PowerPoint-Präsentation

Relaxation
Basis-Impulsprogramme
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
NMR - Relaxation
T1/T2
„freies“
Wasser
„gebundenes“
Wasser
kleine Moleküle,
große Moleküle,
hohe
langsame
Bewegung
Beweglichkeit
T1
weiches
Gewebe
T2
 warm
1/T1 = C [τc/1+ω0τc) +2 τc/(1+4 ω02τc2)]
kalt 
τc= 4πηa³/3kT
1/T  c
(Wasser bei 200C: τc=3.10-12s)
W.GRÜNDER
Relaxationszeiten von Hirn-Gewebe
T1 [ms]
T2 [ms]
PD = ρ [rel]
495
101
0.69
92
0.61
CSF
390
2650 2650
280
1.00
Ödem
1090
627
113
0.86
Meningiom
979
549
103
0.64?
Gliom
957
832
111
-
Astrozytom
1109
864
141
-
versch.
Tumoren
1073
629
121
-
Gewebe
1.5 T
graue Substanz
.
921
weiße Substanz
.
787
0.2 T
W.GRÜNDER
Das Spin-Echo
π/2-Impuls
π-Impuls
TE/2
x
Spin-Echo
TE/2
y
x
y
x
y
W.GRÜNDER
Lage des Bo- / B1-Felds im SL-Magnet
B0
B1
B0
HF-(B1)Spule
Magnet
B1
HF-(B1)Spule
W.GRÜNDER
Spin-Echo-Experiment (SE)
TE
TR
Über die experimentellen Parameter
Echozeit (TE) und
Wiederholzeit (TR)
ist der
Gewebekontrast variierbar
S = K * ρ * ( 1 – exp{ - TR/ T1 }) * exp { -TE/T2 }
W.GRÜNDER
Multi-Echo-Experiment (MSE)
exp (-t/T2* )
exp (-t/T2 )
TE
TE
TE
TE
TR
Abfall der Echo-Einhüllenden mit T2
Abfall der Freien Induktion mit T2*
S = K * ρ * ( 1 – exp{ - TR/ T1 }) * exp { -TE/T2 }
W.GRÜNDER
T1-Relaxation von Hirn-Gewebe
mit Berücksichtigung der Protonendichte
gr. Subst.
w.Subst.
CSF
Meningiom
Ödem
3
1,0
Signal-Inzensität
0,8
4
2
0,6
1
0,4
0,2
S = ρ [1 – exp(- TR/ T1 )]
0,0
0
100
200
300
Zeit (TR)
400
500
600
x10 ms
W.GRÜNDER
Spin-Echo-Kontraste: die
Wiederholzeit TR
1
2
3
4
W.GRÜNDER
T1-Relaxation von Hirn-Gewebe
mit Berücksichtigung der Protonendichte PD
1,0
Signal-Inzensität
0,8
0,6
0,4
T1 bestimmt
Kontrast:
0,2
T1-Wichtung
gr. Subst.
w.Subst.
CSF
Meningiom
kaum Einfluß von
T1
Ödem
nur Einfluß von PD und T2 :
PD- oder T2-Wichtung
0,0
0
100
200
300
Zeit (TR)
400
500
600
x10 ms
W.GRÜNDER
T2-Relaxation von Hirn-Gewebe
ohne Berücksichtigung der PD
gr.Subst.
w. Subst.
CSF
Meningiom
Ödem
1,0
Signal-Intensität
0,8
S = exp (- TE / T2)
0,6
0,4
0,2
0,0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Zeit / 10ms
W.GRÜNDER
T2-Relaxation von Hirn-Gewebe
mit Berücksichtigung der PD
1
1,0
2
0,9
3
0,8
S = ρ * exp (- TE / T2)
0,7
Signal-Intensität
gr.Subst.
w.Subst.
CSF
Meningiom
Ödem
4
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0,0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Zeit / 10ms
W.GRÜNDER
Spin-Echo-Kontraste: die
Echozeit TE
1
2
3
4
W.GRÜNDER
Kontrast durch gewebespezifische Relaxation
Mz
TR
TE
S
Gewebe 1
Gewebe 1
Gewebe 2
Gewebe 2
TR
Longitudinale
Relaxation T1
kurze
mittlere
lange
TE
transversale
Relaxation T2
W.GRÜNDER
Spin-Echo-Kontraste: Einfluß von TR und TE
mit Berücksichtigung der PD
gr.Substanz
w.Substanz
CSF
Meningiom
Ödem
0,8
TR
0,7
Signal-Intensität
0,6
T2Relax,
T1-Relaxation
0,5
0,4
0,3
0,2
Signal
0,1
TE
0,0
0
20
40
60
80
100
120
140
Zeit / 10ms
W.GRÜNDER
Spin-Echo-Kontrast von Hirn-Gewebe
gr.Subst
w.Subst.
