektur statischer Feldinhomogenitäten wie im SE-Experiment Einfluß von Suszeptibilitätsunterschieden) CSE (li.) -> T2-Wichtung FLASH -> T2*-Wichtung Signalverlust in Regionen mit Suszeptibilitätssprüngen W.GRÜNDER refokussiertes Refoc.GE: TR/TE/: 100/10/30 Gradienten-Echo Refoc.GE: TR/TE/: 100/10/60 W.GRÜNDER Contrast Enhanced - Gradient-Echo CE-GE: TR/TE/: 30/6/30 CE-GE: TR/TE/: 100/6/30 W.GRÜNDER Echo-Planar-Bildgebung (Spin-Echo-EPI) z.B. 64 Echos pro 90° Puls: 1 Spinecho + 63 Gradientenechos 90° 180° Gs t Gp t Gr t MR Signal effektive Echozeit W.GRÜNDER Diffusionsgewichtete Bildgebung Visualisierung der relativen Beweglichkeit endogener Wassermoleküle im Gewebe (Intensitäten) Grundlage: Brownsche Molekularbewegung Diffusion der Wassermoleküle im Gewebe 2 <r> = 2 Dt (eindimensional) r ... mittlere freie Weglänge t ... Zeit D = SelbstDiffusionsKoeffizient (SDK) ADC = Apparent Diffusion Coefficient freies Wasser: D = 2 x 10-9 m2/s = 2 x 10-3 mm2/s W.GRÜNDER Diffusionsgewichtete EPI-Bildgebung 180° S = S0 exp (-(G)2D) * 90° GS G G GR GP Zeit W.GRÜNDER EPI-Diffusionssequenzen • Schalten zusätzlicher Diffusionsgradienten • • sensitiv gegenüber molekularer Bewegung, d.h. Selbstdiffusion von Wasser in Gewebe wird "sichtbar" Vorteil ultraschneller EPI-Messung: "Einfrieren" von Körperbewegungen , welche bei konventionellen Sequenzen Artefakte erzeugen würden, die den Diffusionskontrast überblenden W.GRÜNDER • aus Vektorfeld wird Verlauf der Faserbahnen berechnet Annahme • Hauptdiffusionsrichtung liegt entlang der Oberfläche der Faserbahnen (max. Diffusion) • z. Vgl.: graue Hirnsubstanz isotrope Diffusion • treshold-Werte: - minimaler FA-Wert - maximale Krümmung - Schrittweite f. Berechnung W.GRÜNDER Diffusions-Tensor-Imaging (DTI) Limitationen: • Qualität der Ausgangsdatensätze (1282-Matrix) • Nachweisgrenze für kleine Diffusionskoeffizienten • Berechnungsprobleme im Kreuzungsbereich von Fasern W.GRÜNDER MR-Kontrastmittel Magn.Feld des Elektrons ist wesentlich stärker als Feld des Protons Ungepaarte Elekrtonen paramagnetischer Substanzen ( Gd3+ , Mn2+ , Dy3+ , Fe3+ ) beeinflussen Relaxationszeiten starke T1-Verkürzung (paramagn.Substanzen) Aufhellung im T1-gewichteten Bild (geringe) T2/T2*-Verkürzung (superparamagn.;ferromagn.Substanzen) Signalverlust im T2-gewichteten Bild W.GRÜNDER Paramagnetische Kontrastmittel ohne Kontrastmittel nach Kontrastmittel Meningiom W.GRÜNDER MR-Angiographie (MRA) SE-Sequenzen Zeit t: 90°-Puls Zeit t+TE/2: 180°-Puls Signal stationär Δz V=0 Fluß: langsam V langsam V=Δz/(TE/2) Fluß: mittel schnell V mittel V=schnell Zunehmender Signalverlust durch Abfließen der angeregten Spins W.GRÜNDER MR-Angiographie (MRA) SE-Sequenzen Zeit t: 90°-Puls Zeit t+TE/2: 180°-Puls Signal stationär Δz V=0 Fluß: langsam V langsam V=Δz/(TE/2) Fluß: mittel schnell V mittel V=schnell Zunehmender Signalverlust durch Abfließen der angeregten Spins W.GRÜNDER TOF-Bildgebung W.GRÜNDER TOF-Bild W.GRÜNDER
