MRT Flashcards

1
Q

Gleichgewichtsmagnetisierung/ Zeeman-Aufspaltung

Bewegungsgleichung

A

Das Magnetische Moment mü hängt mit dem Spin (eine Art Drehimpuls, Ausrichtung im !Magnetfeld! nicht beliebig —> Quantenmechanik)
Bewegungsgleichung quantenmechanisch herleiten mit Erwartungswerte des magn. Moments der Komponenten für das einzelne Proton)

dM/dt = gamma*MxB

gamma: gyromagnetisches Verhltnis: kernabhängig

Zeeman-Aufspaltung/Effekt: verursacht durch Magnetfeld, Zustände versch. Energie.
—> Da mehr Spin-ups als downs (Z-Komponente kann nur 2 versch. Werte annehmen (+1/2 und -1/2) ist die resultierende Probenmagnetisierung parallel zu B0.

Größe der Magnetisierung im Gleichgewicht: M= Summe der magnetischen Momente pro Volumen

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2
Q

Wodurch bekommen wir ein MR Signal?

Was ist die Resonanzbedingung?

A

Dadurch, dass das Magnetfeld (um Leiterschleife) sich zeitlich ändert bekommen wir eine Spannung, die wir messen.
M0 ist nicht mehr in der Gleichgewichtssituation, nicht mehr parallel zu B0

M präzediert nach umklappen und ausschalten des B1 Feldes —> Magnetfeld in der Leiterschleife wird sich umkehren: oszillierendes Magnetfeld —> zeitabhängiges Magnetfeld induziert Spannung zwischen Enden der Leiterschleife: Wechselspannung = MR-Signal

Anregung: B1 Feld/Puls in x,y-Ebene ganz kurz anlegen, um 90°(-Puls) in y‘-Achse auszulenken —> Wenn Resonanzbedingung erfüllt, dann haben wir nur noch B1ex und präzedieren um x‘-Achse
—> im LaborKS haben wir ganz kurz eine gleichzeitige Präzession von M um B0 mit w0 und um B1 mit w1(90°Präzession induziert Spannung) (Präzession um Z-Achse viel schneller)
—> nach Ausschalten nicht die Wechselspannung mit der Zeit ab (zerfällt): FID (free von B1, da ja nicht mehr eingeschaltet) bis m wieder parallel zu B0

Vorgang mit rotierendem KS, was die Präzession von M entfernt, also ist die Magnetisierung fest). Wenn wir wRF=w0 ist, sehen wir B0 im rotierenden KS nicht mehr (Term fällt weg) —>
Resonanzbedingung: wRF=w0
Durch Wechsel des Bezugssystems ändern wir die Felder, die wir messen.

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3
Q

Allgemeine Physik

Drehimpuls,…

Präzession eines Körpers erklären: klassisch in Mechanik und was ist in MR anders?

A

Der Spin ist der Drehimpuls, der mit magnetischem Moment verbunden ist.

Wenn sich Ladungen auf Kreisbahnen bewegen, würden sie magnetische Momente erzeugen (Magnetisierung) . —> trifft auf Elektronen im Atom zu
M präzediert, da dahinter ein Drehimpuls steht.

Präzessionsbewegung um B0 nach Auslenkung und Abschaltung des B1-Feldes:
Wenn die Magnetisierung (durch kreisende Elektronen) im Magnetfeld B0 liegt, wird das Magnetfeld ein Drehmoment auf die Magnetisierung M ausüben. (Drehmoment: zeitliche Änderung des Drehimpulses)
Das Drehmoment erzeugt also eine Änderung des schon existierenden Drehimpulses.

Mechanisch: versucht man, die Drehachse eines rotierenden Objektes mit einer Kraft in eine Richtung zu kippen, weicht das Objekt senkrecht zu dieser Richtung aus.
Anders in MR: Statt der Schwerkraft versucht das Magnetfeld B0 die Magnetisierung zu kippen (und dieses weicht senkrecht dazu aus, da M Richtung des Drehimpulses ist)
—> Nützlich, da in einer Spule um die Probe gewickelt eine Wechselspannung entsteht.

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4
Q

Wie befinden sich die Spins im Allgemeinen zueinander?

A

In einer Überlagerung der Eigenzustände (-1/2, +1/2)
Summe von mü
Wellenfunktion wäre eine Linearkombination

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5
Q

Was sagt uns die Phase?
Was sind die Magnetmomentvektoren mü?
Quantenmechanische Betrachung

A

Wo sich der Präzessionsvektor auf dem Kegel befindet.

Magnetmomentvektoren mü = M: gemitteltes Ergebnis aller Vektoren der Protonen (jedes Proton hat ein Vektor)

  • Während eines HF-Puls uantenmechanisch entwickelt sich im rotierenden KS ein Zustand
  • HF-Puls verändert Spinphase und Besetzungszahlen: der Puls verwandelt das thermische Gleichgewicht (leichter Überschuss im energetisch günstigerem Zustand) in Gleichbesetzung der beiden Eigenzustände (gleich hohe Besetzungszahl)

Das Wegklappen ist eine Präzession mit Präzessionswinkel w1t/2 = 90°

Spins sind nach dem Puls nicht alle in Phase

Wenn ein System im Eigenzustand ist, messen wir immer den EW (+/-1/2)

  • Anregung eines Zustandes (90°Puls) —> Entstehung eines Zustands, der festgelegte y-Komponente (+1/2 hquer)hat, andere sind unbestimmt —-> Überlagerung mit EV von y-Achse mit EW=1/2
    Energieleistung von z ist unvorhersehbar
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6
Q

Temperatureinfluss auf Ausrichtung der Magnetisierung

Wie ist das Signal-Rauschen?

Wie ist das Rauschen zu verringern?

A

Magnetisierung sinkt bei Temperaturanstieg(Wärme) —> Stärkere Ausrichtung bei niedriger Temp. (Kälte)

Temperatureinfluss —> Rauschstärke
Rauschen sind die Fluktuationen(Schwankung) in der Empfangsspule und Objekt und wird durch thermische Bewegungen der Elektronen im Draht und Ionen im Patienten ( induzierte Spannungen) ausgelöst, was prop. Zu B0 ist.

SNR. Ist proportional zu B0

Spulentemperatur senken (mit Stickstoff) —> Kyrospulen

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7
Q

Was sagen die Blochgleichungen aus?

Was sind die Relaxationen?

A

Sie veranschaulichen die Rückkehr ins Gleichgewicht

Zusatzterme zur Bewegungsgleichung.

T2 (x,y-Koordinaten) und T1 (z-Koordinaten) im KS‘

Lösungen: z-Komponente baut sich auf

Die Rückkerh ins Gleichgewicht sind zwei Prozesse:

  1. ) T1-Relaxation (Spin-Gitter-Relaxation): Spins „klappen“(präzedieren) in z-Richtung um, longitudinal
  2. ) T2-Relaxation (Spin-Spin-Relaxation): gegenseitige Dephasierung der Spins, transversal

3.) T2-Relaxation (Intravoxel Dephasing): unvermeidbare Inhomogenitäten des Magnetfelds —> zusätzliche Auseinanderlaufen der Phase von Spins an unterschiedlichen Orten: noch stärkerer Signalzerfall(schneller) —> deshalb 2 Pulse und Echo aufnehmen.
T2
wird in der funktionellen HIrnbildgebung ausgenutzt (messen wie stark ein Teil des Gehirn gerade arbeitet)

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8
Q

Warum haben wir eine exponentielle Form?

