Magnetická rezonance (3)

Transkript

1 Magnetická rezonance (3) J. Kybic, J. Hornak 1, M. Bock, J. Hozman April 28,

2 MRI zobrazovací techniky Multislice imaging Šikmé zobrazování Spinové echo Inversion recovery Gradient (Recalled) Echo Kalibrace Kontrast Průměrování

3 Co nového se dozvíme? Známe 90 sekvenci gradient (recalled) echo sekvence Nové sekvence: spin echo, inversion recovery Multislice imaging (pro zrychlení)

4 MRI zobrazovací techniky Multislice imaging Šikmé zobrazování Spinové echo Inversion recovery Gradient (Recalled) Echo Kalibrace Kontrast Průměrování

5 Délka snímání pro 90 FID sekvenci TR =1 s To je příliš mnoho. čas na jednu excitaci 256 excitací na řez 20 řezů =1 h 25 min

6 Multislice imaging Časový diagram 90 FID sekvence Většina času je nevyužitá, čeká se na odeznění oscilace

7 Multislice imaging Časový diagram 90 FID sekvence Většina času je nevyužitá, čeká se na odeznění oscilace Zatímco se čeká, je možné excitovat jiné řezy.

8 Multislice imaging excitace Excitace řezů se nesmí ovlivňovat Neměníme G f Použijeme jiné frekvence RF impulsů Frekvence RF pulsů musí být dostatečně vzdálené

9 Multislice imaging časový diagram

10 Multislice imaging časový diagram

11 Multislice imaging časový diagram

12 Multislice imaging časový diagram

13 Multislice imaging časový diagram

14 Multislice imaging časový diagram

15 Multislice imaging časový diagram

16 Multislice imaging časový diagram

17 Multislice imaging časový diagram

18 Multislice imaging časový diagram

19 Multislice imaging časový diagram

20 Multislice imaging časový diagram Umožňuje výrazné zrychlení snímání 10 min

21 MRI zobrazovací techniky Multislice imaging Šikmé zobrazování Spinové echo Inversion recovery Gradient (Recalled) Echo Kalibrace Kontrast Průměrování

22 Šikmé zobrazování Oblique imaging Chceme-li šikmou rovinu řezu... Použijeme lineární kombinaci gradientů

23 Šikmé zobrazování Oblique imaging Chceme-li šikmou rovinu řezu... Použijeme lineární kombinaci gradientů

24 Šikmé zobrazování Oblique imaging Chceme-li šikmou rovinu řezu... Použijeme lineární kombinaci gradientů

25 Šikmé zobrazování Oblique imaging Chceme-li šikmou rovinu řezu... Použijeme lineární kombinaci gradientů

26 Šikmé zobrazování (2) Časový diagram: Gradientní cívky jsou zapnuté současně.

27 MRI zobrazovací techniky Multislice imaging Šikmé zobrazování Spinové echo Inversion recovery Gradient (Recalled) Echo Kalibrace Kontrast Průměrování

28 Spinové echo (sekvence) Spin echo (již probráno připomenutí a rozšíření) FID signál závisí na T 1 Spin echo (spinové echo) signál závisí i na T 2 Některé tkáně a patologie mají podobné T 1, ale liší se T 2 Intenzita signálu S ϱ ( 1 e T R T1 ) e T E T2

29 Časový diagram: Spinové echo (2)

30 Spinové echo (3) V časovém diagramu si všimněte: G φ mohl by být až po 180 pulsu G φ mezi 90 a 180 pulsy kratší T E FID signál (po 90 pulsu) není použit Aktivace desynchronizačního G f spolu s G φ maximální synchronizace spinů uprostřed snímacího okna echa Frekvence je opakována pro všechny G φ

31

32 MRI zobrazovací techniky Multislice imaging Šikmé zobrazování Spinové echo Inversion recovery Gradient (Recalled) Echo Kalibrace Kontrast Průměrování

