In 1946 werd het verschijnsel NMR (Nuclear Magnetic Resonance) voor het eerst beschreven door Block (universiteit van Stanford) en Purcell (universiteit van Harvard). Dit principe werd in de jaren vijftig en zestig in de industrie gebruikt om materialen te analyseren. Voor deze uitvinding ontvingen zij in 1952 de Nobelprijs voor Natuurkunde. In 1974 paste Damadian ditzelfde principe toe op biologische weefsels en ontdekte hij dat je hiermee gezond weefsel kon onderscheiden van kwaadaardig weefsel. De techniek om met dit principe ook afbeeldingen te maken, werd ongeveer tegelijkertijd beschreven door Lauterbur. Het is dus daardoor moeilijk om te zeggen welke van de twee de MRI daadwerkelijk heeft uitgevonden. De eerste MRI afbeelding werd in 1974 op een rat gemaakt. Twee jaar later in 1976 vond de eerste MRI-afbeelding van de mens plaats. Begin jaren 80 begonnen grote fabrikanten MRI- scanners te produceerden, in 1982 werd in Nederland de eerste MRI-scanner geïnstalleerd. Soorten magneten: 1 Tesla = 10.000 Gauss •
●
Permanente magneten (open systeem) 0.064 T – 0.2 T {Bestaat uit materiaal dat op een bepaalde manier gemagnetiseerd is zodat het zijn magneetveld niet verliest} Voordelen: laag stroom verbruik, klein strooi veld, geen helium koeling nodig Nadelen: erg zwaar, beperkte veldsterkte Resistieve magneten (open systeem) ≤ 0.3 T {Dit zijn zeer grote elektromagneten (denk aan die bij een autosloperij om auto’s op te hijsen) Magneetveld wordt opgewekt door een stroom te voeren door draadlussen, ze produceren veel warmte! En moeten daardoor met water gekoeld worden. Dit apparaat kan uitgezet worden}
●
-
Voordelen: lage aanschafkosten, licht in gewicht, kan uitgeschakeld worden, geen helium koeling nodig Nadelen: hoog stroom verbruik, waterkoeling nodig Supergeleidende magneten (open en gesloten systeem) 0.5 – 3.0 T {Tegenwoordig meest gebruikt. Magneetveld wordt opgewekt door stroom door een draad te laten lopen die ondergedompeld is in cryogeen zoals Helium om elektrische weerstand te verminderen. Veld is permanent aanwezig! In 1997 door Toshiba werelds eerste open supergeleide magneet ontwikkeld} Voordelen: hoge veldsterkte, laag stroom verbruik, snel scannen Nadelen: hoge aanschaf kosten, Technisch complex , veel lawaai, helium koeling nodig Open MRI systemen: Voordelen: – Interventie mogelijkheden – Claustrofobische patiënten – Obesitas patiënten – Gevoeligheid artefacten Nadelen: – Zwaar in gewicht – Lange scantijden – Relatief laag signaal – Veldinhomogeniteit
Gesloten MRI systemen: Voordelen: – Veldinhomogeniteit – Korte scantijden – Gewicht – Hoge veldsterkte – Hoog signaal Nadelen: – Interventie – Claustrofobie/obesitas – Gevoeligheid artefacten
Functie van RF-spoelen is het zenden en ontvangen van radiofrequente golven Kooi van Faraday is nodig ter bescherming van radiogolven van buitenaf Als een patiënt in een uitwendige magneetveld wordt geplaatst zullen de protonen gaan richten: paralle of antiparalle aan dat magneetveld staan. Paralle = lage E. Antiparalle = hoge E , Daarom zijn er altijd meer protonen die paralle gaan richten, omdat het minder energie kost! Precessie spin: is een tol draaiing van de proton, wanneer onderkant van as op 1 plaats draait, dan draait de bovenste uiteinde onder een bepaalde hoek rond. Precessie snelheid ( lamorvergelijking ) = w0=y* B0 (y van water = 42,6*106 Hz/T) Longitudinale magnetisatie is niet direct te meten, omdat het dezelfde richting heeft als de uitwendige magneetveld heeft, en omdat de grote er van relatief klein is. Resonantie: is het energie overdracht van de radiopuls naar de protonspins, en daardoor kan de richting van de nettomagnetisatie in het lichaam van richting worden verandert (daarbij is het belangrijk dat de RF-puls dezelfde frequentie heeft als de precessie frequentie van de protonen, anders vindt er geen energie overdracht plaats) Effecten van de RF- puls zijn: de longitudinale magnetisatie neemt af protonen gaan in fase lopen, er ontstaat netto magnetisatie in transversale richting (transversale magnetisatie) Relaxatie: Totale systeem wat werd verstoord door RF-puls en vervolgens