NMR/MRI NMR/MRI

NNuclear uclear MMagnetic agnetic RResonanceesonance

RezonantnaRezonantna apsorpcija apsorpcija

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

nalaze u nalaze u magnetnommagnetnom poljupolju

OTKRIOTKRIEE NAUNAUNIKNIK 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 vrstomvrstom Bloch & Purcell, Bloch & Purcell, 1946. god.1946. god. 1952. god.1952. god.

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

2D2DFT NMRFT NMR Ernst, 1976. god.Ernst, 1976. god. 1991. god.1991. god.

3D NMR 3D NMR strukturastrukturamakromolekulamakromolekula

WWtrich,trich,Fenn, Tanaka Fenn, Tanaka

20022002. god.. god.

KliniKliniki skeneriki skeneri1981. 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 zraiiNMRNMR--fizifiziki 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 estice estice indukuje pojavu indukuje pojavu magnetnog poljamagnetnog polja

TakoeTakoe, 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 estica kao estica kao to je masa ili to je masa ili naelektrisanjenaelektrisanjeMoMoe se predstaviti kao e se predstaviti kao obrtanje oko sopstvene oseobrtanje oko sopstvene oseZahvaljujuZahvaljujui spinu, i spinu, naelektrisane naelektrisane estice se estice se ponaponaaju kao mali magnetiaju kao mali magneti

Sparivanje spinovaSparivanje spinova

Spin ima vrednost Spin ima vrednost umnoumnoka broja ka broja i i momoe biti e biti + ili + ili --

Spinovi razliSpinovi razliitih 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)

iromagnetni odnos (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

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

ta 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 utiu 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? DDelimielimino no a) kostna sra) kostna sr? ? DADA (sadr(sadri 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 I00

++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 spoljaspoljanjem magnetnom polju Bnjem magnetnom polju B00

E = hE = h = = E = E = (h/2(h/2) B) B00

Rezonantna apsorpcijaRezonantna apsorpcija

RezonancijaRezonancija

oB2hE

=

= hE

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

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

oB2

= Larmorova frekvencijaLarmorova frekvencija

(1(1--500 MHz)500 MHz)

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

Na sreNa sreu, izraz u, izraz

eksplicitno ne sadreksplicitno ne sadri kvantiranei kvantirane veliveliine, ine, pa mopa moemo primeniti i klasiemo primeniti i klasian pristup an pristup preko vektora: preko vektora:

MMakroskopske magnetizacijeakroskopske magnetizacije MM

oB2

=

Orjentacija jezgara u BOrjentacija jezgara u Boo

NasumiNasumina orjentacijana orjentacijapre ulaska u Bpre ulaska u Boo

Ureena orjentacija Ureena orjentacija nakon ulaska u Bnakon ulaska u Boo

ZnaZnai i momoe ovako ...e ovako ...... a mo... a moe i ovako, e i ovako, ali zahteva viali zahteva vie energijee energije

VeVeina 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

NasumiNasumina orjentacijana orjentacijapre ulaska u Bpre ulaska u Boo

Ureena orjentacija Ureena orjentacija nakon ulaska u Bnakon ulaska u Boo

Orjentacija jezgara u BOrjentacija jezgara u Boo

NasumiNasumina orjentacijana orjentacijapre ulaska u Bpre ulaska u Boo

Spinovi suprotnihSpinovi suprotnihoorjentacija se ponirjentacija se ponitavajutavaju

Orjentacija jezgara u BOrjentacija jezgara u Boo

NasumiNasumina orjentacijana orjentacijapre ulaska u Bpre ulaska u Boo

Spinovi suprotnihSpinovi suprotnihoorjentacija se ponirjentacija se ponitavajutavaju

Orjentacija jezgara u BOrjentacija jezgara u Boo

NasumiNasumina orjentacijana orjentacijapre ulaska u Bpre ulaska u Boo

Spinovi suprotnihSpinovi suprotnihoorjentacija se ponirjentacija se ponitavajutavaju

Orjentacija jezgara u BOrjentacija jezgara u Boo

NasumiNasumina orjentacijana orjentacijapre ulaska u Bpre ulaska u Boo

Spinovi suprotnihSpinovi suprotnihoorjentacija se ponirjentacija se ponitavajutavaju

Orjentacija jezgara u BOrjentacija jezgara u Boo

NasumiNasumina orjentacijana orjentacijapre ulaska u Bpre ulaska u Boo

Spinovi suprotnihSpinovi suprotnihoorjentacija se ponirjentacija se ponitavajutavaju

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

E =E = Energijska razlika izmeu Energijska razlika izmeu 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 priblino 10no 101212molekula Hmolekula H22OOPogledajmo prethodnu formulu za odnos broja jezgara Pogledajmo prethodnu formulu za odnos broja jezgara paralelne i antiparalelne orjentacijeparalelne i antiparalelne orjentacijeDobiDobiemo 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 du pravca pravca magnetnog polja Bmagnetnog polja Boo, i ne , i ne momoe se meriti.e se meriti.

Zato ...Zato ...

