MRIperusteet OSA 2 Kuvauslaite Jukka Jauhiainen Oulun seudun

MRI-perusteet, OSA 2 Kuvauslaite Jukka Jauhiainen Oulun seudun ammattikorkeakoulu Tekniikan yksikkö (C) Jukka Jauhiainen 2001

Magneettikuvauslaitte kaavakuvana (C) Jukka Jauhiainen 2001

Laitteiden jaottelu • Matalakenttä/korkeakenttälaitteet – Matalakenttä B 0 < 1, 0 T – Korkeakenttä B 0 > 1, 0 T – Suurimmat kentät 3 T • Suljetut/avoimet – Suljetut yleensä korkeakenttälaitteita – Avoimia käytetään lähinnä interventioissa (C) Jukka Jauhiainen 2001

Korkeakenttälaite (C) Jukka Jauhiainen 2001

Avomagneetti (Picker Proview) (C) Jukka Jauhiainen 2001

Periaatteellinen rakenne ja B 0 kentän suunta (C) Jukka Jauhiainen 2001

Magneettivuon tiheys • Magneettikentän kenttäviivat ovat suljettuja ympyröitä. • Kenttäviivojen suunta on etelänavalta (S) pohjoisnavalle (N) • Magneettivuon tiheys kuvaa sitä, kuinka paljon kenttäviivoja kulkee tietyn pinnan läpi, yksikkö Tesla (T) (C) Jukka Jauhiainen 2001

Suljetun laitteen ominaisuuksia • • Homogeeninen magneettikenttä Päästään suurempiin kenttävoimakkuuksiin Mahdollistaa nopean kuvantamisen (EPI) Edistykselliset kuvausmenetelmät – MRA, f. MRI, DWI, PWI, MRS • Potilas ”piilossa” putkessa (C) Jukka Jauhiainen 2001

Avomagneetin ominaisuuksia • • Matala kenttävoimakkuus Epähomogeenisempi kenttä Huonompi kuvanlaatu Rasvasuppressio vaikeaa (pieni kemiallinen siirtymä) • Soveltuu lapsille ja klaustrofobisille • Mahdollistaa pääsyn potilaaseen kuvauksen aikana (leikkaukset, interventiot) (C) Jukka Jauhiainen 2001

B 0 -kenttä voidaan tehdä kolmella menetelmällä • Kestomagneetit • Resistiiviset sähkömagneetit • Suprajohtavat sähkömagneetit (C) Jukka Jauhiainen 2001

Kestomagneetit • Muodostuu useasta kerroksesta ferromagneettisia lohkoja • Valmis komponentti magnetisoidaan käyttäen voimakasta sähkömagneettia • Kentän voimakkuus max. 0, 3 T • ERITTÄIN paivava (7 - 12 tn) (C) Jukka Jauhiainen 2001

Kestomagneetin edut ja haitat • Etuja – Alhaiset tuotanto- ja käyttökustannukset – Pieni hajakenttä • Haittoja – Matalakenttälaite – Erittäin painava (C) Jukka Jauhiainen 2001

Resistiiviset sähkömagneetit • Muodostuvat useista johdinkeloista eli käämeistä • Joko rauta- tai ilmasydämisiä • Rautasydämellä saadaan vahvistettua ja suunnattua B 0 -kenttää • Ilmasydämiset keveitä, mutta kentän ylläpito vaatii enemmän energiaa • Kentän voimakkuus max. 0, 2 T (C) Jukka Jauhiainen 2001

Rautasydämisen etuja ja haittoja • Etuja – Alhaiset tuotantokustannukset – Helppo kelojen huolto – Pieni hajakenttä – Voidaan kytkeä pois päältä • Haittoja – Suuri energian kulutus – Tarvitsee vesijäähdytyksen – Kenttä saattaa olla epästabiili (C) Jukka Jauhiainen 2001

Ilmasydämisen etuja ja haittoja • Etuja – Alhaiset tuotantokustannukset – Helppo kelojen huolto – Voidaan kytkeä pois päältä • Haittoja – Suuri hajakenttä – Suuri energian kulutus – Tarvitsee vesijäähdytyksen (C) Jukka Jauhiainen 2001

Suprajohtavat sähkömagneetit • Kaikissa korkeakenttälaitteissa • Kentän muodostaa johdinkeloissa kulkeva virta • Kelat valmistettu niobi-titaani-seoksesta, joka muuttuu suprajohtavaksi alle 9, 5 K: n lämpötiloissa • Suprajohteessa sähkövirta kulkee ilman sähkövastusta (C) Jukka Jauhiainen 2001

Suprajohtavat magneetit II • Kelojen ympärillä on nestemäistä heliumia, joka pitää lämpötilan riittävän alhaalla • Kerran keloihin ajettu virta kiertää siellä käytännössä ”ikuisesti” ilman että sinne tarvitsee syöttää lisää virtaa. (C) Jukka Jauhiainen 2001

Etuja ja haittoja • Etuja – Korkea kenttävoimakkuus – Hyvä kentän homogeenisuus – Pieni tehonkulutus – Hyvä signaali-kohinasuhde – Nopeus • Haittoja – Korkeat valmistuskustannukset – Jäähdytys vaivalloista – Tietyt kuvausvirheet korostuvat korkeassa kentässä (C) Jukka Jauhiainen 2001

Shimmaus • Operaatio, jolla parannetaan magneettikentän homogeenisuutta • Oltava < 5 ppm • Passiivinen – Kenttä muokataan sopivasti sijoitetuilla raudanpalasilla • Aktiivinen – Putkessa on joukko (esim. 30) ns. shimmauskeloja. – Tietokone säätää automaattisesti niiden virtaa kuvauksen aikana (C) Jukka Jauhiainen 2001

