Podstawy tomografii magnetyczno-rezonasowej

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Podstawy tomografii magnetyczno-rezonasowej"

Mariusz Kaźmierczak
8 lat temu
Przeglądów:

1 Podstawy tomografii magnetyczno-rezonasowej Stanisław Kwieciński Instytut Fizyki Jądrowej PAN

2 Optymistyczny plan Pole magnetyczne Spin jądrowy i moment magnetyczny Magnetyzacja wypadkowa Precesja Magnetyczny Rezonans Jądrowy (MRJ) Impuls RF Czasy Relaksacji Sygnał MR i jego parametry Sygnał MR Gradienty pola magnetycznego Wybór warstwy Kodowanie częstości Kodowanie fazy Obraz MR

Impuls RF Czasy Relaksacji Sygnał MR i jego parametry Sygnał MR

3 Popularne techniki obrazowania fotografia zdjęcie Roentgenowskie obraz MR

4 Jak otrzymać sygnał MR obiekt pole magnetyczne B 0 zmienne pole B 1 rezonans surowy sygnał Transf. Fouriera ładny sygnał

5 Magnes : B 0 Cewka RF : B 1 Cewki gradientowe: G x, G y, G z Gradienty Cewka RF Magnes Tomograf MR

6 Magnetyczny Rezonans Jądrowy MR NMR Magnetic Nuclear Resonance Magnetic Resonance Rezonans (NMR) Magnetyczny Tomografia magnetyczno-rezonansowa Tomografia z jęz. greckiego tomos - przekrój grafo - rysuję Obraz przekroju otrzymany przy wykorzystaniu zjawiska magnetycznego rezonansu (jądrowego)

7 S Nuclear B 1 B 0 Signal Magnetic Resonace N Imaging

8 S Magnetyczny B 1 B 0 Sygnał MR Rezonans Jądrowy N

9 Magnetic field Some common examples The Earth magnetic field (B 0.05 T) The magnetic field lines of the bar magnet

10 Magnetic field The magnetic field lines around a long wire which carries an electric current The magnetic field lines around circular loop through which electric current flows

11 Różne rodzaje magnesów 1.5T, 3T, 7T T

12 Magnesy do zadań specjalnych 7, 9T 7-21T

13 Zadanie magnesu Generowanie stałego pola magnetycznego B o Pole magnetyczne mierzymy w Teslach /T Medyczne Tomografy MR maja pole 1.5T, 3T, 7T Magnesy używane w laboratoriach generują pola nawet do 21T W użyciu jest także stara jednostka pola Gauss / Gs 1T = 10000Gs Pole ziemskie B 0.05 T

5T, 3T, 7T Magnesy używane w laboratoriach generują pola nawet do 21T W

14 Nuclear spin J Particle performing circular motion or rotating about the axis posses angular momentum Rotating nucleus has its own angular momentum called SPIN NUCLEAR SPIN J (angular( momentum of a nucleus) J is a fundamental property of nature J comes in multiples of 1/2 and can be + or (1/2, -1/2, 3/2, 5/2, -7/2 ) Protons, electrons, and neutrons have J = 1/2.

(angular( momentum of a nucleus) J is a fundamental property of nature J comes in multiples

15 Nuclear spin Nuclear magnetic moment Nucleus is a charged object (due to protons) rotating nucleus generates a magnetic field

16 Nuclear magnetic moment μ μ - nuclear magnetic moment γ - gyromagnetic ratio J nuclear spin μ = γ * J Nuclear magnetic moment is strongly associated with nuclear spin although it is not the same

17 Nuclear magnetic moment μ Question: Does every nucleus have a magnetic moment? Answer: No only these nuclei which have J > O Pairs of protons (or neutrons) within a nucleus can cancel each other out, so that only nuclei with an odd number of either protons or neutrons will have a net magnetic moment Hydrogen 1 H 1 proton 0 neutron Lithium 7 Li 3 protons 4 neutrons Carbon 13 C 6 protons 7 neutrons Phosphorus 31 P 15 protons 16 neutrons Unfortunately nuclei with even number of protons and neutrons have J=0 and therefore μ = 0 No magnetic moment means no chance for doing NMR /MRI ie 12 C, 16 O, 56 Fe H Li C P

number of either protons or neutrons will have a net magnetic moment Hydrogen 1 H 1 proton 0 neutron Lithium 7 Li 3 protons 4 neutrons Carbon 13 C 6 protons

18 Magnetisation of a spin population No net magnetization

19 Spin population in magnetic field S N

20 Magnetisation of a spin population M From a large number of spins We need only consider the difference that makes the majority And this we can represent as a single vector M (M -vector sum of all spin magnetization vectors in a volume element)

majority And this we can represent as a single vector M (M

21 Magnetisation of a spin population B 0 The ratio of induced magnetization M to the applied field B 0 is M M = B 0 - magnetic susceptibility.