A

Die exponentielle Form beruht auf der angenommenen Form der Zusatzterme (bei Bewegungsgleichung) nach Umstellung und Ableitung und wird experimentell meist relativ gut bestätigt.

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9
Q

Relaxationsmechanismen: was erzeugt eine Relaxation?

Wie erzeugt man einen längeren FID?

A

1.) Magnetische Dipol-Dipol-Wechselwirkung (häufigste):
Magnetische Momente eines Spins beeinflusst direkt benachbarte Spins.

Festkörper: feste relative Lage der Kerne, FID nur wenige Millisekunden lang —> zu kurz

Also Probe in Flüssigkeit/Geweben: zufällige Molekülbewegung mitteilt Wechselwirkung teilweise weg

2.) elektrischer Quadrupol-WW: … Rotation des Moleküls ändert el. Feldgradienten: Relaxation

3.) Anisotropie der chem. Verschiebung: Elektronenhülle verändert magn. Feld am Kernort:
- Lorentzkraft auf bewegte Ladungen im B-Feld erzeugt Kreisströme in der Elektronenhülle: Bl
- magnetisches Feld polarisiert Elektronenhülle: Bp, Feld am Kernort
B(local)=(1-Sigma)B0
Sigma: Abschirmfaktor
—> Chem. Verschiebung benutzt für NMR-Spektroskopie
Bei anisotropem Abschirmfaktor verändert Molekülbew. Das effektive Feld am Kernort: Relaxation

4.) Spin-Spin-WW (J-Coupling): Kerne in gleichem Molekül, kovalente Bindung: magn. Moment polarisiert Molekülorbital, resultierendes magn. Moment der Elektronenhülle beeinflusst anderen Kern im Molekül. Relative Orientierung der magn. Momente kann sich ändern. Unabhängig von Orientierung des Moleküls im Magnetfeld. —> wichtig für NMR-Spektroskopie

5.) Spin-Rotation: Elektronenhu ̈lle eines rotierenden Moleku ̈ls hat ein magn. Moment, das das Feld am Kernort beeinflusst.
St ̈oße fu ̈hren zur Relaxation.

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10
Q

J-Coupling

A

Spin-Spin-WW (J-Coupling): Kerne in gleichem Molekül, kovalente Bindung: magn. Moment polarisiert Molekülorbital, resultierendes magn. Moment der Elektronenhülle beeinflusst anderen Kern im Molekül. Relative Orientierung der magn. Momente kann sich ändern. Unabhängig von Orientierung des Moleküls im Magnetfeld. —> wichtig für NMR-Spektroskopie

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11
Q

BPP-Theorie der Relaxation

A

Wie man T1 und T2 errechnen kann.
Man will sie vorhersagen

Idee zum Versta ̈ndnis:
—> Fu ̈r T1 ist J(ω0)entscheidend:
mit ω0 oszillierende Komponente des Zusatzfeldes,
Blocptq wirkt wie kleiner HF-Puls: Besetzungszahlen vera ̈ndert xy

—> Fu ̈r T2 ist auch J(0) wichtig:
statische Komponente des Zusatzfeldes,
Bloc a ̈ndert tempora ̈r Pra ̈zessionsfrequenz: Phasena ̈nderung

J: FT

Graph: lg(T1,2/s) über l(s/Tau(c)) —> ob wir uns in Honig/ Wasser befinden
T1-Zeit hat minimum —> vorkommen von Übergängen zwischen Eigenzustände (+/- 1/2), da Zusatzfelder vielleicht wie Larmorfrequenz

T2: welche fluktuierenden Magnetfelder wir and anderen Kernen erzeugen!

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12
Q

Relaxationszeiten für versch. Gewebe: bei B0=1T

Muskel
Fett
Hirn(graue Substanz, weiße)

A

Abhängig vom Gewebe: (aber überall Wasserstoff mit dessen Larmorfrequenz gemessen)

Muskel: T1 =730, T2=47
Fett: T1 =240ms, T2=43ms
Hirn(weiß): T1 =680ms, T2=92ms

Knochen: schwarz —> heißt kurze T1 und T2 zeit?

Mehr Signal in Flüssigerem Gewebe, längere Relaxationszeiten

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13
Q

Hahnsches Spin Echo

A

Dephasierung durch T2* Relaxation (Intravoxel Dephasing) —> Rephasierung möglich durch weiteren HF-Puls
—> Entstehung des Hahnschen Spin-Echos

Spin-Echo: wieder-aufgebautes Signal

Vektor A (aus Magnetisierungen in der Mitte
des Voxels bestehend: steht still im rotierenden
Koordinatensystem, da gleiche Lamorfrequenz)
- B,D-Vektoren bewegen sich nach rechts, da
sie schneller sind
- Da wir im rotierenden Koordinatensystem
sind bewegen sich die langsamen C,E-Vektoren
nach links
- Drehung 180° um die y-Achse!! (nicht z),
Geschwindigkeiten immer noch gleich Signal
baut sich wieder auf
- Danach wieder Zerfall, da immer noch Inhomogen
- Amplituden zur Zeit 0 und Tau2 nicht gleich, da ja noch T2 läuft (Querzerfall)  T2
(exponentieller Zerfall)

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14
Q

Signaldetektion mit Quadraturdetektion

Wie lassen sich die Mx-My-Komponenten der Magnetisierung messen?

A

Durch die Quadraturdetektion wird der k-Raum komplex gemessen.

Präzedierende Kernmagnetisierung —> induziert oszillierende mit Larmorfrequenz w0 Spannungsamplitude in Spule —> Verstärker —> wollen nur Resonanzfrequenz bekommen —> heruntermischen: Spektrum wird um Trägerfrequenz w0(zur Erzeugung der Pulse genutzt) zu kleineren Frequenzen verschoben:
Signal von den Kernen, dass mit w0 oszilliert, mit Referenzfrequenz w(ref) (prop zu w0) mischen —> Tiefpass nachschalten —> so kann man die Differenzfrequenz und Phase bestimmen
—> heißt man führt eine Phase empfindliche Gleichrichtung durch
Achtung: Man kann nicht mehr feststellen, ob der Signalbeitrag vor dem Mischen kleiner oder größer als die Referenzfrequenz war —>
Jetzt Quadraturdetektion:
Zusätzlich zum ersten Mischen wird das Signal auch mit der um 90° phasenverschobenen Referenzfrequenz heruntergemischt.
—> komplexes Signal
S(t)=Sx+iSy
Ergebnis ist wie ein Wechsel in das rotierende KS zu interpretieren (w(rks)=w(ref)): das erste Signal Sx ist die Projektion der Magnetisierung auf die x-Achse des RKS und das zweite Sy ergibt die y-Komponente

FID wird durch die Magnetisierung mit einem Anregungspuls (90°(-y’)-Puls: B1-Feld auf negativer y-Achse) B1 erzeugt

M0+: unmittelbar nach Anregung

—> Da w0 bei B0=1Tesla MHz schnell, was zu schnell für die Signaldetektion ist, wird das Signal gemischt mit einer Referenzoszillation (wr):

  • Multiplikation mit Referenzsignal (sin…) und mit 90° phasenverschobenes Referenzsignal
  • Tiefpassfilter nach beiden Multiplikation, um sin(w?-w?) zu erhalten. (Nur niedrige Signal durchlassen, nur Differenzsignal wollen wir)

—>2Signale: Erhalt eines komplexwertigen Signals
—> Spins Unterscheidung (links/rechts umlaufen)

Eine Oszillation mit der Larmorfrequenz erscheint als stat. Signal, wenn wr=w0. Alle (auch die
anderen) Frequenzen (versch. Frequenzen schon wegen deltaB0) erscheinen als Oszillation mit
Deltaw=w0-wr

—> Real- und Imaginärteil mit Lorentzfunktion(beschreibt Resonanzen, Linienform von Spektrallinien an, die nicht durch einen Verbreiterungsmechanismus verbreitert sind.) multiplizieren —> im Fourierraum falten…???

