magnetresonanztomographie (mrt)...
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Magnetresonanztomographie (MRT) Kontrast
- MRT-Bilder zeigen lokale Stärke der Quermagnetisierung MT(x,y) zum Zeitpunkt desEcho-Maximums
- MT(x,y) abhängig von Gewebeeigenschaften und Parameter der Pulssequenz
- Def. Kontrast: wobei I1,2 = Signal von Gewebe 1,2
- K abhängig von Rauschen in I1,2
- 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
21
21
IIII
K+−
=
Magnetresonanztomographie (MRT) Kontrast
Einflussgrößen
Magnetresonanztomographie (MRT) Kontrast
Einflussgrößen TE und TR
Magnetresonanztomographie (MRT) Kontrast
Sequenzen: Protonen-Dichte-Wichtung
Magnetresonanztomographie (MRT) Kontrast
Sequenzen: T1-Wichtung Eine Sequenz mit kurzer Repetitionszeit führt zu T1-gewichteten Bildern
Magnetresonanztomographie (MRT) Kontrast
Sequenzen: T2-Wichtung Eine Sequenz mit langer Echozeit TE führt zu T2-gewichteten Bildern
Magnetresonanztomographie (MRT) Kontrast
Verschiedene Wichtungen bei Saturation-Recovery Sequenz
unterschiedliche Wichtung führt zu unterschiedlichen Kontrasten→ Potential der MRT !!→ Kontrastoptimierung applikationsabhängig!
Magnetresonanztomographie (MRT) Kontrast
Protonendichte-gewichtet T2-gewichtet
Magnetresonanztomographie (MRT) Kontrast
T2-gewichtetT1-gewichtet
Magnetresonanztomographie (MRT) Kontrast
T2-gewichtetT1-gewichtet Protonendichte-gewichtet
Magnetresonanztomographie (MRT) Auflösung
allg. gilt:
Einhüllende des Spin-Echos entspricht Modulatios-Transfer-Funktion (MTF)
Dicke der angeregten Schicht (z-Richtung):
- je steiler das Gz-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 Gy- und Gx-Gradientenfeldern (Phasen und Frequenzkodierung)sowie die damit verbundenen Meßzeiten Ty und Ts
typisch: ∆x, ∆y = ∆z
z
s
Gz
γω∆
=∆
yy TGy
max,γπ
=∆sxTG
xγ
π=∆
Magnetresonanztomographie (MRT) 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 UmgebungenFettbild und Wasserbild gegeneinander verschoben (bei Feldstärken > 3T)→ schlechtere Detailerkennbarkeit
Magnetresonanztomographie (MRT) Signal-Rausch-Verhältnis
( ) ( ) ( ) dveNNNfkTV
QrMSNR TTF
apmeff
TEr ⋅⋅⋅⋅⋅⋅
∆⋅⋅
= −+− 2
0
/20/)(2/1
2/1
00 104
)( δµωr
wesentliche Einflussgrößen:
- Sättigungsmagnetisierung MT0(r) (nimmt mit B0 zu)
- Güte Q der Spule: ohmscher Widerstand Spule, Bandbreite Detektor, ohmscher Widerstand durch Wirbelströme im Patienten !
- effektives Volumen Veff, das von der Spule ausgeleuchtet wird
- Meßbandbreite ∆f (Nyquist-Theorem)
- Zahl der Samples Nm, der Phasenkodierungen Np und Gesamtmittelungszahl Na(Annahme: statistisch unabhängige Einzelmessungen !)
