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Methoden (Subject) / Grundlagen der Magnetresonanztomographie (Lesson)
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- Bestandteile des MR-Tomographen - starker Hauptmagnet - Hochfrequenzsender und Empfänger - Drei Gradientenspulen in jede Richtung samt Verstärkern - Rechnersystem - Spezialsysteme: Kühlung, Messung von EEg und Atmung
- Spule und Magnetfeld Das Mangetfeld ist durch zwei wichtige Eigenschaften bestimmt - Magnetische Flussdichte in Tesla (T) - Homogenität Das Feld wird erzeugtmit Hilfe einer stromdurchflossenen Spule Die magnetsiche Feldstärke ist proportional zur Stromstärke
- Strom und Magnetfeld - in der Nähe eines stromdurchflossenen Drathes wird eine Kompassnadel ausgelenkt - Jeder stromdurchflossene Leiter wird von einem magnetischen Wirbelfeld umgeben - Richtung wird durch rechte Hand Regel bestimmt: Zeigt der Daumen in die technische Stromrichtung (von + nach -) geben die Finger der halbgeöffneten Hand die Richtung des Magnetfeldes an
- Magnetfeld: Stärke und Risiken - Feldstärke ist typischerweise sehr hoch: 1,5 bis 3 T
- Hochfrequenzsender und Empfänger - das Magnetfeld alleine erzeugt kein MR-Signal - Stattdessen werden Hochfrequenzsender und Empfänger (Coils) eingesetzt, um die Atomkerne in dem Magnetfeld anzuregnen und anschließend das MR-Signal zu empfangen - im Gegensatz zum statischen Magnetfeld werden die nur kurzzeitig eingeschaltet - Resonanzfrequenz liegt im Radiofrequenzberecih
- Gradientspulen - drei zusätzliche Spulen, deren Magnetfeld das stationäre Magnetfeld überlagert - die dienen der Ortskodierung und existieren in allen drei Raumrichtungen - sie erzeugen einen linearen Gradienten, also eine regelmäßige Inhomogenität im Magnetfeld - Größenordnung der Feldstärke ist vile geringer
- H-Atom - Grundlage des MR-Signals ist der Kernspin des Wasserstoffatoms - besteht nur auf einem Proton (+) im Atomkern und ienem Elektron (-) - Atom ist elektrisch neutral - Proton (+) dreht sich um seine eigene Achse wie ein Kreisel (Spin - Drall) --> rotierende Masse mit einem Drehimpuls mit dem Bestreben, die räumliche Lage der Rotationsachse beizubehalten --> rotierende elektrische Ladung - magnetisches Moment --> Spannung wird induziert in Empfangsspule, wenn sich der "Magnet" bewegt
- Spin im Magnetfeld - Wirk auf einen Kreisel eine äußere Kraft, macht die Achse eine kreisförmige Ausgleichsbewegung - Präzessionsbewegung - Frequenz der Präzessionsbewegung in einem Magnetfeld heißt Larmorfrequenz - Spins streben einen stabilen Zustand an und richten sich entlang der magnetischen Achse aus - die entstandenen "Längsmagnetisierung" entspricht der Summe der einzelnen Spins (Wird meist in z-richtung dargestellt)
- Anregung des Spin-Feldes - der stabile Zustand des "Spin-Feldes" kann durch die Energie eines hochfrequenten elektormagnetischen Impulses gestört werden - Impuls wird mit Hilfe eines starken Hochfrequenzsenders aufs Gehirn ausgerichtet - Frequenz des eingestrahlten Signals entspricht der Larmorfrequenz --> Spins werden aus der Z-Richtung herausgekippt
- Nach Anregung des Spin-Feldes - durch 90° Impulse kann eine Auslenkung genau in die XY-Richtung erfolgen (Quer- bzw Transversalmagnetisierung) - Bewegung des magnetischen Summenvektors in XY-Ebene induziert eine Wechselspannung in der Empfängerspule (Frequenz=Larmor) ---> MR-SIGNAL
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- Spin-Gitter-Wechselwirkung (T1- oder longitudinale Relaxation) - mit der Zeit klappt die Magnetisierung aus der transversalen Ebene zurück in die longitudinale Z-Ebene - Magnetisierung in XY-Richtung und damit das MR-Signal gehen verloren - Vorher eingestrahlte Energie wird an Umgebung (Gitter) abgegeben - T1-Relaxation ist die Zeit, nach der Längsmagnetisierung in Z-Richtung 63% ihres Ausgangswertes erreicht hat - nach 3-5 T1-Zeiten sind sie wieder erhohlt und weisen optimale Längsmagnetisierung auf
- Spin-Spin Wechselwirkung (T2- oder transversale Relaxation) - Magnetvektoren der Spins in XY-Richtung addieren sich nur, wenn sie in Phase sind - Phase = Winkel bei der Kreisbewegung - Nach dem Umklappen in XY-Ebene sind die Spins zunächst in Phase und addieren sich somit (Phasenkoheränz) - Ursache für die T2-Relaxation ist die Dephasierung der Spins - Transversale Magnetisierung wird immer keiner, MR-Signal verschwindet, keine Enerige an Umgebung, sondern Spins tauschen unterinander die Enerige aus
- Zwei Komponenten der T2-Relaxation 1. Zeitlich konstante Inhomogenität des Magnetfeldes verursacht durch den MR-Tomographen/Körper (T2*) 2. Energieaustausch der Spins untereinander durch lokal sich verändernde Magnetfelder - Spins beschleunigen und bremsen sich gegenseitig
- T1-gewichtete Bilder und TR - TR (Repitionszeit) gibt an, wieviel Zeit zwischen zwei Anregungen vergeht - Je kürzer, desto weniger kann sich die longitudinale Magnetisierung erholen - ein starkes MR-Signal braucht aber eine "erholte" longitudinale Magnetiscierung - für ein T1-gewichtetes Bild wählt man eine TR, die in der Mitte der T1-Zeiten der interessanten Gewebtypen liegt - Gewebe mit kurzen T1 hat dann ein starkes Signal und erscheit hell - Gewebe mit langen T1 generiert ein schwaches Signal und ist dunkel
- Echozeit und T2-Gewichtung - als Echozeit (TE) wird die Zeit bezeichnet, die nach der Anregung bis zur Messung vergeht - TE bestimmt den Einfluss von T2 auf den Bildkontrast - Längere TEs lassen die T2 unterschiede zwischen den Gewebarten deutlicher herovrtreten - für T2-gewichtete Bilder wählt man eine TE, die lang genug ist, um zwischen verschiedenen T2-Relaxationszeiten der Gewebearten zu unterschieden - Gewebe mit kurzen T2-Zeiten geben nur wenig Signal ab und erschienen dunkel - Gewebe mit langen T2-Zeiten geben noch relativ viel Siganl ab und erscheinen hell
- Sättigung und Flip Angle - bei kurzen TR-Zeiten haben die Spins nur wenig Zeit in die Z-Richtung zurückzukippen - dadurch steht für nächste Anregung weniger Signal zur Verfügung - Flip Angle - Sättigung kann dadurch begenet werden, dass die Spins sich nicht mehr um 90° und damit komplett in die XY-Ebene umgekippt werden, sondern dass ein reduzierter Pulswinklen angestrebt wird - Signal wird zwar reduziert, jedoch bleibt noch Längsmagnetisierung für die nächste Anregung in der Z-Richtng vorhanden
- Ortskodierung in Z-Richtung - durch selektives Anregen einer Schicht - Anregung erfolgt, wenn ein Hochfrequenzimpuls mit einer Frequenz, die der Larmorfrequenz nahe kommt, auf das Gehirn gestrahlt wird - Larmorfreqeunz hängt ab von der Magnetfeldstärke
- Z-Achse - selektive Anregung einer Schicht - Gradientenspulen sorgen dafür, dasss das Magnetfeld in Z-Richtung inhomogen wird - ein Magnetfeld überlagert das homogene Magentfeld - so besizt jede schicht eine eigene Larmorfrequenz und kann selektiv angeregt werden - Schichtdicke kann durch Stärke des Gradienten beeinflusst werden
- Y-Achse - Phasenkodierung - Gradientspule in Y-Richtung - bewirkt unterschiedliche Larmorfrequnezen unten und oben im Tomographen - Jede Zeile in der Schicht kann durch ihre Phase identifiziert werden
- X-Achse - Frequenzkodierugn - Gradientenspule in X-Richtung - Magnetfeld wird von rechts nach links stärker - Man erhählt ein Frequenzsspektrum - Je höher die Frequenz, desto weiter links ist der Signalursprung
- Spin - Echo - Sequenz - 90° RF-Impuls, führt zu transversalen Magnetsiierug, - Spins werden um 90° aus der Z-Richtung gekippt - gefolgt von einem 180° Impuls - "drehen" - Umkehr der Präzessionsrichutng und Rephasierung