Reziprozitätsprinzip: Berechnung des Empfangssignal mit Biot-Savart und integrieren über Objekt.
Kleinere Spannung an anderem Orten im Objekt, da weiter weg von Spule?

Reziprozitätsregel:
Im Empfangsfall wird in einer Spule durch die pra ̈zedierende Magnetisierung eine Spannung Uind induziert. Der Beitrag des magnetischen Moments M(r)dV eines Volumenelements dV am Ort r dazu ha ̈ngt vom Magnetfeld B1(r) ab, das die Spule im Sendefall an diesem Ort durch einen Spulenstrom I erzeugen wu ̈rde —> Sende und Empfangsfall hängen zusammen!
Formel

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15
Q

Ortsauflösung: Wie kommt man zum Bild?
Verfahren

Warum keine Frequenzkodierung in x- UND y-Richtung?

A

Nutzung von Feldgradienten:
- Magnetfeld steigt in einer Richtung linear an. Also erzeugen wir ein Magnetfeld, das linear von dear Ortskoordinaten abhängt.

Verfahren für 3 Raumrichtungen:

  1. )Schichtselektion:
    - WÄHREND ANREGUNG Magnetfeld inhomogen machen: Larmorfrequenz soll ansteigen mit dem Ort

w0=gamma(B00+zGz)

B00: Anteil der homogen ist.
—> heißt wir beschränken die Frequenzen im Anregungspuls auf einen schmalen Bereich: Kerne in EINER Schicht werden angeregt, wo wir ein Signal erhalten.

  1. ) Frequenzkodierung:
    - WÄHREND DATENAUFNAHME Magnetfeld inhomogen machen —> versch. Wechselspannungen, da unterschiedliche Larmorfrequenzen —> versch. Frequenzen durch FT trennen.

w0=gamma(B00+xGx)

Achtung: Vermeidung, dass Signal zusammenbricht nach Gradientenpuls Gx, da höhere Inhomogenität herrscht. —>
Lösung: Read-Dephasierung davor: Inhomogenität wird umgedreht durch Verlegung der Dephasierung, wodurch ein Gradientenecho entsteht.

!! keine Frequenzkodierung in x- UND y-Richtung: wir würden eine andere Richtung bekommen, also die Frequenzkodierung drehen —> nicht mehr Richtung Körperachse, sondern in der Diagonalen.
—> Lösung: Phasenkodierung

3.) Phasenkodierung:
ZWISCHEN ANREGUNG und DATENAUFNAHME für kurze Zeit (ms) Magnetfeld inhomogen machen.

w0=gamma(B00+yGy)

—> Phasendifferenz bleibt nach Gradientenpuls, aber Frequenzen bleiben gleich. Stärke des Phasengradienten im k-Raum wichtig.

Man kann nur ein Phasenverschiebungsgradient kodieren und nicht 2 zur gleichen Zeit. Bsp: Erst um 20°, dann 30° dephasieren—>Wiederholen mit versch. Stärken des Feldgradienten (zeitintensiv)

Das Signal bzgl. Der Variablen (Gradientenstärke) FT.
—> Überlagerung versch. Funktionen mit versch. Frequenzen (versch. Phasen an versch. Orten) —> FT um zu trennen

—> Richtungen von Schichtselektions-, Frequenzkodier- und
Phasenkodiergradient meist senkrecht aufeinander.

  1. Schichtselektion: man könnte auch drauf verzichten und eine zweite Phasenkodierrichtung
    einbauen: 3D Aufnahme, dauert aber länger
  2. Frequenzkodierung
  3. Phasenkodierung
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16
Q

Was ist Shimming?

A

Ausgleichen, dass homogenes Magnetfeld bleibt.

Durch dielektrische Wellenlängeeffekte im Probanden kann es zu B1+-Inhomogenitäten kommen, die mit Hilfe von B1-Shimming verringert werden können

  • Eine Homogenisierung des B0-Feldes ist nötig, sodass die Ortskodierung nicht gestört wird.
    —> bei der Installation ferromagnetisches Material (T-abhängig) einlegen
    —> Shimspulen vor jeder empfindlichen Messung (Patienten) justieren (spezielle Sequenzen)

erzeugten Korrekturfelder (schwächer als B0 Feld) überlagern das Feld der Hauptspule und homogenisieren es

Shimspulen werden eingesetzt, um die Homogenität des Magnetfelds zu verbessern. Dabei werden zwei unterschiedliche Verfahren eingesetzt: Das passive Shimmen geschieht durch Eisenbleche in der Bohrung oder ausserhalb des Magneten. Aktives Shimmen geschieht mit Spulen, durch die Strom fliesst und so ein magnetisches Feld erzeugen. Damit sollen Feldinhomogenitäten im Hauptmagnetfeld korrigieren werden

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17
Q

Was ist Quenching und was sind die Folgen?

A

Quench: löschen
Plötzlicher Abbau des Magnetfeldes durch zb. Erschütterungen oder im Notfall künstlich ausgelöst.

Folgen: Verlust der Supraleitung und Wärmeentwicklung durch die Normalleitung —> schnelle Ausdehnung des Heliums, was durch ein Quenchrohr abgeführt werden muss.

Notabschaltung (Supraleitung auflösen: Magnetfeldabbau in 1 min.): Drahtabschnitt wird auf über Sprungtemperatur erwärmt —> expandiertes Helium durchbricht Berstscheibe —> Austritt durch Quenchrohr

—> MRT-Gerät mit Decke verbunden

Eine Kupfer-Matrix kann teilweise den Strom aufnehmen

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18
Q

Drei große Komponenten eines MRT Gerätes

Was passiert mit dem Magnetfeld?

A
  1. Hauptmagnet
  2. HF-System
  3. Gradientenspulen

Das Magnetfeld fällt von innen nach außen ab. (0,5 mT-Linie darf nicht überschritten werden)

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19
Q

Aufgaben des Sender und Empfangssystem

Was gilt für X-Kern-Spektroskopie?

A

1.)Empfangssystem:
Digitalisierung nach dem Mischen mit Trägerfrequenz (Quadraturdetektion)

Nach der Quadraturdemodulation des Signals mit der Referenzfrequenz ωR erhält man ein Signal S(t) mit der Differenzfrequenz ωD = ωL − ωR.
Die Anfangsphase φ des Signals wird durch viele Faktoren, u.a. der Position der Spule und der einstellbaren Phase der Referenzfrequenz, bestimmt. Bei geeigneter Wahl von φ (bzw. Multiplikation des Signals mit dem Faktor e^−iφ) hat der Realteil der komplexen Fourier-Transformierten dieses Signals die Form der Absorptionslinie und der Imaginärteil die Form der Dispersionslinie.
Dabei wird die volle Halbwertsbreite ∆ω der Absorptionslinie durch die Relaxationszeit T2 be- stimmt.

2.) Sendersystem:
erzeugt amplituden- und Frequenz modulierte HF-Pulse.
Sequenz µs-genau umsetzen (phasengenaue Schaltung von MHz-Oszillationen)

Für X-Kern-Spektroskopie (Spektroskopie an anderen Kernen als Wasserstoff mit anderen
Larmorfrequenzen) müssen alle HF-Komponenten breitbandig angelegt sein.

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20
Q

WIe erzeugt man homogene B1-Felder?

Wodurch wird die B1-Homogenität beeinflusst?

Und Was sind Einflüsse auf Rauschen?

A

Erzeugung homogener B1-Felder: Strom entlang eines Kreises sinusförmig gehen lassen und Stäbe zwischen zwei Kreisen (rotierendes B1-Feld)

Beeinflusst: Durch die Objekt-Leitfähigkeit (da B1 ein Wechselgeld ist)

Rauschquelle:

  1. thermisches Rauschen in der Spule: zufälliges Bewegen der Elektronen in den Drähten
  2. Hauptanteil: Thermisches Rauschen im Objekt(Patient): Ionen im Patienten —> induzierte Spannungen als Rauschen
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21
Q

CPMG-Sequenz

A

90°-Puls und mehrere 180°-Pulse um Fehler des nicht exakt getroffenen 180° Winkel zu zu korrigieren. (Akkumulieren: anhäufen)

  • Wir haben eine Reihe von Spinechos
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22
Q

Bildgebungssequenzen

A

1.) EchoPlanaImaging:
- schnelle Methode
- einen 90°-Puls und mit Zickzacklinien durch den k-Raum.
—> Jedes Gradientenecho ergibt eine k-Raum Zeile
—> aus einem langsamen Spin-Echo machen wir versch. Gradientenechos

2.) FLASH/FFE:
- viele Anregungen mit kleinen Flipwinkeln —> HF-Echos müssen danach mit Gradientenpulsen gespoilt werden.
- normalerweise T1 gewichtet (reiner T2-Kontrast schwierig)
-! Wenn wir viele Pulse haben erzeugen die ja auch wieder Echos und die wollen wir unterdrücken, um sie nicht in unserem Aquisitionsfenster zu haben!
—> Spoiler: Kohärenzpfade (Pfade,die die y-Achse also longitudinalmagnetisierung kreuzen—> dort tritt Echo auf) unterdrücken (Artefakte unterdrücken): Schaltung von Gradientenpulsen von TR-Periode zur nächsten und auch ihre Stärke zufällig ändern

ODER: wollen nur den Kohärenzpfad sehen, der direkt bei dem alpha-Puls, den wir gerade betrachtet haben das Echo erzeugt —> FID —> daraus schneiden wir einen Gradientenecho (wollen keine zusätzlichen Kohärenzpfade) —> könnten mit der Phase der HF-Pulse herumspielen

  1. RARE/TSE(TurboSpinEcho)/FSE??
  2. Steady-State-Sequenzen —> kommt nicht in Klausur dran
    - für Herzaufnahmen
    - Man versucht den Zeitverlauf der Gradienten zwischen zwei HF-Pulsen symmetrisch zu machen —> sodass das das Zeitintegral über den Gradienten auf allen drei Achsen von einem alpha-Puls zum nächsten überall 0 ist
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23
Q

Fettunterdrückung

A

Protonen im Fett haben eine andere Larmorfrequenz, aber man sieht sie im
Bild —> Bereiche wo Fett sind werden verschoben (Verzerrung) im Bild weil sie andere
Larmorfrequenz haben —> Sättigungs HF-Puls

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24
Q

EPI:

Vor- und Nachteile

A
  • Vorteil:
    schnell, bewegungsunempfindlich, geringer Energie¨ubertrag ins Gewebe

Nachteile:
empfindl. f¨ur inhomog. Magnetfelder: Suszeptibilit¨atsartefakte
Verzerrungen/Ausl¨oschungen
rel. schlechte r¨auml. Aufl. (PSF, T ˚ 2 -Zerfall)
anspruchsvoll f¨ur Hardware
Unterschied zw. geraden/ungeraden Echos muss korrigiert werden
empfindl. f. chem. Verschiebung (Fett im Bild verschoben)
—> EPI: für fMRI genutzt —> Hirnaktivität abbilden

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25
Q

Wie entsteht das Signal in der Empfangspule?

A

Durch Veränderung der Quermagnetisierung Mxy während des FIDs wird eine Spannung in der Spule induziert (mV Bereich)
Signal wird Verstärkt und verarbeitet im Bildrechner wo mit Hilfe FT Bild rekonstruiert wird.

Induktionsgesetz:
Zeitliche Änderung der Magnetisierung über das Feld/

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26
Q

Sende- und Empfangsspulen: Typen?

B0-Feld Spule?

A
  • es kann die gleiche Spule zum Senden und Empfangen genutzt werden.

Sattelspulen (Helmholtzspulenpaar):
kleine Magnetfeldstärken (niedriger Frequenzen)

Birdcage-Spule:
Hohe Magnetfeldstärken
Sinusförmige Stromverteilung (durch Kondensatoren erreicht) auf Zylindermantel erzeugt homogenes Feld im Innern
Je größer die Anzahl der Stäbe, desto homogener das B1-Magnetfeld

Oberflächenspulen

B0-Feld-Spule:
aus Draht gewickelte Spule (400km lang). Zur Erlangung hoher B0-Feldstärken für einen homogenen zylindrischen Bereich von über 40 cm Länge und einem Durchmesser von über 60 cm sind ausschließlich supralei- tende Magneten in der Lage.

27
Q

Sicherheit im MRT - System?

Unter anderem: Streufeld

A

Supraleitende Magnete: geschirmt und ungeschirmt
—> Aktiv geschirmten supraleitenden Magneten: durch eine zweite Spule, die im Magneten installiert ist, ein gegengerichtetes Magnetfeld erzeugt und so das Streufeld nach außen abgeschirmt.
- ungeschirmten supraleitenden Magneten: bleibt Streufeld bestehen und je nach Größe des Magneten, der auch die Ausmaße des Streufeldes bestimmt, sind externe Baumaßnahmen vorzunehmen, um dieses Streufeld einzudämmen.
—> ohne bestimmte baulichen Maßnahmen eine Gefahr für Menschen mit Herzschrittmacher dar
—> mehrere Tonnen Eisen in den Gebäudewänden schirmen passiv das Streufeld ab.

28
Q

Rauschen

A
  • Wirbelströme im Körper/Objekt heizen Objekt auf
    —> wirkt wie ohmscher Widerstand. Dessen Rauschen ist HAuptbeitrag zum Rauschen im Empfänger
  • bei mehreren Spulen ist eine Entkopplung nötig, da der Strom/Magnetfeld in einer Spule auch einen Strom in der Nachbarspule erzeugt.
29
Q

Anforderungen an Gradientenspulen

A
  • 3 Spulen, die Feldgradienten entlang x,y,z erzeugen.
  • schnell schaltbar —> niedrige Impedanz(Wechselstromwiderstand)
  • Maxwell Gradienten erzeugen zusätzlich Komponenten/andere Feldkomponenten —> reine x-Grad. Unmöglich
  • Verzerrung der Gradientenpulsform vermeiden—> Verändern der Pulsform (ECC)
    (Verzerrung durch Wirbelströme: während wir Felder in Gradientenspulen anschalten (dB nach dt)—>Spannung induziert, die im Kyrostat wirken)
  • aktive Abschirmung durch äußere Spulen (mit entgegengesetztem Feld) zur Reduzierung von Wirbelströmen
  • Wechselfeld-Abschirmung gegenu ̈ber innen liegenden HF-Spulen (Ganzkp.) durch HF-Schirm (geschlitzte Kupferfolie): sonst ist Gradientenspule Teil des Spulenschwingkreises (v. a. Verluste durch Wirbelstro ̈me).
30
Q

Hindernisse in der Gesamtanlage

A
  • Sende-Empfangs-Weiche erforderlich: kVØ µV.
  • HF-dichte Abschirmkabine nötig (in wand vom Raum): Empfang von Radiowellen verhindern
    —> Faradayscher Käfig
  • Messrechner muss µs-genau ” in real time“ arbeiten.
  • HF-Schaltung und -verbindung nicht trivial.
  • Nicht benutzte HF-Spulen im Gerät müssen verstimmt werden.
  • bei gr. B0: HF —> Wirbelströme —> Schwächung des Feldes —> schlechtes Eindringen/Abschattungen, Skin-Effekt (immer mehr 3Tesla - Relaxationszeiten werden leider ähnlicher in versch. Molekülen)

Wird durch schichtselektive HF-Pulse nur die ausgewählte Schicht erwärmt? — nein. Durch
Wirbelströme?
- (Punkt stat.Magnetfeld) Warum ist die Wirkung der Ausrichtung der Kernspins im
Magnetfeld auf den Organismus so gering? — Chemische Vorgänge spielen sich in der Atom-
/Molekülhülle ab.
- Prinzipielle Einflüsse statischer Magnetfelder (bei sehr hohen Magnetfeldern):
bewegte Ionen: Hall-Spannung, Kraft
fließendes leitfähiges Blut: elektr. Spannungen
diamagnetische Körper (Vesikel, Erythrozyten): Deformation, Ausrichtung
Einfluss auf chemische Reaktionen über Elektronenspin (Proteine: Konformitätsänderungen)
- Berichtet: signif. erhöhte Zahl an Doppelstrangbrüchen
Verstärkung vorhandener DNA-Schäden??  bis heute unklar warum

Kontrastmittel(verändern Relaxationszeiten): geringeres Risiko als bei Röntgen-KM, aber:
- Nephrogene Systemische Fibrose § Pathologische Bindegewebsvermehrung
Erstbeschreibg. 2000, 2006 Zusammenh. mit KM erkannt
Sehr selten: 380 F¨alle weltweit (www.icnfdr.org)
Auftreten bei manchen nierengesch¨adigten Pat. nach Gabe von Gd-haltigem KM
Wenn keine vorgeschädigten Organe kann man Kontrastmittel geben

31
Q

Hardware Entwicklung

A
  • parallele Bildgebung
  • Bg. mit nichtlinearen Gradienten, non-gradient MRI oder keine Gradienten, inhomogenes
    Feld besitzt eh Gradienten(Larmorfrequenz ist an versch. Orten unterschiedlich großnicht
    immer eindeutig  parallele Bildgebung dazu!!)

vielmehr nutzt die parallele Bildgebung die räumlichen Informationen von verschiedenen Empfangsspulen. Aus einem MR-Echo werden mehrere Phasenkodierinformationen gleichzeitig erzeugt, sodass man mit weniger Phasenkodierschritten auskommt und somit schneller die gleichen Bildinformationen erhält.

32
Q

Gefahrenquellen eines MRT Gerätes

A

1.) Stat. Magnetfeld:
Gefahr durch Beschleunigung ferromagnetischer/leitfähiger Gegenstände (würden Wirbelströme erzeugen), Störung aktiver Implantate —> sonst keine Gefahren gefunden

  1. ) Hochfrequenzstrom lösen Ströme im Patienten aus (leitf. Objekt) —> Erwärmung durch Wirbelströme im Gewebe —> ! Vermeidung Knie/Hände keine Berührung bei der Patientenlagerung sonst kommt es zu Verbrennungen
  2. ) Gradientenspulen : Durch Induktion der kurz geschalteten Spannungen/Gradientenfelder können Nervenstimulationen (Herz) auftreten —> Absicherung durch Modellrechnung und Software

4.) Geräuschentwicklung durch Gradientenschaltung —> keine Bewegung, aber es wirkt eine Kraft —> Biege/Streck/Torsionsschwingungen —> Oberfläche des Zylinders vibriert
—> Gehörschutz

33
Q

Unterschied Feldgradient und Gradientenfeld

A

Feldgradient (Magnetfeldänderng) legt man in Richtungen über B0 Feld an, um bestimmte Schicht inhomogen zu machen.

Gradientenfeld ist ein Vektorfeld, das aus einem Skalarfeld durch Differentiation nach dem Ort abgeleitet wurde, bzw. – kürzer formuliert – der Gradient des Skalarfelds.

34
Q

Warum braucht man Schichtrephasierung nach der Anregung?

Ist dies auch nötig für die Refokussierungspulse?

A

Schichtselektionsgradient lässt Magnetisierung um den Faktor e^iPhi dephasieren —> Profil der Transversalmagnetisierung in der Schicht ist nach dem Puls proportional zur inv. FT von B1ptq. —> Schichtrephasierung nötig, um den entstandenen Phasenfaktor in Mxy zu entfernen.
—> Magnetisierung der oberen, unteren, Mitte der Schicht zeigen alle in versch. Richtungen

Schichtrephasierung durch einen umgedrehten Schichtlektionsgradienten (mit der halben Zeit vom vorherigen Schichtselektionsgradienten) erreichen oder 180° Puls

Nicht nötig für Refokussierungspulse, da die Magnetisierung vorher auch transversal ist.

35
Q

Wie wird die Schichtdicke bestimmt ?

A

Über die Frequenzbandbreite des HF-Pulses (Delta(w)) und die Stärke des Schichtgradienten Gz

36
Q

Warum ist es besser, wenn der Patient in der Röhre bewegt wird und nicht die aktive Magnetfeldschicht um den Patienten ?

A

Wird eine Schicht, die sich weiter weg vom Isozentrum befindet, durch einen Schichtgradienten angeregt kann das zu Artefakten führen, da die Homogenität des Hauptmagnetfeldes schlechter wird.

37
Q

Wie sieht das Schichtprofil aus und was ist gewünscht?

