Magnetresonanztomographie Grundlagen PDF

[Magnetresonanztomographie] [Grundlagen] [Einführung] MRT zählt zu den leistungsfähigsten bildgebenden Verfahren. Ist Schnittbildverfahren mit sehr hoher Kontrastauflösung. Für Signalerzeugung/Bilderzeugung -\> Kernmagnetismus/magnetische Felder. MR-Bild = Abbildung der Protonendichte und der...

[Magnetresonanztomographie] [Grundlagen] [Einführung] MRT zählt zu den leistungsfähigsten bildgebenden Verfahren. Ist Schnittbildverfahren mit sehr hoher Kontrastauflösung. Für Signalerzeugung/Bilderzeugung -\> Kernmagnetismus/magnetische Felder. MR-Bild = Abbildung der Protonendichte und der chemischen Zusammensetzung eines Gewebes. Gewebe mit geringem Protonenanteil (Knochen, Luft) -\> signallos, schwarz. Bildgenerierung beruht auf komplexer Rechenmethoden. Schnittebene bei MRT frei wählbar/unabhängig von Köperposition. MRT arbeitet ohne ionisierende Strahlung, hat hohe Weichteilauflösung, dem Röntgen überlegen. Anwendung v.a. in Neuroradiologie. [Kernmagnetismus] Elektrisch geladene Kernteilchen -\> wie rotierende Kreisel -\> drehen sich mit Drehimpuls (Spin) um ihre Rotationsachse. Jede bewegte el. Ladung induziert ein Magnetfeld, besitzt magnetisches Moment (Protonen -\> Nord und Südpol). Ungerade Kernteilchenzahl im Atomkern -\> Kernmagnetismus wirkt nach aussen. Gerade Kernteilchenzahl -\> magnetische Momente neutralisieren sich gegenseitig. Kernresonanz -\> nur Atomkerne mit ungerader Kernteilchenzahl werden gebraucht (Bsp.: H, C-13, Na-23, P-31). Das wichtigste Proton im Körper/für MRT: Wasserstoffatomkern. [Ausrichtung] Rotationsachse der Kernspins -\> zufällige/ungeordnete Orientierung im Raum. Kernspins in statisches Magnetfeld gebracht -\> wegen Wechselwirkung zwischen äusserem Magnetfeld und Kernmagnetismus in Ordnung gezwungen. Magnetische Momente/Rotationsachsen der Kernspins richten sich entlang der magnetischen Feldlinien aus -\> Protonen können zwei Energiezustände annehmen. Rotationsachsen richten sich zum externen Feld parallel (hohes E-niveau) oder antiparallel (niedriges E-niveau) aus. [Verteilung] Zahlenmässiges Verhältnis Protonen niedrigeres E : Protonen höheres E abhängig von Stärke des Magnetfelds und Temperatur -\> Boltzmannverteilung (fast im Gleichgewicht, immer geringer Überschuss an energiearmen P). Magnetfeld ein Tesla, Raumtemperatur, eine Million Protonen = 7 energiearmen Protonen. Nur überzählige energiearmen Kernspins tragen zur MR bei -\> Summe magnetische Momente = Gesamtmagnetisierung (NMV). Gesamtmagnetisierung wird hier Longitudinalmagnetisierung genannt, da ihr Vektor längs des Hauptmagnetfelds B0 liegt -\> kann nicht gemessen werden. [Präzession und Larmorfrequenz] Präzession wird in best. Frequenz ausgeführt Abhängig von Art des Protons und Magnetfeldstärke B0). Frequenz proportional zur Stärke des äusseren Magnetfelds -\> Wert durch Larmorgleichung berechnet = Larmorfrequenz. ω0 = Larmorfrequenz \[MHz\] γ = Gyromagnetisches Verhältnis (Stoffkonstante) \[MHz/T\] B0 = Magnetische Flussdichte des Grundmagnetfeldes \[T\] **Verschiedene Atomkerne haben unterschiedliche Larmorfrequenzen, die durch die Feldstärke des äusseren Magnetfeldes beeinflusst werden.** [Magnetresonanz] Energie zuführen -\> Polarisierte Kernspins angeregt -\> Magnetische Kernresonanz erzeugt. Energie geschieht in Form eines kurzen Hochfrequenzimpulses (gleiche Frequenz wie Larmorfrequenz der Protonen -\> Resonanzfrequenz). Bei Anregung kippen Kernspins aus Ausgangslage und es entsteht eine Magnetisierung senkrecht zu B0 (Transversal-/Quermagnetisierung) -\> Aussage stimmt nur für Anregungswinkel von 90°. Kernspins präzedieren weiterhin in Empfangsantenne Wechselspannung -\> lässt sich verstärken, messen und analysieren. **Nur wenn der verwendete Hochfrequenzimpuls die Resonanzfrequenz des Kerns besitzt, kann eine Energieübertragung auf den Kernspin stattfinden. Die Resonanzfrequenz entspricht der Larmorfrequenz.