Αρχές λειτουργίας απεικονιστικών μηχανημάτων Παραγωγή Ιατρικής Εικόνας 2. Μαγνητική Τομογραφία, Υπέρηχοι Παναγιώτης Τσίγκανος ΕΔΙΠ Κλινικό Εργαστήριο Ακτινολογίας
Μαγνητική Τομογραφία MRI Magnetic Resonance Imaging Βασίζεται στο φαινόμενο του Μαγνητικού Πυρηνικού Συντονισμού (NMR) των πυρήνων 1 Η NMR Nuclear Magnetic Resonance
NMR-Πρωτόνια και μαγνητική ροπή (spin) Υδρογόνο
NMR-Πρωτόνια και μαγνητική ροπή (spin)
NMR-Πρωτόνια και μαγνητική ροπή (spin) Νερό Γλυκόζη Ελεύθερα Λιπαρά Οξέα
Πυρηνικός Μαγνητικός Συντονισμός - NMR Εφαρμογή εξωτερικού κύριου μαγνητικού πεδίου Β 0 Μεταπτωτική κίνηση συχνότητας Larmor Εφαρμογή παλμού διέγερσης Β 1 Διέγερση και Συντονισμός Χαλάρωση (Διαμήκης και Εγκάρσια) Σήμα NMR
NMR Χωρίς εξωτερικό μαγνητικό πεδίο ΟΛΙΚΗ ΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΡΟΠΗ = 0
NMR Εφαρμογή Κύριου Μαγνητικού Πεδίου Β 0
NMR Εφαρμογή Κύριου Μαγνητικού Πεδίου Β 0 Διαχωρισμός Πληθυσμών Στα 1,5 Τ, τα 44 επιπλέον πρωτόνια (στα 10 7 ) δημιουργούν το σήμα NMR
NMR Εφαρμογή Κύριου Μαγνητικού Πεδίου Β 0 Μεταπτωτική Κίνηση Συχνότητα Larmor f = γβ 0
NMR Εφαρμογή Κύριου Μαγνητικού Πεδίου Β 0 Γυρομαγνητικός Λόγος γ (MHz/Tesla) Μαγνητική Επαγωγή (Tesla) Συχνότητα Larmor (MHz) 1 42,58 2 85,16 3 127,74 1,5 63,87
NMR Εφαρμογή Κύριου Μαγνητικού Πεδίου Β 0 Ολικό Διάνυσμα Μαγνήτισης Κατάσταση Χαμηλής Ενέργειας Κατάσταση Υψηλής Ενέργειας
NMR Εφαρμογή Κύριου Μαγνητικού Πεδίου Β 0 Κατάσταση Ισορροπίας (equilibrium) Επιμήκης Μαγνήτιση Μ z = Μ 0
NMR Εφαρμογή Κύριου Μαγνητικού Πεδίου Β 0 Γεωμετρία Διανύσματος Μαγνήτισης
NMR Εκπομπή Παλμού Διέγερσης Β 1 Διέγερση Επιμήκης Μαγνήτιση
NMR Εκπομπή Παλμού Διέγερσης Β 1 Συντονισμός Εγκάρσια Μαγνήτιση
NMR Εκπομπή Παλμού Διέγερσης Β 1 Συντονισμός Εγκάρσια Μαγνήτιση FID FID: Free Induction Decay (Ελεύθερη Επαγωγική Εξασθένηση)
NMR Χαλάρωση Εγκάρσια Εξασθένηση (Χαλάρωση Σπιν-Σπιν,Χαλάρωση Τ2)
