NMR/MRI NMR/MRI

NNuclear uclear MMagnetic agnetic RResonanceesonance

⇓⇓RezonantnaRezonantna apsorpcija apsorpcija

radiotalasnog zraradiotalasnog zraččenja od strane enja od strane jezgra jezgra ((nukleusanukleusa)) atomaatoma koji se koji se

nalaze u nalaze u magnetnommagnetnom poljupolju

OTKRIOTKRIĆĆEE NAUNAUČČNIKNIK NOBELOVA NOBELOVA NAGRADANAGRADA

Spin protonaSpin protona Stern, 1921. god.Stern, 1921. god. 1943. god.1943. god.

NMR u mol. snopuNMR u mol. snopu Rabi, 1938. god.Rabi, 1938. god. 1944. god.1944. god.

NMR u NMR u ččvrstomvrstom Bloch & Purcell, Bloch & Purcell, 1946. god.1946. god. 1952. god.1952. god.

NMR tomografijaNMR tomografija Lauterbur, 1973. god.Lauterbur, 1973. god. 2003. god2003. god

2D2D––FT NMRFT NMR Ernst, 1976. god.Ernst, 1976. god. 1991. god.1991. god.

3D NMR 3D NMR strukturastrukturamakromolekulamakromolekula

WWüütrich,trich,Fenn, Tanaka Fenn, Tanaka

20022002. god.. god.

KliniKliniččki skeneriki skeneri 1981. god. (3), 1985. god. (450), 1987. god. (700)1981. god. (3), 1985. god. (450), 1987. god. (700), , 20022002.. god. god. (1 aparat na 200 000 ljudi)(1 aparat na 200 000 ljudi)

Kratak istorijski pregled:

Problem radiofobijeProblem radiofobijeKod NMRKod NMR--a jezgro a jezgro apsorbuje a ne zraapsorbuje a ne zraččiiNMRNMR--fizifiziččki fenomenki fenomenMRIMRI--tehnika u medicini tehnika u medicini

(I=Imaging)(I=Imaging)

NNMRIMRI

NE !!!NE !!!

Magnetno polje i naelektrisanjeMagnetno polje i naelektrisanje

Svako Svako uubrzano kretanje brzano kretanje naelektrisane naelektrisane ččestice estice indukuje pojavu indukuje pojavu magnetnog poljamagnetnog polja

TakođeTakođe, svako , svako promenljivo magnetno promenljivo magnetno polje u solenoidu polje u solenoidu indukuje strujuindukuje struju

Pojam spinaPojam spina

Spin je fundamentalna osobina Spin je fundamentalna osobina ččestica kao estica kao ššto je masa ili to je masa ili naelektrisanjenaelektrisanjeMoMožže se predstaviti kao e se predstaviti kao obrtanje oko sopstvene oseobrtanje oko sopstvene oseZahvaljujuZahvaljujućći spinu, i spinu, naelektrisane naelektrisane ččestice se estice se ponaponaššaju kao mali magnetiaju kao mali magneti

Sparivanje spinovaSparivanje spinova

Spin ima vrednost Spin ima vrednost umnoumnošška broja ka broja ½½ i i momožže biti e biti + ili + ili --

Spinovi razliSpinovi različčitih vrstaitih vrstanukleona se ne mogunukleona se ne mogusparivatisparivati

Sparivanje spinovaSparivanje spinova

NMR aktivanNMR aktivanNMR neaktivanNMR neaktivan

Spinovi istih vrsta nukleona se mogu sparivatiSpinovi istih vrsta nukleona se mogu sparivati

NMR osobine nekih jezgaraNMR osobine nekih jezgara

Jezgro Spin (I)

Žiromagnetni odnosγ (MHz/T)

Zastupljenost uprirodi

Relativnaosetljivost

1H 1/2 42.6 99.985 12H 1 6.5 0.015 0.009613C 1/2 10.7 1.11 0.009614N 1 3.1 99.63 0.00115N 1/2 -4.3 0.37 0.00117O 5/2 -5.8 0.037 0.02919F 1/2 40.1 100 0.83

23Na 3/2 10.9 100 0.09331P 1/2 17.2 100 0.06639K 3/2 2.0 93.08 0.0005

γ=odnos magnetnog dipolnog momenta i ugaonog momenta (rad s-1T-1 ili C kg-1 ili Hz T-1)

ŠŠta se sve vidi na MRI slici?ta se sve vidi na MRI slici?