A

Innerhalb der Schicht —> homogen
—> sinusförmige Einhüllende des B1(t) Feldes wählen, um ein rechteckiges Schichtprofil zu erhalten

Die Rechteckfunktion ändert sich durch Abschneiden

38
Q

Was ist der adiabatische Pulse?

A

Sie nutzen das adiabatische Prinzip, wobei die Magnetisierung (M) durch einen langsamen Durchgang (lange kontinuierliche Welle , nicht kurzer HF-Puls) des B1-Feldes durch Resonanz manipuliert wird. Bei adiabatischen Impulsen werden Spins mit unterschiedlichen Resonanzfrequenzen invertiert oder zu unterschiedlichen Zeiten manipuliert. Dies unterscheidet sich von einem “gewöhnlichen” amplitudenmodulierten rechteckigen HF-Puls, bei dem alle Spins gleichzeitig beeinflusst werden.

In CW-NMR

Im Drehrahmen, wird die Magnetisierung M um die Richtung eines effektiven Feldes Beff, das in einem Winkel sowohl zu Bo als auch zu B1 ausgerichtet ist, präzessieren, wenn das HF-Feld (B1) nicht genau bei Resonanz angelegt wird. Vorausgesetzt, das B1-Feld ist stark genug und wird langsam genug angelegt (die adiabatische Bedingung), wird M während des B1-Frequenzdurchlaufs allmählich Beff folgen. Dies wird als adiabatisches Folgen bezeichnet.

39
Q

Wie wird die Präzessionsachse festgelegt? (Nach Puls)

A

Durch die Phase des B1-HF-Pulses

40
Q

Hahnsches Spinecho?

A

Start der Sequenz:

  1. ) Magnetisierung ist im Gleichgewicht (0,0,M0)
  2. ) 90° Puls: (0,M0,0) —> keine Magnetisiierung mehr Richtung z, Magnetisierungsvektor in y-Richtung
  3. ) 1. Wartezeit: Tau1 —> Dephasierung währenddessen (Amplitude wird kleiner
  4. ) 180°-Refokussierungspulse, aber um y-Achse, sodass Drehrichtungen in entgegengesetzte Richtung
  5. ) 2. Wartezeit: Tau2 —> Magnetisierungen laufen zusammen —> Amplitude baut sich wieder auf durch Rephasierung
  6. ) volles Signal
  7. ) Echo
41
Q

Eight-Ball-Echo

A
  • Zwei 90°-Pulse erzeugen SpinEcho, aber die Amplitude ist um den Faktor 2 geringer als SE mit 180°-Refokussierunspuls.

Nach 90°-Pulsen:
E: Vektoren dephasieren —> heben sich auf —> kein Signal
F: nach 2 Tau: Magnetisierungsvektoren der versch. Isokromaten auf einer 8-Formigen Linie (auf
positive y‘ Achse

42
Q

Wie würden sich die Signale ändern, wenn man exakt die 90°/180°-Pulse(Auslenkung) trifft?

A

Wenn man exakte 90°/180°-Pulse schaltet würden weniger Echos auftauchen.
Allg. Größe der Amplitude ist abhängig vom Winkel (Alpha-Puls)

43
Q

Was ist ein stimuliertes Echo und wann entsteht es?

A
  • Echomethode wobei im Vergleich zu einem klassischen Spinecho die Amplitude des StE nur halb so groß ist.
  • Für ein StE sind mindestens 3 Pulse nötig (90°).
    —> 90°-Impulsen zu den Zeitpunkten 0, t1 und t1 + t2 ein Echo zur Zeit 2t1 + t2 erzeugt
  • Gleichzeitig fällt die Signalintensität während der Zeit τ2 nur mit der Spin-Gitter-Relaxationszeit T1 ab, die in vielen Fällen wesentlich länger als die Spin-Spin-Relaxationszeit ist. Dies ist vor allem bei Diffusionsmessungen interessant (NMR-Diffusions- und Bewegungseffekte).

Entstehung:

  • Spins dephasiert nach erstem 90°x-Puls
  • Inhomogenität im Voxel: manche Spins sind langsamer als die Larmorfrequenz und verlieren Phase und manche sind sind schneller und bekommen Phase dazu.
  • zweiter 90°x-Puls kippt dephasierte Spins in x,z-Ebene: in diesem Schritt brauchen wir für das Verstöndnis nur die z-Komponenten der Spins, die nicht präzedieren, sondern um B0-Richtung ausgerichtet bleiben. Es findet jedoch eine T1-Relaxation statt, die zu einem Nettozuwachs der Komponenten entlang der +z-Achse führt. Diese Eigenschaft ermöglicht STE’s eine T1-Gewichtung.
  • dritter 90°x-Puls kippt z-Komponenten (da ja alle Spins in z-Richtung zeigen) zurück in xy-Ebene, wo Präzession auftritt.
    Jetzt kann jeder Spin eines Paares seinen Partner einholen, rephasieren entlang der -y-Achse und erzeugen den STE.
  • Genau wie beim Hahn-Echo kommen nicht alle Komponenten genau zur gleichen Zeit in Phase. Die STE hat also eine geringere Amplitude und ist zeitlich breiter gestreut.
44
Q

Was ist ein Isochromat?

A

Ein Spin Ensemble, dass die gleichen Präzessionsfrequenzen aufweist.

45
Q

warum sollte man vor dem Frequenzgradienten einen umgekehrten Gradienten davor schalten ?

  • was würde bei einer Sequenz ohne Refokussierungspulse (ohne 180°-Puls) passieren?
A

Um eine Dephasierung nach dem Frequenzgrad. Zu vermeiden, also schon davor dephasieren durch umgekehrten Gradienten —> dann Frequenzgradient, wodurch nach kurzer Zeit zur Rephasierung kommt —> aufgehoben zu Zeitpunkt des SpinEchos (GE zu selben Zeit wie SE)

  • Entstehung eines Gradientenechos ohne Refokussierungspuls (Pi) 
    Magnetisierung würde zusammenbrechen nach umgekehrtem Gradienten (Erzeugung einer
    Inhomogenität)
46
Q

Wofür werden Kohärenzpfade (Phase Graphs) genutzt?

Wann ist ein Echo zu erkennen?

A

Mit Phasengraphen kann man Echoamplituden und -zeitpunkte errechnen (EDV), aber sich auch leichter manuell einen U ̈berblick u ̈ber Echos verschaffen.

Um mögliche Echos auszurechnen, da es, wenn viele Pulse geschaltet werden zu kompliziert ist die Echos mit Rotationsmatrizen auszurechnen.

—> Nutzung des Phase Graphs

Wenn die Geraden die Zeitachse berühren, bekommen wir ein Echo, da dann alle Isochromaten die Phase Null haben (Dephasierung ist Null).

