Fragenkatalog MRI Weinguny
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1. Welche Magnettypen kennen Sie und worauf ist bei diesen zu achten? Permanentmagnet: Klassischer Magnet Ferromagnet, klassischer Dipol, Magnet wird von einem Kraftfeld eingeschlossen, Kraftfeld = Magnetfeld, Kraftlinien sind geschlossen, sind umso Stärker je näher an den Polen, die Kraftlinien durchlaufen den Magneten und verlaufen auch außerhalb ( Streufeld des Magneten). Max: 0,3 Tesla, besteht aus einem Eisenkern, ist ständig magnetisch, benötigt also keine externe Energiezufuhr Nachteil: thermische Instabilität, begrenzte Feldstärke, großes Gewicht. Richtung des Magnetfeldes ist nicht parallel, sondern senkrecht zur Körperachse. Idealer Magnet: gleichförmige Kraftlinien = homogenes Magnetfeld!!! Widerstandsmagnet/Resistivmagnet: bis 0,3 Tesla, Magnetfeld entsteht, indem man Strom durch einen Leiter bewegt, Bewegte Ladungen in einem Leiter bedingen ein Magnetfeld (Maxwell Gleichung). Als Leiter werden Cu oder Al- Spulen verwendet, die Höhe des Magnetfeldes steigt mit der Höhe der angelegten Spannung. Nachteil: je höher die angelegte Spannung, desto mehr Wärme entsteht in der Spule, und je mehr Wärme, desto höher wird der Widerstand der Spule. Kühlung ist notwendig. Je konstanter die Temperatur, desto homogener das Magnetfeld. Kühlung erfolgt über eine Klima-Anlage, Vorteil: jederzeit abschaltbar MRT Luftspulenmagnet Hybridmagnet: Mischung aus unterschiedlichen Magnettypen Supraleitende Magnete: Supraleitend = Stromfluss nahezu ohne Widerstand, Bestimmte Metall-Legierungen verlieren bei Abkühlung bis fast zum absoluten Nullpunkt (-273° C oder 0° K) den elektrischen Widerstand. Die Kühlung erfolgt mit flüssigem Helium, Magnetspulen werden im flüssigen Helium eingetaucht, ab 1/3 Füllhöhe wird wieder nachgefüllt. Um den Verlust an fl. Helium so gering wie möglich zu gestalten, wird das Ganze nach Außen abgeschirmt, Wärmeisolierung, Thermoskannen-Prinzip. Vorteil: Feldstärken bis 4 Tesla realisierbar, äußerst homogenes Magnetfeld Nachteil: lässt sich nicht gleich abschalten, Not-Aus Quenchen, He ist teuer, weil Edelgas 2. Was versteht man unter Resonanzprinzip? Resonanzkörper verstärkt Schwingungen, Protonen haben Frequenzen, ich rege Sie mit bestimmten Frequenzen (Hochfrequenzimpuls) an. Resonanzprinzip: ω = γ.B (= Lamorgleichung) γ = gyromagnetisches Verhältnis B = magnetische Feldstärke ω = Präzessionsrequenz Das Resonanzprinzip wird benötigt, um Protonen mit einer in ihnen enthaltenen Frequenz anzuregen. Resonanz entspricht der Übergabe von Energie Je stärker das äußere Magnetfeld, desto höher die Präzessionsfrequenz. 3. Welche Atomkerne werden für die Bildgebung verwendet und was geschieht mit ihnen im Magnetfeld? Verwendet werden die Atomkerne des Wasserstoffs, weil besitzt nur ein Proton und kein Neutron menschlicher Organismus besteht zu 80% aus Wasser = H2O, ausreichende Menge Wasserstoffkern hat Drehimpuls Spin – präzedieren mit Eigenfrequenz Ladung ist bewegt Strom fließt Magnetfeld, Protonen haben somit ein magnetisches Moment mit einem Nord- und einem Südpol. Im magnetfeldfreien Raum zeigen die Pole in alle Raumrichtungen nach außen hin ist der menschliche Organismus magnetisch neutral (Balance Zustand). Wird ein äußeres Magnetfeld B0 angelegt, so richten sich die Protonen in diesem Magnetfeld aus, und zwar parallel = niedriges Energieniveau oder antiparallel = höheres Energieniveau. Anzahl der parallel ausgerichteten Protonen liegt ein paar ppm über den antiparallel ausgerichteten, weil niedriges Energieviveau bevorzugt wird (wird bei paralleler Ausrichtung eingenommen) Nur die parallel ausgerichteten Protonen können Energie aufnehmen und dadurch sind sie in der MRT als einzige von Bedeutung. Neben dem Spin führt das Proton noch eine kreisende Bewegung aus. Bewegung gleicht einem Kreisel, der angestoßen wurde, dieses „torkeln“ wird als Präzession bezeichnet. Je stärker das externe Magnetfeld B0, desto schneller wird diese Präzession. Präzession pro Zeiteinheit = Präzessionsfrequenz. Präzessionsfrequenz der Protonen lässt sich über die Lamor-Gleichung bestimmen. Lamor-Gleichung: ω0 = γ* B0 ω0 = Präzessionsfrequenz oder Lamor-Frequenz γ= gyromagnetisches Verhältnis, materialabhängige Konstante Die Lamor-Gleichung beschreibt den Zusammenhang zwischen Magnetfeldstärke und der Präzessionsfrequenz der Protonen. Feldstärke 1 Tesla 42MHz Feldstärke 1,5 Tesla ca. 64 MHz 4. Welche Rolle spielt die Hochfrequenz bei MR? Durch das Senden eines HF Impulses wird die Longitudinalmagnetisierung (z-Achse) in eine Transversalmagnetisierung verwandelt (x-, y-Achse). Es erfolgt eine Kippung um 90° ( 90 ° Impuls) Der Hf Impuls muss aber der Präzessionsfrequenz der Protonen entsprechen ( = LamorFrequenz), sonst sprechen die Protonen auf den Impuls nicht an!!! Es wird Energie in Form eines HF Impulses auf die Protonen übertragen. Es können sich nun vermehrt Protonen antiparallel ausrichten, durch diesen Vorgang sinkt die Longitudinalmagnetisierung!!! Nach dem Abschalten des HF Impulses: Die präzedierenden Protonen werden in Phase gebracht, ihre einzelnen Magnetfelder addieren sich Transversalmagnetisierung nimmt zu. Nach der Zunahme beginnt wieder die Abnahme der Magnetisierung in der transversalen Ebene Transversalrelaxation. Jedes Proton wird durch das Magnetfeld der benachbarten Protonen und deren Spins beeinflusst (Spin-Spin-Relaxation), die magnetischen Kräfte heben sich auf!! Die Longitudinalrelaxation nimmt wieder zu Longitudinalrelaxation Die Protonen geben die Energie wieder an ihre Umgebung, das Gitter, ab (Spin-Gitter-Relaxation). Es gibt wieder den Überschuss an den parallel ausgerichteten Protonen. Nach dem Abschalten befinden sich die Protonen in Phase und geben ein Signal ab. Das Signal ist eine elektromagnetische Welle und ihre Frequenz entspricht der gleichen Frequenz des zuvor eingesendeten HF Impulses. Diese Energie wird mittels Spulen =coils, in Form einer induzierten Wechselspannung gemessen. 5. Beschreiben Sie Relaxationsvorgänge (Longitudinal und transversal)? Longitudinalrelaxation = Spin-Gitter-Relaxation, T1-Relaxation: Durch den HF Impuls (senkrecht zum Magnetfeld B0) werden die Protonen mit ihrem Magnetfeld um 90° gekippt. D.h. in ein Transversalmagnetfeld umgewandelt. Die Zunahme der Longitudinalmagnetisierung erfolgt durch Energieabgabe der Protonen (Energie wurde durch den HF Impuls zuvor aufgenommen). Die Protonen richten sich wieder mit einem kleinen Überschuss parallel aus.--> Spin Gitter Relaxation!! T1 Zeitkonstante für die Dauer der Longitudinalrelaxation, Zeit bis 63% der ursprünglichen Longitudinalmagnetisierung wieder erreicht ist. Die Relaxationszeit T1 nimmt mit der magnetischen Feldstärke zu. Wasserstoffprotonen in Fett erholen sich schnell (chemisch fest gebunden) Wasserstoffprotonen in Flüssigkeiten relaxieren langsam. (Maßgebend für die Entstehung eines Kontrastes in der MRT) Transversalrelaxation, Spin-Spin-Relaxation, T2 Die um 90° „gekippten“ Protonen befinden sich kurz nach dem Abschalten des HF-Impulses in Phase und bilden entlang der xy-Ebene eine gerichtete Magnetisierung. Manche Protonen kreiseln aber schneller, manche langsamer, es kommt zu einer Dephasierung, wobei sich das gerichtete Magnetfeld langsam abbaut. Die transversale Magnetisierung nimmt ab. Die Protonen beeinflussen sich mit ihren magnetischen Momenten gegenseitig. Den Vorgang vom Zustand „In-Phase“ zu einer kompletten „Dephasierung“ in der xy-Ebene bezeichnet man als Spin-Spin Relaxation oder Transversalrelaxation!!! T2: Zeitkonstante, die die Dauer der Transversalrelaxation beschreibt. Zeitdauer bis die Transversalmagnetisierung auf 37% des Ausgangswertes zurückgegangen ist. Beide Relaxationen laufen nach Beendigung des HF Impuls gleichzeitig ab, wobei die SpinSpin Relaxation früher fertig ist als die Spin-Gitter Relaxation. 6. Was versteht man unter dem Spin Echo Verfahren? Setzt man einen 90° Impuls, so kippen die Protonen um 90° und bilden ein transversales Magnetfeld. Die so erhaltene Magnetisierung in der xy-Ebene dephasiert wegen der örtlichen Feldinhomogenitäten und den Spin-Spin Wechselwirkungen sehr rasch. Das erhaltene Signal wird als F.I.D bezeichnet. (free induction decay, schneller Signalabfall, + 40ms, sehr schwer messbar) Durch setzen eines Refokussierungsimpulses (180° Impuls) wird die Magnetisierung rephasiert. Der 180° Impuls ist entweder doppelt so lange (2mal so viele nulldurchgänge) oder doppelt so stark (2fache Amplitude) wie der 90° Impuls. Durch den 180° Impuls wird weder die Präzessionsrichtung noch die –geschwindigkeit verändert. Es kommt zu einem erneuten Aufbau der Transversalmagnetisierung. Das rephasierende Signal wird als „Echo“ des FID bezeichnet. Zum besseren Verständnis wurde das Beispiel mit den „Läufern“ gebracht. Der 90° Impuls ist das Startsignal, wo alle loslaufen. Durch die unterschiedliche Geschwindigkeit der einzelnen Läufer wird sich das Feld der Läufer auflösen. Nun kommt das Kommando zum Umdrehen = 180° Impuls, alle müssen wieder zum Start zurücklaufen. 