Magnetisk resonanstomografi (MR) - de mange muligheters metode Hans-Jørgen Smith Bilde- og intervensjonsklinikken Oslo Universitetssykehus, Rikshospitalet
snittbilder av alle organer...
også intrauterint... 26 uker gammelt foster (gutt)
projeksjonsbilder av galletre og blodårer... Cholangiocarcinom Aortaaneurisme
avbildning av perfusjon og diffusjon...
avbildning av hjerneaktivitet (fmri) og måling m av blodstrøm...
og avbildning av metabolske metabolitter MR spektroskopi - MRS
Hydrogenkjernen er en dipol N N + S S
Magnetisk kjerne Umagnetisk kjerne Kjernespinn: ulikt antall protoner og/eller neutroner Eks.: 1 H, H, 13 C, 23 23 Na, 31 31 P Manglende kjernespinn: likt antall protoner og likt antall neutroner Eks.: 12 12 C, 16 O
Hydrogenkjerner upåvirket av magnetfelt
B 0 M
Magnetens imaginære aksekors y B 0 z x
Presesjonsbevegelse z B 0 z B 0 N ω o S y y x x S N ω o
Presesjonsbevegelse z z B 0 B 0 N ω o N ω o y y x x Larmorligningen: S ω o = γ B 0
z M B 0 z M y y x x
Hver voxel sin nettomagnetisme Pixel Voxel
Effekten av radiobølger med larmorfrekvens B 0 M z x Radiobølge med larmorfrekvens M y
Effekten av en 180 o puls B 0 M z y x Overskudd av parallelle protoner overskudd av antiparallelle protoner
Effekten av en 90 o puls B 0 M z x M y Overskudd av parallelle protoner like mange parallelle som antiparallelle
z M z 30 o puls M y y x z 90 o puls y x M xy
z M z 90 o puls x Roterende vevsmagnetisme M xy Spole Indusert strømsignal (FID)
T1-relaksasjon M z M 0 0,63 M 0 0 T1 tid
M o 180 o puls -M o
M o T1-relaksasjon -M o
Stasjonære protoner: Ingen T1-relaksasjon -M o -M o
Kontinuerlig proton- flipping flipping : M o en forutsetning for T1-relaksasjon -M o
Proton- flip flip Magnetisk støy y med larmorfrekvens
Rask flipping ω o Kort T1 >>ω o <<ω o Langsom flipping Lang T1
T1 molekylær r mobilitet lav molekylær mobilitet, store molekyler larmor- frekvensen høy y molekylær mobilitet, små molekyler
M z M 0 0,63 M 0 A B T1 A T1 B tid T1-relaksasjon for to ulike vev (A og B) med samme protontetthet
Protontetthet-vekting M z 90 o TR 90 o TR 90 o tid
T1-vekting M z 90 o TR 90 o TR 90 o TR 90 o tid
Gråtoner ved T1-vekting M z Fettvev Hvit subst. Grå subst. Hvitt M z =0 CSF Luft Svart
Tap av transversal magnetisme y (spin dephasing) y x M xy x M xy y x M xy = 0
A) z B) z M z = 0 90 o puls M z y x M xy = M 0 x M xy C) z D) M z = M 0 z M z y y x M xy = 0 x
T2-relaksasjon M o M xy 0,37 M o A B T2 B T2 A tid
T1 eller T2 T1 T2 molekylær r mobilitet lav molekylær mobilitet, store molekyler høy y molekylær mobilitet, små molekyler