** [Relaxation] Hochfrequenzimpuls abschalten -\> Kernspins geben aufgenommene Energie wieder ab -\> Relaxation. MR-Signal zerfällt mit der Zeit und System streb ursprüngliches Gleichgewichtszustand an (Boltzm.). Zwei Vorgänge (unabhängig) finden statt: - Die Longitudinalmagnetisierung wird wieder aufgebaut - T1-Relaxation. - Die Transversalmagnetisierung verschwindet - T2 Relaxation. T1 ist immer langsamer als T2. Relaxationszeit eines Gewebes bestimmt Signalintensität/Bildkontraste von T1- und T2-gewichteten Aufnahmen. [T1 und T2 im Vergleich] T1- und T2-Relaxation finden immer gemeinsam, aber unabhängig voneinander statt. Die T2-Relaxation geschieht schnell (30-150 ms) und die T1-Relaxation langsam (300-2000 ms). Faustregeln: - je flüssiger (je mehr Wasser), desto länger sind T1 und T2 (Longdrink) - je fester und fetter, desto kürzer sind T1 und T2 (Fast Food) T2-gewichtete Aufnahmen entstehen durch lange Repetitionszeit (RT) und lange Echoauslesezeit (TE). Gewebekontrast in T2-gewichtete Aufnahmen wird durch Echoauslesezeit bestimmt. Bildkontraste entstehen durch unterschiedliche Signalintensität des Gewebes. Gewebe/Stoffe mit langer T2-Relaxationszeit haben hohe Signalintensität Wasser/Liquor) -\> hell/weiss. Erkrankte Gewebe haben erhöhten Flüssigkeitsgehalt -\> erscheinen heller als gesundes. Auf T1-gewichtete Aufnahmen haben Gewebe mit kurzen T1-Relaxationszeiten (Fett, Strukturen nach Kontrastmittel-Anreicherung) hohe Signalintensität -\> hell. Stoffe mit langer T1-Relaxationszeit haben niedrige Signalintensität. Erkranktes Gewebe auf T1-gewichteten Bildern signalarm -\> dunkel. [Aufbau eines MRT] [Magnet] Hauptbestandteil ist Magnet, durch den das Hauptmagnetfeld B0 zur Ausrichtung des Kernspins erzeugt wird. Drei Magnettypen: Permanentmagnete, Wiederstandsmagnete (wegen hohen Energieverbrauch nicht mehr gebräuchlich), supraleitende Magnete. Unterscheidbar zwischen offenen und geschlossenen (Röhre) Systemen. Stärke des Magnetfelds und Homogenität bestimmen Präzessionsfrequenzen der Spins und Signal-Rausch-Verhältnis. Magnete mit hoher Feldstärke -\> bessere Auflösung/kürzere Untersuchungszeit. Für Diagnose meist 1-3 Tesla -\> supraleitende Magnete. Orthopädie/Tiermedizin -\> 0,2-\ Niederfeldgeräte (0.2-0.5 Tesla) [Sende- und Empfangsspulen] Ortskordinierung der MR-Signale -\> drei voneinander unabhängige Gradientenspulen -\> Qualität bestimmt Bildqualität. Energiezufuhr für Anregung des Kernspins geschieht durch Hochfrequenz-Sendespulen, Könen in Magneten oder Empfangsspule integriert sein. Frequenz des HF-Senders muss auf Resonanzfrequenz der Kernspins abgestimmt sein. Resonanzsignal wird in Empfangsspulen registriert, verstärkt, in Rechner weiterverarbeitet. Es gibt spezifisch an Körperregionen angepasste Spulen -\> möglichst enganliegend -\> optimales Signal. Einfluss auf Signal-Rausch-Verhältnis: Architektur der Spulen, Magnetfeldstärke, Typ der Sequenz, Field of view, Schichtdicke, Anzahl durchgeführte Messungen. [Steuerung und Sicherheit] Bedienung und Rechneranlage ausserhalb des MRT-Raums -\> Steuerung HF- und Gradientenspulen, Sequenzabläufe anwählen, Messung starten, Auswertung Bild. MR-Bilder können versendet, bearbeitet, gedruckt (Filmfolie) und archiviert werden. Raum nach aussen durch Faraday'schen Käfig abgeschirmt -\> Störung des Magnetfeldes durch bewegte Metallgegenstände (Züge, Autobahn etc.) verhindert, Sicherung der umliegenden elektrischen Geräte und Personen. Sicherheitsregeln für Betreten des Raumes: keine Metallgegenstände am oder im Körper.