CSF
Meningiom
Ödem
0,8
0,7
Signa-Intensität
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
20
40
60
80
100
120
0,0
0
50
100
150
200
140
TE
/ ms
250
Zeit
TR/10ms
/ 10 ms
W.GRÜNDER
Anteil der T2-Relaxation bei TR=1s (Meningiom)
gr.Subst.
w.Subst.
CSF
Meningiom
Ödem
0,8
0,7
TE
kurz
0,6
Signal
0,5
0,4
TE
lang
0,3
0,2
0,1
0,0
0
20
40
60
80
100
120
140
Echozeit TE / ms
W.GRÜNDER
Spin-Echo-Kontraste
TR
2500
PD/Rho
T2
2000
1500
1000
500
T1
20
50
90
TE
W.GRÜNDER
Spin-Echo-Kontraste
SE: 2500/20
SE: 2500/90
TR
2500
PD
T2
2000
SE: 500/20
SE: 500/90
1500
1000
500
T1
20
50
90
TE
W.GRÜNDER
SE: 2500 / 20
Spin-EchoKontraste
TR
2500
SE: 2500 / 90
PD/ρ
T2
2000
PD
1500
T2
Meningiom
SE: 500 / 20
SE: 500 / 90
1000
500
T1
T1
20
T1/T2
50
90
TE
W.GRÜNDER
Klinische Diagnostik: Meningiom
T1-Bild
T2-Bild
Parameter-Bilder
T1
T2
W.GRÜNDER
Parameter-Bilder
W.GRÜNDER
Inversion-Recovery-Experiment
π/2-Impuls
π-Impuls
TI
z
M0
π-Impuls
TE/2
Spin-Echo
TE/2
Zeit
TR
y
x
x
y
x
3 Parameter zur Beeinflussung des Kontrasts: TI, TE, TR
W.GRÜNDER
Inversion-Recovery-Experiment (IR)
mit Berücksichtigung der Phasen-Richtung
1,0
0,8
0,6
Signal-Intensität
0,4
0,2
0,0
0
-0,2
-0,4
-0,6
-0,8
100
200
300
400
Zeit / 10ms
gr. Subst.
w.Subst.
CSF
Meningiom
Ödem
-1,0
W.GRÜNDER
Inversion-Recovery-Experiment (IR)
π
π/2
TI
π
π
π/2
TE
TR
methodenbestimmte Kontrastparameter:
Inversionszeit (TI )
Echozeit (TE)
Wiederholzeit (TR)
S = K * ρ *( 1 – 2exp{ - TI/ T1 }) ( 1 – exp{ - TR/ T1 }) * exp { -TE/T2 }
W.GRÜNDER
Inversion-Recovery-Experiment
0.5T
1.5T
W.GRÜNDER
Inversion-Recovery-Experiment
T2
TI - Kontrast
gr. Subst.
w.Subst.
CSF
Meningiom
Ödem
0,8
0,6
Signal-Amplitude
0,4
TI
0,2
TE
0,0
0
-0,2
50
100
150
200
250
300
350
400
Zeit / 10ms
-0,4
-0,6
-0,8
-1,0
W.GRÜNDER
Inversion-Recovery-Experiment (IR)
ohne Berücksichtigung der Phase
1,1
1
1,0
6
0,9
2
0,8
Signal-Intensität
gr. Subst.
w.Subst.
CSF
Meningiom
Ödem
3
5
0,7
4
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0,0
0
100
200
300
400
Zeit / 10ms
W.GRÜNDER
Inversion-Recovery-Experiment (IR) : normales Hirn
1
2
3
4
5
6
W.GRÜNDER
Inversion-Recovery-Experiment : TE-Einfluß
MCA-Infarkt
W.GRÜNDER
Inversion-Recovery-Experiment
norm. Mamma
W.GRÜNDER