Magnetresonanztomographie (MRT)

Transkript

1 Kontrast - MRT-Bilder zeigen lokale Stärke der Quermagnetisierung M T (x,y) zum Zeitpunkt des Echo-Maximums - M T (x,y) abhängig von Gewebeeigenschaften und Parameter der Pulssequenz K I = I - Def. Kontrast: 1 2 wobei I 1,2 = Signal von Gewebe 1,2 1 I + I 2 - K abhängig von Rauschen in I 1,2 - je größer die gewählte Pixelgröße, desto höher Signale und desto kleiner Rauschen - aber: Verringerung der räumlichen Auflösung!! starke gegenseitige Abhängigkeit von Kontrast, Rauschen und Auflösung

2 Kontrast Einflussgrößen

3 Kontrast Einflussgrößen T E und T R

4 Kontrast Sequenzen: Protonen-Dichte-Wichtung

5 Kontrast Sequenzen: T 1 -Wichtung Eine Sequenz mit kurzer Repetitionszeit führt zu T 1 -gewichteten Bildern

6 Kontrast Sequenzen: T 2 -Wichtung Eine Sequenz mit langer Echozeit T E führt zu T 2 -gewichteten Bildern

7 Kontrast Verschiedene Wichtungen bei Saturation-Recovery Sequenz unterschiedliche Wichtung führt zu unterschiedlichen Kontrasten fi Potential der MRT!! fi Kontrastoptimierung applikationsabhängig!

8 Kontrast Protonendichte-gewichtet T 2 -gewichtet

9 Kontrast T 1 -gewichtet T 2 -gewichtet

10 Kontrast T 1 -gewichtet T 2 -gewichtet Protonendichtegewichtet

11 Auflösung allg. gilt: Einhüllende des Spin-Echos entspricht Modulatios-Transfer-Funktion (MTF) Dicke der angeregten Schicht (z-richtung): - je steiler das G z -Gradientenfeld bzw je schmaler die Bandbreite des anregenden HF-Signals desto dünner die Schicht typische Werte: einige mm Laterale Auflösung (x-, y-richtung): - abh. von G y - und G x -Gradientenfeldern (Phasen und Frequenzkodierung) sowie die damit verbundenen Meßzeiten T y und T s y = π γg y, maxt y typisch: x, y = z x = π γg x T s z = ω γg s z

12 Auflösung Einflussfaktoren für laterale Auflösung : - Relaxationsphänomene (Signal verschwindet nach zu langer Zeit im Rauschen) - Frequenzauflösung und Bandbreite des Detektors - schneller AD-Konverter (Vermeidung von Aliasing-Artefakten) - technische Grenzen bei der Erzeugung von Gradientenfeldern Weitere Einflussfaktoren: - Homogenität des Magneten (Bildverzeichnungen) - Linearität der Gradienten (Bildverzeichnungen) - chemische Verschiebung Protonen-Oszillationsfrequenz unterschiedlich in verschiedenen Umgebungen Fettbild und Wasserbild gegeneinander verschoben (bei Feldstärken > 3T) schlechtere Detailerkennbarkeit

13 Signal-Rausch-Verhältnis SNR = M T 0 1 / 2 r Q ω 0 µ 0 ( ) m p a 1 0 ktveff f 4 ( Fr ) ( TE T ) ( N N N ) 1 / 2 ( δ + ) / 20 / 2 e dv wesentliche Einflussgrößen: - Sättigungsmagnetisierung M T0 (r) (nimmt mit B 0 zu) - Güte Q der Spule: ohmscher Widerstand Spule, Bandbreite Detektor, ohmscher Widerstand durch Wirbelströme im Patienten! - effektives Volumen V eff, das von der Spule ausgeleuchtet wird - Meßbandbreite f (Nyquist-Theorem) - Zahl der Samples N m, der Phasenkodierungen N p und Gesamtmittelungszahl N a (Annahme: statistisch unabhängige Einzelmessungen!) - Rauschbeitrag des Empfangskreises (Eingangsdämpfung δ und Rauschzahl F r ) in db - Verhältnis Echozeit T E und Relaxationszeit T 2 - Volumen des abgebildeten Voxel dv