signaal genereerde, komt terug in oorspronkelijke toestand. Dit heet relaxatie. Longitudinale magnetisatie neemt weer toe (longitudinale relaxatie) en transversale magnetisatie verdwijnt (transversale relaxatie) T1: is de tijd die de longitudinale relaxatie nodig heeft om 63% van zijn oorspronkelijke waarde te bereiken. Dit is dus een tijdsconstante! Vet opname, vet geeft meer signaal, een korte Tr en een korte TE) T2: is de tijd die nodig is voor de transversale magnetisatie om tot 37% van de originele waarde te defaseren ( Vocht opname, vocht geeft meer signaal)( een lange TR en een lange TE) Risico’s bij statisch magnetisch vel: trekt metalen sterk aan beïnvloedt werking elektronica magneetstrips worden gewist er zijn verder geen aanwijzingen voor nadelige effecten op lange of korte termijnen voor de mens statisch magnetisch veld is altijd aanwezig; 24 uur per dag, 365 dagen per jaar!! Supergeleidende magneet is gevuld met vloeibaar helium( 1600 li), helium is niet giftig maar het verdringt zuurstof in de lucht Gradiënten zijn elektromagneten in 3 richtingen die de magnetisch veld gecontroleerd inhomogeen maken. Ze zorgen voor een sterke, snel wisselende veranderingen in het magnetisch veld. De gradiënten worden alleen gebruikt bij het scannen.( daardoor de lawaai) De risico van de snelle wisselende gradiënten is: - Dat ze een elektrische stroompje kunnen genereren.( pacemakerdraden, draden in het hoofd) - Zenuwstimulatie - Brandplekken bij het gebruik van verkeerde ECG-elktrodes - Opwarming bij gesloten circuit, denk aan o benen
RF-puls is soort van energie, en die staat in verhouding met de gewicht van de patiënt. Dus als er hogere getal wordt ingevuld dan echte gewicht van de patiënt, kan dat leiden tot een locale opwarming van de patiënt MRI contrast kan zijn op basis van: chroom, mangaan, magnesium, ijzer. Maar meestal gadolinium kans op lichte bijwerking, bijv: galbulten, roodheid, jeuk Bij een patiënt die bekend is met allergie voor contrastmiddelen is de kans op allergie voor MRI- contrast verhoogd met 20-25 % Bij een patiënt bekend met andere allergieën of astma 10% Bij hartpatiënten is de kans 40 – 50 % Bij patiënt bekend met nierfunctie stoornissen GEEN gadolinium toedienen, het kan leiden tot de dood MRI contrastmiddelen zijn paramagnetische moleculen. Paramagnetisme is een vorm van magnetisme, waarbij in de afwezigheid van een uitwendig veld geen spontane magnetisatie optreedt. MRI- contrast veroorzaakt een verkorting van de T1 en T2 relaxatietijd van de waterstofkernen in de buurt daarvan. - IJzerhoudende contrast middelen verkorten de T2 relaxatietijd , en ze worden afgebroken via de kuppfer cellen in de lever. Deze cellen komen allen voor in ‘normaal’ lever weefsel. - IJzerhoudende contrastmiddelen komen dus ook alleen in gezonde lever weefsel! - IJzerhoudende contrastmiddelen met grote deeltje hebben een sterke T2 effect en komen als eerste in de kuppfer cellen - IJzerhoudende contrastmiddelen met kleinere deeltjes hebben een sterke T2 effect en blijven in de bloedstroom tot dat zij zich ophopen, en die worden voor MRA’s gebruikt ( USPIO) - Het afgebroken ijzer van uit de ijzerhoudende contrastmiddelen, die vooral door de lever en de milt wordt afgebroken wordt verenigt met de fysiologische ijzer in het lichaam. Contrastreacties: Toxische reacties: Reacties van het lichaam om een vreemde stof bijv: braken, misselijkheid, diarree, warmtesensatie ( gevoel van urineren) Allergische reacties: Overgevoeligheidsreactie die volgt op het contact met een allergeen bijv: niezen, urticaria, jeuk, glottisoedeem, anafylactische shock Osmolaire reacties: gevolgen van het omtrekken van water van uit de omliggende weefsel bijv: endotheelbeschadiging, bloedhersenbeschadiging, vasodilatatie, longoedeem, hypervolemie ( overvulling) Meest contrastreacties zijn na 5 minuten na toediening te zien 75% Mogelijkheden om scantijd te bekorten zijn: - NSA, Average, NEX naar bedenden doen. - slices naar beneden en TR naar beneden - iPAT ( integrated parallel aquisition technique) is de verzamelnaam voor alle parallel aquisition versnellingstechnieken.