B 2 B o B 1 TE Lavfrekvent magnetisk støy rask defasering, kort T2 Gj.sn.. magnetfeltstyrke i løpet l av TE: B 2 B 2 B o B 1 Gj.sn.. magnetfeltstyrke i løpet l av TE: B 1
B 2 B o Høyfrekvent magnetisk støy TE langsom defasering, lang T2 Gj.sn.. magnetfeltstyrke i løpet l av TE: B o B 1 B 2 B o Gj.sn.. magnetfeltstyrke i løpet l av TE: B o B 1
T1 eller T2 T1 T2 molekylær r mobilitet lav molekylær mobilitet, store molekyler høy y molekylær mobilitet, små molekyler
z M z 90 o puls x Roterende vevsmagnetisme M xy Spole Indusert strømsignal (FID)
T2 vs. T2* M xy M 0 FID T2-relaksasjon 0,37 M 0 T2* T2 tid
A) z 90 o puls B) z x y x 3 180 o puls 2 y 1 C) z D) z y Spinn- ekko y 1 2 3 x x
M o FID T2-relaksasjon 0,37 M o 1. ekko M H xy 2. ekko M xy 180 o 180 o 90 o T2* T2 TE 1 TE 2
M z M xy Ekko 90 o 180 o Ekko T2-vekting med SE sekvensen (lang TR, lang TE)
T2-vektet TR/TE = 2500/85
M z M xy Ekko 90 o Ekko 180 o Protontetthet-vekting med SE sekvensen (lang TR, kort TE)
PT-vektet T2-vektet TR/TE = 2500/14 TR/TE = 2500/85
M z M xy M z M z M xy Ekko 90 o Ekko 180 o T1-vektet SE (kort TR, kort TE) Ekko 90 o 180 o Ekko T1-vektet SE med for lang TE (kort TR, lang TE)
T1-vektet T2-vektet TR/TE = 550/15 TR/TE = 2500/85
MR-kontrastmidler T2-vekting T1-vekting m/ivk
MR-kontrastmidler Paramagnetiske kontrastmidler: forkorter T1 og T2 til omgivende vannprotoner Signal- styrke i T1-vektet bilde Gd-konsentrasjon
Tumor + Gd M z M xy M z Tumor + Gd Tumor Ekko 90 o Ekko 180 o T1-vektet SE (kort TR, kort TE)
Pre-kontrast Art.fase Venefase 5 min. post-kontrast
Gd-kontrastmidler og sikkerhet Gd-holdige kontrastmidler er mindre nefrotoksiske enn jod- holdige rtg. kontrastmidler når n r brukt i anbefalt dose Men: Gd-KM er mer nefrotoksiske enn jod-km når r brukt i isoattenuerende mengde (som rtg. kontrastmiddel)! Gd-holdige KM gitt til pasienter med sterkt redusert nyrefunksjon (GFR < 30 ml/min/1.73 m 2 ) kan føre f til den potensielt fatale sykdommen nefrogen systemisk fibrose. Mekanismen er ukjent. Rådende, R men omstridt teori: fritt Gd 3+ Kontrastmidler med lineære chelater regnes å gi større risiko for NSF enn kontrastmidler med makrosykliske chelater. Sykliske chelater er mer stabile, dvs. frigjør r mindre fritt Gd 3+.
Gd-kontrastmidler og sikkerhet Ved ukjent nyrefunksjon: Måling av kreatinin/gfr er ikke obligatorisk hos pasienter uten kjente risikofaktorer for redusert nyrefunksjon forutsatt at stabile Gd-holdige kontrastmidler blir benyttet. Ved risikofaktorer for redusert nyrefunksjon bør det foreligge kreatinin/gfr målt innen siste uke. Ved moderat redusert nyrefunksjon (GFR 30-59 ml/min/1,73 m2) Bruk av stabile Gd-holdig kontrastmiddel i anbefalte doser anses trygt.