Voda? Voda? –– DDAA (H(H22O)O)Mast ? Mast ? –– DDAA (CH(CH22))Proteini? Proteini? –– NNEE (malo ih je), ali uti(malo ih je), ali utičču na u na signal okolne vodesignal okolne vode

Meka tkiva? Meka tkiva? –– DADA. Pojavnost na MRI . Pojavnost na MRI zavisi od sastava zavisi od sastava Kosti? Kosti? –– DDelimielimiččno no a) kostna sra) kostna sržž? ? DADA (sadr(sadržži vodu i mast) i vodu i mast) b) korteks? b) korteks? NENE (nema pokretljivih (nema pokretljivih protona)protona)Vazduh? Vazduh? –– NENE

Jezgra u magnetnom polju BJezgra u magnetnom polju Bo

Jezgro sa IJezgro sa I≠≠00

++Magnetno polje BMagnetno polje Boo

Precesija spina jezgra u BPrecesija spina jezgra u Bo o i razdvajanje po energijamai razdvajanje po energijama

Cepanje energijskih nivoa spinova u Cepanje energijskih nivoa spinova u spoljaspoljaššnjem magnetnom polju Bnjem magnetnom polju B00

E = hE = hνν = = ∆∆E = E = γγ (h/2(h/2ππ) B) B00

Rezonantna apsorpcijaRezonantna apsorpcija

RezonancijaRezonancija

oB2hEπ

γ=Δ

ν= hE

Energija između nivoaEnergija između nivoa(reda mcal/mol) (reda mcal/mol)

Energija upadnog zraEnergija upadnog zraččenjaenja(oblast energije radiotalasa)(oblast energije radiotalasa)

oB2πγ

=ν Larmorova frekvencijaLarmorova frekvencija(1(1--500 MHz)500 MHz)

I dalje sledi kvantnomehaniI dalje sledi kvantnomehaniččki opis ki opis NMR fenomena ...NMR fenomena ...

Na sreNa srećću, izraz u, izraz

eksplicitno ne sadreksplicitno ne sadržži kvantiranei kvantirane veliveliččine, ine, pa mopa možžemo primeniti i klasiemo primeniti i klasiččan pristup an pristup preko vektora: preko vektora:

MMakroskopske magnetizacijeakroskopske magnetizacije MM

oB2πγ

=ν

Orjentacija jezgara u BOrjentacija jezgara u Boo

NasumiNasumiččna orjentacijana orjentacijapre ulaska u Bpre ulaska u Boo

Uređena orjentacija Uređena orjentacija nakon ulaska u Bnakon ulaska u Boo

ZnaZnačči i momožže ovako ...e ovako ...... a mo... a možže i ovako, e i ovako, ali zahteva viali zahteva višše energijee energije

VeVeććina ipak sledi princip minimalne ina ipak sledi princip minimalne energije, pa energije, pa isto tako i spinoviisto tako i spinovi

Orjentacija jezgara u BOrjentacija jezgara u Boo

NasumiNasumiččna orjentacijana orjentacijapre ulaska u Bpre ulaska u Boo

Uređena orjentacija Uređena orjentacija nakon ulaska u Bnakon ulaska u Boo

Orjentacija jezgara u BOrjentacija jezgara u Boo

NasumiNasumiččna orjentacijana orjentacijapre ulaska u Bpre ulaska u Boo

Spinovi suprotnihSpinovi suprotnihoorjentacija se ponirjentacija se ponišštavajutavaju

Orjentacija jezgara u BOrjentacija jezgara u Boo

NasumiNasumiččna orjentacijana orjentacijapre ulaska u Bpre ulaska u Boo

Spinovi suprotnihSpinovi suprotnihoorjentacija se ponirjentacija se ponišštavajutavaju

Orjentacija jezgara u BOrjentacija jezgara u Boo

NasumiNasumiččna orjentacijana orjentacijapre ulaska u Bpre ulaska u Boo

Spinovi suprotnihSpinovi suprotnihoorjentacija se ponirjentacija se ponišštavajutavaju

Orjentacija jezgara u BOrjentacija jezgara u Boo

NasumiNasumiččna orjentacijana orjentacijapre ulaska u Bpre ulaska u Boo

Spinovi suprotnihSpinovi suprotnihoorjentacija se ponirjentacija se ponišštavajutavaju

Orjentacija jezgara u BOrjentacija jezgara u Boo

NasumiNasumiččna orjentacijana orjentacijapre ulaska u Bpre ulaska u Boo

Spinovi suprotnihSpinovi suprotnihoorjentacija se ponirjentacija se ponišštavajutavaju

Orjentacija jezgara u BOrjentacija jezgara u Boo

I nastaje vektor ukupneI nastaje vektor ukupnemagnetizacije Mmagnetizacije M

nnaa == BBroj jezgararoj jezgara antiparalelne antiparalelne orjentacije u odnosu na orjentacije u odnosu na magnetno polje Bmagnetno polje Boo

nnp p = = Broj jezgara paralelne Broj jezgara paralelne orjentacije u odnosu na Borjentacije u odnosu na Boo

ΔΔE =E = Energijska razlika između Energijska razlika između nivoa sa paralelnom i nivoa sa paralelnom i antiparalelnom orjentacijomantiparalelnom orjentacijom

Koliki je to zaista brojKoliki je to zaista broj jezgarajezgara??