7. Was versteht man unter einem Gradienten und welche Bedeutung haben Gradienten bei MR? Alle Wasserstoffprotonen befinden sich nach Abschalten des HF-Impulses in gleicher Phase und präzedieren mit der gleichen Frequenz. Das System ist nicht im Stande den Ursprung der einzelnen Signale zu ermitteln man muss die Protonen mit einem 2. veränderlichen Magnetfeld kodieren. = Gradientenfeld. Ein Gradient ermöglicht ein punktgenaues Unterscheiden der erhaltenen Signale. Das Gradientenfeld wird dem Magnethauptfeld zeitweilig überlagert. Dieses 2. Magnetfeld ist nicht homogen sondern besitzt ein gewisses Gefälle. Erreicht wird dieses Gradientenfeld durch drei Spulensätze, die senkrecht zueinander stehen. Für axiale Schnittführung gilt: Gx Frequenzkodiergradient/ Auslesegradient Gy Phasenkodiergradient Gz Schichtselektionsgradient Jeder Spulensatz hat eigene Stromversorgung, dabei werden die Spulen eines Satzes gegenläufig mit Strom versorgt, um magnetische Feld-Gradienten zu erzeugen. Linearität und Stabilität des Gradientenfeldes ist für die Bildgebung und Ortskodierung absolut entscheidend. Nutzung im MR: Selektive Anregung der Spins in einer definierten Schicht, dünne Objektschicht Ortskodierung innerhalb einer definierten Region (Schicht oder Volumen) Schichtselektionsgradient Gz: Es besteht ein direkter Zusammenhang zwischen Magnetfeldstärke und der Resonanzfrequenz der Protonen (Lamor-Gleichung). Wenn man ein Gradientenfeld in z-Richtung ansteigend aufbaut, so ist die Frequenz von der Sohle bis zum Scheitel auch ansteigend!!! Dazu wird dem homogenen Magnetfeld ein Schichtselektionsgradient senkrecht zur Schichtebene überlagert. Durch Auswahl einer bestimmten Frequenz für den HF Impuls werden nur die Protonen angeregt, die sich in der zu untersuchenden Schicht befinden, und in der gerade das passende Magnetfeld herrscht. a) Die dicke der Schicht kann variiert werden, indem die Bandbreite des HF-Impulses verändert wird. Je breiter, desto dicker die Schicht. b) Die Lage der Schicht kann verändert werden, indem die Nennfrequenz des HFImpulses bei gleicher Bandbreite verschoben wird. Phasenkodierung Gy: Nach der selektiven Anregung muss das Kernresonanzsignal des einzelnen Voxel räumlich kodiert werden. 2 Techniken: Frequenzkodierung Phasenkodierung Nachdem der Hochfrequenzimpuls ausgestrahlt wurde präzedieren alle Protonen mit derselben Geschwindigkeit. Nun wird ein Gradientenfeld dem Magnetfeld überlagert. Es handelt sich um ein Gradientenfeld, welches oben stärker ist als unten (Entlang der y-, oder x-Achse). Die Präzession (kreisende Bewegung) ist somit oben größer, als die Präzession der untersten Protonen. Dieser Unterschied besteht aber nur sehr kurze Zeit!!! Wird der Gradient abgeschaltet herrscht nur mehr das Hauptmagnetfeld und alle Protonen präzedieren nach kurzer Zeit wieder mit derselben Frequenz. !!!Sie haben zwar dieselbe Frequenz, geben aber ihr Signal Phasen verschoben ab. --> Damit kann man nun örtlich zuordnen. Phasenkodiergradient. (bildet die Zeilen der Matrix) Während der Dauer einer Messsequenz, bleiben Schichtselektionsgradient und Frequenzkodiergradient gleich bleibend, während der Phasenkodiergradient schrittweise bei jeder Anregung erhöht wird. Es sind so viele Anregungen erforderlich, wie Schichten erzeugt werden. Matrix 512x512, 512 Anregungen sind notwendig kostet sehr viel Untersuchungszeit!!! Frequenzkodiergradient / Auslesegradient Gx: Hier wird ein Gradientenfeld dem Magnetfeld derart überlagert, dessen Stärke von Links nach Rechts abnimmt. Die Protonen sind nun unterschiedlichen Magnetfeldstärken ausgesetzt, dass bedeutet die Protonen geben ihr Signal mit unterschiedlicher Frequenz wieder. (starkes Magnetfeld höhere Frequenz, schwaches Magnetfeld, geringere Frequenz). Dieser Gradient wird als Frequenzkodiergradient bezeichnet (bildet die Spalten in der Matrix) Schichtdicke: Frequenzbandbreite: Nicht nur eine Frequenz sondern ein bestimmtes Frequenzspektrum wird gesendet Gradientenfeld steiler stellen Durch steiler stellen des Gradientenfeldes lassen sich bei unveränderter Frequenzbandbreite dünne Schichten erzeugen. 8. Wie setzt sich die MR Untersuchungszeit zusammen und wie reduzieren Sie diese? Untersuchungszeit setzt sich aus Repetitionszeit, Matrixgröße (also Anzahl der Phasenkodierschritte), Anzahl der Akquisitionen (bei 2 x 256 Matrix = 512 ….) Repetitionszeit*Anzahl der Phasenkodierschritte*Anzahl der Repetitionen In Matrizen ordnen wir nach Frequenzen und Phasen. Verschiedene Phasen werden durch Phasenkodiergradienten angesprochen. (= Die nächste Zeile der Matrix) Schichtselektions- und Frequenzkodiergradienten bleiben gleich. Reduktion durch Verkürzen der Tr, weniger Aquisitionen einstellen. 