NMR Χαλάρωση Επιμήκης Ανάκαμψη (Χαλάρωση Σπιν-Πλέγματος, Χαλάρωση Τ1)
NMR Χαλάρωση Ολική Χαλάρωση Επιστροφή στην Ισορροπία FID
1,0 NMR Χαλάρωση Χρόνος Ανάκαμψης Τ1 0,8 Μ z /M 0 0,6 0,4 M z (t) = M 0 (1 e,,,,,, ) M z (t) = M 0 (1 e ) 0,2 0,0 0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 3250 3500 3750 4000 4250 4500 4750 5000 Χρόνος (ms)
1,0 NMR Χαλάρωση Χρόνος Εξασθένισης Τ2 0,8 Μ XY /M 0 0,6 0,4 M XY (t) = M 0 e 0,2 0,0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 Χρόνος (ms)
Επιβάρυνση με Τ2 (T2 weighting) a
Επιβάρυνση με Τ2 (T2 weighting) b
Επιβάρυνση με Τ2 (T2 weighting) c
Επιβάρυνση με Τ2 (T2 weighting) d
Επιβάρυνση με Τ2 (T2 weighting) e
Επιβάρυνση με Τ1(T1 weighting) a
Επιβάρυνση με Τ1(T1 weighting) b
Επιβάρυνση με Τ1(T1 weighting) c
Επιβάρυνση με Τ1(T1 weighting) d
Σύνοψη βεβαρυμμένων εικόνων Τ1: Ανατομική πληροφορία, λίπος=έντονο, Λευκή ουσία=ανοικτό γκρι, Φαιά ουσία=γκρι, ΕΝΥ=μαύρο Τ2: Λειτουργική πληροφορία, νερό/υγρά=έντονο, ΕΝΥ=έντονο, Φαιά ουσία=γκρι, Λευκή ουσία=σκούρο γκρι Φαιά ουσία Λευκή ουσία ENY T2 T1 PD
Εντοπισμός σήματος NMR στις 3 διαστάσεις a
Εντοπισμός σήματος NMR στις 3 διαστάσεις Πηνία Κλίσης Πεδίου b
Εντοπισμός σήματος NMR στις 3 διαστάσεις Επιλογή τεμαχίου (slice select)
Εντοπισμός σήματος NMR στις 3 διαστάσεις Κωδικοποίηση Φάσης (phase-encoding) Διαφορά φάσης
Εντοπισμός σήματος NMR στις 3 διαστάσεις Κωδικοποίηση Συχνότητας (frequency encoding) a
Εντοπισμός σήματος NMR στις 3 διαστάσεις Δημιουργία εικόνας a
Διάγραμμα Ακολουθίας Παλμών Παλμός RF Κλίση Επιλογής Τεμαχίου G SS Κλίση Κωδικοποίησης Φάσης G PE Κλίση Κωδικοποίησης Συχνότητας G FE Σήμα NMR Χρόνος
Ακολουθίες Παλμών Δύο «οικογένειες» Ακολουθιών παλμών: Spin-Echo (SE): Ηχούς Σπιν Gradient Echo (GRE): Ηχούς Κλίσης
Spin Echo (SE) Παραγωγή εικόνων βεβαρυμένων από Τ1, Τ2 και PD. Αντισταθμίζει τις αιτίες χαλάρωσηςτ2* (πλην σπιν-σπιν).