- Rauschbeitrag des Empfangskreises (Eingangsdämpfung δ und Rauschzahl Fr) in dB
- Verhältnis Echozeit TE und Relaxationszeit T2
- Volumen des abgebildeten Voxel dv
Magnetresonanztomographie (MRT) Artefakte
Bewegung/Fluss
- Phaseneffekte- Amplitudeneffekte
keine Bewegung
- Instrument- Abtastfehler (truncation, aliasing)- B0-Inhomogenitäten- Wirbelströme- ungleichmäßige Ausleuchtung- Übersprechen an benachb. Schichten
- Patient- chemische Verschiebung- Suszeptibilitätssprünge
Magnetresonanztomographie (MRT) Artefakte
Bewegungsartefakte (I)
starre (globale Bewegungen, Atmung):Phasenshift in Fourierdaten
elastische (lokale Bewegungen, z.B. Herz):praktisch nicht zu korrigieren
Lösungsmöglichkeiten:PatientenfixierungMesszeitverkürzung externe Triggerung (EKG)Bildverarbeitung
Intensitätsmodulation in k-Raum durchAtmung und „Geister-Bilder“
Bewegungsartefakte durch Atmung
Magnetresonanztomographie (MRT) Artefakte
Bewegungsartefakte
globale Bewegung: Patient verläßt Scanner während der Messung
Magnetresonanztomographie (MRT) Artefakte
Bewegungsartefakte (II)
- Spins verändern während der Messung Positionbzw. Geschwindigkeit (Blut, Liquor, CSF !)
- Geisterbilder oder Signalauslöschung
- Lösungsmöglichkeiten durch spezielle Sequenzen:- Flussrephasierung durch Vorsättigung- Flusskompensation durch Doppel- oder
Dreifach-Gradientenpuls
ohne mitFlussrephasierung
schlucken
ohne schlucken
Magnetresonanztomographie (MRT) Artefakte
Feldinhomogenitäten durch Materialien mit unterschiedlichen Suszeptibilitäten
- Spin-Spin-Kopplung (T2-Zeit) führt zu lokalenVeränderung des Magnetfeldes
- Veränderung der Larmor-Frequenz
- Ortszuordnung verfälscht ⇒ geometrische Verzeichnung
- Relaxationseffekte variieren⇒ Intensitätsinhomogenitäten
Positive Nutzung:Abbildung mit Suzeptibilitätsparametern !
z.B.µ1 = Luft
µ2 = Gewebe
Magnetresonanztomographie (MRT) Artefakte
Feldinhomogenitäten durch Materialien mit unterschiedlichen Suszeptibilitäten
Bei langen Echozeiten führen lokale Dephasierungseffekte zu Signalauslöschungin Bereichen zwischen Geweben mit unterschiedlichen Suszeptibilitäten
Zahn-Plombe
Magnetresonanztomographie (MRT) Artefakte
Feldinhomogenitäten durch Materialien mit unterschiedlichen Suszeptibilitäten
massive Suszeptibilitätsartefakte
Metallclip in Haarband(„cone-head“) Zahnklammer Gürtel
Magnetresonanztomographie (MRT) Artefakte
Chemische Verschiebung- Protonen-Oszillationsfrequenz unterschiedlich in
verschiedenen Umgebungen
- Fettbild und Wasserbild gegeneinander verschobenheller Bereich:
Überlagerung von Fett- und Wasserprotonendunkler Bereich:
keine Abbildung der Protonen
- Korrekturmöglichkeit mit speziellen Sequenzen(z.B. Fettsättigung)
MRT-Bild Schulterohne Fettsättigung
Magnetresonanztomographie (MRT) Artefakte
Instrumentartefakte, unsachgemäße Abtastung
sich bewegendeMeßspule
HF-InterferenzVentilator
Abtastfehler (aliasing)field-of-view
zu klein
Magnetresonanztomographie (MRT) Sequenzen
Magnetresonanztomographie (MRT) Sequenzen
Magnetresonanztomographie (MRT) Sequenzen
Echo Planar Imaging (EPI)- Ausnutzung von Gradientenechos
- nach Anregung (Gz): Positionierung im k-Raumdurch Gradienten Gx und Gy (Punkt A)
- Umklappen von Gx erzeugt Echo, gleichzeitigläuft Zeiger nach Punkt B
- Gy Gradient verschiebt Phase nach Punkt C- Umklappen von Gy erzeugt Echo, gleichzeitig
läuft Zeiger nach Punkt D- etc.
