18.05.16 Technik der MRT MRT in klinischer Routine und Forschung Magnet Resonanz Tomographie Kernspintomographie PD Dr. Alex Frydrychowicz Was wir heute daher vorhaben: Was Sie heute lernen sollen... Allgemeine technische Grundlagen Grundverständnis der Prinzipien der Bildentstehung in der MRT Physikal. Grundlagen der Signal- und Bildentstehung Kenntnis der Gewebeeigenschaften, die die Bilddarstellung in der MRT beeinflussen Wichtungen und klinische Beispiele Katastrophen vorbeugen & beheben / Sicherheit Grundkenntnis der wichtigsten Sequenzen in der MRT MRT die Röhre Magnet Resonanz Tomographie Patient: überwiegend Wasser, viele Protonen M wie Magnet 1,5 Tesla 30.000 mal stärker als das Erdfeld Tunnel: Durchmesser 60-70 cm Länge 125 400 cm R wie Resonanz Hochfrequenzspule 63 MHz bei 1,5 T (99 MHz = UKW) T wie Tomographie berechnet aus den Signalen ein Bild 1
18.05.16 MRT Zubehör MRT Zubehör: Sende/Empfangsspulen Gehörschutz Notfallklingel KM Injektor EKG Ableitung RR-Messung Überwachungsmonitor Ab b i l d u n g e n v e rs c h i e d e n e r He rs te l e r Wasserstoff - H+ Wirklichkeit ist komplizierter: Präzession Magnetfeld B0, Z-Achse Positiv geladener Kern Der Kern rotiert (Eigendrehimpuls, Spin) Proton = bewegte Ladung Bewegte Ladung = Strom Strom induziert ein Magnetfeld Proton = kleiner Stabmagnet B0 + longitudinale transversale Magnetisierung Transversale Ebene XY-Ebene Magnetisierung Präzession: Lamorfrequenz Feldstärke * Kern-typ. Faktor Protonen ohne Magnetfeld Protonen im Hauptmagnetfeld B0 B0 2
18.05.16 Protonen im Magnetfeld Longitudinale Magnetisierung Die Protonen richten sich parallel und antiparallel zum äußeren Magnetfeld aus, longitudinale Magnetisierung Überschuss in paralleler Parallele ist energetisch günstiger, wird daher bevorzugt eingenommen Ein Übergang zwischen beiden Zuständen ist möglich Longitudinale Magnetisierung 180 HF Puls Überschuss in paralleler Anregung durch geeignete Hochfrequenz Longitudinale Magnetisierung Überschuss in paralleler Anregung durch geeignete Hochfrequenz Überschuss in antiparalleler Longitudinale Magnetisierung Transversale Magnetisierung Überschuss in paralleler Anregung durch geeignete Hochfrequenz Überschuss in antiparalleler Das System kehrt mit der Zeitkonstanten T1 ins Gleichgewicht zurück Keine bevorzugte Orientierung Vektoren heben sich auf, keine transversal Magnetisierung 3
18.05.16 Transversale Magnetisierung Transversale Magnetisierung Keine bevorzugte Orientierung Vektoren heben sich auf keine transversal Magnetisierung Keine bevorzugte Orientierung Vektoren heben sich auf keine transversal Magnetisierung Anregung durch Hochfrequenz, Anregungsfrequenz = Frequenz der Präzession (Lamor-Frequenz) Anregung durch Hochfrequenz, Anregungsfrequenz = Frequenz der Präzession (Lamor-Frequenz) Präzession in Phase à transversale Magnetisierung Transversale Magnetisierung Technische Grundlagen Keine bevorzugte Orientierung Vektoren heben sich auf, keine transversale Magnetisierung, Anregung durch Hochfrequenz, Anregungsfrequenz = Frequenz der Präzession (Lamor-Frequenz) Präzession in Phase à transversale Magnetisierung M xy M xy zerfällt mit der Zeitkonstanten T2 HF-Wellen werden in den Körper eingestrahlt Bei passender (Lamor-) Frequenz à Wechselwirkung mit den Protonen des Körpers Relaxation: Resonanzsignale (elektromagnetische Wellen) werden ausgesendet Wie unterscheiden sich Wellen: Amplitude - Signalintensität Phase und Frequenz - Ortskodierung Für die, die es interessiert: Anregung, z.b. 90 Puls Relaxation 63% = T1 longitudinal 37% = T2 transversal Gewebeeigenschaften Protonendichte: keine Protonen à kein Signal T1-Zeit: longitudinale oder Spin-Gitter Relaxationszeit, kurze T1 Zeit à hohes Signal in T1-gewichteten Sequenzen T2-Zeit: transversale oder Spin-Spin- Relaxationszeit, lange T2-Zeit à hohes Signal in T2-gewichteten Sequenzen Gewebe haben spezifische T1- und T2-Zeiten 4