- andere type sequentie bijv flasch in plaats van SE - resolutie gedeeltelijk naar beneden - gebruik maken van rec FOV
Met behulp van iPAT kun je de scan tijd reduceren zonder verlies in resolutie, het aantal minder gemeten lijnen zorgen voor een kortere scantijd. Voordelen van iPAT zijn: lagere scantijd, verbeterde kwaliteit EPI’s- minder susceptibiliteitartefacten Nadelen iPAT zijn: lagere SNR, introductie iPAT artefacten, werkt alleen met meerdere spoelen iPAT andere namen zijn: SENSE = Philips. Asset = GE. Speerder = Toshiba De basis technieken bij iPAT zijn: - SMASH( Simultaneous Aquisition of Spatial Harmonics) =K-space based - SENSE ( Sensitivity Encoding) = image based
De reconstructie technieken van iPAT kan je dus in twee groepen verdelen: Image based algorithmen K-space based algorithmen - SENSE Sensitivity Encoding - SMASH - PILS parallel imaging with localized sensitivities - Auto SMASH - m SENSE modified Sensitivity Encoding - VD Auto SMASH variable density - GRAPPA Bij SENSE moeten de coils tegenover elkaar geplaatst zijn.( dus bij spine; geen SENSE mogelijk) Bij GRAPPA moeten de coils naast elkaar geplaatst zijn( in de praktijk bijna altijd wel het gevaal) Pixels zijn beeldpunten die granggeschikt staan in horizontale rijen en verticale kolommen, dat geheel vormt de matrix, die op zijn beurt weer de resolutie bepaalt. - Pixelgrootte = FOV/ matrix voxel: is volume beeldpunt = pixel grootte * plakdikte. Het bepaalt de SNR en SPR
TR ↑ = scan tijd omhoog TE ↑ = geen invloed op scantijd Plakdikte ↑ = geen invloed scantijd FOV ↑ = geen invloed scantijd Rect. FOV ↑ = scantijd omlaag Matrix ↑ = scantijd omhoog Scanpercentage ↑ = scantijd omlaag Aantal acquisities ↑ = scantijd omhoog bandbreedte ↑
SNR Omhoog, omdat je meer metingen doet Omlaag, omdat de signaal uit dooft Omhoog, omdat er eer signaal gemeten wordt Omhoog, omdat er meer signaal gemeten wordt omlaag Omlaag, pixels worden klein, duse minder signaal Omlaag,
Spatiële resolutie Geen invloed Geen invloed omlaag omlaag Geen invloed
Omhoog, het aantaal metingen worden herhaalt
Geen invloed
omlaag
omhoog
omhoog omhoog
K-space( tijddomein): bestaat uit MRI data( ruwe of onbewerkte data) voordat het tot een plaatje gereconstrueerd wordt. Signalen met lage frequentie worden in het midden van de K-space opgeslagen( SNR). De hoge frequenties worden om het midden heen opgeslagen (SPR) Wet van lenz: verandering van magneetveld induceert een elektrische stroom, dit is het signaal dat ontvangen wordt. Free Induction Decay (FID): is het signaal dat wij zouden ontvangen als er geen magneetveld aanwezig is. In aanwezigheid van een magneetveld gaat T2 verval veel sneller door lokale inhomogeniteiten van het magneetveld en chemical Shift Dit tezamen staat bekend als T2* effecten. Het signaal dat wij ontvangen is veel korter dan T2 TE(echotijd): is de tijd tussen de 90-puls en de gemeten echo TR ( repetitietijd): is de tijd tussen twee 90-pulsen Plakselectie: door de drie verschillende gradiënten in de x, y en z richting kan je de magneetveld in elke gewenste richting veranderen. Daardoor kan er voor gezorgd worden dat alleen die protonen die met een bepaalde gekozen (RF-puls frequentie) worden omgeklapt. ( frequentie codering)
+G z
-Gz 21.39 MHz
RF 21.4 MHz
21.41
Fase codering: is dat de protonen wel met dezelfde snelheid draaien maar met een verschillende fase - De computer kan door middel van een wiskundige proces bekend als 2 Dimensional Fourier Transformatie al die informatie die hij binnen krijgt. In ongeveer 0,15 sec kan de computer dit analyseren en een plaatje maken.