Gradient Recall Echo (GRE) Παραγωγή εικόνων βεβαρυμένων από Τ1, Τ2* και PD. Ταχύτερη από SE
Σύγκριση SE - GRE SE GRE
Inversion Recovery (Ανάκαμψη από αντιστροφή) Τεχνική που χρησιμοποιείται σε συνδυασμό με κάποια άλλη ακολουθία (πχ SE). Επιτρέπει την καταστολή του σήματος από συγκεκριμένους ιστούς, πχ Καταστολή λίπους με STIR Καταστολή νερού με FLAIR
STIR Short TI Inversion Recovery Μετωπιαία βεβαρυμμένη από Τ1 εικόνα γονάτου Μετωπιαία STIR εικόνα γονάτου με καταστολή λίπους
FLAIR Fluid-Attenuated Inversion Recovery Εγκάρσια βεβαρυμμένη από Τ2 SE εικόνα με αλλοιώσεις λευκής ουσίας στο ΑΡ κροταφικό λοβό Εγκάρσια βεβαρυμμένη από Τ2 FLAIR εικόνα με καταστολή ΕΝΥ, δείχνει καθαρότερα τις αλλοιώσεις στο ΑΡ κροταφικό λοβό
Οργανολογία
Οργανολογία- Ο κύριος μαγνήτης (main magnet) Κυλινδρικός υπεραγώγιμος Υγρό He (4 o K) 1 3 Tesla Ανοικτού τύπου μόνιμου μαγνήτη 0,2 0,7 Tesla Διπολικού Ηλεκτρομαγνήτη Υπαραγώγιμου ή μη 0,5 1,2 Tesla
Οργανολογία- Τα πηνία κλίσης (gradient coils) Τα πηνία κλίσης παράγουν το χαρακτηριστικό ήχο της εξέτασης, λόγω της δύναμης Lorenz
Οργανολογία- Τα πηνία ΡΣ (RF coils) Ολόσωμα πηνία ενσωματωμένα στη σήραγγα/τράπεζα Εκπέμπουν τους παλμούς RF Μπορούν να λαμβάνουν το σήμα NMR
Οργανολογία- Τα πηνία ΡΣ (RF coils) Επιφανειακά πηνία, γραμμικής ή κυκλικής πόλωσης (CP) Μπορούν να εκπέμπουν τους παλμούς RF Λαμβάνουν το σήμα NMR Παράλληλης απεικόνισης, φασιδοτούμενες συστοιχίες
Πηγές Πληροφοριών https://www.youtube.com/watch?v=djaxjtn_7ve
Πηγές Πληροφοριών http://www.cis.rit.edu/htbooks/nmr/
Πηγές Πληροφοριών https://www.imaios.com/en/e-courses/e-mri
Πηγές Πληροφοριών Boyle, G.E., Ahern, M., Cooke, J. et al, An interactive taxonomy of MR imaging sequences. Radiographics. 2006;26:e24. http://pubs.rsna.org/doi/suppl/10.1148/rg.e24
Πηγές Πληροφοριών http://www.cis.rit.edu/htbooks/mri/
Πηγές Πληροφοριών http://mri-q.com/complete-list-of-questions.html
Υπέρηχοι
Υπέρηχοι Διαμήκη ηχητικά κύματα, συχνότητας 1-12 ΜHz Διαμήκες κύμα Ταχύτητα του ήχου c = λ f Μαλακοί ιστοί c=1540 m/s λ= 0,13-1,5 mm
Παλμός υπερήχων Πίεση Απόσταση
Ακουστική Εμπέδηση Ζ Ζ = ρ c Ιστός Ζ (rayls) Αέρας 0,0004 10 6 Πνεύμονες 0,18 10 6 Λίπος 1,34 10 6 Νερό 1,48 10 6 Νεφροί 1,63 10 6 Αίμα 1,65 10 6 Ήπαρ 1,65 10 6 Μύες 1,71 10 6 Οστούν κρανίου 7,8 10 6 1 rayl =1 kg/(m 2 s)
Αλληλεπιδράσεις με ιστούς
Ανάκλαση Χαμηλή εμπέδηση Υψηλή εμπέδηση Υψηλή εμπέδηση Χαμηλή εμπέδηση Απόσταση Απόσταση
Ανάκλαση
Ανάκλαση
Διάθλαση Από χαμηλότερο Ζ σε υψηλότερο Ζ Από υψηλότερο Ζ σε χαμηλότερο Ζ
