MRI, MRI, MRS and fMRI
Why the Name Change?
NMR MRI
most likely explanation:
nuclear has bad connotations
1
2
3
MRI dB
x
B B0

dx

" For most clinical MR imagers using
dB
superconducting main magnets, the main B B0 y

dy

magnetic field is oriented in the z direction.
dB
z
" Gradient fields are located in the x, y, and z
B B0

dz

directions
4
Obrazowanie metod echa spinowego
TR  czas repetycji TE  czas echa
Gradient z podczas kszta towanego impulsu /2 wybór warstwy
Gradient y mi dzy impulsami /2 i interwa kodowanie fazy
Gradient x podczas akwizycji FID-u echa kodowanie cz sto ci
Zwykle rezonans protonowy obrazuj cy rozk ad wody w tkance.
Impulsy kszta towane
FT
0 max
FT
0 max
t
5
Wybór warstwy
dB
dz
z
0
z
Rola zakresów pola B0 i cz sto ci  Stromo  gradientu determinuje
Larmora przy wyborze wastwy. szeroko wybranej warstwy.
Kodowanie fazy
Wektor M przed Wektor M po
czeniem gradientu wy czeniu gradientu
y B+
k = 1 k = 2 k = 3
(B0+ B+)
w = 1

0
w = 2
B0
(B0  B-)
w = 3

B-
 k t fazowy
- czas trwania gradientu
powsta y podczas
[B0 + y (dB/dy)]
 pr dko towa
trwania gradientu
6
Kodowanie cz sto ci
k = 1 k = 2 k = 3
w = 1
Rozpatrujemy sygna y Swk (FID-y) z

poszczególnych wokseli:
S11 = A11[cos( t+ /2)+isin( t+ /2)]
w = 2
S23 = A23[cos( t)+isin( t)]


S32 = A32[cos( t- /2)+isin( t- /2)]
w = 3
FID sumaryczny = Swk
B-
0
= [B0 + x (dB/dx)]
B+
x
FID z uwzgl dnieniem relaksacji
FID z warstwy:
FID {Aw,k[sin( w,kt w,k) isin( w,kt w,k)]

w,k
w,k
[1 exp( TR /T1w,k)]exp( TE /T2 )}
w i k numeruj odpowiednio wiersze i kolumny warstwy,
komplet indeksów (w, k) oznacza woksel w wierszu w i
kolumnie k
7
Multi-slice Imaging
TR
TR

echo echo
slice 1
TE
TE
slice 2 echo

echo
slice 3
8
9
MRI of brain
T1 and TR
10
T2 and TE
Spin Echo Contrast
" T1 weighted
 short TR (450-850 ms)
 short TE (10-30 ms)
" T2 weighted
 long TR (2000 + ms)
 long TE (> 60 ms)
" PD weighted
 long TR, short TE
11
Image Weighting
TE
Short Long
Long
PROTON DENSITY T2-WEIGHTED
TR
Short
T1-WEIGHTED
Spin-echo MRI images
T1-weighted Density-weighted T2-weighted
(TR=600ms, TE=11ms) (TR=3000ms, TE=17ms) (TR=3800ms, TE=102ms)
12
Clinical MRI examples
Heart Liver Brain
Intraoperative real-time
interventional MRI
13
 MRI of trabecular bone
14
MRS
15
16
O2 jest ligandem
Hemoglobina
elazo (II) konfiguracja elektronowa [Ar]3d64s0
hem
Globina (z lewej) sk ada si z 4 cuchów
polipeptydowych, z których ka dy zawiera grup hemow
(z prawej). Hemoglobina pe ni rol przeno nika tlenu,
który przy cza si do Fe (II).
(Hem)4 globina + 4O2 (Hem" O2)4 globina
hemoglobina oksyhemoglobina
w p ucach w naczyniach w osowatych
Hemoglobina
Tlen O2 w utlenowanym hemie
Widmo ramanowskie HbO2
zawiera pasmo 1105 cm-1.
Wniosek: w kompleksie
mamy O2-
Kompleks Kompleks
paramagnetyczny diamagnetyczny
17

BOLD
Utlenowany hem jest diamagnetyczny
silny sygna MRI protonów wody
Nieutlenowany hem jest paramagnetyczny
aby sygna MRI protonów wody
W pobudzonych obszarach mózgu krew
jest lepiej utlenowana, wi c sygna MRI
jest silniejszy !
fMRI of brain
Green areas were active while subjects remembered
information presented visually. Red areas were
active while they remembered information presented
aurally. Yellow areas were active for both types.
18
Rekonstrukcja obrazów na podstawie aktywacji
odpowiednich obszarów mózgu monitorowanej
za pomoc techniki fMRI
Yoichi Miyawaki et al.,  Visual Image Reconstruction from Human
Brain Activity using a Combination of Multiscale Local Image
Decoders , Neuron 60, 915-929 (2008).
19