KAPITEL 7

1. KAPITEL 7 TEMA KAPITEL 7 tar for seg avbildning av spinn i bevegelse. Spinn i bevegelse er i mange tilfeller en kilde til bildeartefakt i MR, som i tilfellene respirasjon, tarm og hjertebevegelse, men det kan også være en kilde til unik informasjon og bildekontrast. Dette gjelder for blodstrøm (angiografi) og andre vesker som CSF, galle og urin. MR gir oss også muligheten til å generere bildekontrast basert på spinnenes bevegelsesfrihet på celle nivå. Denne avbildnings teknikken kalles diffusjonsavbildning. UIO Fys-Kjm 4740

2. KAPITEL 7 • Bevegelse artefakt kan forhindres ved hjelp av flere metoder: • EKG trigging • Respirasjons trigging • Fase kode rekkefølge • Hold pusten • Navigatør ekko • Slabber • Medikament UIO Fys-Kjm 4740

3. KAPITEL 7 EKG trigging EKG trigging forgår ved to hovedmetoder: ved bruk av ledninger festet til EKG pads på pasientens bryst, eller ved bruk av en PPU enhet på pasientens finger. Ved sistnevnte metode vil EKG signalet ha en forsinkelse på typisk 300-400ms. Standard EKG trigging er problematisk i magnettomografer der sterke magnetfelt og svingende gradient felt gir opphav til uønskede signal i QRS komplekset. Ved hjelp av den nylig introduserte vektor kardiogram metoden har disse problemene blitt eliminert. UIO Fys-Kjm 4740

4. KAPITEL 7 EKG trigging R R Systole Diastole Hjertets Hjertets sammen- hvilefase trekning UIO Fys-Kjm 4740

5. ”k-space” KAPITEL 7 EKG trigging R R Trigger delay ”Sampling window” UIO Fys-Kjm 4740

6. KAPITEL 7 EKG trigging R R 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Multi fase UIO Fys-Kjm 4740

7. KAPITEL 7 EKG trigging R R 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Multi snitt, multi fase UIO Fys-Kjm 4740

8. KAPITEL 7 EKG trigging UIO Fys-Kjm 4740

9. KAPITEL 7 EKG trigging R R 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Begrepet ”gated sweep” brukes om en innsamlingsteknikk der pulssekvensen kjøres i steady state, men kun i et gitt tidsvindu samples det k-space data. Denne metoden brukes bl.a ved avbildning av hjertets kransarterier der behovet for å redusere hjertebevegelser til et minimum er til stede. UIO Fys-Kjm 4740

10. KAPITEL 7 Respirasjons trigging Ved respirasjonstrigging festes en liten, trykkfølsom pute under et belte som legges rundt pasientens mageregion. Når signalene fra denne sensoren aktiviseres, startes datainnsamling like etter at pasienten har pustet ut og vedvarer en periode under utpust perioden. Ved hjelp av en ”dalay input factor” er det mulig å velge begynnelse tidspunktet for datainnsamling. Posisjon Trigger start Trigger stopp Tid UIO Fys-Kjm 4740

11. KAPITEL 7 Hold pusten Den enkleste av alle respirasjons artefakt reduksjons metodene er å be pasienten om å holde pusten. Ved lenger scan setter tiden for hvor lenge pasienten skal holde pusten som en input parameter. Etter hver puste pause startes maskinen på nytt til scannet er avsluttet. Stadig raskere puls sekvenser har medført at flere og flere scan kan gjennomføres i løpet av en hold pusten periode (typisk 20 sekunder). UIO Fys-Kjm 4740

12. KAPITEL 7 Navigatør ekko Denne metoden er den sist utviklede bevegelse reduksjons teknikken og ble spesielt utviklet for å muliggjøre diffusjons avbildningen og avbildning av hjertets kransarterier. Som prefase forut for datainnsamling genereres en enkel 1D ky = 0 profil. Denne profilen er lagt 90 grader på en anatomisk overgang der det er lett å se bevegelse (f.eks lever-lunge). Under opptaket settes øvre og nedre toleranse for datainnsamling. UIO Fys-Kjm 4740

