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



Podobné dokumenty
Magnetická rezonance Přednáška v rámci projektu IET1

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

ZÁKLADNÍ EXPERIMENTÁLNÍ

Strukturní analýza. NMR spektroskopie

PROČ TATO PŘEDNÁŠKA? KDO JSEM?

Nukleární magnetická rezonance (NMR)

OPVK CZ.1.07/2.2.00/

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

NMR spektroskopie Instrumentální a strukturní analýza

Magnetická rezonance (2)

Magnetická rezonance. Martin Sedlář >> <<

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

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

SPEKTROSKOPIE NUKLEÁRNÍ MAGNETICKÉ REZONANCE

Počítačová tomografie (1)

Magnetická rezonance

NUKLEÁRNÍ MAGNETICKÁ REZONANCE

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

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

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

NMR spektroskopie. Úvod

ZOBRAZENÍ MAGNETICKOU REZONANCÍ (MRI MAGNETIC RESONANCE IMAGING)

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

ZÁKLADY SPEKTROMETRIE NUKLEÁRNÍ MAGNETICKÉ REZONANCE

Zobrazování. Zdeněk Tošner

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

Nukleární magnetická rezonance (NMR)

Magnetická rezonance (3)

SVĚTOVÍ VÝROBCI MAGNETICKÝCH REZONANCÍ

Magnetická rezonance (3)

Spektrální metody NMR I

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

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

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

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

MAGNETICKÉ REZONANCE

12.NMR spektrometrie při analýze roztoků

Nanostruktury a zobrazovací metody v medicíně

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

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

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

Nukleární magnetická rezonance NMR

Náboj a hmotnost elektronu

Pokroky matematiky, fyziky a astronomie

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

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

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

- Rayleighův rozptyl turbidimetrie, nefelometrie - Ramanův rozptyl. - fluorescence - fosforescence

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

Nukleární Overhauserův efekt (NOE)

Úvod do strukturní analýzy farmaceutických látek

Diskutujte, jak široký bude pás spojený s fosforescencí versus fluorescencí. Udělejte odhad v cm -1.

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

Vybrané kapitoly z praktické NMR spektroskopie

Náboj a hmotnost elektronu

Nukleární Overhauserův efekt (NOE)

13. Spektroskopie základní pojmy

Analýza časového vývoje 3D dat v nukleární medicíně

Základy Mössbauerovy spektroskopie. Libor Machala

Úvod do spektrálních metod pro analýzu léčiv

Seznam otázek pro zkoušku z biofyziky oboru lékařství pro školní rok

Program. Materiály ke studiu NMR. Data, Soubory. Seminář z Analytické chemie B. \\PYR\SCRATCH\

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

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

Metody pro studium pevných látek

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Úvod do strukturní analýzy farmaceutických látek

Spektrální metody NMR I. opakování

OBOROVÁ RADA LÉKAŘSKÁ BIOFYZIKA:

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Základy spektroskopie molekul

ANALÝZA VYBRANÝCH ARTEFAKTŮ V DIFUZNÍCH ANALYSIS OF SELECTED ARTEFACTS IN DIFFUSION-

MĚŘENÍ TKÁŇOVÝCH KULTUR METODAMI MAGNETICKO RESONANČNÍ TOMOGRAFIE

10/21/2013. K. Záruba. Chování a vlastnosti nanočástic ovlivňuje. velikost a tvar (distribuce) povrchové atomy, funkční skupiny porozita stabilita

NMR SPEKTROSKOPIE PRO CHEMIKY

Spektroskopické é techniky a mikroskopie. Spektroskopie. Typy spektroskopických metod. Cirkulární dichroismus. Fluorescence UV-VIS

Software stimulačního systému pro funkční MR zobrazování

Emise vyvolaná působením fotonů nebo částic

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

Jiří Brus. (Verze ) (neupravená a neúplná)