a n t e r io r
- Transversale plak = Z gradiënt is het plakselectie gradiënt - Coronale plak = Y gradiënt is het plakselectie gradiënt - Sagitaale plak = X gradiënt is het plakselectie gradiënt - De eerste getal van de matrix geeft de matrixgrootte in de fasecodeerrichting aan en het laatste de matrix-grootte in de frequentiecodeer-richting. Scanpercentage: alleen centrum K-vlak wordt opgevuld daardoor verlies aan spat.res. Maar winst aan SNR Rec FOV: geen invloed op spat.res. Wel verlies aan SNR doordat minder profielen over hele K-vlak opgevuld worden. Halfscan: (Half Fourier) Geen verlies aan spat.res. Doordat hoge frequenties wel opgevuld worden in de randen. SNR neemt af met √2 Zend spoel: Om protonen te exciteren is een RF magnetisch veld loodrecht op het hoofdmagneetveld nodig. Deze wikkeling met draden, die nodig is voor de RF puls heet een zendspoel. Zendspoel vereisten: 1. goede veldhomogeniteit zodat de excitatiepuls overal binnen het FOV dezelfde grootte heeft. 2. groot zendvermogen (vele kW) om zeer kort, sterke excitatiepulsen te kunnen genereren. Ontvangspoel vereist: - Grote gevoeligheid om ook zwakke signalen te kunnen detecteren - Ruisarme component door een in de spoel ingebouwde voorversterker voor het verwerken van zeer lage spanningen. - Voldoende homogene gevoeligheid. - Grote van de spoel ‘filling factor’ Artefacten: Aliasing/wrap around/invouw artifact: (Gebied buiten FOV omgevouwen in beeld) •Remedie; –Groter FOV of beter plaatsen –Fasecodeerrichting omdraaien –Aantal fasecoderingen laten toenemen •Bewegingsartefacten. (ghosting of blurring) •Ademhaling, peristaltiek, beweging vd patient. •Ontstaan in fasecodeer richting –Remedie; •Omdraaien fasecodeer-richting. •Presaturatiepuls of restslab, triggering Chemical shift artefact verschil in resonantiefrequentie tussen vet en water Remedie: * op lagere veldsterkte scannen (m.a.w. andere scanner kopen!!)
G
p o s te r io r
y
* bandbreedte vergroten * FOV verkleinen * toepassing vetsupressie of chemical saturation gebruiken. Paramagnetisch artefact •Metaal vervormt het magneetveld. •Protonen resoneren niet door RF-puls. •Afhankelijk van hoeveelheid ijzer. –Remedie: •SE of liever TSE gebruiken met hoge TF •Metaal evt. verwijderen. Dit artefact kan ook juist gebruikt worden in diagnose bloeding (hersenen) Oud bloed bevat nl. meer ijzerdeeltjes en zal dus bij een gradientecho duidelijk te onderscheiden zijn door afwezigheid van signaal. Zipper artefact •Indien externe RF signalen mee-gesampeld zijn. •Frequentiecodeer-richting. •Door bijv. lek in kooi. Remedie: Servicemonteur laten komen! SKT vragen: Het verschil in T1-relaxatietijd tussen weefsels wordt bepaald door het verschil in protondichtheid ( ja / nee) college mrf 3 In een T2-gewogen MRI beeld hebben de weefsels met een langere T2-relaxatietijd in het algemeen een hogere signaalintensiteit?( ja/nee) Door het inschakelen van 2 gradient-richtingen tijdens de plakselectiegradient kunnen 2 verschillende vlakken gelijktijdig selectief geexciteerd worden? ( ja/nee) De relaxatietijd T2 kan in bepaalde gevallen groter zijn dan de T1 relaxatietijd? ( ja/nee) Het gebruik van een kleine fliphoek (bijv. 20º) in een GE (gradientecho)-sequentie met lange TR vergroot het T1-contrast? ( ja/nee) De kernen die een even aantal protonen en een even aantal neutronen hebben zijn onbruikbaar voor MRI-beeldvorming? ( ja/nee) De magnetisatie van weefsels ontstaat doordat alle magnetische atoomkernen zich opstellen in de richting van het uitwendige magneetveld? ( ja/nee) Verdubbeling van het aantal NSA geeft een lineaire vergroting van de acquisitietijd? ( ja/nee)
