Magnetresonanztomographie (MRT) Kontrast

- MRT-Bilder zeigen lokale Stärke der Quermagnetisierung MT(x,y) zum Zeitpunkt desEcho-Maximums

- MT(x,y) abhängig von Gewebeeigenschaften und Parameter der Pulssequenz

- Def. Kontrast: wobei I1,2 = Signal von Gewebe 1,2

- K abhängig von Rauschen in I1,2

- je größer die gewählte Pixelgröße, desto höher Signale und desto kleiner Rauschen

- aber: Verringerung der räumlichen Auflösung !!

⇒

starke gegenseitige Abhängigkeit von Kontrast, Rauschen und Auflösung

21

21

IIII

K+−

=

Magnetresonanztomographie (MRT) Kontrast

Einflussgrößen

Magnetresonanztomographie (MRT) Kontrast

Einflussgrößen TE und TR

Magnetresonanztomographie (MRT) Kontrast

Sequenzen: Protonen-Dichte-Wichtung

Magnetresonanztomographie (MRT) Kontrast

Sequenzen: T1-Wichtung Eine Sequenz mit kurzer Repetitionszeit führt zu T1-gewichteten Bildern

Magnetresonanztomographie (MRT) Kontrast

Sequenzen: T2-Wichtung Eine Sequenz mit langer Echozeit TE führt zu T2-gewichteten Bildern

Magnetresonanztomographie (MRT) Kontrast

Verschiedene Wichtungen bei Saturation-Recovery Sequenz

unterschiedliche Wichtung führt zu unterschiedlichen Kontrasten→ Potential der MRT !!→ Kontrastoptimierung applikationsabhängig!

Magnetresonanztomographie (MRT) Kontrast

Protonendichte-gewichtet T2-gewichtet

Magnetresonanztomographie (MRT) Kontrast

T2-gewichtetT1-gewichtet

Magnetresonanztomographie (MRT) Kontrast

T2-gewichtetT1-gewichtet Protonendichte-gewichtet

Magnetresonanztomographie (MRT) Auflösung

allg. gilt:

Einhüllende des Spin-Echos entspricht Modulatios-Transfer-Funktion (MTF)

Dicke der angeregten Schicht (z-Richtung):

- je steiler das Gz-Gradientenfeld bzw je schmaler die Bandbreite des anregenden HF-Signals desto dünner die Schicht

typische Werte: einige mm

Laterale Auflösung (x-, y-Richtung):

- abh. von Gy- und Gx-Gradientenfeldern (Phasen und Frequenzkodierung)sowie die damit verbundenen Meßzeiten Ty und Ts

typisch: ∆x, ∆y = ∆z

z

s

Gz

γω∆

=∆

yy TGy

max,γπ

=∆sxTG

xγ

π=∆

Magnetresonanztomographie (MRT) Auflösung

Einflussfaktoren für laterale Auflösung :

- Relaxationsphänomene (Signal verschwindet nach zu langer Zeit im Rauschen)- Frequenzauflösung und Bandbreite des Detektors - schneller AD-Konverter (Vermeidung von Aliasing-Artefakten)- technische Grenzen bei der Erzeugung von Gradientenfeldern

Weitere Einflussfaktoren:

- Homogenität des Magneten (Bildverzeichnungen)- Linearität der Gradienten (Bildverzeichnungen)- chemische Verschiebung

Protonen-Oszillationsfrequenz unterschiedlich in verschiedenen UmgebungenFettbild und Wasserbild gegeneinander verschoben (bei Feldstärken > 3T)→ schlechtere Detailerkennbarkeit

Magnetresonanztomographie (MRT) Signal-Rausch-Verhältnis

( ) ( ) ( ) dveNNNfkTV

QrMSNR TTF

apmeff

TEr ⋅⋅⋅⋅⋅⋅

∆⋅⋅

= −+− 2

0

/20/)(2/1

2/1

00 104

)( δµωr

wesentliche Einflussgrößen:

- Sättigungsmagnetisierung MT0(r) (nimmt mit B0 zu)

- Güte Q der Spule: ohmscher Widerstand Spule, Bandbreite Detektor, ohmscher Widerstand durch Wirbelströme im Patienten !

- effektives Volumen Veff, das von der Spule ausgeleuchtet wird

- Meßbandbreite ∆f (Nyquist-Theorem)

- Zahl der Samples Nm, der Phasenkodierungen Np und Gesamtmittelungszahl Na(Annahme: statistisch unabhängige Einzelmessungen !)