22 Magnetisation ation of a spin population Spin energy in Magnetic Field Energy Spins antiparallel higher energy less stable N + / N - = exp (-E/kT) Spins parallel lower energy more stable Magnetic field strength B 0

23 Jądro obdarzone momentem magnetycznym oddziałowuje z zewnętrznym polem magnetycznym B o Zjawisko Precesji

24 Precesja Zjawisko precesji spinu odkryte przez Larmora w 1895r. B 0 0 = B 0 M B 0 /T Jądro Częstość (MHz) H H H C P 17

25 Rezonans Częstość zewnętrzna (wymuszająca) = Częstości wewnętrznej systemu f zewnętrzna = f wewnętrzna Częstość zmiennego pola magnetycznego B 1 (generowana przez impuls RF) = Częstości precesji (Larmora) magnetyzacji M wokół pola B 0 1 = 0 B 1 B 0

26 Przykład rezonansu Katastrofa Mostu Tacoma 7 listopad 1940 r. USA f wiatr = f most

27 Gradient coil Main Magnet B 0 RF Coil

28 Application of RF pulse RF Coils Generate the B 1 field which excites the spins to resonance and detect the resonance signal. To excite the resonance the B 1 field must be perpendicular to the main magnetic field B 0.

29 Rodzaje cewek RF (generujących pole B 1 ) powierzchniowe Doty Scientific macierze NRC-IBD objętościowe GE Philips G. C. Wiggins et al. 2005

30 Cewka RF typu Bird Cage dla systemu 3T Dzięki uprzejmości prof. B.Tomanka NRC Canada Gdańsk ESMRMB School of MRI 2006

31 Czasy Relaksacji

32 RF Pulse RF Excitation Energy IN

33 z,b 0 M z M 0 y B 1 x M x,y

34 z,b 0 M 0 T 1 M T 2 0 y x M x,y

35 Relaxation proceses (Recovery) Transverse Magnetization Decays Longitudinal Magnetization Recovers Energy OUT

36 Detekcja sygnału u MR Zjawisko indukcji elektromagnetycznej

37 Surowy sygnał (FID free induction decay) z x y

38 Jak przetworzyć surowy sygnał MR aby był bardziej czytelny? Surowy sygnał MR (FID) Transformata Fouriera Ładny sygnał

39 Sygnał MR przed i po transformacie Fouriera

40 NMR Signal and its parameters * = 2/T 2 0 Area under the curve, amplitude, are proportional to the number of nuclei in the sample The NMR signal width related to the transversal relaxation Additional widening of the curve due to molecular motions, tunelling effects, various couplings and interactions

41 Co możemy odczytać z sygnału MR? N FID CH3 FID CH2 FID OH S A liquid: : C 2 H 5 OH H H H C C OH H H

42 Spektroskopia MR etanolu CH 3 CH 2 OH -CH 3 -CH 2 - -OH Gdańsk ESMRMB School of MRI 2006

43 Jak otrzymać obraz MR? O tym w części drugiej

44 Podziękowania Prof. Andre JESMANOWICZ Medical College Wisconsin, USA Dr. Christian KREMSER Innsbruck Medical University, Austria Prof. Ludvikas KIMTYS Vilnius University, Lithuania Prof.Andrzej Jasiński Dr Tomasz Skórka Dr Sylwia Heinze-Paluchowska Mgr Krzysztof Jasiński Mgr Anna Młynarczyk Dr Katarzyna Majcher Dr Wladyslaw Weglarz Dr Tomasz Banasik Dr Piotr Kulinowski Dr Artur Krzyżak Mgr Urszula Tyrankiewicz Mgr Grzegorz Woźniak Prof. Klaas Pruesmann Dr Michael Wyss Prof.Boguslaw Tomanek

45 Dziękuj kuję bardzo za uwagę

Podobne dokumenty

NMR (MAGNETYCZNY REZONANS JĄDROWY) dr Marcin Lipowczan

NMR (MAGNETYCZNY REZONANS JĄDROWY) dr Marcin Lipowczan Spis zagadnień Fizyczne podstawy zjawiska NMR Parametry widma NMR Procesy relaksacji jądrowej Metody obrazowania Fizyczne podstawy NMR Proton, neutron,