Gradienttikelat • Kuvan paikkakoodaaminen vaatii, että jokaisessa kuvan vokselissa on hieman eri kenttä • Muutokset staattiseen B 0 -kenttään tehdään gradienttikelojen avulla. • Ominaisuuksia – Lineaarisuus, – Jyrkkyys (m. T/m) – Nousuaika eli slew rate (m. T/m/ms) (C) Jukka Jauhiainen 2001

Gradienttikentän synnyttäminen (C) Jukka Jauhiainen 2001

Todellinen x-gradienttikela (C) Jukka Jauhiainen 2001

Pyörrevirrat • Muuttuva magneettikenttä indusoi johteeseen muutosta vastustavan virran • Gradienttikentät aiheuttavat myös potilaan sisälle sähkövirran ! • Kuvaustilanteessa on varmistettava, ettei kelojen johtoihin synny silmukoita • Kaikki metalliesineet poistettava potilaalta • Potilasta, jolla on metallia elimistössään EI SAA KUVATA ! (C) Jukka Jauhiainen 2001

B 1 -kenttä • B 1 -kentällä tehdään protonien viritys • Kenttä värähtelee protonien resonanssitaajuudella, joka riippuu kenttävoimakkuudesta (9 - 85 MHz) • Osat – RF-lähetin – RF-vastaanotin – Kuvauskelat (C) Jukka Jauhiainen 2001

RF-lähetin • Taajuusgeneraattori, jonka taajuutta voidaan säätää resonanssitaajuuden ympärillä • Nykyään käytetään digitaalista taajuussynteesiä • Resonanssitaajuinen signaali moduloidaan sincfunktiolla • Moduloitu signaali viedään RF-tehovahvistimelle • Sieltä edelleen RF-lähetyskelalle (C) Jukka Jauhiainen 2001

RF-vastaanotin • Mittaa magnetoitumavektorin indusoimaa virtaa vastaanotinkelassa • Vastaanotettu RF-teho on noin yksi miljardisosa lähetystehosta ! • Vastaanotin- ja lähetinkelat voivat olla rakennettu samaan kelaan (pääkela) tai ne voivat olla erillisiä (pintakela) (C) Jukka Jauhiainen 2001

RF-vastaanotin RF-kela Esivahvistin Suodatus ja demodulointi Näytteistys digitaaliseksi Talletus tietokoneen muistiin (C) Jukka Jauhiainen 2001

Vastaanotinkelat • Kerää varsinaisen MR-signaalin kohteesta ! • Käytännön työssä magneettihoitaja valitsee kuvauskohteen mukaan sopivan vastaanotinkelan • AINOA tässä esitelmässä esille tuleva värkki, jonka toiminta on todella hyödyllistä ymmärtää : ) (C) Jukka Jauhiainen 2001

Vartalokela (body coil) • Käytetään lähinnä kohteen paikannuskuvaukseen (localizer) • Laaja kuva-ala • Huono signaali-kohinasuhde • Rakennettu laitteen sisään, ei näy ulospäin • Pystyy sekä lähettämään että vastaanottamaan (C) Jukka Jauhiainen 2001

Pintakela (surface coil) • Yksinkertaisimmillaan pelkkä virtasilmukka • Voi olla käännetty satulan muotoon – Polvi- ja olkapääkelat • Asetetaan kuvattavan kohteen päälle • Herkkyys pienenee nopeasti kun etäisyys kohteen pinnalta kasvaa • Ainoastaan vastaanotto (lähettimenä esim. vartalokela) (C) Jukka Jauhiainen 2001

Polvikelan asettelu (C) Jukka Jauhiainen 2001

Tilavuuskelat (volume coils) • Kerää signaalin tilavuudesta, joka jää useamman kelan sisäpuolelle • Ehdottomasti yleisin on pääkela • Sekä lähetys että vastaanotto • Erinomainen signaalikohinasuhde (C) Jukka Jauhiainen 2001

Pääkela. . . (C) Jukka Jauhiainen 2001

Signaali-kohinasuhde • Yleinen periaate: Signaali-kohinasuhde on sitä parempi, mitä pienempi on vastaanotinkelan pinta-ala • Pienet pintakelat tuottavat parhaan signaalin, mutta vain hyvin rajalliselta alueelta. • Isot kelat keräävät laajemmalta alueelta kohinaisempaa kamaa (C) Jukka Jauhiainen 2001

Phased-array-kelat • Ideana on liittää yhteen monta pientä pintakelaa • Voidaan kerätä laajalta alueelta voimakas signaali ! • Kunkin erillisen kelan keräämä signaali viedään erillisiin RF-vastaanotinkanaviin • Kanavien signaalit yhdistetään tietokoneella yhdeksi kuvaksi • Tyypillinen sovellus on selkäkela • Ei (yleensä) voida käyttää EPI: n kanssa (C) Jukka Jauhiainen 2001

Phased-array kela (C) Jukka Jauhiainen 2001

Kuvauksen valmistelu • Kun potilas on putkessa ja oikea kela valittuna, magneettihoitaja käynnistää varsinaisen kuvauksen • PRESCAN säätää mm. – Resonanssitaajuuden kohdalleen – RF-lähettimen lähetystehon – RF-vastaanottimen vahvistuksen – Aktiivinen shimmaus (”autoshim”) • Nyt ollaankin valmiita aloittamaan itse kuvaus. . . (C) Jukka Jauhiainen 2001