Gd-kontrastmidler og sikkerhet Ved sterkt redusert nyrefunksjon (GFR < 30 ml/min/1,73 m 2 ) Vurder om MR-undersøkelsen kan utføres uten kontrastmiddel Vurder alternativ modalitet (UL, CT) Om MR-kontrastmiddel er nødvendig: bruk syklisk (lav-risiko) kontrastmiddel i lavest mulig dose for adekvat diagnostikk
Valg av aksialsnitt med z-gradientz z-gradient z B > B o B o B < B o ω > ω o ω o = γb o ω < ω o y x
B<B o B o B>B o Valg av koronalsnitt med y-gradienty y-gradient z y x ω o = γb o
y 1 z-gradient spole 2 b 2 z x b 1 B o Magnetfeltstyrke z-gradient b 2 B o b 1 Snittplan ved 1 frekvensen ω o 2
Valg av snittposisjon Magnetfeltstyrke Gradient- spole 1 Gradient- spole 2 b 2 B o b 1 ω -1 ω o ω -2 ω 1 ω 2 ω 3 ω 4
Multisnitt spinn-ekko snitt 1 snitt 1
Multisnitt spinn-ekko snitt 1 snitt 1 snitt 2 snitt 3 snitt 4 snitt 5
0 o 90 o 180 o 270 o 90 o 0 o 1080 o 180 o 270 o 360 o 0 o 270 o 90 o 0 o 180 o
Etter x-gradientenx Like etter 90 o pulsen: x Økende fase yøkende frekvens 90 o Ekko z-gradient (snitt) x-gradient (fase) y-gradient (frekvens)
x 1 2 3 y Effekt av bipolar gradient 1 2 3 3 2 1 y-gradient _ 1 2 3 +
x 1 2 3 y Effekt av unipolar gradient før r og etter 180 o puls 1 2 3 3 2 1 3 2 1 180 o 1 2 3 y-gradient + +
SE sekvensen med gradienter for aksialsnitt 90 o 180 o ekko 90 o 180 o ekko snitt z-gradient fase x-gradient frekvens y-gradient
Amplitude Ekko Datamålinger 1 2 3 4 5 6... 256 Antall datamålinger = antall frekvenser som kan målesm Fourier transformasjon (FT) Antall frekvenser = antall pixler i frekvensretningen Amplitude #1 #2 #256 tid frekvens
Amplitude 1. 2. ekko Datamålinger Nye 256 = 256 datamålinger m av amplituden tid 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6... 256 256
180 o 90 o Ekko +128 +2 +1 0-1 -2 Fasegradienten -127
ekko 256 ekko 255.. ekko 3 ekko 2 Dataregistrering (256 målinger av hvert ekko, totalt 256 ekko) ekko 1 linje 256 linje 255..... linje 3 linje 2 linje 1 k y 1 2 3 4 - - - ------256 Datamålinger 1 2 3 4 - - - ------256 k x Lagring av data Datamatrise ( k-space ) (256 x 256 data)
Frekvensretning Faseretning 4 /TR 2 /TR 0 /TR -2 /TR -4 /TR Fasegradienten gir hver rad av voxler en unik og konstant endring i fase fra trinn til trinn Frekvensgradienten gir innkoding av posisjon i frekvensretningen
Frekvensretning Faseretning 4 /TR 2 /TR 0 /TR -2 /TR -4 /TR Endring i fase per TR = frekvensinformasjon i faseretningen = posisjon i faseretningen Frekvensgradienten gir innkoding av posisjon i frekvensretningen
linje 128 linje 127..... linje 3 linje 2 linje 1 k y 1 2 3 4 - - - ------256 y k x 1. FT linje for linje FT ekko 128 FT ekko 127..... FT ekko 3 FT ekko 2 FT ekko 1 k y 1 2 3 4 - - - ------256 x: frekvens = posisjon 2. FT kolonne for kolonne x
Rådata-matrise (k-space) 2D Fourier transformasjon Bildematrise (pixler) 2 2 k y =0 1 2 2 k x =0 1: sentrum av k-space k bestemmer bildekontrast 2: perifere k-space k bestemmer romoppløsning
Fourier transformasjon av hele k-spacek Fourier transformasjon av perifere k-spacek Fourier transformasjon av sentrum i k-spacek
SE sekvensen med gradienter for aksialsnitt 90 o 180 o ekko 90 o 180 o ekko snitt z-gradient fase x-gradient frekvens y-gradient
1 2 3 4 5 osv. k y 256 k x Utfylling av linjene i k-space k med SE sekvensen 256
Opptakstid SE: TR x ant. linjer i k-space k x ant. akvisisjoner Strategier for mye kortere opptakstider: Flere linjer i k-space k per TR (turbo( turbo-se) Kortere TR (gradientekko( gradientekko-teknikker)
SE T2-vekting med SE og TSE TSE turbo-se (TSE) 19 min. HASTE 19 sek. 4,5 min.
