Hardware MR tomografu

Jaroslav Tintěra MR kurz 2013

Hardware MR tomografu

MR systém

Kurz MRI Jaroslav Tintěra: Hardware MR tomografu

gradientní systém

RF systém


supravodivý magnet

gradientní cívkyX, Y, Z

pacientskélůžko

Body RF cívka(transmisní)

head RF cívka(přijímací)

array RF cívky(přijímací)

Tomograf MR Magnet: 1,5 T, 3 T, 7 T

Gradienty: až 300 mT/m

RF systém:Desítky paralelních přijímacích kanálů

Roste zastoupení vysokých polívýkon gradientůpočty RF kanálů

Typy magnetů

• permanentní magnety 0,4

Tesla• elektromagnety

• supravodivé magnety 0,5 – 9,0 Tesla• ultra low field < 0,2 T• low field 0,2 – 0,5 T• mid field 0,5 – 1,0 T• high field 1,0 – 3,0 T• ultra high field 3,0 – ..... T

Statické magnetické pole s maximální homogenitou:


Permanentní magnety

• slitiny kovů vzácných zemin– SmCo5, BaF12O19, Fe77Nd15B8 ...

– obyčejný magnetit (Fe3O4) nestačí ...

• B0 = 0,15 – 0,35 Tesla (vertikálně orientované)• otevřený design, pořizovací a provozní náklady• pro generování pole B0 nevyžadují elektrický proud• velká hmotnost ( 15 – 70 tun)• stabilitu pole narušují i malé změny teploty


Elektromagnety(rezistivní magnety)

• magnetické pole vyrábějí průchodem elektrického proudu vodičem (B0 počtu závitů a proudu)

• B0 = 0,15 – 0,4 Tesla

• relativně nízká hmotnost a pořizovací náklady

• většinou otevřený design s vertikálním polem B0

• dají se jednoduše úplně „vypnout“• velká provozní spotřeba elektrické energie ( 50 kW) • extrémně citlivé na udržení konstantní teploty ( 0,02 ºC)


Supravodivé magnety

• magnetické pole je udržováno stálým průchodem

elektrického proudu supravodičem, který má nulový

elektrický odpor

• B0 = 0,5 – 8 Tesla (běžně 1 – 2 Tesla)

• typicky horizontální orientace pole (MR „tunel“)

• kvalita zobrazení (poměr signál/šum roste s B0)

• pořizovací náklady


http://www.medical.philips.com/main/products/mri/products/interafamily/intera/index.html

Vývoj technologie MR tomografů

80. léta: vývoj celotělových supravodivých magnetů-> kvalita obrazů

-> pacientský komfort

Současný trend: - vysoká pole- krátký magnet- široká díra (70 cm)


Roste signál (zvyšuje se Signál / Šum) Roste T1 Roste podíl efektů susceptibility (BOLD, ztráty signálu, off-resonance efekty) Roste SAR (RF energie roste kvadraticky!!!) Klesá homogenita obrazu (dielektrická rezonance) Klesá T2* Roste hluk gradientů Roste cena

Zvyšování pole B: výhody a potíže


Výhody 3 T

3T1,5T


Vyrovnávací (korekční) cívkyShim coils

• k čemu slouží?– ke korekci nehomogenit statického magnetického pole B0

• k čemu je nám to dobré?– pro kvalitní MR zobrazení potřebujeme co nejdokonaleji

homogenní magnetické pole• co se stane, když ho nemáme?

– dochází ke geometrickému zkreslení obrazu– ztrácíme signál díky odchylkám od ideální Larmorovy frekvence – T2 relaxace je zkreslována směrem k T2*– nefunguje správně spektroskopie, saturace tuku (FatSat), EPI...


zpět na schéma

Gradientnísystém

• gradient magnetického pole– přidáním ke statickému poli B0 se pole lineárně mění

• k čemu je to dobré?– aby vodíková jádra precedovala v různých částech těla s

různou frekvencí, tedy aby se Larmorova frekvence lišila podle polohy ve vyšetřovaném objektu

Larmorova frekvence lokálně L = . [B0+Bg(x)]

– umožní nám to prostorově lokalizovat zdroj signálu


Gradientní systémoblast linearity

vyšetřovací oblast

2 zásadní parametry gradientního systému:1) Maximální amplituda (mT/m)2) Slew-rate (mT/m/ms)


Gradientní systém

zodpovídá za maximální dosažitelné prostorové rozlišeníobvyklé hodnoty 20-35 mT/m, špičkové až 80 mT/m

Maximální amplituda

rychlost náběhu gradientu zodpovídá za rychlost měření a nejkratší dosažitelné TE (TR) ...obvyklé hodnoty 80-120 mT/m/ms, špičkové až 200 mT/m/ms

Slew-rate

Nejlepší kritérium hodnocení výkonugradientního systému je: Gmax x Slew-rate


zpět na schéma

RF systém

RF vysílač

(digitální)

RF přijímač

(digitální)

Systém je naladěn na Larmorovu frekvencitedy přibližně v oblasti VKV rádia

vysílacíRF cívka

přijímacíRF cívka


RF cívky


• Typy RF cívek– celotělové (body coil) ... vysílací a přijímací (transmit &

receive)

– povrchové (surface coil) ... většinou přijímací• tím že jsou blíže vyšetřovanému objektu, dávají lepší signál

• anatomicky dedikované: hlavová, končetinová, ramenní, prsní, krční, ...

– multi-segmentové cívky (array coil)

... několik povrchových cívek v jednom systému• velmi kvalitní signál i u rozsáhlých vyšetřovaných oblastí

• umožňují použít paralelní akviziční techniky

RF cívky


Array coils

S počtem cívek (elementů) roste S / Ša rozšiřuje se možnost využití paralelní techniky(můžeme vypustit více dat = zvýšit „akcelerační faktor“)

S/Š roste, ale i nehomogenita obrazu


Koncepce „Total Imaging Matrix“



Multi-kanálovéRF cívky


Kanálů přibývá a přibývá ...

8 nebo 12 kanálováhlavová cívka

Multi-transmit: adaptivní sklápěcí úhel

Na vyšších polích (od 3T) se významně uplatňuje efekt RF nehomogenity

Pomocí několika (2-4) transmisních cívek je možné upravit prostorovou distribuci sklápěcího úhlu tak, aby obraz byl maximálně homogenní

Multi-transmit umožňuje také snížit SAR!

3T


Multi-transmit: Tx True Form


konvenční Tx systém

2-kanálový Tx systém

Multi-transmit: Tx True Shape


B1 shim:potlačení nehomogenity obrazu

Libovolný tvar RF pulzu:excitace malých oblastí

Příjímací i vysílací multi-kanály

16-kanálovýtransmit

31-kanálovýreceive

9,4 T



Současné trendy Nárůst podílu vysokých magnetický polí (3T)

Velký otvor (70 cm) kompromisní homogenita klinika Menší otvor (60 cm) excelentní homogenita výzkum

Výkon gradientů podle konkrétní potřeby„True form“ fyziologická optimalizace klinika Extrémní hodnoty optimální pro DWI výzkum

Počet paralelních přjímacích kanálů rosteDigitalizace signálu hned na cívce roste S/ŠOptimalizace počtu segmentů array cívek

Multi-kanálový transmit Ideální tvar RF pulzů 2D excitace malé FOV

zpět na schéma

konec

Documents

Hardware MR tomografu