33 Inversion recovery (sekvence) Obnovení inverze Vhodnou volbou T I lze potlačit signál s určitým T 1 Na začátku sekvence je 180 impuls Ukážeme variantu inversion recovery + spin echo, s impulsy 180, 90, 180 Existuje i varianta inversion recovery + 90 FID Intenzita signálu S ϱ ( 1 2e T I T 1 + e T R T1 )

34 Časový diagram: Inversion recovery (2)

35 Inversion recovery (3) V časovém diagramu si všimněte: Všechny RF impulsy jsou selektivní (jen řez), aplikovány spolu s G s G φ nemůže být po prvním 180 pulsu (není transversální magnetizace) je aplikováno po 90 pulsu od 90 pulsu je spin-echo sekvence, včetně desynchronizačního G f

36 MRI zobrazovací techniky Multislice imaging Šikmé zobrazování Spinové echo Inversion recovery Gradient (Recalled) Echo Kalibrace Kontrast Průměrování

37 Úplná a částečná relaxace Pro maximální signál čekáme s další excitací na odeznění (T 1 1 s) dlouhé snímání

38 Úplná a částečná relaxace Pro maximální signál čekáme s další excitací na odeznění (T 1 1 s) dlouhé snímání Menší flip úhel slabší signál + lze kratší čas

39 Časový diagram: Gradientní echo

40 Gradientní echo (2) Flip angle Desynchronizační G f současně s G φ resynchronizace (maximální echo) v čase T E G f kódující frekvenci má opačné znaménko než desynchronizační G f (chybí 180 impuls) Krátká doba T R, i jen desítky ms

41 Gradient echo spinové echo GE SE Synchronizace spinů: RF impuls u SE gradient u GE Citlivost na nehomogenitu pole: Menší u SE, nehomogenity kompenzovány GE mnohem citlivější Rychlost SE pomalá metoda GE mnohem rychlejší, zvlášť pro malé flip úhly GE se používá je-li potřebná rychlost, např. rychlé 3D snímání SE dává kvalitnější obrázky (více signálu, méně šumu, menší vliv nehomogenit)

42 MRI zobrazovací techniky Multislice imaging Šikmé zobrazování Spinové echo Inversion recovery Gradient (Recalled) Echo Kalibrace Kontrast Průměrování

43 Kalibrační cykly Průběhy M se stabilizují až po několika cyklech Vložíme několik kalibračních cyklů na začátek snímání každého řezu

44 MRI zobrazovací techniky Multislice imaging Šikmé zobrazování Spinové echo Inversion recovery Gradient (Recalled) Echo Kalibrace Kontrast Průměrování

45 Kontrast Jak nastavit parametry Parametry tkáně (co chceme zobrazovat,v pořadí důležitosti) Mřížková relaxační konstanta T 1 (spin-lattice) Spinová relaxační konstanta T 2 (spin-spin) Hustota spinů ϱ (spin density, proton density) Kombinovaná relaxační konstanta T2 (molekulární pohyb a nehomogenita) Parametry zobrazování (co můžeme ovlivnit) Opakovací perioda T R (repetition time) Čas do měření T E (echo time) Čas inverze T I (inversion time) Úhel φ (flip angle) T2 (lze ovlivňovat)

46 Intenzita signálu Shrnutí Spinové echo Inversion recovery Gradientní echo S ϱ ( 1 e T R T1 ) e T E T2 S ϱ ( 1 2e T I T 1 S ϱ + e T R T1 ) e T E T2 ( 1 e T R T1 ) sin φ e T E T 2 1 cos φ e T R T1 Optimální (Ernstův) úhel: cos φ Ernst = e T R T1

47 Typické MRI parametry Tkáně hlavy Tkáň T 1 [s] T 2 [ms] ϱ [rel] Mozkom. mok Bílá hm Šedá hm Mozk. plena Sval Tuk (ϱ = 111 pro 12 mm vodný roztok NiCl 2 )

48 Kontrast (2) Pro tkáně A, B Definujme kontrast jako C = S A S B, kde S A, S B je amplituda signálu

49 Kontrast (2) Pro tkáně A, B Definujme kontrast jako C = S A S B, kde S A, S B je amplituda signálu Závislost kontrastu na T R (příklad, spin-echo; contrast curve)