Turbo-SE sekvensen RF puls-tog Ekko 90 o180 180o 180 o 180 o 180 o 180 o 180 o 180 o T2 1 2 3 4 5 6 7 FID Fase- gradient Effektiv TE
Ekko 1 2 3 4 5 6 7 90 o180 180o 180 o 180 o 180 o 180 o 180 o 180 o k y Antall linjer (256) k x Utfylling av linjene i k-space k med turbo-se sekvensen Effektiv TE = 90 o puls - 4. ekko Antall data per ekko (256)
Opptakstid SE og GRE: TR x ant. linjer i k-space k x ant. akvisisjoner Opptakstid turbo-se: TR x ant. linjer i k-spacek turbofaktor x ant. akvisisjoner
TSE HASTE Opptakstid: 4,5 min. Opptakstid: 17 sek. (ett bilde per sek.)
HAlf-fourier fourier Single shot Turbo se (HASTE) 1 2 3 4... T2...127 128 FID Ant. linjer Ant. data per ekko (256)
HASTE FLASH Gradientekko: Hold-pusten T1-vekting turbo-se: Hold-pusten T2-vekting
z M z 90 o puls x Roterende vevsmagnetisme M xy Spole Indusert strømsignal (FID)
30 o puls M y Roterende vevsmagnetisme Spole Indusert strømsignal (FID)
z M o Gunstig effekt av liten flip-vinkel ved kort TR (TR << T1) y x M xy M xy M xy
Uheldig effekt av 180 o puls ved liten flip-vinkel 180 o M 20 o z 20 o 20 o 20 o M 0
Dannelse av gradient-ekko ekko M xy FID Gradient- ekko Bipolar gradient
M xy T2*-vekting T2* FID A xy FID B Gradient- ekko A Gradient- ekko B tid Bipolar gradient
Flere eksempler påp anvendelse av GRE
Sort blod: spinn-ekko Hvitt blod: gradient-ekko ekko
GRE cine-mr FLASH TrueFISP
MR-angiografi uten bruk av kontrastmiddel
Hold-pusten MR-angio m/intravenøs kontrast
Hold-pusten T1-vekting u/m ivk T2-vekting HASTE T1-vekting m/ivk GRE
Sikkerhetsaspekter ved MR
Ingen ioniserende stråler, men likevel potensielt dødeligd delig
Her skal det bli blankt som et speil
Hvor ble det av pasienten?
Sjekkliste før f r MR-unders undersøkelse Kontraindikasjoner Ja Nei Pacemakerelektrode Nevrostimulator Intrakranielle vaskulære klips Metall-fremmedlegeme i øyet Cochlea (øre) implantat Graviditet (relativ kontraindikasjon)
Sjekkliste før f r MR-unders undersøkelse forts. Nødvendige opplysninger om pasienten Ja Nei Klaustrofobi Kommunikasjonsproblemer Ute av stand til å ligge på ryggen Metall etter tidligere kirurgi (klips, hjerteklaff, shunt, proteser, plater, skruer, etc.) Metall som kan fjernes (gebiss, proteser, sminke) Intravenøs kanyle av metall (må evt. skiftes til plast) Insulin/morfin-pumpe Tatovering
Dersom ja på ovenstående spørsmål, spesifiser (er f.eks. aneurysmeklips garantert umagnetiske eller nevrostimulatoren garantert MR kompatibel?): (sign. henvisende lege) Dato: Ovenstående opplysninger er bekreftet av pasient eller pårørende: (sign. radiograf eller radiolog) Dato: Dersom mulige kontraindikasjoner, likevel godkjent til MR-undersøkelse av radiolog: (sign. radiolog) Dato: