Właściwości magnetyczne jądra wodoru
Zakład Elektroradiologii IF
WNZ UJ CM
+
FIZYCZNE I TECHNICZNE
PODSTAWY REZONANSU
MAGNETYCZNEGO MR
Zjawisko rezonansu magnetycznego
zachodzi tylko dla tych jąder, które mają
mgr Paulina Karcz
spin niezerowy.
fizyk medyczny
Właściwości ważniejszych jąder Zachowanie się jąder wodoru w polu
magnetycznym B0
atomowych
CZUA
OŚĆ WZGL
DNA
J
DRO SPIN I ABUDANCJA
(w stosunku do 1H)
100
1H 1/2 99,98
0,96
2H 1 0,015
-
12C 0 98,89
1,59
13C 1/2 1,11
0,10
14N 1 99,63
-
16O 0 99,76
83,34
19F 1/2 100
9,25
23Na 3/2 100
6,63
31P 1/2 100
Wektor magnetyzacji.
Precesja Larmora. Równanie Larmora
Magnetyzacja podłużna.
�0 = B0ł
�0 - częstość precesji, liczba obrotów w czasie 1s
B0 - natężenie pola magnetycznego wyrażane w
teslach ( T )
ł - współczynnik żyromagnetyczny
W polu magnetycznym o natężeniu
1,5 T częstość precesji wynosi
63.86 MHz
1
Działanie impulsu o częstości rezonansowej
Warunek rezonansu
Magnetyzacja poprzeczna.
�0 = �RF
Rezonans wystąpi tylko wtedy, gdy częstość
�RF zastosowanej fali elektromagnetycznej
(impulsu RF) będzie dokładnie równa
częstości precesji Larmora �0
Relaksacja
podłużna T1
tkanka A
100% 100%
tkanka B
63%
CSF
Relaksacja tłuszcz
poprzeczna T2
37%
krótki długi
czas T1 czas T1
84 czas [ms] 1400
FID  Free Induction Decay
Sygnał Swobodnej Precesji Sygnał MR
Płyny mają długie czasy relaksacji T1 i T2
amplituda
sygnału
W porównaniu z płynami tłuszcz
ma krótki czas relaksacji T1 i T2
FT
�0 �
czas
2
zanik sygnału
Wpływ pola magnetycznego na ciało
Schemat otrzymania obrazu MR
pacjenta
RF (�rez )
woksel sygnał MR
grubość
FOV macierz
warstwy
obrazowania
pole widzenia
1
MRI - odcień H-MRS widmo
szarości
Kodowanie
Kodowanie
warstwy
fazy
Kodowanie częstości
1. Gradient Gz wybiera
warstwę.
2. Gradient Gy tworzy
rzędy z różna fazą
precesji.
3. Gradient Gx tworzy
kolumny z różną
częstością precesji.
VOXEL
3
Spin Echo
Podstawy obrazowania
TR  czas repetycji
TE  czas echa
Sekwencje gradientowe
4
Typy obrazów otrzymywanych metodą MR Obrazy T1 zależne
Krótkie TR < 500 ms
Każda tkanka daje inny sygnał (jest widoczna w postaci
Krótkie TE < 30 ms
innego odcienia szarości). Wynika to z różnych czasów
Miejsca jaśniejsze odpowiadają krótkim czasom T1
relaksacji T1 i T2 oraz z innej gęstości protonowej.
Najlepiej oddające wizualnie strukturę anatomiczną
mózgu, gdzie:
istota biała jest ukazywana w jasnych kolorach istota szara w ciemnych,
obrazy T1 zależne
płyn mózgowo-rdzebiowy , ropień i guz na ciemno
miąższ wątroby na jasno
obrazy T2 zależne
obrazy PD zależne
Obrazy PD zależne
Obrazy T2 zależne
Długie TR > 1600 ms
Długie TR > 1500 ms
Długie TE > 70 ms
Krótkie TE < 35 ms
Miejsca jaśniejsze odpowiadają dłuższym czasom T2
Miejsca jaśniejsze odpowiadają większej
gęstości protonów.
