Teil 1: Röntgen-Computertomographie CT
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- Ella Auttenberg
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1 11/12/2008 Page 1 HeiCuMed: Blockkurs Bildgebende Verfahren, Strahlenbehandlung, Strahlenschut Teil 1: Röntgen-Computertomographie CT Lehrstuhl für Computerunterstütte Klinische Mediin Mediinische Fakultät Mannheim Universität Heidelberg Theodor-Kuter-Ufer 1-3 D Mannheim, Germany Lothar.Schad@MedMa.Uni-Heidelberg.de 11/12/2008 Page 2 Lerniele CT Physikalische Grundlagen Bildrekonstruktion + Filterung Hounsfield-Einheiten Spiral-CT Literatur - Computertomographie. Kalender WA, eds. Publicis MCD Verlag, München, 2000 Seite 1
2 11/12/2008 Page 3 Wou Schnittbildverfahren? 1. Keine Überlagerungen => höherer Kontrast 2. Dreidimensionale Lokalisierung Geschichte 11/12/2008 Page W. C. Röntgen: X-Strahlen 1963 Cormack: Bildrekonstruktion 1972 Hounsfield: Klinische CT 1989 Kalender: Spiral-CT 1998 Multischicht-CT CTs installiert Seite 2
3 Grundprinip 11/12/2008 Page 5 Detektorsysteme 11/12/2008 Page 6 Seite 3
4 Fächerstrahl-CT 11/12/2008 Page 7 Kollimation 11/12/2008 Page 8 Seite 4
5 11/12/2008 Page 9 Bildrekonstruktion: Rückprojektion CT-Bild Sinogramm Rekonstruktion: Rückprojektion 11/12/2008 Page 10 Bildrekonstruktion: Filterung Sinogramm gefiltertes Sinogramm Filterung Filterkern Seite 5
6 11/12/2008 Page 11 Bildrekonstruktion: Gefilterte Rückprojektion CT-Bild gefiltertes Sinogramm Rekonstruktion: gefilterte Rückprojektion Hounsfield-Einheiten 11/12/2008 Page 12 Seite 6
7 11/12/2008 Page 13 Artefakte: Metall 11/12/2008 Page 14 Artefakte: Strahlaufhärtung Seite 7
8 11/12/2008 Page 15 Spiral-CT: Prinip 11/12/2008 Page 18 Multischicht-CT: Reformatierung Seite 8
9 11/12/2008 Page 20 Multischicht-CT: Herbildgebung r projection angle θ ECG time 11/12/2008 Page 21 Multischicht-CT: Koronar-Angiographie Seite 9
10 11/12/2008 Page 23 HeiCuMed: Blockkurs Bildgebende Verfahren, Strahlenbehandlung, Strahlenschut Teil 2: Magnetresonan-Tomographie MRT Lehrstuhl für Computerunterstütte Klinische Mediin Mediinische Fakultät Mannheim Universität Heidelberg Theodor-Kuter-Ufer 1-3 D Mannheim, Germany 11/12/2008 Page 24 Lerniele MRT Physikalische Grundlagen Spin-Gitter Relaxationseit T1 Spin-Spin Relaxationseit T2 Literatur - The Basics of MRI. Hornak JP, eds. Chapter 1 und 3 - NMR für Mediiner und Biologen. Hausser KH, Kalbiter, eds. Springer, Kapitel 1. - Magnetresonantomographie. Reiser M, Semmler W, eds. Springer, Kapitel 2. Seite 10
11 11/12/2008 Page 25 Wou MRT? CT ρ T2 T1 CT WHS: 1025 Hu GHS: 1035 Hu } Δ = 1% LIQ: 1000 Hu T2 T1 MRT WHS: 90 ms 550 ms GHS: 100 ms 1000 ms } Δ = 100% LIQ: >1000 ms 2000 ms Beispiel: Patient Astroytom II 1. Bester Weichteilkontrast 2. Keine Strahlenbelastung 11/12/2008 Page 26 Begriffe: MRT & NMR Nuclear (Kernspin) Magnetic N S Magnet Resonance Resonan (Imaging) Tomographie Seite 11
