Magnetresonanztomographie (MRT)...

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Magnetresonanztomographie (MRT) Kontrast - MRT-Bilder zeigen lokale Stärke der Quermagnetisierung M T (x,y) zum Zeitpunkt des Echo-Maximums -M T (x,y) abhängig von Gewebeeigenschaften und Parameter der Pulssequenz - Def. Kontrast: wobei I 1,2 = Signal von Gewebe 1,2 - K abhängig von Rauschen in I 1,2 - 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 2 1 2 1 I I I I K - =

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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+−

=

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Magnetresonanztomographie (MRT) Kontrast

Einflussgrößen

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Magnetresonanztomographie (MRT) Kontrast

Einflussgrößen TE und TR

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Magnetresonanztomographie (MRT) Kontrast

Sequenzen: Protonen-Dichte-Wichtung

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Magnetresonanztomographie (MRT) Kontrast

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

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Magnetresonanztomographie (MRT) Kontrast

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

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Magnetresonanztomographie (MRT) Kontrast

Verschiedene Wichtungen bei Saturation-Recovery Sequenz

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

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Magnetresonanztomographie (MRT) Kontrast

Protonendichte-gewichtet T2-gewichtet

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Magnetresonanztomographie (MRT) Kontrast

T2-gewichtetT1-gewichtet

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Magnetresonanztomographie (MRT) Kontrast

T2-gewichtetT1-gewichtet Protonendichte-gewichtet

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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

π=∆

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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

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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

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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

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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

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Magnetresonanztomographie (MRT) Artefakte

Bewegungsartefakte

globale Bewegung: Patient verläßt Scanner während der Messung

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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

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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

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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

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Magnetresonanztomographie (MRT) Artefakte

Feldinhomogenitäten durch Materialien mit unterschiedlichen Suszeptibilitäten

massive Suszeptibilitätsartefakte

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

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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

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Magnetresonanztomographie (MRT) Artefakte

Instrumentartefakte, unsachgemäße Abtastung

sich bewegendeMeßspule

HF-InterferenzVentilator

Abtastfehler (aliasing)field-of-view

zu klein

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Magnetresonanztomographie (MRT) Sequenzen

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Magnetresonanztomographie (MRT) Sequenzen

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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

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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)

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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

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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)

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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

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Magnetresonanztomographie (MRT) Anwendungen

MR-Angiographie (Herz-Lunge)

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Magnetresonanztomographie (MRT) Anwendungen

Herzinfarkt

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Magnetresonanztomographie (MRT) Anwendungen

Stenose der Aorta cerebri

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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

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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

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Magnetresonanztomographie (MRT)

Anwendungsfelder strukturell bildgebender Verfahren

Röntgen CT MRT

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