- Signal klingt mit T2* ab- Gx und Gy müssen extrem schnell geschaltet werden- Gy sehr groß, um Zeile im k-Raum schnell abzutasten
- höchste technische Anforderung an MRT-System
Magnetresonanztomographie (MRT) Sequenzen
Turbo Spin Echo (TSE)- Ausnutzung von Spin-Echos durch 180° Pulse
- nach Anregung (Gz, Koordinatenursprung): Positionierung (A) im k-Raum durch Gradient Gx
- Spiegelung durch 180° Puls (Punkt B)- beim Echo: Frequenzkodierung (Gx) - Phasenkodierung (Gy) führt zu Punkt C- Frequenzkodierung (Gx) nach Punkt D- Echo liefert nächste Zeile im k-Raum- etc.
- Echo klingt mit T2 ab (Gewebeabhängig!)- max. 32 Echos nach einer HF-Anregung
- k-Raum-Abtastung entspricht Tiefpaß-Filterung(stärkere Dämpfung in ky-Richtung)
Magnetresonanztomographie (MRT) Sequenzen
Gradient and Spin Echo (GRASE)- Signal bei EPI-Sequenz
klingt mit T2* ab
- Spin-Rephasierung durch180°-Puls ⇒ Spin-Echo
- GRASE: nach EPI-SequenzErzeugung von Gradientenechosdurch 180° Pulse
-Wiederholung bis Spin-Echo-Signal mit T2 abgeklungen
Magnetresonanztomographie (MRT) Kontrastmittel
- Protonendichte im Gewebe nur schwer veränderbar- Kontrastmittel: Modifikation von T1 und/oder T2 durch paramagnetische Substanzen- am häufigsten verwendet: Gd3+ (Gadolinium)- verkürzt T1-Zeit (T1-gewichtete Aufnahme: erhöhtes Signal)- Anwendung: z.B. Angiographie- Gd3+ hochgradig toxisch, daher Verbindung mit Chelatkomplex:
Gd-DTPA (Gd-Diethylen-tri-amine-penta-acetic acid)
- (andere, insbesondere körpereigene Kontrastmittel: s. fMRT)
Magnetresonanztomographie (MRT) Anwendungen
Kopf Tumorverdacht, Infarkt, Multiple Sklerose, Epilepsie, AlzheimerscheKrankheit, Demenz, chron. Kopfschmerz, mentale Retardierung
Spinal-Kanal Rückenmarkserkrankung, Tumor, Bandscheibenvorfall, Blutungen, Infarkt, vaskuläre Malformationen, Traumata
HNO Tumoren in den Bereichen: Nase, Rachen, Mund, Zunge
Thoraxorgane Thoraxwand, Pleura, Tumore
Augenheilkunde Erkrankungen der Augenhöhle, intraokuläre Tumoren
Herz-Kreislauf Thrombose oder Verschluss
Bewegungs-Apparat Nekrosen, Meniskus, Kreuzband, Knorpel, Gelenke
Gastro-enterologie Tumoren in Leber, Gallenblase, Pankreas
Urologie Tumoren in Prostata
Gynäkologie Veränderungen im Uterus
Magnetresonanztomographie (MRT) Anwendungen
MR-Angiographie (Herz-Lunge)
Magnetresonanztomographie (MRT) Anwendungen
Herzinfarkt
Magnetresonanztomographie (MRT) Anwendungen
Stenose der Aorta cerebri
Magnetresonanztomographie (MRT)
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
Magnetresonanztomographie (MRT)
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
Magnetresonanztomographie (MRT)
Anwendungsfelder strukturell bildgebender Verfahren
Röntgen CT MRT
Knochen +++ +++ +Knochenmark - - ++Lunge +++ +++ -Weichteile -/+ +++ ++++Gehirn - +++ ++++Rückenmark - (+) ++++Magen/Darm +++ +/++ +/-Knorpel - -/+ +++Gefäße +++ ++ ++/+++Herz + +/++ ++/+++Leber/Milz - +++ ++Nieren +/++ +++ ++
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