Magnetická rezonance Přednáška v rámci projektu IET1



Podobné dokumenty
Využití magneticko-rezonanční tomografie v měřicí technice. Ing. Jan Mikulka, Ph.D. Ing. Petr Marcoň

Magnetická rezonance. Biofyzikální ústav LF MU. Projekt FRVŠ 911/2013

PROČ TATO PŘEDNÁŠKA? KDO JSEM?

OPVK CZ.1.07/2.2.00/

Magnetická rezonance. Martin Sedlář >> <<

ZÁKLADNÍ EXPERIMENTÁLNÍ

Fyzika IV. 1) orbitální magnetický moment (... moment proudové smyčky) gyromagnetický poměr: kvantování: Bohrův magneton: 2) spinový magnetický moment

NMR spektroskopie rádiové frekvence jádra spinovou rezonancí jader spinový moment lichý počet

Nukleární magnetická rezonance (NMR)

Relaxace, kontrast. Druhy kontrastů. Vít Herynek MRA T1-IR

magnetizace M(t) potom, co těsně po rychlé změně získal vzorek magnetizaci M 0. T 1, (2)

Nukleární magnetická rezonance NMR

Strukturní analýza. NMR spektroskopie

Magnetická rezonance (2)

Magnetická rezonance

Zobrazování. Zdeněk Tošner

Přednášky z lékařské biofyziky Biofyzikální ústav Lékařské fakulty Masarykovy univerzity, Brno

Počítačová tomografie (1)

Úvod Základy Fyzika MRI. Magnetická rezonance. J. Kybic, J. Hornak 1, M. Bock, J. Hozman, P.Doubek. 1

ZOBRAZENÍ MAGNETICKOU REZONANCÍ (MRI MAGNETIC RESONANCE IMAGING)

Skoro každý prvek má nějaký stabilní isotop s nenulovým spinem. (Výjimky: Ar, Tc, Ce, Pm)

NUKLEÁRNÍ MAGNETICKÁ REZONANCE

NMR spektroskopie Instrumentální a strukturní analýza

ZÁKLADY SPEKTROMETRIE NUKLEÁRNÍ MAGNETICKÉ REZONANCE

NMR spektroskopie. Úvod

PRAKTIKUM IV. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK

Magnetická rezonance (3)

Magnetická rezonance (3)

STUDIUM TRANSPORTU LÁTEK VE STONCÍCH ROSTLIN STUDY OF SUBSTANCES TRANSPORT IN PLANTS STALKS

SPEKTROSKOPIE NUKLEÁRNÍ MAGNETICKÉ REZONANCE

Seznam otázek pro zkoušku z biofyziky oboru lékařství pro školní rok

Pokroky matematiky, fyziky a astronomie

Metody spektrální. Metody molekulové spektroskopie NMR. Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti

Omyly v diagnostice IBD: zobrazovací metody. Martin Horák Nemocnice Na Homolce, Praha

SVĚTOVÍ VÝROBCI MAGNETICKÝCH REZONANCÍ

Nanostruktury a zobrazovací metody v medicíně

Přednášky z lékařské biofyziky Biofyzikální ústav Lékařské fakulty Masarykovy univerzity, Brno

Kapitoly z fyzikální chemie KFC/KFCH. VII. Spektroskopie a fotochemie

spinový rotační moment (moment hybnosti) kvantové číslo jaderného spinu I pro NMR - jádra s I 0

Základy Mössbauerovy spektroskopie. Libor Machala

MAGNETICKÉ REZONANCE

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

12.NMR spektrometrie při analýze roztoků

Metody pro studium pevných látek

Mapování indukce magnetického pole v okolí malých cívkových aplikátorů metodou magnetické rezonance

Nukleární magnetická rezonance (NMR)

Vybrané kapitoly z praktické NMR spektroskopie

Úvod do strukturní analýzy farmaceutických látek

Stručný úvod do spektroskopie

MASARYKOVA UNIVERZITA PŘÍRODOVĚDECKÁ FAKULTA ÚSTAV FYZIKY KONDENZOVANÝCH LÁTEK. Diplomová práce BRNO 2014 EVA ŠTIPČÁKOVÁ

ZOBRAZOVACÍ VYŠETŘOVACÍ METODY MAGNETICKÁ REZONANCE RADIONUKLIDOVÁ

Nukleární Overhauserův efekt (NOE)

