Folie 1

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• http://www.cis.rit.edu/htbooks/mri/
gut strukturiertes e-book mit
mathematischen und physikalischen
Hintergrund
• http://en.wikipedia.org/wiki/Magnetic_reson
ance_imaging
Überblick über und Einführung in (medical
imaging) MRI; Prinzip und Übersicht über
die Prinzipien
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• Auch als “NMRI” (nuclear magnetic resonance imaging)
oder “MRT” (magnetic resonance tomography)
bezeichnet
• Anwendung für die Darstellung der Struktur und Funktion
des menschlichen Körpers im Gebiet Medical Imaging
• Darstellung in beliebigen Ebenen möglich
• Größerer Kontrast zwischen unterschiedlichen
“Weichgeweben” als im CT
• erstes MR Bild wurde 1973 veröffentlicht
• 1977: Erste MRT-Studie an einem Menschen
• Paul Lauterbur und Sir Peter Mansfield sind 2003 mit dem
Nobel Preis für Physiologie und Medizin für ihre
Überlegungen zur fundamentalen Bedeutung und
Anwendungsmöglichkeiten von MR im medizinischen Bereich
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http://en.wikipedia.org/wiki/Magnetic_resonance_imaging
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• Magnet
(“Hauptmagnetfeld”): von Bedeutung sind dabei die
Feldstärke und die Präzision (Homogenität)
– Supraleitender Elektromagnet
– (Resistiver Elektromagnet)
– (Permanentmagnet)
• Gradientenfelder
(veränderliche Magnetfelder über das darzustellende
Volumen zur räumlichen Kodierung  wesentlich für die
“Scheibenauswahl)): Wichtig sind das schnelle und
präzise Schalten der Feldstärke und Richtung des
Magnetfeldes
– Resistiver Elektromagnet
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• Radiofrequenz (RF) Transmissionssystem (high-end
Scanner haben typischerweise eine Spitzenleitstung bis
zu 35 kW):
System besteht typischerweise aus:
– RF Synthesizer
– Leistungsverstärker
– Transmissionsspule
Empfänger besteht typischerweise aus:
– Empfangsspule
– Vorverstärker
– Signalverarbeitungssystem
• Empfängerspule (entweder im RF-System integriert oder
als “stand-alone” eingesetzt 
Bildqualitätsverbesserung (“close fitting coil”))
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• Körper ist hauptsächlich aus Wasserstoffatomen
aufgebaut ( 2 Wasserstoffkerne bzw. Protonen)
• Feld des MRT-Scanners richtet das Magnetfeld
der Protonen aus
• RF elektromagnetisches Feld wird kurz
eingeschaltet Protonen absorbieren die RF
Feld Energie
• RF Feld abgeschaltet  Protonen geben diese
Energie (in Radiofrequenz) wieder frei  diese
wird vom Scanner detektiert
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• Position der Protonen im Körper wird durch
ein zusätzliches Magnetfeld während des
Scans bestimmt (= Gradientenfeld)
• Unterscheidung zwischen
unterschiedlichen Gewebstypen (weich)
bedingt durch Unterscheide in der
Rückkehr (= materialspezifische
Zeitkonstanten) zum thermischen
Gleichgewicht
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http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Cardiac_mri_slice_bionerd.jpg&filetimestamp=20071109103124
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http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Cardiac_mri_slice_sagittal_bionerd.jpg&filetimestamp=20071109103851
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http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Sprgelenkli131107.jpg&filetimestamp=20080111233106
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CE-FAST: Contrast Enhanced Fast Acquisition in
the Steady State
GE mit SE-Anteil durch Ausnutzung der
Gleichgewichtsmagnetisierung
CISS: Constructive Interference in Steady State
Zwei GE-Sequenzen, deren Einzelsignale
konstruktiv addiert werden
PSIF, CE-GRASS
CORE: Clinically Optimized Regional Exams
CSFSE: Contiguous Slice Fast-acquisition Spin
Echo
DANTE: Delays Alternating with Nutations for
tailored excitation
Serie von Pulsen
DE-FLASH: Doppelecho – Fast Low Angle Shot
DEFAISE: Dual Echo Fast Acquisition Interleaved
Spin Echo
GRE: Gradienten-Echo
GE
HASTE: Half fourier-Acquired Single shot Turbo
spin Echo
Turbo-SE mit Half-Fourier-Akquisition, alle
Rohdaten in einem Pulszug
IR: Inversion Recovery
SE o.a. mit vorgeschaltetem 180°-Puls
IRABS: Inversion Recovery Fast Grass
LOTA: Long Term Averaging
MAST: Motion Artifact Suppression Technique
MPGR: slice-MultiPlexed Gradient Refocused
acquisition with steady state
MP-RAGE: Magnetization Prepared Rapid
Gradient Echo
3D-Variante von Turbo-FLASH
http://de.wikipedia.org/wiki/Magnetresonanztomographie
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• Chemische Umgebung ( magnetische
Abschirmung der Elektronenhülle) der Protonen
verursacht eine Verschiebung deren
Präzessionsfrequenz
• Beispiel: Protonen in Fett oder Wasser 
Chemische Verschiebung liegt bei etwa 3,5 ppm
(entspricht einem Unterschied von 225 Hz bei 1,5 T)
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http://www.e-mri.org/quality-artifacts/chemical-shift.html
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http://www.revisemri.com/images/chemshift.gif
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• Niederfeldgeräte mit 0,2–0,5 Tesla: heute nur noch vereinzelt im
Einsatz.