14 Artefakte Bewegung/Fluss - Phaseneffekte - Amplitudeneffekte keine Bewegung - Instrument - Abtastfehler (truncation, aliasing) - B 0 -Inhomogenitäten - Wirbelströme - ungleichmäßige Ausleuchtung - Übersprechen an benachb. Schichten - Patient - chemische Verschiebung - Suszeptibilitätssprünge

15 Artefakte Bewegungsartefakte (I) starre (globale Bewegungen, Atmung): Phasenshift in Fourierdaten elastische (lokale Bewegungen, z.b. Herz): praktisch nicht zu korrigieren Lösungsmöglichkeiten: Patientenfixierung Messzeitverkürzung externe Triggerung (EKG) Bildverarbeitung Bewegungsartefakte durch Atmung Intensitätsmodulation in k-raum durch Atmung und Geister-Bilder

16 Artefakte Bewegungsartefakte globale Bewegung: Patient verläßt Scanner während der Messung

17 Artefakte Bewegungsartefakte (II) - Spins verändern während der Messung Position bzw. Geschwindigkeit (Blut, Liquor, CSF!) - Geisterbilder oder Signalauslöschung - Lösungsmöglichkeiten durch spezielle Sequenzen: - Flussrephasierung durch Vorsättigung - Flusskompensation durch Doppel- oder Dreifach-Gradientenpuls schlucken ohne Flussrephasierung mit ohne schlucken

18 Artefakte Feldinhomogenitäten durch Materialien mit unterschiedlichen Suszeptibilitäten - Spin-Spin-Kopplung (T2-Zeit) führt zu lokalen Veränderung des Magnetfeldes - Veränderung der Larmor-Frequenz - Ortszuordnung verfälscht geometrische Verzeichnung z.b. µ 1 = Luft µ 2 = Gewebe - Relaxationseffekte variieren Intensitätsinhomogenitäten Positive Nutzung: Abbildung mit Suzeptibilitätsparametern!

19 Artefakte Feldinhomogenitäten durch Materialien mit unterschiedlichen Suszeptibilitäten Bei langen Echozeiten führen lokale Dephasierungseffekte zu Signalauslöschung in Bereichen zwischen Geweben mit unterschiedlichen Suszeptibilitäten Zahn-Plombe

20 Artefakte Feldinhomogenitäten durch Materialien mit unterschiedlichen Suszeptibilitäten massive Suszeptibilitätsartefakte Metallclip in Haarband ( cone-head ) Zahnklammer Gürtel

21 Artefakte Chemische Verschiebung - Protonen-Oszillationsfrequenz unterschiedlich in verschiedenen Umgebungen - Fettbild und Wasserbild gegeneinander verschoben heller Bereich: Überlagerung von Fett- und Wasserprotonen dunkler Bereich: keine Abbildung der Protonen - Korrekturmöglichkeit mit speziellen Sequenzen (z.b. Fettsättigung) MRT-Bild Schulter ohne Fettsättigung

22 Artefakte Instrumentartefakte, unsachgemäße Abtastung sich bewegende Meßspule HF-Interferenz Ventilator Abtastfehler (aliasing) field-of-view zu klein

23 Sequenzen

24 Sequenzen

25 Sequenzen Echo Planar Imaging (EPI) - Ausnutzung von Gradientenechos - nach Anregung (G z ): Positionierung im k-raum durch Gradienten G x und G y (Punkt A) - Umklappen von G x erzeugt Echo, gleichzeitig läuft Zeiger nach Punkt B - G y Gradient verschiebt Phase nach Punkt C - Umklappen von G y erzeugt Echo, gleichzeitig läuft Zeiger nach Punkt D - etc. - Signal klingt mit T 2 * ab - G x und G y müssen extrem schnell geschaltet werden - G y sehr groß, um Zeile im k-raum schnell abzutasten - höchste technische Anforderung an MRT-System

