Σ = Seite 1. Überblick. Begriffe: MRT & NMR. Atomkern: Proton. (Kernspin) Nuclear. Magnet. Magnetic. Resonanz. Resonance. Atomkern: Magnetisierung M 0

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1 1 Oberstufenforum, Heidelberg rundlagen der Magnetresonantomographie (MRT) und deren Anwendung in der trahlentherapie Lothar chad Deutsches Krebsforschungsentrum Abteilung Mediinische Phsik in der Radiologie A: Funktionelle & Phsiologische MR-Bildgebung Im euenheimer Feld Heidelberg, erman rundlagen MRT -MR-Phsik - Bildgebung - Bildkontrast: T1, T2 Anwendungen MRT - Bildkorrelation - Angiographie - Perfusion - funktionelle MRT - a-bildgebung Überblick Literatur - The Basics of MRI. Hornak JP, eds. Chapter 1 und 3 - MR für Mediiner und Biologen. Hausser KH, Kalbiter, eds. pringer, Kapitel 1 - Magnetresonantomographie. Reiser M, emmler W, eds. pringer, Kapitel 2 Begriffe: MRT & MR Atomkern: Proton uclear Magnetic Resonance (Kernspin) Magnet Resonan M R uclear Magnetic Resonance Ladung Magnetisches Moment Mechanisches Moment (pin) Eigendrehung (Imaging) Tomographie Atomkern: Magnetisierung Atomkern: Quantenmechanik I B = 0 Curie s eset: = ρ I(I+1) γ 2 h 2 3kT m = -1/2 B = Σ = B = 0 B = Aufspaltung der Energieniveaus (Zeemann-Effekt) m = +1/2 eite 1

2 2 Atomkern: Quantenmechanik II ca. 10 Protonen / Mol (Avogadro-Zahl) 1 ppm (10-6 ) Besetungsverhältnis bei 1.5 T ca parallele pins in Magnetfeld: Vergleich CT - MRT Bohr s Korrespondenprinip lim QM kl. Phsik n 8 Proton hν Resonan: rundlagen Resonan: Mechanischer Kreisel Mechanisches Moment Präession Auslenkkraft Eigendrehung chaukel timmgabeln Resonan: Protonen im Magnetfeld Ausgangslage Puls ignalgewinnung Farada sche Induktion Fahrraddnamo Leiterschleife mit bewegtem Magneten Rotierende magnetische Momente Präessionsfrequen ω = γ Larmorfrequen: 64 MH bei 1.5 T Hochfrequenimpuls ignalintensität M M Zeit eite 2

3 350 MH 350 MH 3 Bildgebung: chichtselektion Bildgebung: Magnetfeld-radienten Magnetfeld-radient,.B. Magnetfeld-radienten 3D Piano _ b # Hochfrequen: ω = γ ( + ) radient Präessionsfrequen ω = γ B mit B = eräteaufbau Bildkontrast: pin-itter-relaation T1 Hochfrequen radienten rundfeld himspulen Angeregter Zustand Ausgangsustand Zwischenustand Endustand (=Ausgangsustand) radienten him ender Empfänger rundfeld Hochfrequen ignal M M M M radienten Bild Konsole teuerrechner Bildrechner 90 - Puls Bildkontrast: pin-pin-relaation T2 Bildkorrelation CT-MRT-PET Ausgangsustand M hohes / M M M = 0 Patient: Astrotom II 90 - Puls chad et al. JCAT 1987,11: eite 3

4 4 3D-Bestrahlungsplanung: MRT Blutflußmarkierung: pin-tagging (TA) Eineitbestrahlungstechnik Rek. Planungs-Probleme AVM: AVM: pin-tagging 3D-FLAH Technik: Rekonstruktion Rek. Org. 80% idus & uführende Arterien MRA Hämodnamik TA abführende Venen BOLD TOF-MRA RR T ACQ EC 30% 50% 80% Patient: Metastase Patient: AVM chad et al. MRI 1992;10: Bock et al. Z Med Phs 1995,5:59-67 ewebe-perfusion: Arterial pin-labeling (AL) ewebe-perfusion: ehirn Flow-sensitive Alternating Inversion Recover: FAIR selektive Inversion globale Inversion Patient: lioblastom T1 w T2 w Patient: Metastase (vor Eineitbestrahlung) ml-blood [ 100g 1min ] 150 Referen pin-labeled Differen Perfusion w : Q2TIP 0 Perfusion: IT-FAIR ünther et al. MRM 2001,46: chad et al. MRI 1994,12: Weber et al. Invest Radiol 2003,38: ewebe-ogenierung: BOLD-Kontrast Funktionelle MRT: ehirn Definition von funktionellen Risikostrukturen EPI: orginal EPI: korrigiert EPI: überlagert 5,6 mm arteriell kapillar Dipole venös magnetische Eigenschaften von Hämoglobin: ogeniert - diamagnetisch deogeniert - paramagnetisch Ogawa et al. Proc atl Acad ci 1987, ~ Δ B * loc T 2 7,5 mm Patient: lioblastom, fmrt: Finger tapping chad et al. Eur Radiol 1996,6:38-45 eite 4

5 5 a-bildgebung: rundlagen a-bildgebung: Meßtechnik Etraellular 3 a a/k- Pumpe K + Intraellular Amplitude a 11 relative ensitivität c γ I ( I + 1) in-vivo Konentration [M] in-vivo ensitivität a: T2 s = 7-25 ms T2 F = ms ignaldefiit H 1 Arbeitshpothese a: T2 etraelluläres a? T2 F intraelluläres a? 2D 3D k-raum Radiale Projektions Technik: RPT α read phase TE TE min ~ 0.4 ms!! Zeit [ms] Ra et al. MRM 1986,3: Lauterbur ature 1973,242: a-bildgebung: 3D ehirn MR-Herbildgebung 1.5 Tesla 4.0 Tesla R Auge Liquor Hirn 1.5 T 4.0 T R 4.0T / R 1.5T ~ 2.5 Jerecic et al. MAMA 2004;16: D Radiale Projektions Technik TR = 30 ms, TE = 0.4 ms, FOV = 400 mm, BW = 190 H/piel 2500 Projektionen 128 samples / Projektion, AV = 10, T acq = 12 min Proband: Her, TrueFIP Quo vadis MRI? = 1.5 T 3.0 T: Echteitbildgebung - massive parallele Bildgebung (> 32 Empfangskanäle) - online Messung phsiologischer ewebeparameter (.B. Perfusion, BOLD, a) - trahlentherapie: phsiologische Parameter Dosis? - Kardiologie: interventionelle MRT One-top hop > 7.0 T: Molekulare Bildgebung - enorme technische Probleme - Entwicklung geeigneter speifischer Kontrastmittel (.B. paramagnetische anopartikel) - Hirnforschung: funktionelle MRI (BOLD), 39 K-MRI eite 5