MR signal MR signal ekscitacijaekscitacijaRF RF pulspuls nana LarmorovojLarmorovoj frekvencijifrekvenciji

BoZavojnica

EmiterRF signala

MR signal MR signal ekscitacijaekscitacijaRF RF pulspuls nana LarmorovojLarmorovoj frekvencijifrekvenciji

BoZavojnica

EmiterRF signala

EkscitacijaEkscitacija pulsompulsom odod 9090nana LarmorovojLarmorovoj frekvencijifrekvenciji

X

Y

Z B0

M

EkscitacijaEkscitacija pulsompulsom odod 9090nana LarmorovojLarmorovoj frekvencijifrekvenciji

X

Y

Z B0

M

BoZavojnica

(predajnik)

Emiter RFsignala

Zavojnica(prijemnik)

Risiver RFsignala

MR signal MR signal -- relaksacijarelaksacija

BoZavojnica

(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 to 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)

MatematiMatematika operacija koja pronalazi frekvenciju u FID ka operacija koja pronalazi frekvenciju u FID signalu i pri tome transformisignalu i pri tome transformie 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 = Statini ortogonalni gradijenti + 2D FTni ortogonalni gradijenti + 2D FT

PPrincip je u tome da FID u sebi sadrrincip je u tome da FID u sebi sadri 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 du 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 toto kompjuteru omogukompjuteru omoguavaava da ga smesti u odreenida ga smesti u odreeni 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

ta 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 pobuivanje spinova i pobuivanje spinova i detekciju signala)detekciju signala)

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

Sto

MRIMRI--Dobijanje slikeDobijanje slike--

RF tit

RF zavojnica

RF zavojnica RF transmiter

RF risiver

magnet

magnet

hlaenje

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 odreuju orijentaciju presekakoji odreuju orijentaciju preseka2) Ni2) Nita se ne ta se ne vrtivrti izuzev jaizuzev jaine 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 odreuju zonu snimanjauju zonu snimanja(ZOOM)(ZOOM)

ablji embrioablji embrio

MRIMRI--Druge primeneDruge primene--

KorenKoren u saksijiu saksiji Stablo biljkeStablo biljke

200m

1. Magneti1. Magneti

Stalni magnetStalni magnet

El.magnet otvorenogEl.magnet otvorenogtipatipa

Superprovodni Superprovodni magnetmagnet

RF RF zavojniczavojnicee

Zavojnica za glavu Zavojnica za aku

emu sluemu slue specijalizovane zavojnice?e specijalizovane zavojnice?Kvalitet snimka raste sa porastom faktora Kvalitet snimka raste sa porastom faktora punjenjapunjenjazavojnice (zavojnice (to blito blie 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

to je vie vode, to je signal intenzivniji?

MRI vidi vodu

Ne ba ...

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 na detektorali da li je to sve to se

dogaa?

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

NaNaalost jednostavno nije, ali korisno jestealost jednostavno nije, ali korisno jesteVektorVektor makroskopskemakroskopske magnetimagnetizzacijeacije MMje nastao sumiranjem velikog broja je nastao sumiranjem velikog broja malihmalihmagneta koji potimagneta koji potiu 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 reetka 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 ravnoteni poloni poloaj) aj)

)( 1Tt

oz e21MM

=

X

Y

Z Bo

time

Mz

Mo

Vreme relaksacije T1Vreme relaksacije T1

SpinSpin--rereetkaetka relrelaksacija duaksacija du 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 -- rereetkaetka Longitudinalna relaksacijaLongitudinalna relaksacija

Razmena energije spinskog Razmena energije spinskog sistema sa okolinomsistema sa okolinom

Vremenska konstanta Vremenska konstanta povratka Mpovratka Mzz u ravnoteu ravnoteni ni

polopoloajaj

T2

T1

T2* < T2 < T1

Relaksacija protona u razliRelaksacija protona u razliitim 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 tenost (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 vie tipova tumorae tipova tumora

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

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

SpinSpin--eho sekvencijaeho sekvencija

Spineho

gRephasin

90puls

180puls

Dephasing

Objasnimo pObjasnimo pulsuls odod 180180 pomopomou trkeu trke

Na startu, svi trkaNa startu, svi trkaiisu izjednasu izjednaenieni

PoPoinje trka, i sporiji inje trka, i sporiji trkatrkai zaostajui zaostaju

Puls od 180Puls od 180

Ali u jednom trenutku, naredi se trkaAli u jednom trenutku, naredi se trkaimaimada trda tre 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

ta radi spin ta radi spin eho?eho?

