🗊Презентация Принцип построения МРТ

Принцип построения МРТ

Томографическое отображение МРТ является методом томографического отображения, служащим для получения послойных ЯМР-изображений человеческого тела. Каждый срез имеет толщину (Thk). Срез состоит из отдельных элементов объема или вокселов (volume element). Объем каждого воксела составляет, примерно, 3 мм3. Магнитно-резонансное изображение состоит из отдельных элементов плоскости, называемых пикселами (picture element). Интенсивность пиксела пропорциональна интенсивности ЯМР- сигнала состоящей из соответствующих элементов объема или вокселов отображаемого объекта.

Энергия фотона, поглощенного ядром 1H в магнитном поле 1.5 T = hɣ Bo = 6.626x10-34 Js * 42.58x106 Hz/T * 1.5 T = 4.23x10-26 J Энергия фотона, поглощенного ядром 1H в магнитном поле 1.5 T = hɣ Bo = 6.626x10-34 Js * 42.58x106 Hz/T * 1.5 T = 4.23x10-26 J К примеру энергия фотона рентгеновского излучения с ν=2x1019 Гц. Е = 6.626 x 10-34 Js * 2x1019 Hz = 1.33x10-14 J В сравнение ионизационный потенциал типичной органической молекулы 6x10-19 J

Mz(t) = Mo(1 - e-t/T1) Mz(t) = Mo(1 - e-t/T1) Mxy(t) = Mxyoe-t/T2 Величина ядерной намагниченности M определяется или в разложении по координатам при выключении переменного поля

Уравнение Ларморовской прецессии ядерной намагниченности M вокруг внешнего приложенного поля B

Уравнения Блоха Уравнениями Блоха является система сдвоенных дифференциальных уравнений, которая используется для описания поведения вектора намагниченности в любых условиях:

Соглашение о знаке частоты Вектора поперечной намагниченности, вращающиеся быстрее, чем вращающаяся система отсчета, считаются вращающимися с положительной частотой. Вектора, вращающиеся медленнее, чем вращающаяся система, считаются вращающимися с отрицательной частотой. Во время вращения вокруг оси Z, поперечная намагниченность индуцирует ток в катушке провода, расположенной вокруг оси X. Из-за расфазировок спиновых пакетов, эта кривая будет затухать с постоянной времени T2

Временная диаграмма Временной диаграммой является своего рода график импульсной последовательности на нескольких координатных осях по времени. Временной диаграммой для 90-FID импульсной последовательности являются графики РЧ энергии по времени и график сигнала по времени. При повторении последовательности, к примеру, если необходимо улучшить отношение сигнал-шум, амплитуда сигнала после преобразования Фурье (S) будет зависеть от T1 и от времени между повторениями, называемое временем повторения (TR - time repetition) последовательности. Уравнение сигнала где k - коэффициент пропорциональности, ρ - плотность спинов в исследуемом объекте.

Спин-эхо последовательность 90o-импульс, поворачивает намагниченность на плоскость X'Y'. Поперечная намагниченность начинает расфазировываться. Через время t1 после 90o-импульса, применяется 180o-импульс. Этот импульс поворачивает намагниченность на 180o вокруг оси X'. 180o-импульс по крайней мере частично восстанавливает намагниченность по фазе и заставляет ее испускать сигнал, называемый эхом.

Спин-эхо контраст T1 – короткое TR and короткое TE TR = 500 ms, TE = 10 ms T2 – большое TR and большое TE TR = 2500 ms, TE = 100 ms Протоновая плотность (rH) – большое TR and короткое TE TR = 2500 ms, TE = 10 ms

Сигнальные уравнения для импульсных последовательностей  

Контраст Контраст, C, между двумя тканями A и B будет равен разнице между сигналом ткани A, SA и сигналом ткани B, SB. C = SA - SB SA и SB определяются из сигнальных уравнений. Для двух любых тканей существует набор инструментальных параметров, которые дают максимальный контраст. Например, в спин-эхо последовательности контрастность между двумя тканями есть функция TR, графически представленная сопровождающей кривой.

Фантомы МР-фанотомом является искусственный объект, который может отображаться для проверки работы магнитно-резонансного томографа. Фантомы используются вместо "нормативного человека ". Существуют два основных вида МР-фантомов: разрешающий и РЧ-однородностный. Как следует из названий, первый используется для тестирования разрешения, а другой - РЧ-однородности. Разрешающие фантомы Разрешающий фантом может использоваться для тестирования нескольких пространственных характеристик томографа. Эти пространственные характеристики включают: плоскостную разрешающую способность, толщину срезов, линейность и отношение сигнал-шум в зависимости от положения. Разрешающие фантомы обычно сделаны из пластмассы. Фантом заполняется водным раствором.

Преобразование Фурье Вектор намагниченности, исходно направленный вдоль оси X, вращается вокруг оси Z по часовой стрелке. График Mx, как функции от времени есть косинусоида. График My - синусоида. Так как преобразование Фурье не различает+ и - вращения вектора, то оно дает пики как на +, так и на -. Решением является подача на вход преобразования Фурье как Mx , так и My. Преобразование Фурье обрабатывает две поданные на вход ортогональные функции, называемыми действительной и мнимой компонентами.

Линейная детекция -Регистрация либо Mx, либо My (и только) компонент для последующего Фурье-преобразования. Этот алгоритм детекции применялся во многих устаревших ЯМР-спектрометрах и некоторых магнитно-резонансных томографах. Он заставлял компьютер отбрасывать половину частотных компонент данных. Линейная детекция -Регистрация либо Mx, либо My (и только) компонент для последующего Фурье-преобразования. Этот алгоритм детекции применялся во многих устаревших ЯМР-спектрометрах и некоторых магнитно-резонансных томографах. Он заставлял компьютер отбрасывать половину частотных компонент данных. Фазочувствительная детекция (quadrature detection) Регистрация как Mx, так и My называется и является методом детекции, применяемым на современных спектрометрах и томографах. Благодаря этому методу преобразование Фурье может различать + и - в полученных частотных компонентах данных.

Обработка изображений Необработанные данные, или, данные k-пространства, часто представляют собой 256х256 точек комплексных данных. На данном рисунке, в виде Mx и My, представлены действительные (RE) и мнимые (IM) части сигналов, полученные от цифрового преобразователя сигнала. Для этих целей иногда необработанные данные умножаются на экспоненциальный конус. Сначала преобразование Фурье проводится в вертикальном направлении, а затем в горизонтальном. Вычисление значения срезает амплитуду информации до 15 битного разрешения.

Артефакты

Отображение химического сдвига (подавление жировой ткани) Отображением химического сдвига является получение изображения всего от одного химического сдвига в исследуемом объекте.  К примеру, если исследуемый объект состоит из водородов воды и жира, каждый из которых имеет собственный химический сдвиг, результатом отображения химического сдвига будет являться изображение либо жира, либо воды исследуемого объекта. Поскольку наиболее часто отображение химического сдвига используется для подавления сигнала от жировой ткани, его часто называют отображением с подавлением жира. Существует несколько методов проведения отображения химического сдвига. Здесь описаны два метода: метод инверсии-восстановления и метод преднасыщения. В методе инверсии-восстановления используется отображающая последовательность инверсии-восстановления и время инверсии (TI) делается равным T1ln2, где T1 - время спин-решеточной релаксации того компонента, который необходимо подавить. При подавлении жира таким компонентом будет жир, а при подавлении воды - вода. Данный метод применим только тогда, когда значения T1 для двух компонентов различны.