13. KAPITEL 7 Navigatør ekko 1D Navigatør snitt Diafragma bevegelse i løpet av scannet Alle data som registreres mellom de stiplede linjene, blir med i det endelig bilde data settet UIO Fys-Kjm 4740

14. KAPITEL 7 Slabber En slab er en eksitasjon av et tykt snitt like for ut for datainnsamling, som har som mål å fjerne NMR signalet fra dette området. Et eksempel på dette er når en slab legges over fettsignalet i front av abdomen for å forhindre at respirasjons bevegelsen gir stripe artefakt i bildet. Uten slab Med slab UIO Fys-Kjm 4740

15. KAPITEL 7 Slabber Slabber brukes også til å redusere/fjerne artefakt fra pulserende blodårer. Når pulserende blod beveger seg langs seleksjon-gradienten, vil det oppnå ulik faseinformasjon avhengig av hastighet. Dette gir opphav til faseartefakt i bildet. Ved å legge slabber som ”metter” blod signalet før det når avbildnings snittet, oppnår man lavt signal fra blodet og dermed fjerning av artefaktene. Slab1 Snitt Faseretning Slab 2 Uten slab Med slab UIO Fys-Kjm 4740

16. KAPITEL 7 Medikament Det er mulig å fjerne peristaltikken (tarmbevegelsen) ved hjelp av medikamenter. De vanligste av disse er Glukagon og Buskopan. Effekten av medikamentene varer fra 10-20 minutter. UIO Fys-Kjm 4740

17. KAPITEL 7 Fase shift p.g.a. flow Når spinn beveger seg langs en gradient, vil disse oppleve en variasjon i ytre magnetfelt som igjen medfører en forandring i Larmor frekvens. Når gradient pulsen opphører vil man dermed forvente en faseforskjell mellom stasjonære spinn og spinn som har vært i bevegelse mens gradienten har stått på. Faseforskjellen mellom stasjonære og bevegelige spinn vil være proporsjonal med spinn hastigheten og kan dermed brukes til både å skape kontrast mellom stasjonære og bevegelige spinn, samt å kvantifisere spinnenes hastighet. Når denne muligheten anvendes i forbindelse med studier av blodårer kalles metoden fase kontrast angiografi, og flow målingene kalles kvantitativ flow (Q-flow).

18. KAPITEL 7 Fase shift p.g.a. flow Spinn i bevegelse sin posisjon som funksjon av tid kan utrykkes som: r(t) = re + υe(t - te ) + ½ ae (t - te )2 r = r(te ) er posisjonen når t = te υ = υ(te ) er hastigheten ved t = te a= akselerasjon UIO Fys-Kjm 4740

19. KAPITEL 7 Fase shift p.g.a. flow Dersom vi anvender en gradient puls, kan vi utrykke spinnenes faseforandring, φ, når de beveger seg med konstant hastighet langs gradienten som: φ(tm ) = γxm A + γυA(T - tm) Vi ser at faseforandringen er proporsjonal med spinn hastigheten. A=Gx• τ t T-τ/2 T T + τ/2tm UIO Fys-Kjm 4740

20. KAPITEL 7 Fase shift p.g.a. flow Ved bruk av to gradient pulser med motsatt polaritet ( bipolare gradienter) får vi følgende utrykk: φ = γυAx(T1) - γυAx(T2) = - γυA(T2 - T1) = - γυAτ’ Dette viser at fase forandringen er uavhengig av tm. A T2 -A t T1 τ’ UIO Fys-Kjm 4740