  • Echo, wenn Magnetisierung versch. Isochromaten i-wie wieder übereinander liegen oder Teile davon.
  • andere Isochromaten heißt andere Steigung (andere Larmorfrequenz), aber gleiche Nullstellen
  • Magnetisierung kann man dephasieren, aber nicht zerstören —> Nach dem 3. Puls kommen alle Transversalmagnetisierungen wieder (viele grüne Geraden)
  • Relaxationseinflu ̈sse ha ̈ngen davon ab, wie lange ein Magnetisierungsanteil ”in der Longitudinalen“ zugebracht hat.
47
Q

CPMG-Sequenz

A

Carr-Purcell-Meiboom-Gill: Flipwinkel akkumulieren (zusammenkommen/ansammel) nicht

Reihe von HF-Echos, angefangen mit 90°-Puls, dann Tau warten und mehreren 180° Pulsen mit 2Tau Wartezeit dazwischen

SpinEchos sind alle untersch. Phasenkodiert

48
Q

K-Raum (kontinuierlich)

Warum können wir mit einer 2D-FT der Rohdaten, die wir aufnehmen unser Objekt rekonstruieren?

Warum bekommen wir am Ende diskrete Signale?

A

Echos in Matrix eintragen —> k-Raum

Magnetisierung mit Rotationsmatrix (um z) multiplizieren = Dephasierung

  1. Signal, das aus einem kleinen Voxel komm —> Quadraturdetektion (mischen mit Oszillation w00, Tiefpassfilter—> B00 fällt weg)
  2. Signal von der Zeit s(t) mit k (abhängig von Larmorfrequenz/Gradienten) ausdrücken —> S(k)
  3. Inverse FT von S(k) ist die Spindichte (sagt uns an welcher Stelle es wieviele Protonen gibt: Dichte der Protonen)
    k: Zeitintegral über Gradientenfunktion (Gradient in Abhängigkeit der Zeit —> ZEit kennen wir, da wir selbst Gradienten schalten)

—> Zeit beim kz: Schichtgradienten=0 (durch Rephasierung heben sich die Zeitintegrale auf—>kurz nach Puls), deshalb kz=0

—> ky: Phasenkodierung mit Tau: Dauer des Gradientenpuls und Amplitude des Gradienten, den wir gerade geschaltet haben

—> kx: Zeitintegral über readout-Richtung (Frequenzkodierung) bis zum Zeitpunkt, den wir gerade betrachten

—> Da wir unser Signal abtasten bekommen wir diskrete Signale!!

49
Q

Wir tasten das Signal ab.

Was muss dabei beachtet werden?

Was ist die DwellTime?

Wofür brauchen wir einen Tiefpassfilter?

Abwägung SNR/Messzeit?

Wie muss Phasenkodierinkrement Gy,inc gewählt sein, sodass es eindeutig ist?

A

Das Abtasttheorem (Nyquist):

Die Abtastfrequenz muss mind. doppelt so groß sein wie die maximale Frequenz.

Max. Frequenz: abhängig von der Stärke des verwendeten Frequenzkodiergradienten —> am Ende der Probe in Richtung des Gradienten liegt die größte Larmorfrequenz vor —> am Rand des FOV(Bereich in dem wir das Objekt erwarten)

Signal, das wir auffangen: Überlagerung (da ja nur eine EmpfängerSpule) von Präzedierungen der Magnetisierung an versch. Stellen der Probe

DwellTime: die Zeit zwischen zwei Abtastpunkten
Bandbreite. Der Frequenz: 1/DwellTime

Tiefpassfilter, der alles oberhalb der Bandbreite (da höhere Frequenzen durch Rauschen auftreten können) wegdrückt —> auch alles außerhalb des FOVs wird weggedrückt

Kleine Abstände (kurze DwellTime) würde das FOV vergrößern, da Bandbreite sehr groß. (Abschneiden des Objektes würde garnicht vorkommen)

Nachteil bei hoher Abtastfrequenz (gut wegen Nyquist) : Rauschen kann entstehen bei kleiner DwellTime (Zeit zwischen 2 Abtastpunkten)

In Phasenkodierrichtung: Gy,inc muss so gewählt sein, dass das Phaseninkrement (Raum zwischen zwei Abtastungen) zwischen aufeinanderfolgenden Phasenkodierschritten am äußersten Rand des FOVs < Pi (also nicht im Kreis rumdrehen) ist.
—> ky,inc=1/FOVy, Phaseninkrement nicht kleiner als Pi!!
—> von einem Schritt zum nächsten Gradienten um Gy,inc erhöhen

Phasenwinkel: Larmorfrequenz mal Zeit, die vergangen ist

kx,inc: Zwischen zwei Abtastpunkten in einem Echo
kx,inc=1/FOVx

Auflösung: Anzahl der k-Raumpunkte
(Größeren Bereich des K-Raums abdecken für bessere Auflösung)

50
Q

Was passiert, wenn das FOV kleiner als das Objekt ist?

Was ist die PSF?

A

Wenn FOV kleiner als Objekt ist, dann kommt es zu einer Einfaltung (Objekt was raussteht, kommt unter wieder rein). —> Artefakt —> Aliasing(heißt wir haben Abtasttheorem nicht eingehalten.)

Wenn Artefakte —> Außenraum auf Null drücken, heißt mit mit Bild mit einer sinc. Falten (also im Fourierraum: Rechteck mal S(k))
—> nichts anderes als unsere PSF

PSF: die FT der Rechteckfunktion (also sinc) —> PSF wird also mit Bildpunkten (roh(r) gefaltet) —> lässt Bild verwaschener aussehen

51
Q

Wie könnte man den 180° Puls mathematisch ausdrücken?

Was ist der Sinn hinter dem mathematischen Ausdruck?

Was passiert, wenn er nicht exakt 180° ist?

A

Durch eine komplexe Konjugation und Multiplikation mit (-1: also spiegeln wir die Magnetisierung) der xy-Magnetisierung (also senkrecht zur Z-Achse)
—> Effekt eines exakten 180°y‘-Puls

Magnetisierungsvektor wurde in mehrere Teile aufgeteilt,
deren Entwicklung getrennt betrachtet werden kann.
In Transversalen(komplex) und longitudinalen Anteil mit jeweils 3 Unteranteilen

Fu ̈r einen αy1-Puls taucht auch so ein Term auf, nur mit einem anderen Wichtungsfaktor. Anteil rephasiert auch, es entsteht ein (kleineres) HF-Echo.

52
Q

Phase Graph - Übersicht

A
  • Verbildlicht die Entstehung von longitudinalen (horizontale gestrichelte Geraden) und Transversalen (diagonale Kohärenzlinien/geraden) Magnetisierungen nach HF-Pulsen
  • Es wird immer unübersichtlicher, je mehr Pulse wir schalten
  • Nach einem Puls gibt es immer jeweils zwei longitudinale (einen der immer weiter dephasiert und einen (unter x-Achse) der i-Wann rephasiert, also die x-Achse schneidet (M(senkrecht)*)) und Transversale Anteile.
  • Schneiden der x-Achse: rephasierung: alle Isochromaten haben Phase Null.
53
Q

Was gibt die k-Raum Trajektorie an?

Was für Möglichkeiten der Abtastungen gibt es?

A

Sie gibt an in welcher Reihenfolge die Signale für die verschiedenen Punkte im k-Raum gemessen werden. (Insbesondere die bzgl. Der Phasenkodierung unterschiedlichen k-Raum Zeilen)

Meist kartesisch, aber auch radiale Trajektorie: Daten mit schrägliegenden Linie abtasten.
—> hier k ̈onnte man das Bild auch mit gefilterter Ru ̈ckprojektion rekonstruieren.