Διάθλαση
Σκέδαση
Ακουστική Εξασθένηση = Απορρόφηση (θερμότητα) + Σκέδαση (θόρυβος) Ιστός Νερό 0,0002 Αίμα 0,18 Μαλακοί Ιστοί 0,3-0,8 Εγκέφαλος 0,3-0,5 Ήπαρ 0,4-0,7 Λίπος 0,5-1,8 Λείος Μύς 0,2-0,6 Τένοντες 0,9-1,1 Συμπαγές Οστούν 13-26 Πνεύμονας 40 Συντελεστής εξασθένησης @ 1ΜΗz (db/cm)
Ακουστική Εξασθένηση = Απορρόφηση (θερμότητα) + Σκέδαση (θόρυβος)
Εξασθένηση
Ηχογένεια
Παραγωγή Ανίχνευση Υπερήχων Πιεζοηλεκτρικοί κρύσταλλοι Εκπομπή Λήψη
Ηχώ Παλμών (pulse-echo) Χρόνος Απόσταση εμποδίου r= τ=χρόνος ηχούς
Τρόποι λειτουργίας Χρόνος(απόσταση)
Σχηματισμός εικόνας Γραμμική συστοιχία Κυρτή συστοιχία Φασιδοτούμενη συστοιχία
Γραμμική Συστοιχία (Linear Array)
Σχηματισμός εικόνας Κυρτή συστοιχία Γραμμική συστοιχία
Φασιδοτούμενες Συστοιχίες Σάρωση Εστίαση δέσμης
Φασιδοτούμενες Συστοιχίες Ανάκλαση Δέσμης Σκέδαση Δέσμης
Δέσμες
Κεφαλές Υπερήχων
Απεικόνιση πραγματικού χρόνου Απεικόνιση Μ-mode
Doppler Υπερήχων Μετατόπιση συχνότητας Doppler f D =2f 0 cosθ v f 2 f 0 D c cos Σήμα Doppler
Doppler Υπερήχων Κίνηση σκεδαστή προς πηγή Κίνηση σκεδαστή μακριά από πηγή
Doppler Υπερήχων
Doppler Υπερήχων
Doppler Υπερήχων Doppler Κοιλιακής Αορτής
Έγχρωμο Doppler - Triplex Ιχνηλάτηση Κοκκίδων (speckle tracking) + Φασματικό Doppler
Απεικόνιση Ισχύος Doppler (Power Doppler Imaging)
Doppler ιστών (Doppler Tissue Imaging) Ιχνηλάτηση Κοκκίδων (speckle tracking)
Τρισδιάστατη Απεικόνιση Έμβρυο ΤΕΕ 3Δ Τριγλώχινη βαλβίδα
Ενδαγγειακός Υπέρηχος IVUS Intravascular Ultrasound
Διακρανιακός Υπέρηχος MCA: Μέση εγκεφαλική αρτηρία PCA: Οπίσθια εγκεφαλική αρτηρία ACA: Πρόσθια εγκεφαλική αρτηρία P: σκέλη της παρεγκεφαλίδος
Πηγές Πληροφοριών http://folk.ntnu.no/stoylen/strainrate/ultrasound/
Πηγές Πληροφοριών http://rsfs.royalsocietypublishing.org/content/1/4/477
Πηγές Πληροφοριών http://www.susme.org/learning-modules/learning-modules/
Πηγές Πληροφοριών https://sonoworld.com/client/fetus/html/doppler/capitulos-html/chapter_01.htm
Πηγές Πληροφοριών http://www.aium.org/resources/teachingtools.aspx
Πηγές Πληροφοριών http://echocardiographyskills.com/
Πηγές Πληροφοριών http://www.vhlab.umn.edu/atlas/
Πηγές Πληροφοριών http://www.sonoguide.com/introduction.html
Πηγές Πληροφοριών http://pie.med.utoronto.ca/obanesthesia/index.htm
Πηγές Πληροφοριών http://www.ob-ultrasound.net/
Βιβλίο αναφοράς
Dr Παναγιώτης Τσίγκανος, MSc, PhD Εργαστηριακό Διδακτικό Προσωπικό Κλινικό Εργαστήριο Ακτινολογίας Κτήριο Κλινικών Λειτουργιών Πτέρυγα Γ, 1 ος όροφος, Γραφείο Γ.01.17 Τηλ: 2610 996358 tsiganos@upatras.gr