26 Sequenzen Turbo Spin Echo (TSE) - Ausnutzung von Spin-Echos durch 180 Pulse - nach Anregung (G z, Koordinatenursprung): Positionierung (A) im k-raum durch Gradient G x - Spiegelung durch 180 Puls (Punkt B) - beim Echo: Frequenzkodierung (G x ) - Phasenkodierung (G y ) führt zu Punkt C - Frequenzkodierung (G x ) nach Punkt D - Echo liefert nächste Zeile im k-raum - etc. - Echo klingt mit T 2 ab (Gewebeabhängig!) - max. 32 Echos nach einer HF-Anregung - k-raum-abtastung entspricht Tiefpaß-Filterung (stärkere Dämpfung in k y -Richtung)

27 Sequenzen Gradient and Spin Echo (GRASE) - Signal bei EPI-Sequenz klingt mit T 2 * ab - Spin-Rephasierung durch 180 -Puls Spin-Echo - GRASE: nach EPI-Sequenz Erzeugung von Gradientenechos durch 180 Pulse -Wiederholung bis Spin-Echo- Signal mit T 2 abgeklungen

28 Kontrastmittel - Protonendichte im Gewebe nur schwer veränderbar - Kontrastmittel: Modifikation von T 1 und/oder T 2 durch paramagnetische Substanzen - am häufigsten verwendet: Gd 3+ (Gadolinium) - verkürzt T 1 -Zeit (T 1 -gewichtete Aufnahme: erhöhtes Signal) - Anwendung: z.b. Angiographie - Gd 3+ hochgradig toxisch, daher Verbindung mit Chelatkomplex: Gd-DTPA (Gd-Diethylen-tri-amine-penta-acetic acid) - (andere, insbesondere körpereigene Kontrastmittel: s. fmrt)

29 Anwendungen Kopf Spinal-Kanal HNO Thoraxorgane Tumorverdacht, Infarkt, Multiple Sklerose, Epilepsie, Alzheimersche Krankheit, Demenz, chron. Kopfschmerz, mentale Retardierung Rückenmarkserkrankung, Tumor, Bandscheibenvorfall, Blutungen, Infarkt, vaskuläre Malformationen, Traumata Tumoren in den Bereichen: Nase, Rachen, Mund, Zunge Thoraxwand, Pleura, Tumore Augenheilkunde Erkrankungen der Augenhöhle, intraokuläre Tumoren Herz-Kreislauf Bewegungs- Apparat Gastroenterologie Urologie Gynäkologie Thrombose oder Verschluss Nekrosen, Meniskus, Kreuzband, Knorpel, Gelenke Tumoren in Leber, Gallenblase, Pankreas Tumoren in Prostata Veränderungen im Uterus

30 Anwendungen MR-Angiographie (Herz-Lunge)

31 Anwendungen Herzinfarkt

32 Anwendungen Stenose der Aorta cerebri

33 Vorteile - multiplanare Schnittführung - hoher Weichteilkontrast - keine ionisierende Strahlung - Signal abh. von Vielzahl von physikalischen Parametern hohe Flexibilität Nachteile - Kosten typische Werte: x 10 gegenüber Röntgen-Aufnahme, x 4 gegenüber CT - Verfügbarkeit - Kontraindikationen

34 Vergleich mit anderen strukturell bildgebenden Verfahren Röntgen CT MRT Darstellung Knochen Darstellung Weichteile -/ Darstellung Gefäße Darstellung Volumia Funktionen (fmrt) Bildqualität sehr gut gut mittel psych. Belastung gering mittel hoch (?) phys. Belastung hoch hoch gering Invasivität nein nein nein Untersuchungsdauer 10 min 25 min 25 min

35 Anwendungsfelder strukturell bildgebender Verfahren Röntgen CT MRT Knochen Knochenmark Lunge Weichteile -/ Gehirn Rückenmark - (+) ++++ Magen/Darm +++ +/++ +/- Knorpel - -/+ +++ Gefäße /+++ Herz + +/++ ++/+++ Leber/Milz Nieren +/