Uzmimo daUzmimo da u jednom eritrocitu ima pribliu jednom eritrocitu ima približžno 10no 101212

molekula Hmolekula H22OOPogledajmo prethodnu formulu za odnos broja jezgara Pogledajmo prethodnu formulu za odnos broja jezgara paralelne i antiparalelne orjentacijeparalelne i antiparalelne orjentacijeDobiDobiććemo da u jednom eritrocitu ima emo da u jednom eritrocitu ima

spinova koji daju vektor ukupne magnetizacije spinova koji daju vektor ukupne magnetizacije MM

101066 (milion)(milion)

Kako izgleda vKako izgleda vektor ukupne ektor ukupne magnetizacijemagnetizacije (uzorak u polju B(uzorak u polju Boo))

Magnetizacija uzorka je Magnetizacija uzorka je usmerena duusmerena dužž pravca pravca magnetnog polja Bmagnetnog polja Boo, i ne , i ne momožže se meriti.e se meriti.

Zato ...Zato ...

MR signal MR signal –– ekscitacijaekscitacijaRF RF pulspuls nana LarmorovojLarmorovoj frekvencijifrekvenciji

Bo

Zavojnica

EmiterRF signala

MR signal MR signal –– ekscitacijaekscitacijaRF RF pulspuls nana LarmorovojLarmorovoj frekvencijifrekvenciji

Bo

Zavojnica

EmiterRF signala

EkscitacijaEkscitacija pulsompulsom odod 9090°°nana LarmorovojLarmorovoj frekvencijifrekvenciji

X

Y

Z B0

M

EkscitacijaEkscitacija pulsompulsom odod 9090°°nana LarmorovojLarmorovoj frekvencijifrekvenciji

X

Y

Z B0

M

Bo

Zavojnica(predajnik)

Emiter RFsignala

Zavojnica(prijemnik)

Risiver RFsignala

MR signal MR signal -- relaksacijarelaksacija

Bo

Zavojnica(predajnik)

Emiter RFsignala

Zavojnica(prijemnik)

Risiver RFsignala

MR signal MR signal –– relaksacijarelaksacijaprijemprijem signalasignala nana LarmorovojLarmorovoj frekvencijifrekvenciji

X

Y

Z Bo

Mo

RelaksacijaRelaksacija nakonnakon pulsapulsa odod 9090°°

X

Y

Z Bo

M0

RelaksacijaRelaksacija nakonnakon pulsapulsa odod 9090°°

Y

Z Bo

Mo

Vreme

Mxy

Dobijanje FID signalaDobijanje FID signala

X

Dobijanje FID signalaDobijanje FID signala

Z B0

M0

Vreme

Mxy

Ovo je sve što dobijamoIz MR skenera

MRIMRI(Magnetic resonance imaging)(Magnetic resonance imaging)

Dobijanje slika ljudskog preseka iz FIDDobijanje slika ljudskog preseka iz FID

Furijeova transformacija (FT)Furijeova transformacija (FT)

MatematiMatematiččka operacija koja pronalazi frekvenciju u FID ka operacija koja pronalazi frekvenciju u FID signalu i pri tome transformisignalu i pri tome transformišše vremesku u frekventnu osu.e vremesku u frekventnu osu.Rezultat je dobijanje NMR spektra. Rezultat je dobijanje NMR spektra.

FID signalFID signal NMR spektarNMR spektar

FTFT→→

KakoKako dobitidobiti MR MR slikuslikutjtj. . kakokako smosmo stiglistigli

ODAVDE (1895. god.) DOVDE (sada)

MRI MRI --Gradijent magnetnog poljaGradijent magnetnog polja--

Voda u homogenomVoda u homogenom poljupolju

MRI MRI --Gradijent magnetnog poljaGradijent magnetnog polja--

Voda u Voda u nenehomogenomhomogenom poljupolju

RF FID

Rotiranje gradijenata + Back projection reconstruction = Rotiranje gradijenata + Back projection reconstruction = Prve MR slike (Lauterbur 1973)Prve MR slike (Lauterbur 1973)

Savremeni MRI = StatiSavremeni MRI = Statiččni ortogonalni gradijenti + 2D FTni ortogonalni gradijenti + 2D FT

PPrincip je u tome da FID u sebi sadrrincip je u tome da FID u sebi sadržži 2 informacije: i 2 informacije:

Fazu i frekvencijuFazu i frekvenciju

Faza 0Faza 0oo Faza 180Faza 180oo

Frekv.Frekv. Frekv.Frekv.