9. Wie entsteht bei MR der Gewebekontrast und welche verschiedenen Kontraste kennen Sie? Abhängig von der chemischen Umgebung hat jedes im Gewebe gebundene Proton unterschiedliche Relaxationseigenschaften. Die T1 Relaxation nimmt mit der Feldstärke des Magneten zu. Fest gebundene Protonen im Fett relaxieren sehr schnell, lose gebundene Protonen im Wasser erholen sich langsam (relaxieren langsam). Fett 180ms Graues Gewebe 520ms Flüssigkeit 2000ms Mz Fett Graues Gewebe Wasser Zeit Aufgrund dieses Unterschiedes (Unterschied in den einzelnen Relaxationszeiten der Protonen in den verschiedenen Geweben)entsteht der Kontrast in den MR-Bildern. Wenn man nun eine kurze TR nimmt, ergibt sich, dass Protonen in Fett gebunden sehr rasch relaxieren und viel Signal abgeben, hingegen Protonen die in Flüssigkeiten vorkommen, langsamer relaxieren, also ein schwaches, bis gar kein Signal abgeben. In der T1 Gewichtung erscheint Fett hell und Flüssigkeiten dunkel (weil wenig bis gar kein Signal zu erwarten ist). Messsignale: Der zeitliche Abstand zwischen zwei 90° Impulsen heißt time of repetition TR Der Zeitraum zwischen einem 90° Impuls und einer Signalmessung wird Echozeit, time of echo TE genannt (Signalmessung zum Zeitpunkt der maximalen Amplitude des Echoimpulses) Kontrast in der T1 Gewichtung: T1 ist das Maß, die der Longitudinalvektor braucht, um sich wieder aufzubauen. Bei Geweben mit kurzer T1 hat sich relativ viel Längsmagnetisierung aufgebaut starkes Signal. Voraussetzung ist aber, dass man den Impuls wiederholt bevor sich der Vektor des Gewebes mit langer TR noch nicht ganz aufgerichtet hat!!! Der Kontrast ist also am Anfang (also nach kurzer TR) noch groß, wird dann aber geringer (weil sich der Summenvektor der Gewebe mit langem TR sich seinem ursprünglichen Maximum nähert). Kontrast in der T2 Gewichtung: Das Maß für die zeit, die der Transversalvektor braucht um sich wieder abzubauen ist T2. Mz Flüssigkeit Graues-Gewebe Fett Zeit Bei Geweben mit kurzem T2 erfolgt die Abnahme rascher als bei Geweben mit langem T2. Die Unterschiede sind anfangs noch gering, werden aber mit der Zeit größer. Flüssigkeit langes T2 (>300ms) Fett kurzes T2 (<150ms) Um den Kontrast zwischen den Geweben hervorzuheben muss also eine lange TR und eine lange TE gewählt werden. Das einzelne Messsignal ist sehr schwach, daher wird die Messung mehrmals wiederholt und die einzelnen Messungen addiert!! Gewichtungen: T1 T2 Protonendichte kurzes TR und kurzes TE langes TR und langes TE Langes TR und kurzes TE Hier werden weder T1 noch T2 Unterschiede hervorgehoben. Es spielt dabei nicht die Qualität der Protonen sondern die Quantität der Protonen eine Rolle. Inversion Recovery Sequenzen: Die Sequenz beginnt mit einem 180° Impuls, dieser kippt das Magnetfeld um 180°, dadurch dauert die T1-Relaxation wesentlich länger. Dies ermöglicht einen besseren T1 Kontrast. Gefolgt wird dieser Impuls von einer normalen Spin Echo Sequenz, oder Gradientenecho. Gewebskontrast (T1 und T2 Relaxation), Echozeiten, für T1: kurze TR und um T2-Eindruck zu unterdrücken kurze TE. Für T2: lange TR und lange TE. T1 Fett hell, Flüssigkeit dunkel, alles andere mehr oder weniger grau T2 Flüssigkeiten hell, alles andere etsprechend des Wassergehalts Spin-Echo PD: lange TR und kurze TE __________ T1 gewichtete GE aufnahmen: TR und TE kurz, mit großem Flipwinkel FISP: erhöhte Sensitivität auf Flüssigkeiten, also ein T2* Kontrast: ähnlich dem T2SE, Flüssigkeit hell, Fett dunkel, Flipwinkel zwischen 30 – 40°, TR und TE lang. Je größer Flipwinkel sind (an die 90°), umso ähnlicher dem T1-gewichteten. TSE lässt sich T1 und T2 gewichten. Die T2TSE hat den hellen Fettrand, TGSE haben diesen nicht. Effektive Echozeiten: Aufweichung des Kontrastes. In den mittleren 20 – 40 Zeilen sitzt der Kontrast. Cholangio: Einzelbildverfahren: nur Flüssigkeiten kommen zur Darstellung. 