CT/MRI képalkotás alapjai Prof. Bogner Péter
CT - computed tomography
Godfrey N. Hounsfield
Allan M. Cormack
The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1979
MRI - magnetic resonance imaging
Sir Peter Mansfield
Paul C. Lauterbur
The Nobel Prize in Medicine 2003
Szummáció
Radiográfia (rtg-képalkotás) korlátai • szuperpozíció – z-irányú szeletvastagság! • sugárgyengítés/attenuáció megítélése (pl. homogén, de nem egyenletesen vastag objektum) • szöveti kontraszt érzékenység: ~10%
A megoldás: computer tomográfia • minimális szuperpozíció • szöveti kontraszt – lényegesen javul • szövetek tipizálása (HU érték)
computer tomográfia - CT
CT alapelv
• attenuációs koefficiens • rekonstrukciós algoritmusok • CT szám – Hounsfield érték
CT kép eleme: voxel • mezőméret - FOV • képmatrix • szeletvastagság
A tér „befogása” – detektorok
„szeletszám”: 16,32,64,128,256,384…
Detektor konfiguráció Szeletvastagság • kollimáció • detektor beállítás
CT – kontraszt • fizikai ill. elektron denzitás • 1 HU megfelel 0.1%-os attenuációs változásnak • 4 HU már megkülönböztethető ≈ 0,008 g/cm3 • Pl. ∆ a fehérállomány és fehérállományi ödéma között: 2.6 HU ≈ 1 %-os víztartalom változás
elektron denzitás – fizikai sűrűség – rtg sugár attenuáció
Ablakolás
Ablakolás
HU – (CT) denzitás
CT kontrasztanyagok • • • •
Per os – jód- v. bárium-tartalmú Intravénás – jódtartalmú, nem-ionos Injektor – volumen, időzítés, flow (ml/s) Szövődmények, kontraindikációk
CT módszerek • struktúrális képalkotás – pre- és posztkontraszt (esetleg többfázisú) • CT angiográfia, perfúziós CT • neuro, orbita, orrmelléküregek, nyaki lágyrész, mellkas, has-kismedence, trauma-sürgősségi, staging, sugárterápia-, műtéti-tervezés, cardio, virtualis colonoscopia…
izotróp voxel rekonstrukció
cardioCT
virtuális endoszkópia
CT angiográfia
A modern CT képalkotás jellemzői • izotróp voxel – hatékony rekonstrukció bármely síkban • magas szöveti kontraszt (spektrális CT!) • jó időbeli felbontóképesség • térfogat akvizíció - jó térbeli felbontóképesség • alacsony sugárterhelés - low dose CT
Damadian R: Tumor detection by nuclear magnetic resonance. Science 1971, 171:1151-3.
Larmor egyenlet
ω=γxB0
Gerjesztés
A jel detektálása
A jel detektálása
Relaxáció a z irányba: T1
Relaxáció az x-y síkban: T2
spin echo (SE) pulzus szekvencia
szekvencia paraméterek TR 90º
TE
TR: time to repeat, repetíciós idő TE: time to echo, echo idő
Képalkotás feltétele: térbeli lokalizáció
Mágneses grádiens • A mágneses grádiens térben változó mágneses mezőt jelent, ill. a fő (B0) mágneses mezőt módosítjuk • A tér eltérő pontjain a rezonancia frekvencia különbözni fog - ω=γxB0 ω=γxB1 ….