2D FT2D FT-- Gradijenti duGradijenti dužž X i Y oseX i Y ose--

Fazni gradijent prethodi frekventnom i Fazni gradijent prethodi frekventnom i ““preparirapreparira”” spinovespinove

Prva FT: Prva FT: Dekodiranje frekvencije Dekodiranje frekvencije

Druga FT:Druga FT:Dekodiranje fazeDekodiranje faze

Frekventni gradijent Gx

Frekventno Frekventno –– fazna matricafazna matrica

Fazn

igra

dije

ntG

yFrekventni gradijent GFrekventni gradijent Gxx

Fazn

i gra

dije

nt G

Fazn

i gra

dije

nt G

yy

Svaki element prostoraSvaki element prostora (piksel) ima jedinstven(piksel) ima jedinstvenu u kombinaciju vrednostikombinaciju vrednosti ffaze i frekvencije aze i frekvencije šštoto kompjuteru omogukompjuteru omoguććavaava da ga smesti u određenida ga smesti u određeni deo prostoradeo prostora

2D FT2D FT-- K prostorK prostor--slika koju vidi kompjuter slika koju vidi kompjuter --

Objekat 1Objekat 1

Objekat 2Objekat 2

Slika u KSlika u K--prostoruprostoru

PrvaPrvaFTFT

PrvaPrvaFTFT

DrugaDrugaFTFT

DrugaDrugaFTFT

Izbor ravni preseka (GIzbor ravni preseka (Gzz gradijent)gradijent)

Pozicija u magnetu

EmitovaniRF puls

fo

Gradijentpolja Gz

Nakon ovogaNakon ovogagradijenta sledegradijenta sledeX i Y gradijentiX i Y gradijentii dobija se slikai dobija se slika

Ispunjen rezonantni uslov =Ispunjen rezonantni uslov =Ima signalaIma signala

Izvan rezonancije =Izvan rezonancije =Nema signalaNema signala

Izvan rezonancije =Izvan rezonancije =Nema signalaNema signala

ŠŠta nam treba za MRI?ta nam treba za MRI?

1.1. MagnetMagnet (da (da ““postrojipostroji”” spinove)spinove)

2.2. Gradijenti magnetnog polja Gradijenti magnetnog polja (za dobijanje gradijenata polja u X,Y i Z ravni)(za dobijanje gradijenata polja u X,Y i Z ravni)

3.3. RF RF zavojnica zavojnica (za (za pobuđivanje spinova i pobuđivanje spinova i detekciju signala)detekciju signala)

4.4. KKompompjjuteruterski sistem ski sistem (za obradu podataka)(za obradu podataka)

Sto

MRIMRI--Dobijanje slikeDobijanje slike--

RF štit

RF zavojnica

RF zavojnica RF transmiter

RF risiver

magnet

magnet

hlađenje

gradient zavojnice

gradient zavojnice

X-gradijent

Y-gradijent

Z-gradijent

kompjuter

MRI direktni multiplanarni prikazMRI direktni multiplanarni prikaz

SagitalSagital CoronalCoronalAxialAxial

1) G1) Gxx GGyy GGzz su ravnopravni i od operatera zavisi izbor gradijenata su ravnopravni i od operatera zavisi izbor gradijenata koji određuju orijentaciju presekakoji određuju orijentaciju preseka2) Ni2) Niššta se ne ta se ne ““vrtivrti”” izuzev jaizuzev jaččine struje u gradijentnim zavojnicamaine struje u gradijentnim zavojnicama

Gradijent izbora preseka:Gradijent izbora preseka:levo levo -- desnodesno

Gradijent izbora preseka:Gradijent izbora preseka:superior superior -- inferiorinferior

Gradijent izbora preseka:Gradijent izbora preseka:anterior anterior -- posteriorposterior

Gradijenti odreGradijenti određuju zonu snimanjađuju zonu snimanja(ZOOM)(ZOOM)