10. Wie wird die räumliche Auflösung bei MR bestimmt, und wie können Sie diese beeinflussen bzw. ändern? Räumliche Auflösung = Pixelgröße x Schichtdicke!!! Pixelgröße = FOV/ Matrixgröße Field of view/ FOV: = die Länge und die Breite des Bildausschnittes in mm, definiert mit der Matrix gemeinsam die Auflösung. Es gibt aber technische Limitationen: Kleines FOV: abhängig von der Gradientenstärke, es ist nicht jede Steigung des Gradientenfeldes verfügbar, bzw. technisch realisierbar. Großes FOV: Abhängig von der Spulencharakteristik (Ausleuchten der Spule) und von der Magnetfeldhomogenität Man kann nicht beliebig große, beliebig kleine FOV erzeugen!!! Schichtdicke: Das Signal-Rausch Verhältnis ist proportional zur Schichtdicke. a) Dünne Schichten: bessere Auflösung, mehr Rauschen, weniger Objektabdeckung b) Dicke Schichten: Partialvolumeneffekt, besseres S/R Verhältnis. Matrix: Je größer die Matrix (d.h. kleine Pixel) desto besser die Auflösung, aber umso länger ist die Aufnahmezeit (weil mehr Aquisitionen bzw. 90° Impulse notwendig) Aufnahmezeit wird von der Messfeldgröße und der verwendeten Matrix bestimmt. Gradienten verändern Messfeldgrößen (in mm angegeben), Schichtdickenveränderung über Frequenzbandbreite oder Gradienten. (je steiler Gradient und je schmaler die Frequenzbandbreite, umso dünner wird die Schicht) Je mehr Zeilen, umso höhere Auflösung. Bei Volumsanregung wird über einen zweiten Phasenkodiergradienten in Schichtselektionsrichtung die Untersuchungsregion in dünne Schichten zu teilen. 11. Beschreiben Sie die Zusammenhänge von Signalstärke und räumlicher Auflösung? Signal mittlere Signalintensität pro Voxel Rauschen: Störsignale durch Elektronik Thermisches Rauschen Systematisches Rauschen (Artefakte) Signal/Rauschen: Mittelwert der Signalintensität S gebrochen durch die Standardabweichung des Rauschens N, S/N Bildkontrast Räumliche Auflösung T1, T2, PD Objektkontrast TR, TE, TIR, flip angle SRV wird größer (d.h. mehr Signal bei weniger Rauschen) quadratisch wenn Messfeld vergrößert wird, weil gleiche Anzahl an Voxel auf größeres Messfeld verteilt sind, somit jeder Voxel mehr Intensität abgibt (Signal wird größer) SVR wird kleiner je größer die Matrix, weil Abmessungen der Voxel kleiner werden und somit weniger Signal von jedem einzelnen Voxel ausgeht (-> mehr Rauschen) SRV wird größer wenn Schichtdicke größer wird (kleine Schichtdicke -> mehr Rauschen) 12. Welche Vorteile sehen Sie in der Verwendung von 3D Messverfahren und wo sind deren Einsatzbereiche? SRV ist größer (d.h. mehr Signal bei weniger Rauschen) als in 2D, weil größere Volumina angeregt werden, da mit Phasenkodiergradienten Schichtdicken bis zu 0,2 mm erzielt werden können. 3D Datensätze können nachbearbeitet werden: also MPR. Vorteil gegenüber Schichtanregung: In der einzelnen Schicht kann es passieren, dass zuwenig Protonen in der Schicht ein entsprechend starkes Signal geben (zu dünne Schichten), wenn man aber ein Volumen anregt, stehen eine große Anzahl von Protonen zur Verfügung. -> stärkeres Signal, also ein höheres Signal/Rausch Verhältnis!! In der MR-Angio, durch nachträgliche Rekons Gefäßbäume, time of flight ohne Gabe KM zeigt die Flusssituation, KM zeigt das Lumen, KM kurze Untersuchungszeiten TR: 3-5 ms, TE: 1ms und darunter. Normal time of flight: TR zwischen 7 und 10ms Weiterer Vorteil: Prothesenanfertigung (Hüfte, Kiefer…), Stereotaktische OP-Planung im Schädelbereich Nachteil: lange Untersuchungsdauer und in 2 Raumrichtungen bewegungsanfällig, daher hauptsächlich GE Sequenzen verwendet, weil kurze TE´s und TR´s. 13. Wie kommt man zu einem T1 gewichteten Bild? kurzes TE und kurzes TR wählen 14. Wie kommt man zu einem T2 gewichteten Bild? Langes TE und langes TR wählen 15. Was versteht man unter Turbo Spin Echo oder Turbo Gradienten Echo? Grundprinzip bei beiden ist dasselbe. Turbo Spin Echo: mehrfache 180°-Impulse werden nach einem schichtselektiven 90° Impuls angewendet, um mehrfache Echosignale innerhalb eines TR Intervalls aufzunehmen. Jedes Echosignal bekommt eine andere Phasenkodierung, so dass sich die Untersuchungszeit um den Faktor der Echoanzahl verringert. Ein Maximum von 37 Echos ist derzeit möglich. Anzahl der Echos = Turbofaktor!! Turbo Gradienten Echo: Bei allen GE Sequenzen wird auf den 180° Impuls verzichtet, daher verläuft auch die Transversalrelaxation schneller als bei der Spin Echo Sequenz. Statt des 180° Impulses verwendet man eine Gradientenschaltung, welche die dephasierenden Spins rephasiert. Vorteile: a) Dünnere Schichten b) Kürzere Messzeiten c) Größere Signalausbeute Diese Gradientenschaltung mehrfach angewandt ergibt dann den Turbofaktor. 