Dynamické procesy & Pokročilé aplikace NMR. chemická výměna, translační difuze, gradientní pulsy, potlačení rozpouštědla, NMR proteinů

Spektrální metody NMR I

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Náboj a hmotnost elektronu

Analýza směsí, kvantitativní NMR spektroskopie a využití NMR spektroskopie ve forenzní analýze

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Prezentace pracoviště magnetické rezonance

CT a MR zobrazování. Martin Horák. Radiodiagnostická klinika 1. LF UK FN Na Bulovce v Praze

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

MĚŘENÍ TKÁŇOVÝCH KULTUR METODAMI MAGNETICKO RESONANČNÍ TOMOGRAFIE

Funkční a biomechanické vlastnosti pojivových tkání (sval, vazy, chrupavka, kost, kloub)

Jiří Brus. (Verze ) (neupravená a neúplná)

BAKALÁŘSKÁ PRÁCE. Yulia Bobrova. Katedra fyziky nízkých teplot. Vedoucí bakalářské práce: Mgr. Václav Římal. Studijní program: Fyzika

1. LÉKAŘSKÁ FAKULTA KARLOVY UNIVERZITY V PRAZE INSTITUT KLINICKÉ A EXPERIMENTÁLNÍ MEDICÍNY

Náboj a hmotnost elektronu

Moderní nástroje pro zobrazování biologicky významných molekul pro zajištění zdraví. René Kizek

Vybrané spektroskopické metody

Nukleární Overhauserův efekt (NOE)

Úvod do spektrálních metod pro analýzu léčiv

Optické spektroskopie 1 LS 2014/15

13. Spektroskopie základní pojmy

OKRUHY MODELOVÝCH SITUACÍ

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Emise vyvolaná působením fotonů nebo částic

Zjistil, že při dopadu elektronů s velkou kinetickou energií na kovovou anodu vzniká záření, které proniká i neprůhlednými předměty.

Metody zpracování NMR signálu spinových ech

Seminář NMR. Mgr. Zdeněk Moravec, Ph.D.; Ústav chemie, PřF MU,

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY MĚŘENÍ RELAXACÍ GELOVÝCH STRUKTUR TECHNIKAMI MAGNETICKÉ REZONANCE

Od kvantové mechaniky k chemii

Dekapling, koherentní transfer polarizace, nukleární Overhauserův jev

Ultrazvukové diagnostické přístroje. X31ZLE Základy lékařské elektroniky Jan Havlík Katedra teorie obvodů

Metody pro studium pevných látek

Publikováno z 2. lékařská fakulta Univerzity Karlovy ( LF2 > Biofyzika

VYPSANÁ TÉMATA DOKTORSKÉHO STUDIJNÍHO PROGRAMU ELEKTROTECHNIKA A KOMUNIKAČNÍ TECHNOLOGIE 2016/17, OBOR TEORETICKÁ ELEKTROTECHNIKA

Autor: martina urbanová, jiří brus. Základní experimentální postupy NMR spektroskopie pevného stavu

Ultrazvukové diagnostické přístroje. X31LET Lékařskátechnika Jan Havlík Katedra teorie obvodů

Spektrální metody NMR I. opakování

Univerzita Karlova v Praze Matematicko-fyzikální fakulta BAKALÁŘSKÁ PRÁCE. Petr Dvořák. Studium spin-mřížkové a spin-spinové relaxace NMR jader 1

NMR SPEKTROSKOPIE PRO CHEMIKY

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ

Využití NMR spektroskopie pro studium biomakromolekul RCSB PDB

OBOROVÁ RADA LÉKAŘSKÁ BIOFYZIKA:

Analýza časového vývoje 3D dat v nukleární medicíně

Test z fyzikálních fyzikálních základ ů nukleární medicíny

CZ.1.07/1.5.00/

Úvod do moderní fyziky. lekce 3 stavba a struktura atomu

Principy CT a MR. M. Keřkovský Radiologická klinika FN Brno

Transkript:

INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ Magnetická rezonance Přednáška v rámci projektu IET1 Miloslav Steinbauer Tato prezentace je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

Osnova Podstata nukleární magnetické rezonance (MR) Historie vývoje MR Spektroskopie MRS Tomografie MRI Využití MR v technické a lékařské praxi 2