- Rauschbeitrag des Empfangskreises (Eingangsdämpfung δ und Rauschzahl Fr) in dB

- Verhältnis Echozeit TE und Relaxationszeit T2

- Volumen des abgebildeten Voxel dv

Magnetresonanztomographie (MRT) Artefakte

Bewegung/Fluss

- Phaseneffekte- Amplitudeneffekte

keine Bewegung

- Instrument- Abtastfehler (truncation, aliasing)- B0-Inhomogenitäten- Wirbelströme- ungleichmäßige Ausleuchtung- Übersprechen an benachb. Schichten

- Patient- chemische Verschiebung- Suszeptibilitätssprünge

Magnetresonanztomographie (MRT) Artefakte

Bewegungsartefakte (I)

starre (globale Bewegungen, Atmung):Phasenshift in Fourierdaten

elastische (lokale Bewegungen, z.B. Herz):praktisch nicht zu korrigieren

Lösungsmöglichkeiten:PatientenfixierungMesszeitverkürzung externe Triggerung (EKG)Bildverarbeitung

Intensitätsmodulation in k-Raum durchAtmung und „Geister-Bilder“

Bewegungsartefakte durch Atmung

Magnetresonanztomographie (MRT) Artefakte

Bewegungsartefakte

globale Bewegung: Patient verläßt Scanner während der Messung

Magnetresonanztomographie (MRT) Artefakte

Bewegungsartefakte (II)

- Spins verändern während der Messung Positionbzw. Geschwindigkeit (Blut, Liquor, CSF !)

- Geisterbilder oder Signalauslöschung

- Lösungsmöglichkeiten durch spezielle Sequenzen:- Flussrephasierung durch Vorsättigung- Flusskompensation durch Doppel- oder

Dreifach-Gradientenpuls

ohne mitFlussrephasierung

schlucken

ohne schlucken

Magnetresonanztomographie (MRT) Artefakte

Feldinhomogenitäten durch Materialien mit unterschiedlichen Suszeptibilitäten

- Spin-Spin-Kopplung (T2-Zeit) führt zu lokalenVeränderung des Magnetfeldes

- Veränderung der Larmor-Frequenz

- Ortszuordnung verfälscht ⇒ geometrische Verzeichnung

- Relaxationseffekte variieren⇒ Intensitätsinhomogenitäten

Positive Nutzung:Abbildung mit Suzeptibilitätsparametern !

z.B.µ1 = Luft

µ2 = Gewebe

Magnetresonanztomographie (MRT) Artefakte

Feldinhomogenitäten durch Materialien mit unterschiedlichen Suszeptibilitäten

Bei langen Echozeiten führen lokale Dephasierungseffekte zu Signalauslöschungin Bereichen zwischen Geweben mit unterschiedlichen Suszeptibilitäten

Zahn-Plombe

Magnetresonanztomographie (MRT) Artefakte

Feldinhomogenitäten durch Materialien mit unterschiedlichen Suszeptibilitäten

massive Suszeptibilitätsartefakte

Metallclip in Haarband(„cone-head“) Zahnklammer Gürtel

Magnetresonanztomographie (MRT) Artefakte

Chemische Verschiebung- Protonen-Oszillationsfrequenz unterschiedlich in

verschiedenen Umgebungen

- Fettbild und Wasserbild gegeneinander verschobenheller Bereich:

Überlagerung von Fett- und Wasserprotonendunkler Bereich:

keine Abbildung der Protonen

- Korrekturmöglichkeit mit speziellen Sequenzen(z.B. Fettsättigung)

MRT-Bild Schulterohne Fettsättigung

Magnetresonanztomographie (MRT) Artefakte

Instrumentartefakte, unsachgemäße Abtastung

sich bewegendeMeßspule

HF-InterferenzVentilator

Abtastfehler (aliasing)field-of-view

zu klein

Magnetresonanztomographie (MRT) Sequenzen

Magnetresonanztomographie (MRT) Sequenzen

Magnetresonanztomographie (MRT) Sequenzen

Echo Planar Imaging (EPI)- Ausnutzung von Gradientenechos

- nach Anregung (Gz): Positionierung im k-Raumdurch Gradienten Gx und Gy (Punkt A)

- Umklappen von Gx erzeugt Echo, gleichzeitigläuft Zeiger nach Punkt B

- Gy Gradient verschiebt Phase nach Punkt C- Umklappen von Gy erzeugt Echo, gleichzeitig

läuft Zeiger nach Punkt D- etc.