istota biała ukazywana jest w ciemniejszych barwach
istota szara - w jaśniejszych
płyn mózgowo-rdzeniowy, guz, ropień, naczyniak, wątroby i śledziona  na jasno
wątroba i trzustka  na ciemno
TKANKA OBRAZ T1 OBRAZ T2
MÓZG
SUBSTANCJA BIAA
A JASNY UMIARKOWANIE CIEMNY
SUBSTANCJA SZARA UMIARKOWANIE CIEMNY UMIARKOWANIE JASNY
PA
YN MÓZGOWO-RDZENIOWY BARDZO CIEMNY BARDZO JASNY
SM POŚREDNI DO CIEMNEGO JASNY
A
AGODNY ZAWAA
CIEMNY JASNY
GUZ CIEMNY POŚREDNI
OPONIAK POŚREDNI JASNY
ROPIEC
CIEMNY JASNY
OBRZ
K CIEMNY
ZWAPNIENIE ZMIENNY: SA
ABO WIDOCZNY, CIEMNY ALBO JASNY ZMIENNY: SA
ABO WIDOCZNY ALBO CIEMNY
SZPIK KOSTNY
ŻÓA
TY BARDZO JASNY UMIARKOWANY DO CIEMNEGO
CZERWONY POSREDNI UMIARKOWANIE CIEMNY
CHRZ
STKA
WA
ÓKNISTA BARDZO CIEMNY BARDZO CIEMNY
SZKLISTA POŚREDNI POŚREDNI
DYSK MI
DZYKR
GOWY
PRAWIDA
OWY POŚREDNI JASNY
ZDEGENEROWANY POŚREDNI DO CIEMNEGO CIEMNY
MI
SIEC
CIEMNY CIEMNY
PA
UCO BARDZO CIEMNY BARDZO CIEMNY
W
TROBA
MI
ŻSZ PRAWIDA
OWY UMIARKOWANIE JASNY CIEMNY
OGNISKO CHOROBY CIEMNY UMIARKOWANIE JASNY
NACZYNIAK CIEMNY BARDZO JASNY
TRZUSTKA UMIARKOWANIE JASNY CIEMNY
ŚLEDZIONA CIEMNY UMIARKOWANIE JASNY
5
N
Budowa aparatu MR
B0
1. Magnes stały
S
magnes
ZALETY WADY:
- stały 0,064 - 0,3 T
- brak poboru prądu - wielkość pola magnetycznego < 0,3T
- elektromagnes +/- 0,3T - otwarty - bardzo ciężki
- nadprzewodzący 1,5  12 T
- stabilne pole - nie możliwy quench tzw. wygaszenie
- niski koszt eksploatacji
cewki korekcyjne - poprawiają jednorodność pola B0
- mały obszar fringe fields
cewki gradientowe - wybierają obszar obrazowania i kodują sygnały
pochodzące z tego obszaru
B0
2. Elektromagnes
cewki RF - generują impulsy RF i odbierają sygnały MR
ZALETY WADY:
klatka Faradaya
- mała waga - wielkość pola magnetycznego < 0,35T
- otwarty - bardzo duży pobór prądu
system komputerowy - steruje pracą całego urządzenia
- można wyłączyć - duża ilość wydzielanego ciepła
- minimalny efekt rozproszenia pola - duże koszty eksploatacji
- duży obszar fringe fields
Cewki gradientowe
3. Magnes nadprzewodzący
ZALETY WADY:
- wielkość pola magnetycznego 1,5  12T - ciecze kriogeniczne
- duża jednorodność pola magnetycznego - hałas
- wysoki stosunek SNR - wysokie koszty eksploatacji
- szybkie scanowanie - duży obszar fringe fields
Cewka radiowa (RF) Rodzaje pól magnetycznych wykorzystywanych
w diagnostyce
CEWKI OBJ
TOŚCIOWE
CEWKA GA
OWOWA
CEWKA DO BADAC
STAWÓW
niskie pola  poniżej 0,5 T
TZW. KOMINEK
CEWKA NADGARSTKOWA
średnie pola  0,5  1,0 T
CEWKI POWIERZCHNIOWE
wysokie pola  powyżej 1,0 T
CEWKA OCZODOA
OWA
CEWKA KR
GOSA
UPOWA
CEWKA SZYJNA
Wartość indukcji ziemskiego pola magnetycznego:
CEWKA RAMIENNA
0,03  0,07 mT
PHASE ARRAY COIL
Magnes na drzwi lodówki 0,01T
6
Przeciwwskazania do badania MR!!!!!!
1 Tesla (T) = 10,000 Gauss
Pole magnetyczne kuli ziemskiej = 0.5 Gauss
1. Posiadanie rozrusznika serca
2. Obecność metalowych wszczepów (śruby, płytki, gwoz
dzie)
3. Obecność klipsów naczyniowych (klipsy na tętniaku) lub innych elementów
pooperacyjnych
1.5 Tesla = 1.5 x 10 000 � 0.5 = 30 000 x Pole
4. Protezy z elementami metalowymi ( proteza zębowa ruchoma, stała, klamry
zębowe)
magnetyczne kuli ziemskiej
5. Proteza oczna, ciała obce w gałce ocznej (np. opiłki żelaza)
6. Pierwszy trymestr ciąży
7. Spirala antykoncepcyjna
8. Spirala embolizująca
9. Pompa insulinowa lub inne urządzenie podające leki
10. Neurostymulator lub inne biostymulatory
11. Klamry stymulujące wzrost kości
12. Wewnętrzny aparat słuchowy lub plastyka kosteczek słuchowych
13. Wszczep ślimaka
14. Sztuczna zastawka (zastawka komorowo-żylna, komorowo-otrzewnowa)
15. Filtr żyły głównej
16. Odłamki metalowe, szwy metalowe
17. Tatuaż w badanej okolicy
18. Klaustrofobia
Artefakty MR
Ryzyko metody MR
1. Artefakty związane z obiektem badanym
1. Silne pole magnetyczne
ruchy przepony i ściany brzucha
ruchy mimowolne pacjenta
2. Gradienty pola magnetycznego i ich
związane z praca serca
przełączanie.
przepływ krwi i płynu mózgowo-rdzeniowego
3. Fala elektromagnetyczna o częstości radiowej.
2. Artefakty związane z obecnością materiałów
ferromagnetycznych w ciele pacjenta.
4. Efekty akustyczne przełączania gradientów.
3. Artefakty wynikające z metody powstawania obrazu.
5. Ciecze kriogeniczne i nagłe parowanie.
7