(Nukleární) magnetická rezonance MR, NMR MR je fyzikálně-elektronická diagnostická metoda, založená na analýze magnetických momentů atomových jader. Tato původně analytická metoda byla později zdokonalena a rozvinuta i jako metoda zobrazovací. Vyznačuje se poměrně značnou principiální a technickou komplikovaností Principy NMR objeveny r. 1938 Isidorem Rabim, technika MR bylas pak zdokonalena r. 1946 nezávisle Felixem Blochem a Edwardem Purcellem Zpočátku byla NMR používána pouze jako spektroskopická metoda v chemickém výzkumu analýza struktury molekul V r. 1973 Paul Lauterbur popsal možnost zobrazování pomocí NMR (NC 2003 spolu s Sirem Peterem Mansfieldem) spor o prvenství s Raymondem Damadianem O pouhých 10 let později už byla metoda zobrazování (MRI magnetic resonance imaging) běžně používána v praxi 3

První celotělový MR tomograf 4

První MRI experiment na člověku Trvání experimentu asi 5 hodin. 5

První MRI experiment na člověku 6

Model atomu V Bohrově modelu atomu jsou naznačeny magnetické momenty: jaderný µ n, spinový µ s a orbitální µ l Základním předpokladem MR je existence nenulového jaderného magnetického momentu. µ µ l n µ S 7

NMR spektrometr (MRS) využitelný průměr 54 mm rezonanční kmitočet pro protony 800 MHz 8

Princip MR orientace momentů jader ve vnějším poli Stacionární homogenní pole z y x 9

Princip MR vznik precesního pohybu Energetický rozdíl pro m = ±1/2 = hf = γ ( h ) B E 2π 0 Larmorova rovnice ω = γ B f 0 0 ω = = 2π ( γ ) 2π B 0 0 0 B 0 jádro se spinem ω0 = γ B0 10

Princip MR experimentu Excitace vf pulzem Sklopení vektoru magnetizace do tranzverzální roviny 11

Princip MR experimentu Excitace vf pulzem způsobí natočení vektoru magnetizace o úhel ϕ Podle velikosti úhlu sklopení označujeme takový pulz jako π-pulz, π/2-pulz atd. ϕ = γ ( ) B1 t dt π 2 π 12

Princip MR experimentu Snímání vf signálu vzorek VF snímání B 0 13

Princip MR experimentu Zpracování signálu 14

MR experiment a) Magnetické momenty jader v analyzované látce mají za normálních okolností chaoticky rozházené směry. b) Působením silného magnetického pole B se magnetické momenty jader zorientují do směru vektoru B. c) Vysláním vf elektromagnetického pole kolmého k B se tato zorientovaná jádra vychýlí ze směru B, např. o 90. Po vypnutí tohoto vf pole budou vychýlená jádra během své precesní rotace vysílat elektromagnetický signál při přechodu nazpátek do uspořádaného stavu. K překlopení spinu dojde pouze thedy, když kmitočet aplikovaného vf pole vyhovuje Larmorově podmínce (např. pro B = 1 T je to pro protony 42,577 MHz). 15

MR aktivní prvky 16

Relaxace z B 0 y x M B 11 ω 0 B 1 B 12 Relaxace Spin-mřížková relaxace (longitudální) Spin-spinová relaxace (transverzální) M z t M 0 1 e t T1 ( ) = t 2 ( ) = e T 0 M t M 17

MR spektroskopie (MRS) Excitace širokospektrálním vf pulzem Ozáří se celý objem vzorku (pomocí gradientů pole lze i část lokalizovaná spektroskopie) Sejmutý FID signál se FFT transformuje do kmitočtu a získá se spektrum odpovídající chem. složení vzorku 18

Chemický posuv Vnější magnet. pole v místě jádra je stíněno elektronovými proudy dochází k chemickému posuvu rezonanční frekvence jádra velmi často dojde i k rozštěpení díky různým pozicím rezonujícího jádra v molekulách Nástroj pro chemické analýzy a (in vivo) lékařské studie ATP ADP 19

MR zobrazování (MRI, MRT) MRI Magnetic Resonance Imaging pro zobrazování se navíc k poli B 0 se přidá gradient pole G v jednom, případně více směrech rezonanční frekvence je různá v různých řezech měří se počet jader v rezonanci v daném řezu (pro časy těsně po aplikaci signálu) zanedbáváme relaxační procesy typicky se různé gradienty přikládají v různých časech hlava MRI sken s umělými barvami axiální řez mozku ukazující metastatický tumor (žlutě) oběhový systém 20