16. Was bedeutet EPI, wofür wird es eingesetzt und welche Vor- und Nachteile werden EPI zugeschrieben? Echo Planar Imaging Sehr kurze Messzeit (Bewegungen können „eingefroren“ werden) Vorrausetzungen: starke Gradienten, die schnell ansprechen (unter 0,4 ms), rasch schaltbar z.B.: Darstellung des Herzens Segmented EPI: füllt einen Teil, wartet auf den nächsten Herzschlag, Zeilen werden übersprungen; muss dies 3mal machen bis Karo voll ist. Vorteil: dauert nicht lange nur ca. 100ms Nachteil: Suszeptibilitätsartefakte Magnetfeldverzehrungen anatomische Veränderungen, unscharfe Grenzen (meist Gewebe+ Luft) muss frequenzselektive Fettunterdrückungsimpulse aussenden Frequenzbandbreite muss sehr eng sein chemical-shift- Artefakt (muss FATSAT machen um diesen zu vermeiden) Geisterbilddarstellung Umrisse und Inhalt um das Halbe Messfeld verschoben (in Phasenkodierrichtung) Am meisten eingesetzt bei: physiologische Vorgänge Schädel/ Hirn Diffusion/ Perfusion mit KM (Kapillarversorgung) 17. Welche Sequenzweiterentwicklung kennen Sie? Nach Spin Echotechnik kam TSE, GE, Half Fouriertechnik, EPI, 3D Verfahren, Half-Fourier Technik: Die Bildrekonstruktion wird nur von einem Teil der gemessenen Daten ausgeführt. Der erhaltene unvollständige Datensatz wird rechnerisch ergänzt. (Auffüllen des KRaumes ein bisschen über die Hälfte) Phasenkodierrichtung: Ungefähr die Hälfte 53% füllt in der Phasenkodierrichtung den K-Raum, während der errechnete Datensatz für die Rekonstruktion herangezogen wird. Zeitersparnis halbe Aufnahmezeit!!! Read-out-Richtung: mehr als die Hälfte des Datensatzes wird in Read-out Richtung auf den K-Raum übertragen, verbleibende Daten werden auch wieder für die Rekonstruktion verwendet. Vorteil: für kurze Sequenzen mit kurzem TE, Verbesserung der Auflösung Haste (Half Fourier Single Shot Turbospin Echo Sequenz) Fast Advanced Spin echo wird realisiert durch die Hinzunahme von Hochfrequenz zu einer Turbo Spin Echo Sequenz. Hier wird wieder für die Bildrekonstruktion mit mehr als der Hälfte von Daten in Phasenkodier- oder Frequenzkodier-Richtung durchgeführt. Bilder werden unschärfer, ähneln aber den Bildern einer vollständigen Akquisition. Unter günstigen Bedingungen lässt sich die Aufnahmedauer um den Faktor 512 reduzieren. EPI: 3D-Verfahren: 18. Aus welchen Komponenten besteht eine MR Anlage? Magneten, Patiententisch, Hochfrequenzkabine, Computer, Gradientensystem, Spulen KM Motorspritze, Farraday-Käfig, Bedienpult, Auswertekonsole, Befundung 19. Welche Artefakte kennen Sie? a.) Bewegung: Bewegungsartefakte begründen sich in der Phase durch eine Fehlbewegung der Protonen. Dies geschieht teils durch Atembewegungen, Pulsation oder durch Bewegung des Gradientenfeldes und folglich erhält man eine Addition von Phasenverschiebungen. Daher befinden sich die Protonen im Bild später an einer anderen Stelle. Bewegungsartefakte erscheinen immer in der Phasenkodierrrichtung!!! b.) paramagnetisch: paramagnetische Artefakte werden durch Metall verursacht (zB.: Eisen, Implantate). Durch Metall erfolgt eine Ablenkung, und Verzerrung des Magnetfeldes mittels Änderung der Resonanzfequenz. Die Protonen reagieren nicht auf den HF-Impuls Impuls / Änderung und werden somit auch nicht dargestellt. c.) Einfaltungen: Einfaltungsartefakte entstehen durch eine Fehlanordnung der Phase. Einfaltungen treten auf wenn das FoV kleiner als das Objekt ist. Der Teil. der sich außerhalb des FoV befindet klappt in das Bild ein. („No wrap“ oder Oversampling [Matrxivergößerung] als Abhilfe) d.) Frequenz: Frequenzartefakte entstehen durch falsche Frequenzen. Sie können durch eine defekte Elektronik, äußere Sender, eine undichte Stelle im HF-Käfig , nicht abgeschirmte Geräte im US-Raum Metall im Pat. oder wenn die Tür zum (US-Raum offen gelassen wird, entstehen. Sie werden immer in der Frenquenzkodierrichtung wiedergegeben. e.) Suszeptibilität: Suszeptibilitätsartefakte (Gibbs Ringing) begründen sieh auf einer lokalen Magnetfeldinhomogenität. Die verschiedenen Eigenschaften von Wasserstoffprotonen in Fett und Muskeln erreichen eine lokale Magnetfeldinhomogenität an den Abgrenzungen der Gewebe. Es erscheint am Bild wie eine gezeichnete schwarze Linie um das Gewebe. Immer wenn Matrix stark rechteckig Sprünge deutlicher Ringbildung f.) chemical shift: Chemical shift-Artefakte entstehen durch die verschiedenen Resonanzfrequenzen von Fett und Wasser. Je nachdem welche Frequenz verwendet wurde, kann hierdurch eine Pixelverschiebung von einigen mm in die Frequenzkodierrichtung resultieren. g.) Stimulated Echo Stimulated Echo-Artefakte entstehen durch die falsche Ausrichtung oder Aufnahme von Echos 20. Wie treten Bewegungsartefakte auf und wie gehen sie damit um? Bewegungsartefakte treten dann auf, wenn angeregte Protonen in der Phase sich weiterbewegen. Bewegungen des Patienten selbst -> bequeme Lagerung, Patienten vorbereiten, Unwillkürliche Bewegungen des Patienten: Husten, Niesen, Schlucken, Augenlidschlag Vermeidung:, Patienten vorbereiten, bei Lidschlag Phasencodierrichtung und Frequenzkodierrichtung ändern, gegen Schlucken Sat legen, Herzschlag: -> Triggern der Aufnahme, verlängert die Aufnahmedauer Pulsationen der Aorta: -> Legen eines Sat Peristaltik Bewegungen des Darmes: kurze Mess-Sequenz verwenden, Bsp.: Gradientenecho für Abdomen. 