ŽŽablji embrioablji embrio

MRIMRI--Druge primeneDruge primene--

KorenKoren u saksijiu saksiji Stablo biljkeStablo biljke

200μm

1. Magneti1. Magneti

Stalni magnetStalni magnet

El.magnet otvorenogEl.magnet otvorenogtipatipa

Superprovodni Superprovodni magnetmagnet

RF RF zavojniczavojnicee

Zavojnica za glavu Zavojnica za šaku

ČČemu sluemu služže specijalizovane zavojnice?e specijalizovane zavojnice?Kvalitet snimka raste sa porastom faktora Kvalitet snimka raste sa porastom faktora ““punjenjapunjenja””zavojnice (zavojnice (ššto blito bližže regionu od interesa, to bolje)e regionu od interesa, to bolje)

Snimak glave u zavojnici za teloSnimak glave u zavojnici za telo Snimak glave u zavojnici za glavuSnimak glave u zavojnici za glavu

MRI MRI -- cistacista

Što je više vode, to je signal intenzivniji?

MRI vidi vodu

Ne baš ...

RelaksacijaRelaksacija nakonnakonpulsapulsa odod 9090oo

Izgleda jednostavno

Y

Z Bo

Mo

Vreme

Mxy

Dobijanje FID signalaDobijanje FID signala

X

Dobijanje FID signalaDobijanje FID signala

Z B0

M0

Vreme

Mxy

Ovo vidi naš detektorali da li je to sve što se

događa?

Da li je to baDa li je to bašš tako tako jednostavno?jednostavno?

NaNažžalost jednostavno nije, ali korisno jestealost jednostavno nije, ali korisno jesteVektorVektor makroskopskemakroskopske magnetimagnetizzacijeacije MMje nastao sumiranjem velikog broja je nastao sumiranjem velikog broja ““malihmalih””magneta koji potimagneta koji potičču od individualnih u od individualnih molekula molekula Proces relaksacije je opisan sa Proces relaksacije je opisan sa dvadva relaksaciona vremena relaksaciona vremena T1T1 i i T2T2

Vreme relaksacije T1Vreme relaksacije T1

T1 = T1 = spin respin reššetka vreme relaksacijeetka vreme relaksacije (razmena (razmena energije spinskog sistema sa okolinom)energije spinskog sistema sa okolinom)T1 = T1 = longitudinalna relaksacijalongitudinalna relaksacija (vremenska (vremenska konstanta povratka Mkonstanta povratka Mzz u ravnoteu ravnotežžni poloni položžaj) aj)

)( 1Tt

oz e21MM−

−=

X

Y

Z Bo

time

Mz

Mo

Vreme relaksacije T1Vreme relaksacije T1

SpinSpin--rereššetkaetka relrelaksacija duaksacija dužž zz--oseose (T1)(T1)

X

Y

Z Bo

t

Mz

Vreme relaksacije T1Vreme relaksacije T1

X

Y

Z Bo

Mo

t

M0

Mz

Vreme relaksacije T1Vreme relaksacije T1

Vreme relaksacije T2Vreme relaksacije T2T2 = T2 = spin spin -- spin vreme relaksacijespin vreme relaksacije (gubitak fazne (gubitak fazne koherencije)koherencije)T2 = T2 = transverzalna relaksacijatransverzalna relaksacija (vremenska konstanta (vremenska konstanta opadanja Mopadanja MXYXY do nule za homogeno Bdo nule za homogeno Boo))

2Tt

oxy eMM−

=

T2 (i T1) relaksacijaT2 (i T1) relaksacija

X

Y

BZ

X

Y

BZ

Mo

Signal - XY ravan

Vremena relaksacije T2 i T2Vremena relaksacije T2 i T2**

Vreme

T2* - nehomogenost magnetnog polja

T2 – nehomogenostuzorka

U destilovanoj vodi i u idealnom homogenom polju T1=T2

T2* < T2FID

Relaksaciona vremenaRelaksaciona vremena

Spin Spin -- spinspin Transverzalna relaksacijaTransverzalna relaksacija⇓⇓ ⇓⇓

Gubitak fazne koherencijeGubitak fazne koherencijeVremenska konstanta Vremenska konstanta opadanja Mopadanja Mxyxy do nule do nule

(homogeno B(homogeno Boo))

Spin Spin -- rereššetkaetka Longitudinalna relaksacijaLongitudinalna relaksacija⇓⇓ ⇓⇓

Razmena energije spinskog Razmena energije spinskog sistema sa okolinomsistema sa okolinom

Vremenska konstanta Vremenska konstanta povratka Mpovratka Mzz u ravnoteu ravnotežžni ni

polopoložžajaj

T2

T1

T2* < T2 < T1

Relaksacija protona u razliRelaksacija protona u različčitim tkivima na 1.5 Titim tkivima na 1.5 T

