Grunnprinsipper og bildedannelse i MR PDF

Grunnprinsipper og bildedannelse i MR Øystein Olsen Grunnprinsipper og bildedannelse i MR Innhold Protoner og spinn Vektorregning Protoner/spinn i magnetfelt Larmorfrekvensen RF-puls og MR-signal Bildedannelse Gradienter...

Grunnprinsipper og bildedannelse i MR Øystein Olsen Grunnprinsipper og bildedannelse i MR Innhold Protoner og spinn Vektorregning Protoner/spinn i magnetfelt Larmorfrekvensen RF-puls og MR-signal Bildedannelse Gradienter Valg av snitt Fase og frekvenskoding Fouriertransformasjon k-space og MR-bilde  MR “ser” hydrogenprotoner Hydrogen finner vi bl.a. i vann og fett H2O  Vannmolekylet Ett oksygenatom og to hydrogenatomer H2O Hydrogenkjernen består av ett proton Når vi snakker om protoner i MR sammenheng er det hydrogenkjernene det handler om, ikke protoner i andre atomkjerner. Hydrogenkjernen har en iboende egenskap kalt spinn som gir opphav til et magnetfelt Kjernefysikk: Spinn Klassisk fysikk: Angulært moment (kjernemagnetisk moment) Nordpol Vi kan betrakte hydrogenkjernene som små magneter Sydpol Vannmolekyl Hydrogenkjerne/proton Spinn Bruker ofte begrepene protoner og spinn om hverandre  Spinn har størrelse og retning – i matematikken kalles det vektorer Litt vektorregnig: b d=a+b+c a b c a c d Litt vektorregnig: Vektorer Vektorsum (Null)  I et magnetfelt vil spinnene presesere rundt feltlinjene med Larmorfrekvensen: B0 w0 w0   B0 B0 – Magnetfeltstyrke (T)  – gyromagnetisk ratio 42,58 MHz/T 1,5 T: 63,8 MHz 3,0 T: 127,7 Mhz  w0 w0 m1 B0 m4 m2 m3 m5  w0 m1 B0 M m4 m2 m3 m5 M  m1  m2  m3 ... B0 Spinnene retter seg mer med B0 når protonene avgir energi og mer mot B0 når protonene absorberer (mottar) energi En RF (RadioFrekvens) puls “pumper” energi inn i protonene (NB: Det finnes andre forklaringsmodeller også) RF puls  z z z RF puls M B0 y y y x x x z Antenne (spole) Signal y x Bildedannelse  B0 er rettet langs z –retningen y x: utlesning eller frekvensretning z y: faseretning Utlesning- og faseretning kan bytte plass og er ikke alltid vinkelrett på B0 feletet(!) x  Gradientcoilene er spoler som endrer magnetfeltfeltstyrken i ulike retninger (x, y og z) Snittgradient Fasegradient Frekvensgradient www.researchgate.net http://mriquestions.com/gradient-coils.html Valg av snitt Larmorfrekvensen w0   B0 B0 Alle spinnene har lik frekvens langs B0 retningen (z-retningen) 0,5 T: 21,3 MHz 1,0 T: 42,6 MHz 1,5 T: 63,8 MHz 3,0 T: 127,7 MHz 7,0 T: 298,1 MHz Valg av snitt G Larmorfrekvensen w0   B0 B0 Alle spinnene har ulik frekvens langs B0 retningen (z-retningen) 0,5 T: 21,3 MHz pga gradienten 1,0 T: 42,6 MHz 1,5 T: 63,8 MHz 3,0 T: 127,7 MHz 7,0 T: 298,1 MHz Valg av snitt B0 Valg av snitt B0 Valg av snitt B0 Valg av snitt B0 41 42 43 MHz MHz MHz  Valg av snitt Snitt-tykkelse B0 41 42 43 MHz MHz MHz 42MHz RF-puls med BW = 0,8 MHz 41,6 – 42,4 MHz t w  Valg av snitt Snitt-tykkelse Økende B0 gradienstyrke gir tynnere snitt 41 42 43 MHz MHz MHz 42MHz RF-puls med BW = 0,8 MHz 41,6 – 42,4 MHz t w Snitt-tykkelse MRI the basics. Ray h. hashemi and william g. bradley, jr.  Ulike snitt B0 41 42 43 MHz MHz MHz 42MHz RF-puls med BW = 0,4 MHz 41,8 – 42,2 MHz t w  Ulike snitt B0 41 42 43 MHz MHz MHz 42MHz RF-puls med BW = 0,4 MHz 41,8 – 42,2 MHz t w  Ulike snitt B0 41 42 43 MHz MHz MHz 42MHz RF-puls med BW = 0,4 MHz 41,8 – 42,2 MHz t w RF pulser og snitt RF Puls Frekvenser t w t w Spinnene med samme frekvenser som frekvensene i RF pulsen blir påvirket Signalet fra et snitt Alle spinnene har samme frekvens og fase Faseretning Frekvensretning (utlesning) Fasekoding – gir spinne langs faseretningen (y-aksen) ulik fase Fasekoding Nå er fasen i spinnenes presesjon forskjellig langs denne aksen Frekvenskoding – gir spinne langs frekvensretningen (x-aksen) ulik frekvens Frekvenskoding: innfører forskjellig pressesjonsfrekvens langs denne aksen Fasekoding Etter fasekoding og mens frekvenskoding pågår: Alle spinnene har en unik kobinasjon av frekvens og fase som gjør at posisjonen kan identifiseres  Signal K-space (rådata) Bilde Inv. Fourier transformasjon y z x  Pulssekvensdiagram (Gradient ekko) k-space Gy RF t Gz (Slice) t Gy (Phase) t Gx (Read) t Signal t Fasekoding RF t Gz (Slice) t Gy Gy (Phase) t Gx (Read) t Signal t Spinn Spole Signal Faseforskyvning Frekvenskoding RF t Gz (Slice) t Gy (Phase) t Gx (Read) t Signal t f1 Gx f2... w1 w2 w3 f3... Fase og frekvenskoding Unik fase og frekvens Endring i fase Fase T f = 1/T Endring i frekvens Fourier-teori Tenker ofte på et signal som varierer med tiden Kan like gjerne være variasjon av gråtoner i et bilde By Phonical - Own work, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=64473578 Fourier-teori FT iFT w Fourier-teori = FT iFT w Fourier-teori FT... f1 f2 f3... Fourier-teori En dimensjon FT iFT w To dimensjoner FT iFT Fourier-teori Fourier-teori iFT iFT iFT iFT = + + +... + 512x512 bilde Summen av 262 144 “ulike bølger” MR bildet er summen av bølgemønstene som hvert punkt i k-space er opphav til  Senter Kanter Kontrast og Høyfrekvente intensitet forskjeller K-space Bilde practicalfmri.blogspot.com/2011/08/physics-for-understanding-fmri_15.html  k-space Ferdige bilde iF.T 256 256 256 256 Matrise på 256x256