MRIperusteet OSA 4 Perussekvenssit kuvan kontrasti Jukka Jauhiainen

MRI-perusteet, OSA 4: Perussekvenssit, kuvan kontrasti Jukka Jauhiainen Oulun seudun ammattikorkeakoulu Tekniikan yksikkö (C) Jukka Jauhiainen 2001

Spinkaiku • Käytännössä MRI-signaalia ei siis mitata suoraan FID-signaalista (vaikka se toki on mahdollista) • Signaali mitataan kaiusta (echo) • Kaiku voidaan tehdä kahdella menetelmällä – Spinkaiku (spin echo) – Gradienttikaiku (gradient echo) (C) Jukka Jauhiainen 2001

Spinkaiun syntyminen 1 (C) Jukka Jauhiainen 2001

Selityksiä, selityksiä. . . • TE = Time to Echo = Kaikuaika • 90 -asteen RF-pulssi kääntää ensin magnetoitumavektorin xy-tasoon • Spinit alkavat epävaiheistua T 2*relaksaation vaikutuksesta • Osa menee edellä, osa jää jälkeen (C) Jukka Jauhiainen 2001

Ensimmäiset tulevat viimeisiksi. . . • 180 -asteen RF-pulssi kääntää kaikki spinit xy-tason ympäri • Koska spinit pyörivät edelleen samaan suuntaan, ovat hitaat nyt edellä ! • Kaikuajan kuluttua sekä nopeat että hitaat spinit osoittavat samaan suuntaan ! (C) Jukka Jauhiainen 2001

Spinit ne vaan pyörii. . . Nopeat Hitaat Nopeat (C) Jukka Jauhiainen 2001

TR = Time of Repetition • Uusi 90 -asteen pulssi annetaan toistoajan TR kuluttua • Spinkaikusekvenssissä TR=1000 -6000 ms • Tällöin nettomagnetoituma on ennättänyt palata takaisin z-akselin suuntaiseksi. • Nyrkkisääntö: Toistoja tarvitaan spinkaiussa niin monta kuin kuvamatriisissa on rivejä. (C) Jukka Jauhiainen 2001

Kuvan kontrastin syntyminen spinkaikusekvenssissä • Protonitiheyspainotus – Pitkä TR – Lyhyt TE • T 1 -painotus – Lyhyt TR – Lyhyt TE • T 2 -painotus – Pitkä TR – Pitkä TE (C) Jukka Jauhiainen 2001

Protonitiheyspainotus (PD) Ennen viritystä Virityksen jälkeen Suuri PD Pieni PD Vahva signaali Heikko signaali (C) Jukka Jauhiainen 2001

PD • Z-akselin suuntaiset magnetoitumat ovat verrannollisia vokselin protonitiheyteen • Virityksen jälkeen xy-tason magnetoitumakin on verrannollinen protonitiheyteen • XY-tason magnetoituma = MR-signaalin intensiteetti !! • Kaiku kerätään mahdollisimman nopeasti virityksen jälkeen, jolloin xy-tason magnetoitumaan ei ennätä vaikuttaa T 2 -relaksaatio (C) Jukka Jauhiainen 2001

T 1 -painotus Ennen viritystä Sama PD Heti virityksen jälkeen T 1 -relaksaatio vaikuttaa. . . Uusi viritys ja kaiun keräys Lyhyt T 1 Pitkä T 1 Vahva signaali Heikko signaali T 2 -relaksaatio on häivyttänyt xy-tason komponentin ! (C) Jukka Jauhiainen 2001

T 2 -painotus Ennen viritystä Sama PD Heti virityksen jälkeen T 2 -relaksaatio vaikuttaa. . . Pitkä T 2, hidas epävaiheistuminen Vahva signaali Lyhyt T 2, nopea epävaiheistuminen Heikko signaali (C) Jukka Jauhiainen 2001

T 1 ja T 2 -kuvan vertailua TR/TE=5500 ms/105 ms TR/TE=450 ms/14 ms (C) Jukka Jauhiainen 2001

Yhteenvetoa kontrastista • PD-kuvassa kirkkaana näkyy tiheämpi kudos, vähän kuten röntgenkuvassakin. • T 1 -painotteisessa kuvassa näkyy kirkkaana kudos, jolla on lyhyt T 1 -relaksaatioaika. • T 2 -painotteisessa kuvassa näkyy kirkkaana kudos, jolla on pitkä T 2 -relaksaatioaika (C) Jukka Jauhiainen 2001