Spin eho ispravlja nehomogenost Spin eho ispravlja nehomogenost spoljaspoljanjeg magnetnog polja tj. elimininjeg magnetnog polja tj. eliminie e T2T2** relaksaciju ali ne eliminirelaksaciju ali ne eliminie e nehomogenost u uzorku (nehomogenost u uzorku (pravopravo T2)T2)

90T2

SpinSpin--eho sekvencijaeho sekvencija

T2*

90

180

TR

TE/2TE/2

spin eho

180

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

Vreme koje imamoza smetanje 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)TreTreaa 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>teenostnostT2W teT2W tenostnost>>tumortumor>>mastmastnormalno 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= veliina 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 vee 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--umum 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= veliina 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 vee 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--umum 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 vie presekae preseka

Rink

T2W sekvencija:-TE (90ms) skupljanje podataka-TR (2s) ekanje za ponovno pobuivanje(od 90 do 90)

Ovo znai da imamo vremenada pobudimo vie preseka u

toku samo jednog TR

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

FSE = Nakon pulsa od 90o daje se vie pulseva od180o (u ovom sluaju 4 pulsa) i nakon svakog od tihpulseva daje se razliit 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 krae

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

VREME = VREME = Ma Ma TRTR NEXNEX

MaMa = veli= veliina 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 vee 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)

MoMoemo li joemo li jo skratiti TR bez uticaja na kontrast?skratiti TR bez uticaja na kontrast?

GRE: Vreme TR se smanjuje jer se refokusiranje spinova, tj. pojava ehastimulie 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 bolecu

MNOGO BRZO!!!

*Ali ovde nema vremena za multislice

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

SUPERBRZO!!! Spiralni prolaz kroz K - prostor

fMRI fMRI funkcionalni MRIfunkcionalni MRI

Aktivnost odreene regije mozga = poveana potronja kiseonikaOksihemoglobin (dijamagnetik) Deoksihemoglobin (paramagnetik = T2*kontrast)

EPI: Lokalne nehomogenosti polja T2* imiding + dovoljno brzo da da se to uoi

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

Optika stimulacija

Obojeno svetlo v.s. mrak

Motorna stimulacija

Savijanje lakata

NMR/MRI Nuclear Magnetic ResonanceRezonantna apsorpcija radiotalasnog zraenja od strane jezgra (nukleusa) atoma koji se nalaze u ?Magnetno polje i naelektrisanjePojam spinaSparivanje spinovaSparivanje spinovaNMR osobine nekih jezgarata se sve vidi na MRI slici? Jezgra u magnetnom polju BoCepanje energijskih nivoa spinova u spoljanjem magnetnom polju B0RezonancijaI dalje sledi kvantnomehaniki opis NMR fenomena ...Orjentacija jezgara u BoOrjentacija jezgara u BoKoliki je to zaista broj jezgara?Kako izgleda vektor ukupne magnetizacije (uzorak u polju Bo)MR signal ekscitacijaRF puls na Larmorovoj frekvencijiMR signal ekscitacijaRF puls na Larmorovoj frekvencijiEkscitacija pulsom od 90na Larmorovoj frekvencijiEkscitacija pulsom od 90na Larmorovoj frekvencijiMR signal - relaksacijaMR signal relaksacijaprijem signala na Larmorovoj frekvencijiRelaksacija nakon pulsa od 90Relaksacija nakon pulsa od 90Dobijanje FID signalaDobijanje FID signalaMRI(Magnetic resonance imaging)Furijeova transformacija (FT)Kako dobiti MR sliku tj. kako smo stigli MRI -Gradijent magnetnog polja-2D FT- Gradijenti du X i Y ose-Frekventno fazna matrica2D FT- K prostor-slika koju vidi kompjuter -Izbor ravni preseka (Gz gradijent)ta nam treba za MRI?MRI-Dobijanje slike-MRI direktni multiplanarni prikazGradijenti odreuju zonu snimanja(ZOOM)MRI-Druge primene-1. MagnetiRF zavojniceemu slue specijalizovane zavojnice?MRI - cistaRelaksacija nakon pulsa od 90oDobijanje FID signalaDobijanje FID signalaDa li je to ba tako jednostavno?Vreme relaksacije T1Vreme relaksacije T1Vreme relaksacije T1Vreme relaksacije T1Vreme relaksacije T2T2 (i T1) relaksacijaVremena relaksacije T2 i T2*Relaksaciona vremenaRelaksacija protona u razliitim tkivima na 1.5 TSpin-eho sekvencijaObjasnimo puls od 180 pomou trkePuls od 180Spin-eho sekvencijata radi spin eho?Spin-eho sekvencijaZato se koristi eho za dobijanje MR slika a ne FID?MRI dobijanje slikeSpin eho sekvencija promena intenziteta faznog gradijentaKontrast kod spin eho sekvencijeEfekat T1, T2 snimanja Kontrast na MR slikama-cista-Kontrast na MR slikama-normalna anatomija- Kontrast na MR slikamaKontrast na MR slikama- Da li je dovoljno uraditi samo T1W ili T2W?Kontrast na MR slikama-jetra pacova sa implantiranim tumorom-Kontrast na MR slikama-Optimizacija kontrasta hrskavica/izliv-VREME = Ma TR NEX NEX Signal-um VREME = Ma TR NEXMa Rezolucija VREME = Ma TR NEX NEX Signal-um VREME = Ma TR NEXMa Rezolucija Izbor presekaIstovremeno snimanje vie presekaFSE (Fast spin-echo)GRE (Gradient recalled echo) Moemo li jo skratiti TR bez uticaja na kontrast?EPI (Echo planar imaging)Vreme snimanja zavisi od naina prolaska kroz K-prostor fMRI funkcionalni MRI