TOMOGRAFIA prin REZONANTA MAGNETICA NUCLEARA 27 OCT 2010

TOMOGRAFIA prin REZONANTA MAGNETICA NUCLEARA 27 OCT 2010 Ştefăniţă CIUREL Universitatea POLITEHNICA Bucureşti LABORATORUL DE ANALIZA ŞI PRELUCRAREA IMAGINILOR

*** • 1924 - W. Pauli Fundamentarea teoreticã a fenomenului RMN • 1946 - F. Bloch (Stanford) & E. Purcell (Harvard) Evidenţierea experimentalã a fenomenului 1952 - Premiul Nobel • 1973 - P. C. Lauterbur Prima imagine RMN a unui pahar cu apã

Fenomenul şi Principiile Imagisticii RMN m B 0 1 H = Constanta GIROMAGNETICÃ ( H 42 MHz/T ) B 0 0 mx(t) = C 1 sin( B 0 t) + C 2 cos( B 0 t) z mz my(t) = C 1 cos( B 0 t) - C 2 sin( B 0 t) mx 2 + my 2 = constant m mişcare de PRECESIE x mx O my y B 0 = 0 Frecvenţa LARMOR

Fenomenul REZONANTEI MAGNETICE NUCLEARE (RMN) m Momentul magnetic rezultant al întregului corp d. V m M 0 ; MAGNETIZAŢIA = densitatea de moment magnetic pe unitatea de volum caracterizeazã punctual comportamentul corpului studiat

Fenomenul şi Principiile Imagisticii RMN B 1 z B 0 r = 0 Mz z Mz y s(t) o 0 Mxy B 0 x' x s(t) O Mxy y' Câmpul de radiofrecvenţã (RF) Câmpul magnetic: B = B 0 + B 1

Fenomenul REZONANTEI MAGNETICE NUCLEARE (RMN) Rezonanţa Magneticã Nuclearã s(t) Puls RF exp(-t/T 2) 0 = B 0 t Faza de Relaxare Faza de Excitatie B 0 M 0 Observabilitatea fenomenului RMN se datoreazã apariţiei magnetizaţiei transversale (MT) ca rezultat al rotirii parţiale sau totale a magnetizaţiei longitudinale (M 0) de pe direcţia lui B 0 într-un plan perpendicular pe aceasta.

Fenomenul şi Principiile Imagisticii RMN Concluzii: 1. Starea de excitaţie echivaleazã cu “culcarea” magnetizaţiei în plan transversal (matricea de rotaţie). Unghiul de excitaţie (“Flip Angle”) = B 1 proporţional cu integrala în timp a semnalului de excitaţie B 1 2. Rezultat valabil pentru 3. Pentru cazul [0, 1800]. = 900 = 1800 “PULS DE SATURAŢIE” “PULS DE INVERSIE”

Fenomenul şi Principiile Imagisticii RMN Fenomenul Relaxãrii Neuniformitatea relaxãrii ţesuturilor reprezintã esenţa procesului de apariţie a contrastului în imagine Relaxarea longitudinalã (spin-latice) Relaxarea transversalã (spin-spin) În practicã relaxarea transversalã are loc cu T 2* < T 2

TR = 440 ms ; TE = 15 ms Contrast T 1 TR = 4000 ms ; TE = 120 ms Contrast T 2

TR = 3500 ms ; TE = 120 ms Contrast T 2 TR = 580 ms ; TE = 15 ms Contrast T 1

Fenomenul şi Principiile Imagisticii RMN Semnalul “FID” (Free Induction Decay) s(t) t

Fenomenul şi Principiile Imagisticii RMN Ecoul - procedeu de recuperare a informaţiei caracteristice ţesutului şi concentratã în T 2* • Inducerea unui ecou poate fi facuta si prin manipularea gradientilor

Fenomenul şi Principiile Imagisticii RMN LOCALIZAREA SPAŢIALĂ a elementului de volum IMAGISTICA = (x, y, z) B = B(x, y, z) excitaţie relaxare Excitaţia Selectivã RF + Gradient de câmp (G) P(z) = F -1[B 1(t)] B 1(t) F t • Metodã convenabilã pentru dirijarea energiei de excitaţie cãtre zone precis localizate în spaţiu