54
Q

Was ist das FOV?

A

Die Reziproke des Abstands zwischen Abtastungen im k-Raum ist das FOV

55
Q

Was begrenzt die Ortsauflösung?

Was wäre ideal bei der Abtastung?

A

Der Signalzerfall : PSF

Daten im k-Raum werden mit der Funktion des abfallenden Signals multipliziert —> im Bildraum mit FT davon gefaltet —> mit PSF

Der Zerfall des Signals während der Trajektorie bestimmt die PSF (Ortsauflösung)

Ideal wäre es wenn PSF eine KOnstante wäre (DeltaDistribution im Ortsraum) -> Faltung ergäbe wire der dasselbe Objekt.

56
Q

Was ist die PSF?

Bild eines realen Objektes?

Was ist centric reordering?

A

Ein Bild eines idealen Punkt forming en Objektes
—> Bild eines realen Objektes: Objekt gefaltet mit PSF

—> exponentieller Signlverlauf im k-Raum entlang PE-Richtung (y-Richtung?)

—> der Signalverlauf im k-Raum beeinflusst die echte Ortsauflösung

Centric Reordering: Zeile: ky=0 zuerst abtasten, aber nicht immer nützlich —> Stufen im k-Raum können katastrophale PSF bewirken (Signalverlauf sollte möglichst glatt sein)

57
Q

Was ist der Kontrast/ die Wichtung?

Was ist TE und TR

Was bestimmt wie stark T1 auf die Bildintensität ist?

Wie verstärkt man Relaxationen?

Was für andere Wichtungen sind möglich?

A

Die Intensität eines Bildpixels abhängig von T1,T2,T2*, Protonendichte,…

T1 und T2 sind gewebeabhängig (med. Anwendung)

TE: Zeit zwischen Anregung und Datenaufnahme: EchoTime

TR: Zeit zwischen zwei Anregungen: RepetitionTime (Wiederanregung in derselben Schicht)

Bildintensität bestimmen:
Prinzip der Gewichtung: die Wiederholzeit TR bestimmt wie stark der Einfluss des Parameters T1 auf meine Bildintensität ist

Zur Verstärkung der Relaxation werden Kontrastmittel eingesetzt (z.b. zur T1
Verkürzung)

Andere Wichtungen möglich: DiffusionsBG, Magnetisierungstransfer

58
Q

Bildgebungssequenzen

A

A) Spin Warp: Schichtselektion, Frequenzkodierung, Phasenkodierung wie gehabt: 1 Anregung je k-Raum-Zeile (langsam)—> PSF in Phasenkodierrichtung ideal (Delta

Auch andere Kombis möglich:

  1. ) Fr+PH+Schicht (2d)
  2. ) Fr+PH+PH (3D)
  3. ) PH+PH+PH (3D) (—> CSI: Spektroskopie)

Phasenkodierung ist zeitaufwendig (bewegungsempfindlich)

Vorteile:
Hohe räuml. Auflösung erreichbar
PSF in Phasenkodierrichtung ideal (Delta)

B) EPI (Echo Planar Imaging):
Anregung, dann 2d k-Raum wird vollständig mit Gradienten abgefahren (GE-EPI) —> jedes Gradientenecho gibt eine k-Raum-Zeile
- T2* - gewichtet

Vorteil:

  • schnelle Methode, aber keine ideale PSF, da Signal zerfällt
  • bewegungsunempfindlich
  • geringer Energieübertrag ins Gewebe
  • für fMRI

Nachteil: …

—> Kombi mit SE möglich (k-Raum Segmentierung: mit Zickzacklinien durch den k-Raum, aus einem langen Spin Echo machen wir versch. Gradientenechos

Oder Spiral durch den k-Raum (regrading nötig): kontinuierlich Daten aufnehmen

59
Q

Nachteile der EPI

Vorteile

A
  • empfindl. f ̈ur inhomog. Magnetfelder: Suszeptibilit ̈atsartefakte Verzerrungen/Ausl ̈oschungen
  • rel. schlechte r ̈auml. Aufl. (PSF, T2 ̊-Zerfall)
  • anspruchsvoll f ̈ur Hardware
  • Unterschied zw. geraden/ungeraden Echos muss korrigiert
    werden
  • empfindl. f. chem. Verschiebung (Fett im Bild verschoben)

Vorteil:

  • schnelle Methode, aber keine ideale PSF, da Signal zerfällt
  • bewegungsunempfindlich
  • geringer Energieübertrag ins Gewebe
  • für fMRI
60
Q

Wofür werden HF-Präparationspulse eingesetzt?

A

Magnetisierung kann mit Vorpulsen ”pra ̈pariert“ werden,

  • um andere Kontraste zu erzeugen (IR inversion recovery),
  • um Anteile mit best. T1 zu unterdru ̈cken (FLAIR fluid attenuated inversion recovery).
  • um Parameter zu bestimmen: quantitative T1-Kartierung
  • um Signalquelle ra ̈umlich zu begrenzen (Sa ̈ttigungspulse) (Fettunterdrückung?)

—> Manche Verfahren nutzen nicht nur den Betrag des komplexen Signals, sondern auch die Phase (komplexes Ergebnis der FFT speichern).

61
Q

Wofür wird die inversion recovery genutzt?

A

Für die Liquorunterdrückung zb.

  • erst 180°-Puls und dann nach TI-Zeit einen 90° Puls, wobei die lange T1 Relaxation von der Flüssigkeit genau genau M0=0 haben würde, also nichts zum Signal beitragen würde.
62
Q

Warum ist es schwer in Festkörpern MRT anzuwenden?

A

Da in Festkörpern die Kerne eine relativ feste Lager haben und der FID nur ganz kurz wäre

Dipol-Dipol-WW: magnetisches Moment eines Spins beieinflusst direkt benachbarte Spins —> molekulare Bewegung —> Relaxation

Spin hat selbst kleines Magnetfeld/moment —> beeinflusst andere Spins —> verändert Larmorfreuquenz —> beide Spins kommen außer Phase.

In Flüssigkeiten/Gewebe jedoch wird die Dipol-Dipol-WW teilweise weg gemittelt durch die zufälligen Molekülbewegungen (Schnelle Molekülbewegungen, keine feste Lage zueinander) —> Zusatzbeitrag des von dem anderen magn.Moment oszilliert ganz schnell —> mittleres Zusatzfeld sichtbar, pos./neg. —> im Großteil ist der Zusatzbeitrag also Null—> FIDs länger

63
Q

Artefakte bei MRT

A
  • durch lokale Magnetfeldstörungen an Gewebsgrenzflächen
  • Geisterbilder, chemische Verschiebungen, Verzerrungen

Phasenfehlanpassung als Nyquist-Ghost-Artefakt

64
Q

Welcher Anteil der Relaxation ist irreversibel (und warum)? Welcher ist reversibel?

A

Irreversibel: (T2)
Zeitabhängige, statistische Wechselwirkungen der Spins untereinander —> Dephasierung, Nichtkompensierbare Phasenunterschiede der Spins

Mechanische Wechselwirkung mit Umgebung und Umwandlung von Bewegungsenergie in Wärme (T1)

Reversibel (dominant)(T2*):
Dephasierung durch kleine Unterschiede in der Larmorfrequenz