21. Wie äußern sich Metallartefakte und wie vermeiden Sie diese? Durch Metalle erfolgt eine Ablenkung, Verzerrung des Magnetfeldes. Protonen reagieren nicht auf den HF-Impuls und werden auch nicht dargestellt. Vermeidung: -> sämtliche Metallteile ablegen lassen. Brille Uhren, Schmuck, Haarspangen, Geldbörse, Münzen, Zahnersatz, Kleidungsstücke, Hörgerät, Wenn geht nicht in die Messung mit einbeziehen, kleineres FOV Chirurgischer Klipp, wenn möglich erst entfernen lassen, dann erst eine MRUntersuchung 22. Was sind chemische Verschiebungsartefakte? =chemical-shift Resonanzfrequenz eines Protons abhängig von seiner chem. Umgebung Grenzschicht Fett/ Wasser δ= 3,5 ppm, oder bei 0,5T ca 74Hz oder bei 1,5T = 220Hz unterschied. Wenn Schicht so gewählt wurde, dass sowohl Wasser als auch Fett in ein Pixel kommen, so ergibt sich eine Pixelverschiebung um wenige mm. Abhängig von: Verhältnis zwischen statischen Magnetfeld und Gradientenfeld Bandbreite des HF Impulses des Sequenz; und FOV Die Verschiebung erfolgt immer in Frequenzkodierrichtung, Schwarz-weiße Sichelbildung 23. Wie entstehen Einfaltungen und wie vermeiden sie diese? Einfaltungen entstehen durch eine Fehlanordnung der Phase, immer dann wenn Gewebe außerhalb des FOV, gibt es in Phasenkodier- als auch Frequenzkodier-Richtung, Gewebeteile die außerhalb des FOV liegen werden eingeklappt. wenn Abtastfrequenz zu niedrig Allisingfrequenz Einsetzen von höherer Abtastfrequenz, in Frequenzkodierrichtung kein Problem, aber in Phasenkodierrichtung --> mehr Phasenkodierschritte sind notwendig und benötigen mehr Zeit. Vorteil: Signal wird stärker und führt zu einem besseren Kontrast (= 50% Oversampling) In 3D Sequenzen treten Einfaltungen auch in Schichtrichtung auf, weil man zusätzlich einen Phasekodierschritt für die 3D Rekonstruktion braucht. 24. Was sind Vorsättigungs- Impulse und wozu verwenden Sie diese? = vorgeschaltete Impulse mit bestimmter Frequenz um gewünschtes Gewebe / Strukturen zu sättigen - anders darzustellen – oder nicht darzustellen – oder um zu verhindern, dass die Protonen den Bildkontrast beeinflussen T1 Saturation Man arbeitet zumeist mit einer Repetitionszeit (TR) die kürzer als die T1 Zeit von Gewebe ist. (Untersuchungszeit wird verkürzt). Flüssigkeiten und auch Blut erscheinen (lange T1 Zeit) dadurch dunkel bis schwarz. Flüssigkeiten erreichen zwischen den HF Impulsen nicht ihre volle Magnetisierung. Bsp.: 256x256 Matrix, 256 HF Impulse mit unterschiedlicher Phasenkodierung. Wenn nun die TR Intervalle kürzer gewählt werden als T1, so ergibt die entsprechende Flüssigkeit oder Gewebe weniger Signal. Man spricht von einer T1 Sättigung oder T1 Saturation. Somit lässt sich auch Gewebe vorher mit einem geeigneten Impuls absättigen. Wichtig für die MRA, Bewegungsartefakte durch Blutströmungen etc. Inflow enhancement: oder wash-in Effekt Dient der Beurteilung von Gefäßen, wichtig ist vorher das Areal mit einem Absättigungsimpuls zu sättigen. Frisch einfließendes Blut hat damit mehr Signal als das umliegende Gewebe. (Grundlage in der Time of flight TOF in der MRA) Schichtselektive Vorsättigung: T1 Sättigungseffekt können gezielt eingesetzt werden um unerwünschte Flusseffekte oder Bewegungsartefakte auszuschalten. (Legen eines Sat im Bereich des Kehlkopfes bei Untersuchung der HWS, sonst Artefakte durch Schlucken des Patienten) Dazu wird in der Pulssequenz ein ortsselektiver HF Impuls geschaltet, bevor die Anregung des Schnittbildes erfolgt. Die vorgeschaltete Saturationsschicht muss so positioniert werden, dass sie nicht mit dem zu messenden Bild überlagert wird. Auch die Dicke der Saturationsschicht muss so bemessen sein, dass sie den kompletten wash-in abdeckt. 25. Welche MR-Angio Methoden kennen Sie und wie funktionieren diese? Time of flight / TOF: Grundprinzip ist die Gewebevorsättigung durch eine T1 Saturation, frische nicht gesättigte Protonen des Blutes strömen ein (inflow enhancement) und führen zu einem Signalunterschied und Kontrastunterschied zwischen Blut und dem vorgesättigten Gewebe. Eingesetzt werden vorwiegend Gradienten Echo Sequenzen und man verwendet eine relativ kurze TR, die eine gute Absättigung des Hintergrundes (Gewebe) gewährleisten soll. Das neu einströmende Blut soll aber nicht abgesättigt werden ( = Signalreduzierung) Je mehr ungesättigte Spins während eines TR Intervalls in die Schicht eintreten, umso größer ist das Signal, Maximum ist dann erreicht , wenn alle teilgesättigten Spins durch nicht gesättigte Spins ersetzt sind. Even Echo Rephasing (Effekt entlang des Auslesegradienten) Blutgefässe erscheinen im ersten Echo dunkel und im zweiten Echo hell. Dem 180° Impuls sind nicht nur stationäres Gewebe, sondern auch in der Schicht fließenden Spins ausgesetzt. Nach dem 2. 