- Signal klingt mit T2* ab- Gx und Gy müssen extrem schnell geschaltet werden- Gy sehr groß, um Zeile im k-Raum schnell abzutasten

- höchste technische Anforderung an MRT-System

Magnetresonanztomographie (MRT) Sequenzen

Turbo Spin Echo (TSE)- Ausnutzung von Spin-Echos durch 180° Pulse

- nach Anregung (Gz, Koordinatenursprung): Positionierung (A) im k-Raum durch Gradient Gx

- Spiegelung durch 180° Puls (Punkt B)- beim Echo: Frequenzkodierung (Gx) - Phasenkodierung (Gy) führt zu Punkt C- Frequenzkodierung (Gx) nach Punkt D- Echo liefert nächste Zeile im k-Raum- etc.

- Echo klingt mit T2 ab (Gewebeabhängig!)- max. 32 Echos nach einer HF-Anregung

- k-Raum-Abtastung entspricht Tiefpaß-Filterung(stärkere Dämpfung in ky-Richtung)

Magnetresonanztomographie (MRT) Sequenzen

Gradient and Spin Echo (GRASE)- Signal bei EPI-Sequenz

klingt mit T2* ab

- Spin-Rephasierung durch180°-Puls ⇒ Spin-Echo

- GRASE: nach EPI-SequenzErzeugung von Gradientenechosdurch 180° Pulse

-Wiederholung bis Spin-Echo-Signal mit T2 abgeklungen

Magnetresonanztomographie (MRT) Kontrastmittel

- Protonendichte im Gewebe nur schwer veränderbar- Kontrastmittel: Modifikation von T1 und/oder T2 durch paramagnetische Substanzen- am häufigsten verwendet: Gd3+ (Gadolinium)- verkürzt T1-Zeit (T1-gewichtete Aufnahme: erhöhtes Signal)- Anwendung: z.B. Angiographie- Gd3+ hochgradig toxisch, daher Verbindung mit Chelatkomplex:

Gd-DTPA (Gd-Diethylen-tri-amine-penta-acetic acid)

- (andere, insbesondere körpereigene Kontrastmittel: s. fMRT)

Magnetresonanztomographie (MRT) Anwendungen

Kopf Tumorverdacht, Infarkt, Multiple Sklerose, Epilepsie, AlzheimerscheKrankheit, Demenz, chron. Kopfschmerz, mentale Retardierung

Spinal-Kanal Rückenmarkserkrankung, Tumor, Bandscheibenvorfall, Blutungen, Infarkt, vaskuläre Malformationen, Traumata

HNO Tumoren in den Bereichen: Nase, Rachen, Mund, Zunge

Thoraxorgane Thoraxwand, Pleura, Tumore

Augenheilkunde Erkrankungen der Augenhöhle, intraokuläre Tumoren

Herz-Kreislauf Thrombose oder Verschluss

Bewegungs-Apparat Nekrosen, Meniskus, Kreuzband, Knorpel, Gelenke

Gastro-enterologie Tumoren in Leber, Gallenblase, Pankreas

Urologie Tumoren in Prostata

Gynäkologie Veränderungen im Uterus

Magnetresonanztomographie (MRT) Anwendungen

MR-Angiographie (Herz-Lunge)

Magnetresonanztomographie (MRT) Anwendungen

Herzinfarkt

Magnetresonanztomographie (MRT) Anwendungen

Stenose der Aorta cerebri

Magnetresonanztomographie (MRT)

Vorteile- multiplanare Schnittführung- hoher Weichteilkontrast- keine ionisierende Strahlung- Signal abh. von Vielzahl von physikalischen Parametern

⇒ hohe Flexibilität

Nachteile- Kosten typische Werte:x 10 gegenüber Röntgen-Aufnahme, x 4 gegenüber CT

- Verfügbarkeit- Kontraindikationen

Magnetresonanztomographie (MRT)

Vergleich mit anderen strukturell bildgebenden Verfahren

Röntgen CT MRT

Darstellung Knochen +++ +++ +Darstellung Weichteile -/+ - ++Darstellung Gefäße ++ ++ ++Darstellung Volumia - ++ ++

Funktionen - - ++ (fMRT)

Bildqualität sehr gut gut mittel

psych. Belastung gering mittel hoch (?)

phys. Belastung hoch hoch gering

Invasivität nein nein nein

Untersuchungsdauer 10 min 25 min 25 min

Magnetresonanztomographie (MRT)

Anwendungsfelder strukturell bildgebender Verfahren

Röntgen CT MRT

Knochen +++ +++ +Knochenmark - - ++Lunge +++ +++ -Weichteile -/+ +++ ++++Gehirn - +++ ++++Rückenmark - (+) ++++Magen/Darm +++ +/++ +/-Knorpel - -/+ +++Gefäße +++ ++ ++/+++Herz + +/++ ++/+++Leber/Milz - +++ ++Nieren +/++ +++ ++