MR zobrazování (MRI, MRT) 900 MHz, 21.2 T NMR Magnet, Birmingham, UK 21

MR tomografie Gradienty pole 22

MR tomografie Gradientní pole: Excitační puls se šířkou spektra: Budicí impulz ω B ( z) = B0 + z Gz Výběr vrstvy: ω z = ω = γ B γ Gz ω 1 x,y B z B z = B 0 +G z z G z = db dz ω 1 ω 0 0 z 0 z d F(ω) S(ω) MR signál ω 0 ω 1 ω 23

MR tomografie Transformace prostor - kmitočet 24

MR tomografie Postup MRI experimentu: výběr vrstvy (pomocí gradientu G z ) vf excitace prostorové zakódování souřadnic x-y pomocí gradientů G x a G y snímání signálu echa Zpracování záznamu pomocí inverzní Fourierovy transformace a převod do 2D obrazu 25

MR tomografie (MRT, MRI) Principiální schéma tomografu pro MR zobrazování (MRI) 26

Různé metody MRI Existuje celá řada používaných zobrazovacích metod. Ty dávají rozdílný kontrast (tzv. váhování obrazu) - příklady: Koncentrace jader Metoda spin-echo (SE) Relaxační časy T 1 a T 2 Metoda SE s volbou TE a TR Difúze Metoda vícepulsní SE s volbou TE Pohyby, rychlosti průtoku Metoda SE s +G a G Lokalizovaná spektroskopie Metody STEEM, PRESS Homogenita mag. Pole Metoda SE fázový obraz 27

Metoda SE spinové echo π/2-puls rozfázování π/2-puls sfázování 28

Metoda GE gradientní echo Rozfázování a sfázování pomocí gradientu 29

orovnání obrazů SE a GE Aplikace SE T2 Aplikace GE T2 (ms) (ms) Srovnání obrazů relaxační doby T 2 získaných pomocí techniky SE a GE. 30

Kontrast v MR obrazech Kromě volby metody záleží i na časování měřicí sekvence, zejména na volbě echo-času T E (době mezi excitací a snímáním signálu FID). Příklad: plod kiwi snímaný metodou SE pro různé echočasy. T E = 4ms T E = 15 ms T E = 50 ms 31

MRI Měřením podélné a příčné magnetizace lze dosáhnout zvýraznění různých tkání V závislosti na tom, zda T R a T E jsou dlouhéči krátké lze přisoudit větší vliv podélné (různé poč. hodnoty magnetizace) -T 1 -weighted, či příčné -T 2 -weighted magnetizaci T 1 -weighted T R je krátké (500ms) T 2 -weighted T R je dlouhé (>3s) 32

Funkční NMR spektroskopie Lze měřit i funkční NMR měření distribuce různých látek v závislosti na námaze Na rozdíl od CT se často nemusí podávat žádná kontrastní látka zde aktivita amygdaly reagující na vizuální podnět, související s podáním oxytocinu 33

CT počítačová tomografie Využívá ionizující rentgenové záření Pohybující se kamera+zdroj záření vytvářejí řezy objektem tělem Počítač skládá tyto řezy do výsledného obrazu Vyšetření Rentgen hrudi 0,02 CT hlavy 1,5 CT břicha 5,3 CT hrudníku 5,8 CT hrudníku, břicha a pánve 9,9 Srdeční CT angiogram 6,7-13 Běžná efektivní dávka (msv) CT vyšetření tlustého střeva 3,6-8,8 34

Kontraindikace MR Kardiostimulátory. Především přístroje vyrobené před rokem 2000 mohou být během vyšetření poškozeny (u silnějších magnetů je kardiostimulátor ABSOLUTNÍ KONTRAINDIKACE - hrozí nebezpečí poškození zdraví pacienta) Kovová tělesa z feromagnetického materiálu v nevhodných místech (oko, mozek) První trimestr těhotenství Ušní implantáty, naslouchadla Velká tetování ve vyšetřované oblasti Klaustrofobie 35

Využití MR Medicína (MR tomografie, MR mikroskopie, MR spektroskopie C 13, deuterium, P 31 ) Chemie MR spektroskopie, zjišťování struktury molekul, Nedestruktivní diagnostika Průzkum vrtů (plyn, ropa) 36

Konec Děkuji za pozornost 37