50 Kontrast (2) Pro tkáně A, B Definujme kontrast jako C = S A S B, kde S A, S B je amplituda signálu Závislost kontrastu na T R (příklad, spin-echo; contrast curve) Závislost kontrastu na T E

51

52 Vážené sekvence Sekvence s kontrastem závisejícím na T 1 nazýváme T 1 (T 1 weighting) Sekvence s kontrastem závisejícím na T 2 nazýváme T 2 (T 2 weighting) Sekvence s kontrastem závisejícím na ϱ nazýváme sekvence spinové/protonové hustoty (spin/proton density weighting, PD)

53

54 Volba parametrů Vážení T R T E T 1 T 1 T 2 T 2 T 1 T 2 ϱ (PD) T 1 T 2 T E T 2 T 2 relaxace se neuplatní (signál nestihne klesnout) T R T 1 T 1 relaxace se neuplatní (signál vždy klesne na nulu)

55 How to Achieve a Specific Weighting? TE/T2 1 T2-w T1-w U-w 1 TR/T1

56

57 Typická nastavení Spinové echo T 1 kontrast T 2 kontrast PD kontrast T R = 500 ms T R = 2000 ms T R = 2000 ms T E = 20 ms T E = 80 ms T E = 20 ms kost ano, voda ne kost ne, voda ano kost ano, voda ano kontrast tkáň/netkáň kontrast měkkých tkání hustota

58 Kontrast (3) Názvosloví parametrů pro kontrast není zcela jednotné...

59

60 Příklady nastavení spinové echo T R T E = 20 ms T E = 40 ms T E = 60 ms T E = 80 ms 2000 ms 1000 ms 750 ms 500 ms 250 ms

61 T2 Weighting M x,y 1,00 M z 0,50 0 time t

62 Intenzita signálu Shrnutí Spinové echo Inversion recovery Gradientní echo S ϱ ( 1 e T R T1 ) e T E T2 S ϱ ( 1 2e T I T 1 S ϱ + e T R T1 ) e T E T2 ( 1 e T R T1 ) sin φ e T E T 2 1 cos φ e T R T1 Optimální (Ernstův) úhel: cos φ Ernst = e T R T1

63 Inversion Recovery Measurement Timing z z 180 rf pulse Signal readout at inversion delay TI M z 1,00 time -1,00

64 Příklady nastavení inversion recovery T R /T I 50 ms 100 ms 250 ms 500 ms 750 ms 2000 ms 1000 ms Tečky = kalibrační standard. T I potlačení určité tkáně, T R intenzita

65 Intenzita signálu Shrnutí Spinové echo Inversion recovery Gradientní echo S ϱ ( 1 e T R T1 ) e T E T2 S ϱ ( 1 2e T I T 1 S ϱ + e T R T1 ) e T E T2 ( 1 e T R T1 ) sin φ e T E T 2 1 cos φ e T R T1 Optimální (Ernstův) úhel: cos φ Ernst = e T R T1

66 Příklady nastavení gradientní echo φ T E = 25 ms T E = 50 ms T E = 100 ms T E = 200 ms

67 Intenzita signálu Shrnutí Spinové echo Inversion recovery Gradientní echo S ϱ ( 1 e T R T1 ) e T E T2 S ϱ ( 1 2e T I T 1 S ϱ + e T R T1 ) e T E T2 ( 1 e T R T1 ) sin φ e T E T 2 1 cos φ e T R T1 Optimální (Ernstův) úhel: cos φ Ernst = e T R T1

68 MRI zobrazovací techniky Multislice imaging Šikmé zobrazování Spinové echo Inversion recovery Gradient (Recalled) Echo Kalibrace Kontrast Průměrování

69 SNR SNR = σ signál σšum = σ tkáň σ pozadí

70 Průměrování Průměrujeme N excitací. Potom SNR = SNR/ N N = 1 N = 2 N = 4 N = 16 (Řez lahví s vodou.) Zvlášť užitečné u rychlých metod (gradient echo).