TKIVOTKIVO T1(s)T1(s) T2(s)T2(s) T1/T2T1/T2Bela masa (18% lipida)Bela masa (18% lipida) 0.3800.380 0.0850.085 4.54.5

Siva masa (6% lipida)Siva masa (6% lipida) 0.5200.520 0.0950.095 5.55.5

EdemEdem 0.6500.650 0.1500.150 4.34.3Maligni tumoriMaligni tumori** 0.8000.800 0.2000.200 44

CerebroCerebro spinalna tespinalna teččnost (CST)nost (CST) 2.0002.000 1.0001.000 22

VodaVoda 2.5002.500 2.5002.500 11TrigliceridiTrigliceridi 0.1800.180 0.1000.100 1.81.8

**PrProosek za visek za višše tipova tumorae tipova tumora

T1,T2 = f (koliT1,T2 = f (količčine vode)ine vode)

T1 ili T2 (tumor) ≠ T1 ili T2 (zdravo tkivo)Damadian 1972.

SpinSpin--eho sekvencijaeho sekvencija

Spineho

gRephasin

90°puls

180°puls

Dephasing

Objasnimo pObjasnimo pulsuls odod 180180°° pomopomoćću trkeu trke

Na startu, svi trkaNa startu, svi trkaččiisu izjednasu izjednaččenieni

PoPoččinje trka, i sporiji inje trka, i sporiji trkatrkačči zaostajui zaostaju

Puls od 180Puls od 180°°

Ali u jednom trenutku, naredi se trkaAli u jednom trenutku, naredi se trkaččimaimada trda trčče nazad, na start e nazad, na start

SpinSpin--eho sekvencijaeho sekvencija

Svi ponovo dolaze Svi ponovo dolaze do starta, i poredak je do starta, i poredak je

skoro nepromenjenskoro nepromenjen

ŠŠta radi spin ta radi spin –– eho?eho?

Spin eho ispravlja nehomogenost Spin eho ispravlja nehomogenost spoljaspoljaššnjeg magnetnog polja tj. elimininjeg magnetnog polja tj. eliminišše e T2T2** relaksaciju ali ne eliminirelaksaciju ali ne eliminišše e nehomogenost u uzorku (nehomogenost u uzorku (““pravopravo”” T2)T2)

90°T2

SpinSpin--eho sekvencijaeho sekvencija

T2*

90°

180°

TR

TE/2TE/2

spin eho

180°

ZaZaššto se koristi eho za dobijanje MR to se koristi eho za dobijanje MR slika a ne FID?slika a ne FID?

Vreme koje imamoza smeštanje sva tri

gradijenta bez eha (FID)

Vreme koje imamo za tri gradijenta sa

upotrebom eha

MRI MRI –– dobijanje slikedobijanje slike

PrvaPrva dimenzijadimenzija: : Slice selectionSlice selectionDrugaDruga dimenzijadimenzija: : Phase encoding Phase encoding 256 puta 256 puta

(matrica 256 x 256)(matrica 256 x 256)TreTreććaa dimendimenzijazija: : FFrequencyrequency encodingencoding

Slika se dobija primenom gradijenata u tri dimenzije

Spin Spin –– eho sekvencija eho sekvencija promena intenziteta faznog gradijentapromena intenziteta faznog gradijenta

90° 180°

RF

READOUT

S I G N A L

Gslice

Gfrekventni

Gfazni

90° 180°

RF

1

READOUT

Gslice

Gfrekventni

Gfazni

90° 180°

RF

12

READOUT

Gslice

Gfrekventni

Gfazni

90° 180°

RF

123

READOUT

Gslice

Gfrekventni

Gfazni

90° 180°

RF

123

4

READOUT

Gslice

Gfrekventni

Gfazni

90° 180°

RF

123

4

5

READOUT

Gslice

Gfrekventni

Gfazni

90° 180°

RF

123

4

5

6

READOUT

Gslice

Gfrekventni

Gfazni

90° 180°

RF

123

4

5

67

READOUT

Gslice

Gfrekventni

Gfazni

Kontrast kod spin Kontrast kod spin –– eho sekvencijeeho sekvencije

Kratko TR Dugo TR

Intenzitet tkiva Intenzitet tkiva

Kratko TE ⇒ T1W Dugo TE ⇒ T2W

X

Y

Z Bo

X

Y

Z BoM0

EfekatEfekat T1, T2 snimanjaT1, T2 snimanja

TKIVOTKIVO T1WT1W T2WT2W

Kratko T1, T2Kratko T1, T2(malo vode)(malo vode)

