W.GRÜNDER

Methoden

der MR-Bildgebung

W.GRÜNDER

• Nur zur internen Verwendung durch Teilnehmer an der Wahlfachvorlesung 1 „Methoden der NMR-Bildgebung und Spektroskopie“der Universität Leipzig im WS 2004/2005

• Enthält nur einige Basis-Folien der im Rahmen des Vorlesungszyklus erstellten Powerpoint –Präsentationen und ist lediglich zur

Wiederholung bzw. Vertiefung des in den Vorlesungen vermittelten Wissens und zur Vorbereitung der Abschlußprüfung gedacht.

• Änderungen, Ergänzungen, Kopien, anderweitige (auch teilweise) Veröffentlichung sowie Weitergabe an Dritte nur mit ausdrücklicher Genehmigung des Autors !

• Hinweise/ Kritiken zu Inhalt und Gestaltung an: Prof. Dr. W. Gründer, Institut für Medizinische Physik und Biophysik, gruwi@medizin.uni-leipzig.de

Stand: Januar 2005

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Tac = TR NPh AC

TR: Repetitions Zeit

NPh: Anzahl der Phasenkodierschritte = Matrix Größe

AC: Anzahl der Akquisitionen (zur Verbesserung des S/N)

Meßzeit einer Spin Echo Sequenz

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Weitere Sequenz Entwicklungen

Scanzeit-Verkürzung Gradienten-Echo SequenzenHybrid Sequenzen

Kontrast Variationen Gradient Echo Sequenzen

Verbesserte 3D Gradient Echo Sequenzen räumliche Auflösung

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Schnelle Bildgebung

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Verkürzung der Aufnahmezeit

Tac = TR x NPh x AC

Minimum = 0.5(Half Fourier)

Minimum = 0.5(Half Fourier)

Gradienten Echo :

FLASHFISPPSIFDESSCISS

Gradienten Echo :

FLASHFISPPSIFDESSCISS

mehr Linien pro TR:

Turbo Spin EchoHybrid Sequenzen(Multi Shot Sequenzen)Single Shot Sequenzen

mehr Linien pro TR:

Turbo Spin EchoHybrid Sequenzen(Multi Shot Sequenzen)Single Shot Sequenzen

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Gslice

Gz

Gphase

Gy

Gread

Gx

HF

B1

TE

tAcqusition

2D-Fourier-Imaging-SE-Experiment

90°

TE/2

180°

Daten Sampling

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Single Echo Multi-Slice

TE

Gslice

Gz

Gphase

Gy

Gread

Gx

t

90o 180o

TR

180o90o 180o90o 180o90o

TE TE TE

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Multi-Spin-Echo: Multi Echo Single Slice

TRTE

Gslice

Gz

Gphase

Gy

Gread

Gx

t

90o 180o 180o 180o 180o

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Multi-Echo-Techniken

• Verwendung mehrerer Echos mit verschiedenen Phasen- kodierschritten zur Füllung des k-Raums

• ursprüngliche Idee von Hennig et al. (Freiburg), bekannt als RARE = "Rapid Acquisition with Relaxation Enhancement"

• späte Echos bewirken Kontrasterhöhung aufgrund von T2-Relaxation

• modifiziert heute bekannt als:

- FSE (Fast Spin Echo) -> General Electric

- TSE (Turbo Spin Echo) -> Siemens, Philips

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Fast(Turbo) Spin-Echo (FSE)

TRTE

TEeff= 3xTE (=Echo zum Phasengradienten 0)

Gslice

Gz

Gphase

Gy

Gread

Gx

t

90o 180o 180o 180o 180o

k-Raum

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Fast Spin-Echo

SE: 500/40 FSE: 3000/64/16/8

alter Infarkt

TEeff =64/; InterEchoTime=16; EchoTrainLänge=8

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Gradientenecho Sequenz

HF

Signal

Gx

t

TE

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Knee sagittal,2D FLASH, 5122, TA = 7:12 min

MR Myelography,3D FISP, 1.5 mm, TA = 6:41 min

Gradientenecho Sequenzen

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o kürzere Messdauer (TR< T1)

o besseres Signal–zu–Rausch-Verhältnis pro Zeiteinheit

o effektive 3D-Bildgebung möglich

o kleinere SAR-Werte (<90°: geringere HF-Belastung)

o starker T1- und/oder T2*-gewichteter Kontrast

o Einfluß von magnetischer Suszeptibilität

o und Inhomogenitäten des B0-Felds

Gradienten-Echo / Spin-Echo

Nachteile

Vorteile

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Δφ=ω(x)Δt

ω(x)=*Bges(x)