180° Impuls geht die Phasenänderung gegen Null, und das Gefäß kommt hell zur Darstellung. weitere Effekte: flussrephasierende Gradienten, Ghosting Artefakte, … Phasenkontrast-MRA: Bildinformation wird durch gezielt erzeugte flussbedingte Phasenverschiebung Gewonnen (proportional zur Geschwindigkeit der fließenden Spins entlang des Gradientenfeldes). Ein zunächst einheitlich angeregtes in Phase präzedierendes Areal wird mit einem gezielten Dephasierungsgradienten außer Phase gebracht, um dann durch einen gegensinnigen Gradienten (Kompensation) wieder rephasiert zu werden. Da das Blut in der Zwischenzeit eine bestimmte Wegstrecke zurückgelegt hat, ändert sich die Feldstärke des Kompensationsgradienten. Es kommt zwar zu einer Rephasierung, jedoch besteht ein Phasenversatz im Vergleich zu stationärem Gewebe. KM-verstärkte MRA: Mit dem Einsatz von KM (Gd-DTPA) kann man die T1 so verkürzen, dass das Blut signalintensiver erscheint als der extravaskuläre Raum. 26. Welche unterschiedlichen Hochfrequenzspulen kennen Sie und wieso sind diese für die jeweilige Region in der Anwendung zu bevorzugen? Wichtigste Voraussetzung für alle Spulen, sie müssen das zu untersuchende Organ optimal und gut „ausleuchten“. Dementsprechend gibt es die Spulen in allen nur möglichen anatomisch geformten Größen, um eine gute Ausleuchtung zu erzielen. Anatomische Geformt deswegen, weil je näher am Organismus, desto besser das Signal. Je kleiner das Messfeld, desto größer der Signal Rausch Abstand Nach der Technik lassen sich folgende Spulen unterscheiden: Linear polarisierte Spulen: Helmholtz Spule = Neck array, homogenes HF-Feld für HWS Zirkular polarisierte Spulen: hierbei handelt es sich um 2 Spulenpaare, die 90° Phasenverschoben sind. Durch das kreiseln der HF Impulse ist die Ausbeute um 40% höher. Mehr Leistung bei gleicher Energie gegenüber der linear polarisierten Spulen. Phased array Spulen: statt einer langen Spule werden mehrere kurze Spulen zu einem Feld (array) zusammengefasst (= Multi view Coil), Körperspule (body-array) innerhalb des Magneten installiert, Wirbelsäulen-Spule (Spine array) Im Tisch integriert Sende/Empfangsspule: Sattelspule für Kopf und Knie (runder Querschnitt), Körperspule nur Empfangs-Spule: Oberflächenspule, Spine-Array, Mattenspulen, 27. Erklären Sie den Unterschied LP, CP und Phased Array Technologie? linear und zirkular polarisierte Spulen (= Quadraturspule: 2 90° phasenverschobene Spulen), in der linearen oszilliert und in der Zirkularen rotiert das Magnetfeld. Führt zu einer Verbesserung des SRV von √2. Helmholtzspulen: 2 Spulen werden nahe genug zusammengebracht, damit sich die halbkugelförmige Ausbreitung des Magnetfelds zu einem großen, linearen Magnetfeld vereinigen. Einzelspulen können zu Spulenfeld geschalten werden = phased array, jedoch je mehr Spulen und je kleiner die Einzelspulen, umso höher (also besser) das SRV. Für jede Spule brauche ich dann jedoch einen eigenen HF-Kanal! 28. Was versteht man unter Diffusion und Perfusion und wie kann man diese Vorgänge im MR sichtbar machen? Perfusion: (= Durchblutung) kapillarer Blutfluss wird gemessen 1. Sauerstoffgehalt des abführenden Blutes ist geringer Bild heller 2. Patient soll Finger Bewegen Gehirnaktivität messbar 3. Perioden in Ruhe und in Aktivität, Epi Sequenzen nötig Diffusion: (= Protonenwanderung kleiner Moleküle) ohne KM, Bewegung eines Protons wird gemessen Ortsveränderung hat zur Folge, dass vorherige Phase nicht mehr rephasiert werden kann Diffusionshindernis -> geringe Ortsveränderung -> Rephasierung -> helles Signal Bild ist hellStau, Hindernis; Bild grau verlangsamter Fluß; Bild schwarz Weg frei 29. Wie kann man aktive Hirnbereiche von inaktiven unterscheiden und im MR sichtbar machen? Unterscheidung von aktiven und inaktiven Hirnarealen durch unterschiedlichen Sauerstoffgehalt. Inaktiver hat stärkeres (helleres) Signal Sauerstoffarmes Blut ist Signalstärker Bold Effekt 30. Was versteht man unter MIP und MPR und wozu werden diese Verfahren benötigt? Maximum Intensity Projection: Multiplanare Rekonstruktion:
