MRT Protokolle Flashcards
Wie entsteht ein Signal/Woher kommt es?
Und wie wird es genannt?
Was darf nicht mehr da sein?
Anregung —> Magnetisierung aus dem Gleichgewicht —> Wenn die Magnetisierung nicht parallel zu B0 ist(sonst kein Signal), so präzediert (kreiselt)
M um die Richtung von B0 mit einem Kegelöffnungswinkel. In der Empfangsspule neben der Probe(?) induziert die zeitliche Veränderung von M eine kleine elektrische Spannung (Wechselspannung), die mit der Zeit abnimmt (Amplitude wird kleiner) —> Relaxation
Free Induction Decay FID (free von B1)
Es darf keine Überschussmagnetisierung mehr da sein und gleiche Phasen:
HF-Puls verändert die Spinphase und verändert auch die Besetzungzahlen: Pi/2-Puls verwandelt thermisches Gleichgewicht (mit leichtem Überschuss im energetisch in günstigeren Zustand) in Gleichbesetzung der beiden Eigenzustände (+/- ½ ) —> gleich hohe Besetzungszahl (a^2 und b^2)
Warum präzediert der Spin?
Was ist das klassische Phänomen?
Da das magn. Moment mit einem Drehimpuls verknüpft ist.
klassisches Pha ̈nomen: versucht man, die Drehachse eines rotierenden Objekts in eine Richtung zu kippen, weicht das Objekt senkrecht zu dieser Richtung aus.
Wie sieht das Signal aus und was messen wir wirklich?
Wie messen wir ein Signal?
Messung des FIDs
Quadraturdetektion(macht Signal komplex): Signal mit einer Referenzoszillation (wr) messen
—> Signal aufteilen in versch. Phasen —> Tiefpassfilter —> 2 Signale (Real und Imaginär) —> FT, Heavysidefkt(Stfenfkt: dass bei Null angefangen wird), Lorentfkt.
Wir messen wirklich den Spinecho, nicht das eigentliche Signal:
Realteil(symm.) und Im.Teil (antisymm.)
FT: reiner Realteil(symm.)
Setzen von Phi nachträglich möglich durch Multiplikation mit e^iPhi
FID erklären
T2 und T2*
T2: Präzedieren wieder alle Spins in Phase, kommt es zum sogenannten Spin-Echo. Da jedoch mit zunehmender Zeit mehr und mehr Protonenspins für den Rephasierungsprozess verloren gehen, wird auch die Amplitude der Spin-Echos exponentiell geringer. Die T2-Zeit beschreibt die Zeit, nach der diese Amplitude auf 37% des Signals der maximalen Quermagnetisierung abgenommen hat.
T2* steckt im FID-Abfall
K-Raum: was ist das k?
Durch welchen Zusammenhang können wir die Signale, die wir messen dort eintragen???
K ist das Zeitintegral über den Gradienten.
K-Raum: Rohdatenraum der FT Daten S(k) im k-Raum sind eine FT-Version von Daten im Ortsraum (Signal ds eines kleinen Volumenelement dV am Ort r —> über Objekt intergrieren s(t))
Das Signal ausgedrückt als Funktion von k ist die FT der Spindichte: Signal, das wir aufnehmen ist fast eine FT von der Dichte an ganz wohldefinierten Orten
K als Vektor mit (kx,ky,0)
Zusammenhang von S(k) —> Warum ist es eine FT? (Oszillierende Spannung)
Was ist der Spin
Elektronenspin?
Kernspin?
Der Eigendrehimpuls eines Protons (-/+1/2)
Eigendrehimpuls (auch bei kin. Energie Null, unerklärbar) der Elektronen ist eine Größe in der Quantenmechanik (beschreibt klass. mechanischen Drehimpuls ausgehend von der Drehbewegung einer Masse)
Stern-Gerlach-Versuch:
Äußeres Feld versucht Momente parallel zu sich zu machen —> die einen Elektronen
haben eine höhere potenzielle Energie als die anderen (abhängig von Richtung des magn.
Momentes) + wir haben ja noch das inhomogene Magnetfeld —>führt zu einer Kraft
—> Effekt, der Driftkraft erzeugt, abhängig davon wie Elektronen umlaufen
—> Grund der Aufspaltung ist der Eigendrehimpuls
Spin hat einen unveränderlichen Betrag: Spinquantenzahl: s=1/2
Unterschiedlicher g-Faktor für e, p, n
Kernspin:
Gesamtdrehimpuls eines Atomkerns (zusammengesetzte Teilchen) um seinen Schwerpunkt
Quanten Zahl I: 0, 1/2, 1, 3/2,…
Sorgt dafür, dass Teilchen mit einem Magnetfeld umgeben sind (kleine Stabmagneten) —> Quantisiert: Spins können sich im äußeren Magnetfeld nur in ganz bestimmte Richtungen
ausrichten
Woher kommt die Magnetisierung und aus welchen Teilen setzen wir sie zusammen?
Einige Atomkerne (wie etwa die Wasserstoffkerne) in den Molekülen des zu untersuchenden Gewebes besitzen einen Eigendrehimpuls (Kernspin) und sind dadurch magnetisch. Diese Kerne erzeugen nach dem Anlegen eines starken statischen Magnetfeldes eine kleine longitudinale Magnetisierung in Richtung des statischen Feldes (Paramagnetismus).
Longitudinale und Transversale (x-y-Ebene)
Relaxation T1,2,2*
Bei der gleichzeitig ablaufenden Längsrelaxation klappen die zuvor angeregten Spins nach einer gewissen Zeit durch Zusammenstöße mit anderen Atomen (Spin-Gitter-Relaxation) wieder in die thermodynamisch günstigere Lage zurück
Die Längsmagnetisierung steigt nach einer e-Funktion vom Wert Null wieder auf die Größe vor der 90° Auslenkung. Die Relaxationskonstante T1 bezeichnet nun jene Zeit, nach der 63% der ursprünglichen Längsmagnetisierung wieder erreicht sind
Während T1 den Abfall des angeregten Systems in den Zustand des thermischen Gleichgewichts darstellt, wird mit T2 der Zerfall der Spinsynchronisation bezeichnet, wodurch der Quermagnetisierungsvektor in der Mxy-Ebene gegen Null geht.
Wie schon erwähnt, überlagern Magnetfeldinhomogenitäten den normalen T2-Abfall weshalb häufig nicht T2 sondern T2* beobachtet wird. Um diese technisch bedingten Magnetfeldinhomogenitäten auszuschalten, erzeugt man ein Spin-Echo. Dabei folgt dem 90°-Impuls ein 180°-Impulses nach. Letzterer bewirkt das Umklappen des Nettomagnetisierungsvektors um 180° was eine Änderung der Rotationsrichtung der Protonenspins zur Folge hat. Da die schnellen Spins den langsamen Spins nachlaufen, kommt es zu einer Wiederherstellung der Quermagnetisierung, was als Rephasierung bezeichnet wird.
Präzedieren wieder alle Spins in Phase, kommt es zum sogenannten Spin-Echo. Da jedoch mit zunehmender Zeit mehr und mehr Protonenspins für den Rephasierungsprozess verloren gehen, wird auch die Amplitude der Spin-Echos exponentiell geringer. Die T2-Zeit beschreibt die Zeit, nach der diese Amplitude auf 37% des Signals der maximalen Quermagnetisierung abgenommen hat.
Warum präzediert die Magnetisierung um B0?
Mechanisches Prinzip,…
Wegen des Spins
Wie messen wir ein Signal ?
Im Empfangsfall wird in einer Spule
durch die pr¨azedierende Magnetisierung eine
Spannung Uind induziert. Der Beitrag des
magnetischen Moments MprqdV eines
Volumenelements dV am Ort r dazu h¨angt vom
Magnetfeld B1prq ab, das die Spule im Sendefall
an diesem Ort durch einen Spulenstrom I
erzeugen w¨urde:
Signal mischen mit einer Referenzoszillation (wr): multiplikation, Tiefpassfilter
(heterodining), mit versch. Phasen der Ref.osz. : Phi=0, Pi/2
Und Quadraturdetektion!: (da Signal zu schnell, also w0)
Quadratutdetektion?
Die von der präzedierenden Kernmagnetisierung in der Spule induzierte Spannungsamplitude oszilliert mit der Larmorfrequenz im MegaHertz (zu schnell) Bereich und im gesamten Spektrum interessiert uns nur die Resonanzfrequenz —> um nur diesen Teil zu erhalten verschiebt man das Spektrum um die Trägerfrequenz, die zur Erzeugung der Pulse (B1) genutzt wird zu kleineren Frequenzen (Vorgang: heruntermischen)
Mischung der Larmorfrequenz mit einer Ref.Frequenz w(ref) —> Verstärkung —> Differenzfrequenz und Phase =Phasenempfindliche Gleichrichtung.
Nun kann man nicht mehr feststellen, ob Signalbeitrag vorm Mischren kleiner oder größer als Referenzsignal war —> Nutzung der Quadraturdetektion:
- zusätzlich wird NMR-Signal mit 90° phasenverschobenen Ref.Frequenz heruntergemischt. …
phasenempfindlichen Detektor: einmal direkt und einmal um 90° gegenüber dem Referenzsignal verschoben aufgenommen wird. Dieses Aufnahmeverfahren erlaubt es, zwischen Frequenzen oberhalb und unterhalb der Referenzfrequenz zu unterscheiden.
Signal —>
- Multiplikation mit der Referenz sinw0t
Und zusätzlich um 90° phasenverschoben: cosw0t ! - Man erhält 4 Frequenzen: sin(w-w0)t und sin(w+w0)t und cos(w-w0)t und cos(w+w0)t —> als Real und Imaginärteil auffassen
- Tiefpassfilter: cos(w-w0)t und sin(w-w0)t wird rausgefiltert (also behalten), um Rauschen zu vermeiden
Multiplikation mit cos(w0t) holt mehr Infos aus dem Signal raus —> da Werte des Signals, die mit Nullstellen von sin(w0t) multipliziert werden gehen verloren, aber mit cos bleiben die Infos erhalten. —> zwei Messungen also
wieso ist die Einhüllende des HF-Pulses Rechteckig?
innerhalb der Schicht sollen die Signale homogen sein. Man muss eine sinc-förmige Einhüllende des HF-Pulses B1ptq wählen , um ein rechteckiges Schichtprofil (z-Abh¨angigkeit der Transversalmagnetisierung) zu erhalten.
Als Einhüllende unseres HF-Pulses benutzen wir eine Sinc-Fkt. Und während der Puls läuft
benutzen wir einen Schichtselektionsgradienten und wenn er vorbei ist drehen wir unseren
Schichtselektionsgradienten um (so lange anlassen bis halbe Zeit vom
Schichtselektionsgradienten erreicht ist)
Womit ist der k(-Raum) verknüpft ?
Mit dem FOV - Field Of View
Was ist das Signal als Funktion von k ausgedrückt?
FT der Spindichte
Auswirkung von PSF auf k (Anfangsfrage war “Wenn der delta(k) großer wird, was können wir machen um die Auflösung zu verbessern?”)
Nicht im Protokoll:
k-RAum Trajektorie
Was beeinflusst die echte Ortsauflösung?
PSF durch den Zerfall des Signals während der Trajektorie
Wenn deltaK größer wird, werden die Abstände der k-Raum-Punkte größer und die Ortsauflösung verschlechtert sich.
—> Um Ortsauflösung zu verbessern müssen wir mit einer höheren Frequenz Abtasten.(?)
deltaK: Abstand der k-Raum-Punkte bestimmt FOV
k-RAum Trajektorie:
gibt an, in welcher Reihenfolge die Signale fu ̈r die verschiedenen Punkte im k-Raum (insbesondere die bzgl. der Phasenkodierung unterschiedlichen k-Raum-Zeilen) gemessen werden.
—> Also beeinflusst der Signalverlauf im k-Raum die echte Ortsauflösung.
Wie sieht die Verteilung der Spins vor der Anregung aus?
Boltzmannverteiliung