Bges= B0+Gx*x+Binh

B

Bgrad

Bges

B0

Bgrad=Gx*x

Bges= B0+Gx*x

B

B0

Bgrad=Gx*x

Binh

0 2 31 x 0 2 31 x

Bges= B0 - Gx*x+Binh

Bgrad= -Gx*x

Binh

0 2 31 x

B

0

3

12

0+1+3

2

Δt=TE/2: Δt=TE:

homogenes Feld inhomogenes Feld

Gradientenecho - Einfluß von Inhomogenitäten

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konventionelle Gradientenecho-Sequenzen( FLASH / SP GRE / SSI )

• FLASH = Fast Low Angle Shot- 180° Refokussierungs-Impuls fehlt Reduktion der HF-Belastunng, TE-,TR-Reduktion

- T2*- Wichtung (keine Korrektur statischer Feldinhomogenitäten wie im SE-Experiment

Einfluß von Suszeptibilitätsunterschieden)

CSE (li.) -> T2-Wichtung

FLASH -> T2*-Wichtung

Signalverlust in Regionen mit Suszeptibilitätssprüngen

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refokussiertes Gradienten-Echo

Refoc.GE: TR/TE/: 100/10/30 Refoc.GE: TR/TE/: 100/10/60

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Contrast Enhanced - Gradient-Echo

CE-GE: TR/TE/: 30/6/30 CE-GE: TR/TE/: 100/6/30

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Gs

t

90° 180°

Gr

t

Echo-Planar-Bildgebung (Spin-Echo-EPI)

z.B. 64 Echos pro 90° Puls: 1 Spinecho + 63 Gradientenechos

tGp

effektive Echozeit

MRSignal

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Visualisierung der relativen Beweglichkeitendogener Wassermoleküle im Gewebe (Intensitäten) 

Grundlage: Brownsche Molekularbewegung Diffusion der Wassermoleküle im Gewebe

D = SelbstDiffusionsKoeffizient (SDK)ADC = Apparent Diffusion Coefficient

freies Wasser: D = 2 x 10-9 m2/s = 2 x 10-3 mm2/s

Diffusionsgewichtete Bildgebung

<r>2 = 2 Dt (eindimensional)r ... mittlere freie Weglänget ... Zeit

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180°

GS

GR

GP

90°

Zeit

GG

Diffusionsgewichtete EPI-Bildgebung

S = S0 exp (-(G)2D

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• Schalten zusätzlicher Diffusionsgradienten

• sensitiv gegenüber molekularer Bewegung, d.h. Selbstdiffusion von Wasser in Gewebe wird "sichtbar"

• Vorteil ultraschneller EPI-Messung:

"Einfrieren" von Körperbewegungen , welche bei konventionellen Sequenzen Artefakte erzeugen würden, die den Diffusionskontrast überblenden

EPI-Diffusionssequenzen

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• aus Vektorfeld wird Verlauf der Faserbahnen berechnet Annahme

• Hauptdiffusionsrichtung liegt entlang der Oberfläche der Faserbahnen (max. Diffusion) • z. Vgl.: graue Hirnsubstanz isotrope Diffusion • treshold-Werte: - minimaler FA-Wert - maximale Krümmung - Schrittweite f. Berechnung

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Limitationen: • Qualität der Ausgangsdatensätze (1282-Matrix)• Nachweisgrenze für kleine Diffusionskoeffizienten • Berechnungsprobleme im Kreuzungsbereich von Fasern

Diffusions-Tensor-Imaging (DTI)

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MR-Kontrastmittel

Magn.Feld des Elektrons ist wesentlich stärker als Feld des Protons

Ungepaarte Elekrtonen paramagnetischer Substanzen ( Gd3+ , Mn2+ , Dy3+ , Fe3+ ) beeinflussen

Relaxationszeiten

starke T1-Verkürzung (paramagn.Substanzen)

Aufhellung im T1-gewichteten Bild

(geringe) T2/T2*-Verkürzung (superparamagn.;ferromagn.Substanzen)

Signalverlust im T2-gewichteten Bild

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ohne Kontrastmittel nach Kontrastmittel

Paramagnetische Kontrastmittel

Meningiom

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MR-Angiographie (MRA)SE-Sequenzen

Zunehmender Signalverlust durch Abfließen der angeregten Spins

Signal

V=0

V langsam

V mittel

V=schnell

Zeit t: 90°-Puls

stationär

Fluß: langsam

Fluß: mittel

schnell

Zeit t+TE/2: 180°-Puls

Δz

V=Δz/(TE/2)

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MR-Angiographie (MRA)SE-Sequenzen

Zunehmender Signalverlust durch Abfließen der angeregten Spins

Signal

V=0

V langsam

V mittel

V=schnell

Zeit t: 90°-Puls

stationär

Fluß: langsam

Fluß: mittel

schnell

Zeit t+TE/2: 180°-Puls

Δz

V=Δz/(TE/2)

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TOF-Bildgebung

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TOF-Bild