SvetloSvetlo TamnoTamno

Dugo T1, T2 (puno Dugo T1, T2 (puno vode)vode) TamnoTamno SvetloSvetlo

Kratko T1, dugo T2 Kratko T1, dugo T2 (mast)(mast) SvetloSvetlo SvetloSvetlo

Dugo T1, kratko T2 Dugo T1, kratko T2 (hemoragije)(hemoragije) TamnoTamno TamnoTamno

Kontrast na MR slikamaKontrast na MR slikama--cistacista--

T1W T1W TR=500, TE=15TR=500, TE=15

T2WT2WTR=2000, TE=90TR=2000, TE=90

Intenzitet signala na:Intenzitet signala na:T1W mast>T1W mast>normalno tkivonormalno tkivo>tumor>t>tumor>teeččnostnostT2W teT2W teččnostnost>>tumortumor>>mastmast≥≥normalno tkivonormalno tkivo

Kontrast na MR slikamaKontrast na MR slikama--normalna anatomijanormalna anatomija--

T1W T1W iliili T2W?T2W?

T2WT2W

Kontrast naKontrast na MR slikamaMR slikama

MetastazaMetastaza

T1WT1W T2WT2W

Kontrast naKontrast na MR slikamaMR slikama-- Da li je dovoljno uraditi samo T1W ili T2W?Da li je dovoljno uraditi samo T1W ili T2W?

T1WT1W T2WT2W

NIJE !!!

Kontrast naKontrast na MR slikamaMR slikama--jetra pacova sa implantiranim tumoromjetra pacova sa implantiranim tumorom--

TR, TE (TR, TE (kombkomb. 1). 1) TR, TE (TR, TE (jako T1W)jako T1W)

Kontrast naKontrast na MR slikamaMR slikama--Optimizacija kontrasta hrskavica/izlivOptimizacija kontrasta hrskavica/izliv--

Merenje T1 i T2 Merenje T1 i T2 ⇒⇒ kompjuterski program kompjuterski program ⇒⇒ optimalni TE i TRoptimalni TE i TR

Optimalni kontrastOptimalni kontrast Nulti kontrastNulti kontrast

Optimalni kontrast minus mastOptimalni kontrast minus mast Samo izlivSamo izliv

Samo za trajaleSamo za trajale

VREME POTREBNO DA SE DOBIJE MR SLIKAVREME POTREBNO DA SE DOBIJE MR SLIKA

VREME = VREME = Ma Ma •• TRTR •• NEXNEX

MaMa = veli= veliččina matrice, tj. broj koraka faznog gradijentaina matrice, tj. broj koraka faznog gradijentaTRTR = vreme ponavljanja pulsne sekvencije= vreme ponavljanja pulsne sekvencijeNEXNEX = broj akvizicija (ponavljanja celokupne sekvencije)= broj akvizicija (ponavljanja celokupne sekvencije)

Primer (za preseke debljine vePrimer (za preseke debljine većće od 5 mm):e od 5 mm):

T1W T1W MaMa •• TRTR •• NEXNEX = = 256256 •• 0,5 s0,5 s •• 11 ≈≈ 2 min2 min

T2W T2W MaMa •• TRTR •• NEXNEX = = 256256 •• 22,0 s,0 s •• 11 ≈≈ 88 minmin

Za preseke debljine manje od 5 mm Za preseke debljine manje od 5 mm NEX = 2 NEX = 2 -- 44

VREME = Ma VREME = Ma •• TR TR •• NEXNEX

NEXNEX ⇑⇑ SignalSignal--ššumum ⇑⇑

NEXNEX = 1= 1 NEXNEX = 4= 4

VREME = VREME = Ma Ma •• TR TR •• NEXNEX

MaMa ⇑⇑ Rezolucija Rezolucija ⇑⇑

128128 256256

VREME POTREBNO DA SE DOBIJE MR SLIKAVREME POTREBNO DA SE DOBIJE MR SLIKA

VREME = VREME = Ma Ma •• TRTR •• NEXNEX

MaMa = veli= veliččina matrice, tj. broj koraka faznog gradijentaina matrice, tj. broj koraka faznog gradijentaTRTR = vreme ponavljanja pulsne sekvencije= vreme ponavljanja pulsne sekvencijeNEXNEX = broj akvizicija (ponavljanja celokupne sekvencije)= broj akvizicija (ponavljanja celokupne sekvencije)

Primer (za preseke debljine vePrimer (za preseke debljine većće od 5 mm):e od 5 mm):