• Magnetfeld B0 für diagnostische Zwecke weist typischerweise
heute eine Stärke von mindestens 1–1,5 Tesla auf
• Seit ungefähr 2006 Einsatz von Hochfeldgeräten mit Feldstärken
von 3 Tesla
• Feldstärken > 3 Tesla: Probanden können nur sehr langsam in
den Magneten gefahren werden, weil es durch die entstehenden
Wirbelströme im Gehirn sonst zu Schwindel und Übelkeit kommen
kann
• Geräte mit noch höheren Feldstärken (Ultrahochfeld-Systeme;
bis zu 7 Tesla und darüber) werden in der Humanmedizin
gegenwärtig nur für Forschungszwecke, aber nicht für
Routineuntersuchungen eingesetzt.
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• Relativ „junges“ Verfahren
• Weiterentwicklung des klassischen MRIs
• Bildgebendes Verfahren mit hoher räumlicher
Auflösung zur Darstellung von aktivierten Strukturen
(z.B. bedingt durch Stoffwechselvorgänge) im
Inneren des Körpers, insbesondere des Gehirns
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• Ablauf typischerweise in drei Schritten
• Prescan: kurzer, gering auflösender Scan, mit
dem die korrekte Lagerung des Patienten geprüft
wird
• 3D MRT-Scan: räumlich hoch-auflösender Scan
zur detailgetreuen Darstellung der Anatomie des
zu untersuchenden Bereichs
• „eigentlicher“ fMRT-Scan: schneller Scan, zur
Registrierung der stoffwechselbedingten
Unterschiede (BOLD-Effekt) im untersuchten
Gewebe
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• BOLD = Blood Oxygen Level Dependency
• 1935: Linus Pauling und Charles D. Coryell:
Nachweis der Änderungen der magnetischen
Eigenschaften des Blutfarbstoffs Hämoglobin mit
dessen Sauerstoffbeladung (relative Änderung
oxigeniertes vs. desoxigeniertes Hämoglobin)
• 1990: Seiji Ogawa: Entdeckung, dass sich die
Änderungen der magnetischen Eigenschaften des
Hämoglobins durch das BOLD-Signal
kernspintomografisch erfassen lassen
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• BOLD-Signal ermöglicht Messung (auf den
Millimeterbereich) begrenzter
Aktivitätsschwankungen des Gehirns
 Aktivitätsschwankungen gehen mit der
Verarbeitung sensorischer Information oder
mentaler Aktivität jeglicher Art einher
 BOLD-Signal ist Grundlage für das fMRI und
ermöglicht so eine anatomische + funktionelle
Darstellung anatomischer Strukturen +
physiologischer Vorgänge
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• Anstieg der durchschnittlichen Impulszahl ( Anstieg
der elektrochemischen Aktivität) der Gehirnzellen eines
Hirnareals
 Anstieg des Bedarfes an Sauerstoff und Glukose
 Ausgleich durch komplizierten
Regulationsmechanismus (Neurovaskuläre Kopplung) der
Gehirngefäße
 Änderungen des Blutflusses, der vorhandenen
Blutmenge sowie der Sauerstoffsättigung des Bluts
führen zu Veränderungen des lokalen Magnetfelds
(Änderung der Relaxationszeit T2*)
 spiegeln sich bei Verwendung geeigneter MRTSequenzen im BOLD-Signal wider
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http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Aktivitaethinten.jpg&filetimestamp=20070410094944
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http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Fmrtuebersicht.jpg&filetimestamp=20070410095511
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• Einzuordnen in die „Oberklasse“ Diffusionsgewichtete
Magnetresonanztomografie (abgekürzt DW-MRI diffusion
weighted magnetic resonance imaging)
• Messen und räumliches Darstellen der
Diffusionsbewegung der Wassermoleküle im
Körpergewebe mit Hilfe von MRI
• Einsatz vor allem zur Untersuchung des Gehirns 
Diffusionsverhalten im Gewebe verändert sich bei
einigen Erkrankungen des zentralen Nervensystems
charakteristisch
 Richtungsabhängigkeit der Diffusion
ermöglicht Rückschlüsse auf den Verlauf der
großen Nervenfaserbündel
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• Die Diffusions-Tensor-Bildgebung (DTI  diffusion
tensor imaging oder DT-MRI von diffusion tensor
magnetic resonance imaging)
• häufig eingesetzte Variante der DW-MRI
• erfasst zusätzlich die Richtungsabhängigkeit der
Diffusion
 Bestimmung/Berechnung (neben einen
einzelnen Grauwert) pro Volumenelement (Voxel)
eines Tensor (3x3-Matrix; Beschreibung des
dreidimensionalen Diffusionsverhaltens)
 deutlich zeitaufwändiger als konventionelle
MR-Aufnahmen
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• Diffusions-Bildgebung: Entstehung in den 1980er
Jahren
• in allen neuen MRT-Geräten eingesetzt
• im klinischen Alltag insbesondere zur SchlaganfallDiagnose eingesetzt  betroffene Hirnregionen in
diffusionsgewichteten Bildern deutlich früher
erkennbar als in der klassischen MRT
• Diffusions-Tensor-Bildgebung: Entwicklung Mitte
der 1990er Jahre
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• Einsatz in einigen Kliniken zur Operations- und
Bestrahlungs-Planung
• Medizinische Forschung: Einsatz von DT-MRI
insbesondere zur Erforschung von Krankheiten, die
mit Veränderungen der weißen Substanz
einhergehen (wie etwa Morbus Alzheimer oder
Multiple Sklerose)
• Bildgebung erfolgt durch diffusionsgewichtete
MRT-Pulssequenzen
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http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:DTI-sagittalxyzrgb.jpg&filetimestamp=20060922161450
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http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:DTI-sagittalfibers.jpg&filetimestamp=20060922162257
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