12 11/12/2008 Page 27 Atomkern: Proton N Nuclear Max Planck ( ) M Magnetic Magnetisches Moment R Resonance Mechanisches Moment (Spin) Nobelpreis 1918 Sir Ernest Rutherford ( ) Eigendrehung Louis de Broglie ( ) Ladung Nobelpreis 1908 Nobelpreis /12/2008 Page 28 Atomkern: Magnetisierung M 0 B = 0 M 0 S B = B 0 Σ = N Seite 12
13 11/12/2008 Page 29 Atomkern: Quantenmechanik I Curie s Geset: M 0 = ρ I(I+1) γ 2 h 2 B 0 3kT m = -1/2 M 0 B 0 m = +1/2 B = 0 B = B 0 Aufspaltung der Energieniveaus (Zeemann-Effekt) 11/12/2008 Page 30 Atomkern: Quantenmechanik II ca Protonen / Mol (Avogadro-Zahl) 1 ppm (10-6 ) Besetungsverhältnis bei 1.5 T ca parallele Spins in M 0 Albert Einstein ( ) Bohr s Korrespondenprinip lim QM kl. Physik n 8 Proton M 0 Niels Bohr ( ) Nobelpreis 1922 Nobelpreis 1921 Seite 13
14 hν 11/12/2008 Page 31 Magnetfeld: Grundfeld B 0 Externes Magnetfeld B 0 Statisches Magnetfeld Feldstärke Homogenität 1.5 Tesla 1.0 ppm M 0 Supraleitende Spulen NbTi, Nb 3 Sn Kryostat Kühlflüssigkeit flüssig He, (N 2 ) 11/12/2008 Page 32 Magnetfeld: Vergleich CT - MRT M 0 Seite 14
15 11/12/2008 Page 33 Resonan: Grundlagen Schaukel Stimmgabeln 11/12/2008 Page 34 Resonan: Mechanischer Kreisel Mechanisches Moment Präession Auslenkkraft Eigendrehung G G Seite 15
16 11/12/2008 Page 35 Resonan: Protonen im Magnetfeld B 0 Ausgangslage Puls B 0 M 0 M 0 Hochfrequenimpuls HF M 0 Präessionsfrequen ω = γ B 0 Larmorfrequen: 64 MH bei 1.5 T Signalgewinnung 11/12/2008 Page 36 Faraday sche Induktion Fahrraddynamo Leiterschleife mit bewegtem Magneten Rotierende magnetische Momente N S Signalintensität M xy x M y y Zeit Seite 16
17 11/12/2008 Page 38 Bildgebung: Schichtselektion Magnetfeld-Gradient,.B. G G Hochfrequen: ω = γ (B 0 +G ) Gradient G 11/12/2008 Page 39 Bildgebung: Magnetfeld-Gradienten Magnetfeld-Gradienten G G y G 3D Piano _ b # G x G x Präessionsfrequen ω = γ B G y mit B = B 0 + G x + G y + G Seite 17
18 11/12/2008 Page 40 Bildgebung: k-raum y Betragsbild Bild Fourier Transformation k y x k-raum k x Hologramm Jean Baptiste Fourier ( ) 11/12/2008 Page 41 Geräteaufbau Hochfrequen HF Gradienten G xy Grundfeld B 0 Shimspulen Gradienten Shim Sender Empfänger Grundfeld B 0 M 0 Hochfrequen HF Signal Gradienten G xy Bild 350 MH Konsole Steuerrechner 350 MH Bildrechner Seite 18
19 11/12/2008 Page 42 Spin-Gitter-Relaxation T1 Angeregter Zustand Ausgangsustand Zwischenustand Endustand (=Ausgangsustand) M M M M y x y x y x y x y HF 90 - Puls B 0 11/12/2008 Page 43 TI 0 Seite 19
20 11/12/2008 Page 44 Spin-Spin-Relaxation T2 M xy Ausgangsustand Signalintensität Zeit M M y M y M y = 0 x y x y x y x y HF 90 - Puls B 0 11/12/2008 Page 45 Seite 20
21 MR-Herbildgebung 11/12/2008 Page 47 Proband: Her, TrueFISP Seite 21
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