Nyrkkisääntöjä • T 1 -painotteisessa kuvassa RASVA ON KIRKASTA, VESI MUSTAA • T 2 -painotteisessa kuvassa VESI ON KIRKASTA, RASVA MUSTAA • T 1 -relaksaatioaika on AINA 5 - 10 kertaa PIDEMPI kuin T 2. • Pisimmät relaksaatioajat ovat vapaalla vedellä (CSF lähellä sitä !) (C) Jukka Jauhiainen 2001

Entäs jos annetaankin 90 asteen sijasta 180 asteen RF-pulssi ? Ennen viritystä Sama PD 180 asteen pulssi T 1 -relaksaatio Lopputilanne ! vaikuttaa. . . vaikuttaa edelleen. . . Lyhyt T 1 Pitkä T 1 MR-signaalia ei havaita missään vaiheessa koska ei ole magnetoitumaa xy-tasossa !!! (C) Jukka Jauhiainen 2001

Lisätään 90 asteen pulssi. . . Ennen viritystä 180 asteen pulssi T 1 -relaksaatio 90 asteen vaikuttaa. . . pulssi NYT ! Sama PD Lyhyt T 1 Pitkä T 1 TI=Time of Inversion (C) Jukka Jauhiainen 2001 MR-signaali !

Inversion Recovery (IR) • 180 asteen pulssi kääntää ensin spinit negatiivisen zakselin suuntaan • Erilaisista T 1 -ajoista johtuen magnetoituman palautuminen tapahtuu eri nopeuksilla • 90 asteen pulssin jälkeen havaitaan mitattava signaali • Sopivalla 90 asteen pulssin ajoituksella voidaan nollata eitoivottuja signaaleja • TI = inversioaika, 180 ja 90 asteen pulssien välinen aika • Perussekvenssinä voi olla spinkaiku, jonka eteen on lisätty 180 asteen pulssi. (C) Jukka Jauhiainen 2001

IR-sekvenssin kontrasti • Riippuu kudoksen T 1 -relaksaatioajoista • Riippuu TI-, TE- ja TR-aikojen valinnasta • Jos TI < 150 ms, – Rasva näkyy tummana – Aivo-selkäydinneste kirkkaana • Jos TI > 500 ms kontrasti muuttuu käänteiseksi (C) Jukka Jauhiainen 2001

IR-sekvenssi yhdistettynä spinkaikuun 180 TI 90 TE 180 Kaiku Nopeat Hitaat Nopeat (C) Jukka Jauhiainen 2001

Mz: n käyttäytyminen eri kudoksissa 1 Rasva WM GM n. 600 ms 170 ms CSF 2200 ms -1 (C) Jukka Jauhiainen 2001 t(ms)

STIR • ”Short TI Inversion Recovery” • Rasvasuppressio • 1, 5 T kentässä – TI=170 ms – TE=20 ms (T 1 -painotus) tai >80 ms (T 2 painotus) – TR > 3000 ms (C) Jukka Jauhiainen 2001

FLAIR • ”Fluid Attenuated Inversion Recovery” • CSF-suppressio • 1, 5 T kentässä – TI = 2000 ms – TE = 20 ms (T 1 -painotus) tai 100 ms (T 2 painotus) – TR > 8000 ms (C) Jukka Jauhiainen 2001

Gradienttikaiku • Kolmas perussekvenssi spinkaiun ja IRsekvenssin lisäksi • Ei käytetä 180 asteen refokusointipulssia • Refokusointi tehdään bipolaarisella lukugradientilla • Etuna nopeus • Haittana lisääntyneet kuvausvirheet (C) Jukka Jauhiainen 2001

Gradienttikaikusekvenssi a Vaiheistuvat Epävaiheistuvat Lukugradientti Mz a Mxy Hitaat Jää sekä Mz että Mxy Mz palautuu T 1 -relaksaation vaikutuksesta Mxy manipuloidaan lukugradientilla Nopeat (C) Jukka Jauhiainen 2001 Kaiku, kun negatiivisen ja positiivisen pulssin pinta-alat yhtäsuuret

Gradienttikaiun ominaisuuksia • Kääntökulma a (flip angle) on yleensä pienempi kuin 90 astetta. • TE ja TR voivat olla huomattavan paljon lyhyempiä kuin spinkaiussa (nopeampi) • Tyypillisesti – a=10 -90 astetta – TE = > 5 ms – TR=25 -200 ms • Kontrastin muodostuminen on monimutkaista, ei puututa siihen tässä. (C) Jukka Jauhiainen 2001

Yhteenveto • Perussekvenssit – Spinkaiku – IR – Gradienttikaiku • Kontrastiin vaikuttaa – T 1, T 2, PD – TE, TR, TI, a (C) Jukka Jauhiainen 2001