2. Fenomenul şi Principiile Imagisticii RMN Relaxarea într-un câmp de gradienţi (Gx, y 0 ; Gz = 0 ) MT(0) = magnetizaţia transversalã creatã în urma excitaţiei Frecvenţe spaţiale Reconstrucţia Imaginii Calculul funcţiei (x, y) = F -1 [MT(kx, ky)]

Secvenţe de Achiziţie a Datelor Achiziţia datelor Explorarea spaţiului frecvenţelor (spaţiul k) Planul k Gx(t) 0 Gy(t) 0 kx, ky 0 s(t) t t 0 t 1 t kx ky ky ky(t 1) A t kx t 512 x 10 TR = 1 s 0 Tac > 80’ kx(t 1)

Secvenţe de Achiziţie a Datelor Multislicing x • Paralelizarea achiziţiei (excitaţie selectivã) S 1 S 2 S 3 • 3 D 1 D + 2 D y 0 S 1 S 2 S 3 z A Relaxare ( 1 sec) A L 1 L 2 L 1 Relaxare ( 1 sec). . L 2 L 1 t . . L 2 t . . t

Secvenţe de Achiziţie a Datelor Secvenţe cu traiectorii carteziene t=0 900 1800 A ky 0 B C kx t=TE/2 t=TE 1800 RF t Gz t Gy t Taq Gx t s(t) t EX Explorarea planului k SPIN ECHO CF IE INREG activarea adecvatã a gradienţilor

Secvenţe de Achiziţie a Datelor Secvenţe cu traiectorii carteziene t=0 B A ky 0 FIELD ECHO t=TE 900 t RF t Gz t Gy kx Taq Gx t t s(t) EX CF INREG

Arhitectura unui sistem de tomografie RMN SURSA DE ALIMENTARE A MAGNETULUI MAGNET SURSA DE ALIMENTARE PENTRU GRADIENŢII Gx, y, z 2 RECEPTOR 1 PREAMPLIFICATOR s AMPLIFICATOR FINAL MODULATOR CALCULATORUL PRINCIPAL DEMODULATOR DE FRECVENŢĂ SINTETIZATOR DE FRECVENŢĂ EMITATOR CONVERTOR A/D MEMORIE CIRCUITUL DE RECONSTRUCTIE PROCESOR FFT

Magnetul NOT • B 0 = 0, 1 T … 1, 5 T ( B 0 = 4 T experimental ) • În zona de investigaţie ( Sferã cu R 40 cm ) • Magnet rezistiv (B 0 0, 3 T) sau supraconductor • Intensitatea câmpului de gradienţi • Viteza de variaţie a gradienţilor G 10 m. T/m

Circuitul de emisie • Sintetizatorul de frecvenţã - furnizeazã frecvenţa de rezonanţã 0 - stabilitate în timp şi temperaturã - precizie deosebitã ( 1 Hz în gama 1 - 100 MHz ) • Modulatorul cos 0 t a(t) cos 0 t - realizeazã un semnal având spectrul dorit P(z) = F -1[a(t)] • Amplificatorul final - asigurã amplificarea necesarã penetrãrii ţesuturilor investigate ( P 0 15 … 20 k. W ) K a(t) cos 0 t

Circuitul de receptie Semnalul recepţionat: exp(- t) cos( 0+ d)t - scade exponenţial în timp (contrastul în imagine) - reprezintã un amestec de frecvenţe dictate de poziţia în spaţiu a protonilor excitaţi - amplitudinea fiecãrei componente de frecvenţã este proporţionalã cu numãrul protonilor aflaţi într-un acelasi punct din spaţiu • Preamplificatorul - realizeazã o primã amplificare a semnalului recepţionat - asigurã o limitare a benzii de frecvenţã

Circuitul de receptie - DEMODULATORUL cos 0 t cos( 0+ d)t f 0 = 107 Hz +900 sin 0 t [cos(2 0+ d)t+cos dt] [sin(2 0+ d)t - sin dt] FTJ sin dt FTJ cos dt fd = 104 Hz