21. KAPITEL 7 Fase shift p.g.a. flow Ved bruk av et dobbelt sett med bipolare gradienter skaper man en situasjon hvor puls-sekvensen blir fase ufølsom ved lineær spinn bevegelse. Dersom man kombinerer et opptak med dobbel bipolare gradienter og polare gradienter, kan man lage fasebilder der kun de spinn som har beveget seg vises. For å fremstille flow i tre retninger må man repetere bruken av polare gradienter tre ganger (seleksjon, fase og frekvens retning). A A -A -A t UIO Fys-Kjm 4740

22. KAPITEL 7 In flow angiografi (time of flight (TOF)) Når blod strømmer inn i snittet vil dette blodet kun se 1-2 RF pulser før det forlater snittet. Vi vil dermed ikke ha mange nok eksitasjoner til å kunne oppnå steady state. Dette medfører at blod som strømmer gjennom snittet vil ha et høyt signal sammenlignet med stasjonært vev (som blir signalmessig mettet av mange RF pulser). Ved å utføre en ”maximum intensity projection” (MIP) av bildesettet vil blodårene kunne fremstilles både i 2D og 3D UIO Fys-Kjm 4740

23. KAPITEL 7 In flow angiografi Snittbilder Enkelsnitt MIP UIO Fys-Kjm 4740

24. KAPITEL 7 Kontrast forsterket angiografi Ved kontrast forsterket angiografi anvendes T1 påvirkende kontrast-middel. Kontrastmiddelet gis som bolus (høy konsentrasjon /tid), noe som medfører at blodets T1 tid reduseres dramatisk (fra >1000ms til < 100ms). Ved å anvende en kort TR (5-15ms) T1 FFE sekvens, mettes signalet fra alt vev bortsett fra blodet og blodårene kan vises i 2D eller 3D ved hjelp av en MIP. UIO Fys-Kjm 4740

25. KAPITEL 7 Kontrast forsterket angiografi UIO Fys-Kjm 4740

26. KAPITEL 7 Perfusjon Ved et perfusjon opptak anvendes kontrastmiddel. Dette middelet kan enten ha en T1 effekt eller en T2* effekt. Når kontrastmiddelet passerer et organ gjøres et dynamisk opptak med høy tidsoppløsning, enten singel snitt eller multi snitt. Ved å studere signalforandringen i hver pixel som funksjon av tid kan man analysere vevets perfusjons egenskaper. UIO Fys-Kjm 4740

27. KAPITEL 7 UIO Fys-Kjm 4740

28. KAPITEL 7 Parametriske bilder Intensity I t time Slope=I/t UIO Fys-Kjm 4740

29. KAPITEL 7 Parametriske bilder Intensity time Time to maximum UIO Fys-Kjm 4740

30. KAPITEL 7 Parametriske bilder Intensity I t time Washout slope=I/t UIO Fys-Kjm 4740

31. KAPITEL 7 Diffusjon Ved å bruke kraftige gradient pulser i forkant av et bildeopptak er det mulig å gjøre MR opptaket følsomt for spinn diffusjon. Et slikt scan viser primært vannets frihet til å bevege seg i det ekstracellulære rom. For å gjøre opptaket så lite følsomt som mulig for makroskopiske bevegelser anvendes både single shot EPI og/eller navigatør ekko. Signalet for et diffusjons opptak kan uttrykkes som: MT = MT(0)eksp(-bD)eksp(-TE/T2) D =diffusjons koeffisient b=γ2δ2(Δ –1/3δ)Gx δ δ 2 Gx Gx tid Δ UIO Fys-Kjm 4740

32. KAPITEL 7 Diffusionsavbildning Diffusjon T2W TSE Benign tilstand ADC map Courtesy : Gasthuisberg University Hospital, Leuven, Belgium UIO Fys-Kjm 4740

33. KAPITEL 7 Diffusionsavbildning Diffusjon T2W TSE Malign tilstand ADC map Courtesy : Gasthuisberg University Hospital, Leuven, Belgium UIO Fys-Kjm 4740