18.05.16 Bildkontraste im MRT Schädel MRT Luft Fett Wasser Röntgen CT Knochen T1 T2 T2 Wichtung T1 Wichtung Physik der MRT: wie entstehen Bilder MRT ohne Gradientenfelder Anregung 1.5 T 1.5 T Peter Mansfield Nobelpreis für Medizin 2003 Paul C. Lauterbur MRT mit Gradientenfeld Wie entstehen Bilder im MRT Anregung 1.6 T 1.4 T Gradient 1.5 T Resonanzsignal Resonanzsignal Patient wird in homogenem Magnetfeld gelagert Abfolge von HF-Impulsen und Gradientenschaltungen (Sequenz) wird eingestrahlt Aus den Eigenschaften der Resonanzsignale (Phase, Frequenz, Amplitude) wird ein Bild berechnet à Fourier Transformation Der Bildkontrast hängt von den Gewebeeigenschaften und den Sequenzparametern ab 5
18.05.16 Fourier-Transformation MRT: Bildgebung von Scheitel bis Sohle Raumfrequenz in Ortsdarstellung überführen Aber: Maßgeschneiderte Protokolle - Jede Richtung - Typ. Wichtungen - gemäß Fachgesellschaften ift Beachte - Bewegung - Patientenspezifika - Fragestellung Aus: Süddeutsche Magazin, 2008 T1w MRT Protokolle und Sequenzen Anatomie e Knochen Leber T1, T2,... 2D vs. 3D Schichtdicke, Voxelgröße Jede gewünschte Richtung muss abgebildet werden Kontrastmittel à nächste Vorlesung Leber Magen Aorta Lymphknoten Milz Zyste linke Niere Reche Niere T1w Anatomie Anatomie e Knochen Leber Stationäre Lymphknoten Mandibula Zungengrund Tonsille Parotis Hals, transversal, TSE, 4mm 6
18.05.16 Anatomie Anatomie Stationäre Stationäre Double duct sign Pancreaskopftumor! linker intrahepatischer Gang Rechter intrahepatischer Gang Ductus pancreaticus Coronal 3D MRCP, 1.2mm3 Hals, transversal, TSE, 4mm Anatomie Anatomie Stationäre Stationäre DHC Ductus cysticus femur tibia fibula Knie, coronal T1w TSE, 3mm Knie, coronal TSE, fat-saturated, 3mm Anatomie Gefahren in der MRT Stationäre Lautstärke Magnetismus und Attraktion Induktion Wärme, Hitze, Strom Kontrastmittel Knie, coronal T1w TSE, 3mm Knie, coronal TSE, fat-saturated, 3mm 7
18.05.16 Warum macht der MR Scanner Geräusche Gefahren der MRT: Magnet Hauptmagnetfeld GRADIENTEN Spule Hochfrequenz Spule Hochfrequenz Spule GRADIENTEN Spule Hauptmagnetfeld 1.5 T, 0 MHz Statisches Magnetfeld, B0 Wechselnde Magnetfelder zur Ortskodierung, schwächer als das Hauptfeld, Niedrigere Frequenz als HF- Feld à Geräusche 63 MHz, bei 1.5 T Erwärmung Supraleitender Magnet mit Helium-Kühlung Das Magnetfeld im Raum ist immer existent Nicht einfach abstellbar Bei Gefahr: Quench à Verdampfen des Heliums Kraftwirkung auf magnetische Metalle Gefahren der MRT: Magnet Gefahren der MRT: Magnet Bohnermaschine Schreibtischstuhl Gefahren der MRT: Projektile Gefahren der MRT: Projektile 8
18.05.16 Was Sie beim MRT beachten müssen I: Abschalten des Magneten: Quench Patienten nach Klaustrophobie fragen Patienten nach Implantaten fragen fast alle medizinischen Implantate (Osteosynthesen, Herzklappen, ) sind aber keine Kontraindikation Alle beweglichen metallischen Objekte ablegen B0 Abschalten des Magneten: Quench Gefahren der MRT: Hochfrequenz Hochfrequenz etwa 63 MHz bei 1,5 T und 126 MHz bei 3T Mikrowelle: 915-2500 MHz MRT etwas von der Mikrowellenfrequenz entfernt Erwärmung insbesondere in Leiterschleifen, die als Antennen wirken Erwärmung von Kabeln Erwärmung von leitenden Farbstoffen 9
18.05.16 Interne Leiterschleifen Was Sie beim MRT beachten müssen II: Antennen / Leiterschleifen vermeiden Elektrische Implantate z.b. Herzschrittmacher sind eine Kontraindikation (es gibt aber Ausnahmen) Kein Hautkontakt zu Bauteilen des MRT Was Sie heute gelernt haben Grundlagen der MRT: longitudinale und transversale Magnetisierung Grundlagen der Bildentstehung und der Bildkontraste Gefahren der MRT Lärm Statische Magnetfelder Elektromagnetische Wechselfelder 10