Térbeli kódolás • A térbeli kódolás az időben történik meg a mérés során mágneses grádiensek segítségével 1. Szelet kiválasztás (z) 2. Frekvencia kódolás (x) 3. Fázis kódolás (y)
Szelet kiválasztás • A Larmor összefüggés szerint : ω0=γB0 • Az RF pulzus központi frekvenciája határozza meg, hogy milyen lokalizációban történik a gerjesztés • A különböző szeletek lokalizálása a frekvencia módosításával érhető el • A szelet „síkján” kívül eső spinek nem gerjesztődnek, ezért jelet sem bocsájtanak ki
Frekvencia kódolás • Az echo/jel kiolvasás során történik – a jel frekvenciák a lokalizációjuk szerint módosulnak
Frekvencia kódolás • Fourier transzformáció alkalmazásával a jel felbontható frekvencia komponenseire
Fázis kódolás • A fázis kódoló irányban a mérések (pl. 128, 256, stb.) során különböző mértékű fáziseltolódás jön létre, mely később egy pszeudo-frekvenciát ad. A fázis kódoló lépések száma adja meg az MR kép sorainak számát.
Kép számolása - képalkotás Fourier transform
ky kx
k-space
image space
• Az adatok az ún. k-térben gyűlnek (Fourier/frekvencia tartomány) • A grádiensek (x,y) az adatgyűjtés során a k-tér lokalizációt befolyásolják • A kép a különböző frekvenciájú jelek Fourier tarnszformáltja
spin echo szekvencia grádiens időzítése
Mágnes típusok • Permanens: állandó mágnes komponensek által szolgáltatott függőleges orientációjú B0 mező • Rezisztív: áramjárta vezetővel létrehozott, függőleges vagy vízszintes orientációjú B0 mező • Szupravezető: folyékony He hőmérsékletű szupravezető tekerccsel létrehozott, vízszintes orientációjú B0 mező
MR safety! – MR biztonság!!
Tekercsek (antennák)
MR safety! – MR biztonság!!
Kontraszt típusok, metodikák T1 súlyozott – pre- és poszt-kontraszt T2 súlyozott T1/T2 kevert Zsír- és víz-elnyomás (pl. FLAIR, STIR, Dixon…) Diffúzió súlyozott (DWI, DTI) Szuszceptibilitás súlyozott – T2* (SWI, fMRI) Áramlás súlyozott – MR angiográfia (TOF, PC, 3D CE) • in vivo spektroszkópia • • • • • • •
MR kontraszt tényezők 1. víztartalom
Relaxation rate is directly proportional to water content
2. gátolt vízmozgás
Originates from the interaction of water and macromolecules. This phenomenon is common in pathologic tissues.
3. Makromolekuláris mozgás
It also influences water motion. Other parameters might also be important, like pH, ion concentration, polimerisation of macromolecules, etc.
4. lipid tartalom
Hidrophobic lipids –membranes
5. paramagnetikus ionok
Primarily paramagnetic iron; contrast agents..
MRI – felhasználási terület • • • •
anatómia képlet szerint betegség szerint állapot szerint klinikai protokoll szerint – – – –
egy-akvizíciós mérés multi-akvizíciós mérés kombinált protokollok dinamikus
• • • • • • • • •
neuro nyaki lágyrész mellkas cardio gastrointestinalis kismedence urogenitalis musculoskeletalis gyerek
T1 súlyozott
T2 súlyozott
FLAIR és T2 súlyozott
Myelinisatio – T1 súlyozott
T2 súlyozott – submiliméter szeletvastagság
Inversion Recovery TR = 2000 ms
TI (ms) 50
100
250
500
750
1.5T vs. 3T
T2 súlyozott és diffúzió súlyozott
Pre- és postkontraszt T1 súlyozott
Fémműtermék a szájüregben!
Zsír elnyomás – fat suppression
Késői halmozás technika - infarctus
in vivo MR spektroszkópia NAA • N-acetyl aspartate -2 ppm – Neural density, viability
• Creatinine, P-creatinine -3 ppm – aerob metabolism, gray matter
• Choline -3,2 ppm
– cell membrane metabolism
• Lactate -1,33 ppm – hypoxia
• Mobile lipids -1,3 ppm – necrosis
• Myoinositol
– glia marker
Creat Cho
MR képvezérelt műtét
Magzati képalkotás