T1W T1W MaMa •• TRTR •• NEXNEX = = 256256 •• 0,5 s0,5 s •• 11 ≈≈ 2 min2 min

T2W T2W MaMa •• TRTR •• NEXNEX = = 256256 •• 22,0 s,0 s •• 11 ≈≈ 88 minmin

Za preseke debljine manje od 5 mm Za preseke debljine manje od 5 mm NEX = 2 NEX = 2 -- 44

VREME = Ma VREME = Ma •• TR TR •• NEXNEX

NEXNEX ⇑⇑ SignalSignal--ššumum ⇑⇑

NEXNEX = 1= 1 NEXNEX = 4= 4

VREME = VREME = Ma Ma •• TR TR •• NEXNEX

MaMa ⇑⇑ Rezolucija Rezolucija ⇑⇑

128128 256256

IIzzborbor presekapreseka

selectiongradient

f1

position

f ~ B

TransmittedRF pulse

f2

fo

Istovremeno snimanje viIstovremeno snimanje višše presekae preseka

Rink

T2W sekvencija:-TE (90ms) skupljanje podataka-TR (2s) čekanje za ponovno pobuđivanje(od 90° do 90°)

Ovo znači da imamo vremenada pobudimo više preseka u

toku samo jednog TR

FSE (FSE (Fast spinFast spin--echoecho))Klasično T2W FSE T2W

FSE = Nakon pulsa od 90o daje se više pulseva od180o (u ovom slučaju 4 pulsa) i nakon svakog od tihpulseva daje se različit fazni gradijent

Rezultat: Dobijamo 4 linije (256x256 matrice) u tokujednog eha, tako da je umesto 256 prolaza potrebnosamo 64.

Vreme za FSE T2W sliku je 4 puta kraće

VREME POTREBNO DA SE DOBIJE MR SLIKAVREME POTREBNO DA SE DOBIJE MR SLIKA

VREME = VREME = Ma Ma •• TRTR •• NEXNEX

MaMa = veli= veliččina matrice, tj. broj koraka faznog gradijentaina matrice, tj. broj koraka faznog gradijentaTRTR = vreme ponavljanja pulsne sekvencije= vreme ponavljanja pulsne sekvencijeNEXNEX = broj akvizicija (ponavljanja celokupne sekvencije)= broj akvizicija (ponavljanja celokupne sekvencije)

Primer (za preseke debljine vePrimer (za preseke debljine većće od 5 mm):e od 5 mm):

T1W T1W MaMa •• TRTR •• NEXNEX = = 256256 •• 0,5 s0,5 s •• 11 ≈≈ 2 min2 min

T2W T2W MaMa •• TRTR •• NEXNEX = = 256256 •• 22,0 s,0 s •• 11 ≈≈ 88 minmin

Za preseke debljine manje od 5 mm Za preseke debljine manje od 5 mm NEX = 2 NEX = 2 -- 44Ako smanjimo TR ???Ako smanjimo TR ???

GRE GRE (Gradient recalled echo)(Gradient recalled echo)

MoMožžemo li joemo li jošš skratiti TR bez uticaja na kontrast?skratiti TR bez uticaja na kontrast?

GRE: Vreme TR se smanjuje jer se refokusiranje spinova, tj. pojava ehastimuliše gradijentima a ne pulsom od 180o.

TR je oko 100 ms

T2W = T2W = MaMa •• TRTR •• NEXNEX = = 256256 •• 100 ms100 ms •• 11≈≈ 25 s 25 s ≈≈ 0,5 min0,5 min

BRZO

GRE T2W image

EPI (Echo planar imaging)EPI (Echo planar imaging)

Standardni T2W EPI snapshot ( 80 ms )*

Pacijent sa parkinsonovom bolešcu

“MNOGO” BRZO!!!

*Ali ovde nema vremena za multislice

Vreme snimanja zavisi od naVreme snimanja zavisi od naččina ina prolaska kroz prolaska kroz KK--prostor prostor

“SUPER”BRZO!!! Spiralni prolaz kroz K - prostor

fMRI fMRI –– funkcionalni MRIfunkcionalni MRI

Aktivnost određene regije mozga = povećana potrošnja kiseonikaOksihemoglobin (dijamagnetik) ⇒ Deoksihemoglobin (paramagnetik = T2*kontrast)

EPI: Lokalne nehomogenosti polja T2* imidžing + dovoljno brzo da da se to uoči

FMRI: Klasični MRI za anatomsku mapu + EPI u toku obavljanja funkcije (zatim sledipreklapanje te dve slike)

Optička stimulacija

Obojeno svetlo v.s. mrak

Motorna stimulacija

Savijanje lakata