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

JADERNÁ MAGNETICKÁ REZONANCE

Kvantová informatika pro komunikace v budoucnosti

Látkové množství. 6, atomů C. Přípravný kurz Chemie 07. n = N. Doporučená literatura. Látkové množství n. Avogadrova konstanta N A

Naše NMR spektrometry

Měření relaxací a difuzí tkáňových kultur smrku Relaxation and diffusion measurement of spruce tissue culture

Pokroky matematiky, fyziky a astronomie

Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti LC-NMR 1. Jan Sýkora

VYŠETŘENÍ NERVOVÉHO SYSTÉMU. seminář z patologické fyziologie

Od kvantové mechaniky k chemii

Interpolace trojrozměrných dat magnetické rezonance

Stručný úvod do spektroskopie

Dekapling, koherentní transfer polarizace, nukleární Overhauserův jev

Aplikace jaderné fyziky (několik příkladů)

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

Metody zpracování NMR signálu spinových ech

SPECIALIZAČNÍ NÁPLŇ TECHNICKÁ SPOLUPRÁCE V OBORECH NUKLEÁRNÍ MEDICÍNY, RADIODIAGNOSTIKY A RADIOTERAPIE ZOBRAZOVACÍ METODY V RADIOLOGII

Univerzita Karlova v Praze. Matematicko-fyzikální fakulta DIPLOMOVÁ PRÁCE. Bc. Petr Šedivý. MR spektroskopie pacientů s diabetem mellitus

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ

Transkript:

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

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 m n, spinový m s a orbitální m l Základním předpokladem MR je existence nenulového jaderného magnetického momentu. elektron mn m l ms jádro orbitální dráha 7

Princip MR orientace momentů jader ve vnějším poli Stacionární homogenní pole z y x vzorek B 0 8

Princip MR experimentu Zpracování signálu 9

Relaxace z B 0 y x M B 11 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 10

MR spektroskopie (MRS) využitelný průměr 54 mm rezonanční kmitočet pro protony 800 MHz 11

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 12

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 13

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 14

MR zobrazování (MRI, MRT) 900 MHz, 21.2 T NMR Magnet, Birmingham, UK 15

MR tomografie (MRT, MRI) Principiální schéma tomografu pro MR zobrazování (MRI) 16

MR tomografie Gradienty pole 17

MR tomografie Gradientní pole: Excitační puls se šířkou spektra: Budicí impulz Výběr vrstvy: B z B0 z Gz z B Gz Δ 1 x,y B z B z = B 0 +G z z G z db dz 1 0 0 z 0 z d F( ) S( ) MR signál 0 Δ 1 18

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 19

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 20

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) 21

Využití MR určení objemu Metoda vhodná k určení objemu uvnitř objektu. Rekonstrukce z řezů/objemu. Výpočet objemu (tloušťka řezu, velikost pixelu). Měření magnetické susceptibility neferomagnetických materiálů 22

Využití MR určení objemu 23

Využití MR rekonstrukce trojrozměrného tvaru 24

Měření nasáklivosti jehlic 3,243 mm 25

Intensity Integral / - Sledování růstu biologických tkání 700 600 500 400 300 200 100 0 Zn 50 Zn 250 Zn 500 Zn 1000 Zn 0 0 10 20 30 40 time / day 26

DTI - vizualizace rostlinných vláken

Měření magnetické susceptibility Měření neferomagnetických materiálů Metoda gradientního echa Fázový obraz

Výpočet magnetické susceptibility Idealizovaný tvar magnetické indukce B z (x) uvnitř a v okolí vzorku z paramagnetického materiálu m B max B B 0 min

Dosažené výsledky Vzorek t [ppm] m [ppm] d [%] Platinový váleček 265.0 269.0 1.32 Hliníkový váleček 22.0 22.3 1.26 Měděný váleček -9.2-9.3 1.30 Bismutový váleček -166.0-168.0 1.29

Konec Děkuji za pozornost 31